Phát hiện tuyến đường chi phí thấp tới Mặt Trăng

Các nhà khoa học phát triển phương pháp tính toán, xác định tuyến đường mới cho tàu vũ trụ từ Trái Đất tới Mặt Trăng, giúp giảm ít nhất 58,80 mét mỗi giây (m/s) so với những tuyến đường trước đây.

Trong nghiên cứu mới, xuất bản trên tạp chí Astrodynamics, nhóm chuyên gia từ Đại học Porto và Évora (Bồ Đào Nha), Đài quan sát Paris (Pháp), Đại học Pernambuco và São Paulo (Brazil), phát triển phương pháp cho phép tính toán chính xác hơn tuyến đường tiết kiệm nhiên liệu giữa các thiên thể. Họ đánh giá khoảng 30 triệu tuyến đường mô phỏng để tìm ra phương án tối ưu cho hành trình Trái Đất - Mặt Trăng.

Theo Phys, khác biệt về tiết kiệm nhiên liệu có vẻ nhỏ so với tổng chi phí ước tính của chuyến đi là 3.342,96 m/s, nhưng vẫn ảnh hưởng lớn đến chi phí nhiệm vụ. "Trong du hành vũ trụ, mỗi m/s tương ứng với lượng nhiên liệu tiêu thụ khổng lồ", nhà nghiên cứu Allan Kardec de Almeida Júnior từ Đại học Coimbra, tác giả chính của nghiên cứu mới, chia sẻ.

Interesting Engineering cho biết, mức tiết kiệm trên tương ứng với việc giảm khoảng 1-2% tổng thay đổi vận tốc của nhiệm vụ, giúp tiết kiệm vài lít nhiên liệu cứ mỗi 100 lít trong chuyến đi đường dài.

Almeida cùng đồng nghiệp đã vạch ra tuyến đường đưa tàu vũ trụ từ quỹ đạo Trái Đất tới quỹ đạo Mặt Trăng, chia thành hai chặng. Trong chặng đầu tiên, tàu sẽ rời quỹ đạo Trái Đất tiến tới quanh điểm L1 nằm giữa Trái Đất và Mặt Trăng, nơi lực hấp dẫn của hai thiên thể triệt tiêu lẫn nhau. Trong phần lớn hành trình này, tàu sẽ được dẫn hướng bởi một "đường biến thiên" - tuyến đường tự nhiên dẫn đến L1.

Trong khi đa số mô hình hiện nay cho rằng việc đi vào đường biến thiên gần Trái Đất nhất sẽ hiệu quả hơn, các mô phỏng của nhóm nghiên cứu cho thấy sử dụng đường biến thiên gần Mặt Trăng sẽ tiết kiệm hơn.

Nhờ hệ thống điều khiển, tàu vũ trụ có thể duy trì ở quỹ đạo trung gian này vô thời hạn đến khi sẵn sàng cho chặng thứ hai - tiến vào quỹ đạo Mặt Trăng. Lợi thế của quá trình chuyển đổi quỹ đạo này là không xảy ra gián đoạn liên lạc trong thời gian chờ đợi.

Vitor Martins de Oliveira, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Viện Toán, Thống kê và Khoa học Máy tính (IME) thuộc Đại học São Paolo, đồng tác giả nghiên cứu mới giải thích: "Phi hành đoàn Artemis II đã mất liên lạc với Trái Đất một thời gian ngắn vì tàu bay ra phía sau Mặt Trăng. Quỹ đạo mà chúng tôi đề xuất là một giải pháp giúp duy trì liên lạc không gián đoạn".

Cảnh tượng "Trái Đất lặn" (Earthset) lúc 18h41 ngày 6/4 (5h44 ngày 7/4 giờ Hà Nội) nhìn từ tàu Orion của nhiệm vụ Artemis II khi con tàu bay ra phía sau Mặt Trăng. Vài phút sau, con tàu gián đoạn liên lạc với Trái Đất khoảng 40 phút. Ảnh: NASA

Dù tiết kiệm hơn so với những tuyến đường đã mô tả trước đó, lộ trình do Almeida cùng đồng nghiệp vạch ra chưa phải tuyến đường rẻ nhất. Mô phỏng của họ chỉ tính đến lực hấp dẫn của Mặt Trăng và Trái Đất, bỏ qua các thiên thể khác như Mặt Trời. Việc đưa chúng vào tính toán có thể giúp tiết kiệm hơn nữa, nhưng khung thời gian phóng sẽ bị giới hạn.

"Cần chạy mô phỏng cho một vị trí cụ thể của Mặt Trời. Ví dụ, nếu mô phỏng ngày phóng tàu là 23/12, chúng ta sẽ chỉ thu được những kết quả hợp lệ cho nhiệm vụ triển khai vào hôm đó", Almeida lưu ý.

Theo Interesting Engineering, nhóm nhà khoa học quốc tế hy vọng nghiên cứu không chỉ giúp tìm ra tuyến đường hiệu quả tới Mặt Trăng mà còn xác định được nhiều lộ trình tối ưu nhờ phương pháp tính toán mới, vốn có thể rà quét hàng chục triệu phương án khả thi và chọn cách tốt nhất. "Phương pháp phân tích có hệ thống của chúng tôi trong nghiên cứu mới có thể được áp dụng rộng rãi hơn trong tương lai", Almeida nói.

Tháng trước, các nhà khoa học cũng tìm ra "đường tắt" tiềm năng có thể giúp giảm đáng kể thời gian của chuyến khứ hồi Trái Đất - Sao Hỏa. Dựa vào ước tính quỹ đạo ban đầu của các tiểu hành tinh gần Trái Đất, chuyên gia Marcelo de Oliveira Souza, nhà vũ trụ học tại Đại học Bang Bắc Rio de Janeiro (Brazil), cho rằng có thể hoàn thành chuyến khứ hồi trong 153 hoặc 226 ngày thay vì gần ba năm.

Thu Thảo tổng hợp