Cửa sổ Shenzhou 20 bị nứt, buộc phi hành đoàn đổi tàu và làm nổi bật nguy cơ rác vũ trụ

Phi hành gia đổi tàu sau khi cửa sổ Shenzhou 20 bị hư hại

Trung Quốc đã đưa ba phi hành gia trở về Trái Đất an toàn sau một sự cố bất ngờ trên quỹ đạo. Các kỹ sư phát hiện những vết nứt nhỏ trên cửa sổ khoang trở về của tàu Shenzhou 20. Theo các nhà quản lý nhiệm vụ, hư hại nhiều khả năng do một mảnh rác vũ trụ nhỏ gây ra. Thay vì trở về bằng chính con tàu của mình, phi hành đoàn chuyển sang tàu Shenzhou 21 mới tới, vốn vừa đưa nhóm tiếp theo lên trạm vũ trụ Tiangong. Việc đổi tàu bất thường, diễn ra một tuần sau ngày khởi hành dự kiến, cho thấy ngay cả những mảnh vỡ chỉ vài milimét cũng có thể đe dọa các chuyến bay vũ trụ có người lái.

Ba phi hành gia hạ cánh xuống khu vực Dongfeng thuộc Nội Mông vào khoảng 3 giờ 40 sáng ngày 14/11 theo giờ miền Đông nước Mỹ, sau 204 ngày trên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp. Chỉ huy Chen Dong cùng các thành viên phi hành đoàn Chen Zhongrui và Wang Jie rời khoang tàu trong tình trạng sức khỏe tốt. Ban đầu, họ dự kiến trở về ngày 5/11, thời điểm được bố trí để trùng lặp trong thời gian ngắn với phi hành đoàn Shenzhou 21, vốn cập bến ngày 31/10 để bắt đầu nhiệm kỳ sáu tháng tiếp theo.

Trung tâm điều khiển nhiệm vụ hoãn chuyến trở về sau khi xác nhận hư hại và kết luận Shenzhou 20 không còn đáp ứng các yêu cầu an toàn để tái nhập khí quyển. Cơ quan Vũ trụ Có người lái Trung Quốc cho biết tàu sẽ tiếp tục gắn với trạm để hỗ trợ các hoạt động trên quỹ đạo. Cơ quan này dự định phóng tàu tiếp theo trong loạt, Shenzhou 22, vào thời điểm thích hợp để duy trì hoạt động và khôi phục một tàu dự phòng cho phi hành đoàn mới.

Điều gì đã xảy ra trên Tiangong?

Shenzhou 20 được phóng ngày 24/4, đưa phi hành đoàn lên quỹ đạo và cũng được dự kiến là phương tiện đưa họ trở về. Trong đợt kiểm tra thường lệ trước khi rời trạm, các đội phát hiện những vết nứt nhỏ trên kính cửa sổ khoang trở về. Cửa sổ trên tàu vũ trụ có người lái được cố ý làm nhỏ. Chúng cho phép quan sát trực tiếp bên ngoài tàu và môi trường xung quanh, nhưng cũng là những vị trí tương đối dễ tổn thương so với thân tàu chịu áp suất dày và các lớp chắn nhiều tầng. Phát hiện dù chỉ một vết nứt nhỏ cũng khiến các kỹ sư phải tiến hành phân tích sâu hơn.

Mối đe dọa cụ thể đối với một cửa sổ nhỏ

Cửa sổ tàu vũ trụ được chế tạo với nhiều lớp kính dự phòng và nắp bảo vệ. Trên nhiều phương tiện, chúng gồm các lớp kính hoặc silica nóng chảy, với một lớp kính bên trong chịu áp suất và một lớp bên ngoài chống mảnh vỡ. Ở tốc độ quỹ đạo, một mảnh vỡ cỡ hạt bụi có thể mang năng lượng tương đương viên đạn. Vết nứt trông có vẻ ổn định trong môi trường điều áp yên tĩnh vẫn có thể lan rộng do nhiệt, rung động và thay đổi áp suất khi tái nhập khí quyển. Không thể sửa một cửa sổ kết cấu khi đang ở trên quỹ đạo, và cũng không thể thử nghiệm phương án sửa chữa trước khi khoang tàu chịu ứng suất lớn trong lúc hạ xuống. Vì vậy, các kỹ sư xem ngay cả vết nứt nhỏ cũng không thể chấp nhận được đối với chuyến trở về có phi hành đoàn.

Hạ cánh và những thành tựu của nhiệm vụ

Dù kế hoạch thay đổi vào phút chót, nhiệm vụ vẫn đạt được các mục tiêu cốt lõi. Các phi hành gia tiến hành nghiên cứu khoa học, bảo trì và hoạt động giao lưu trong thời gian lưu trú kéo dài gần bảy tháng. Họ thực hiện bốn chuyến đi bộ ngoài không gian, lắp tấm chắn rác vũ trụ và thiết bị bên ngoài trạm. Hình ảnh được công bố cho thấy phi hành đoàn khỏe mạnh sau khi hạ cánh tại Dongfeng. Nhiệm vụ cũng mang theo các tải trọng sinh học nhỏ, trong đó có chuột dùng để nghiên cứu khả năng thích nghi với vi trọng lực; chúng được đưa trở về để phân tích sau chuyến bay.

Vì sao phi hành đoàn đổi tàu thay vì sửa cửa sổ

Quyết định được đưa ra dựa trên mức độ rủi ro. Các vết nứt trên cửa sổ Shenzhou 20 nhỏ, nhưng hành trình trở về sẽ khiến khoang tàu chịu nhiệt khí động học và tải trọng áp suất lớn. Không có cách nào chứng nhận một miếng vá được thực hiện trên quỹ đạo cho bộ phận quan trọng như vậy. Phương án an toàn hơn là để Shenzhou 20 tiếp tục gắn với trạm và đưa phi hành đoàn trở về bằng Shenzhou 21, con tàu vừa đưa nhóm tiếp theo lên Tiangong.

Lãnh đạo chương trình nhấn mạnh quyết định này đặt an toàn lên hàng đầu. Văn phòng Kỹ thuật Không gian Có người lái Trung Quốc mô tả phương châm của mình là tính mạng trước tiên, an toàn trước tiên. Việc giữ Shenzhou 20 trên quỹ đạo cũng cho phép các kỹ sư theo dõi diễn biến hư hại theo thời gian, qua đó nghiên cứu một vụ va chạm thực tế trong môi trường không gian.

Khoảng trống tàu cứu sinh và kế hoạch khắc phục của Trung Quốc

Shenzhou 21 hiện đã trở về Trái Đất, khiến phi hành đoàn trên Tiangong tạm thời không có tàu trở về gắn với trạm. Các chương trình bay vũ trụ có người lái đều chuẩn bị cho tình huống này. Trung Quốc duy trì một tên lửa Trường Chinh 2F và một tàu Shenzhou trong trạng thái sẵn sàng cao tại trung tâm phóng Jiuquan. Trong trường hợp kích hoạt thuận lợi nhất, các đội có thể chuẩn bị một vụ phóng khẩn cấp trong khoảng 8,5 ngày. Cơ quan này cũng cho biết sẽ phóng Shenzhou 22 không người lái vào thời điểm thích hợp, qua đó khôi phục một tàu cứu sinh trên trạm cho nhóm phi hành đoàn mới.

Nguy cơ từ rác vũ trụ được chú ý trở lại

Sự cố đưa một vấn đề toàn cầu trở lại tâm điểm chú ý. Quỹ đạo Trái Đất có hơn ba mươi nghìn vật thể được theo dõi, kích thước lớn hơn 10 cm, cùng hàng trăm nghìn mảnh nhỏ hơn không thể theo dõi nhưng đủ lớn để làm hư hại tàu vũ trụ. Mọi vật thể trên quỹ đạo thấp của Trái Đất di chuyển với tốc độ khoảng 7 đến 8 km/giây. Một mảnh nhỏ có thể làm rỗ cửa sổ, xé rách đường ống tản nhiệt hoặc xuyên thủng thành tàu mỏng. Các đơn vị vận hành Tiangong và Trạm Vũ trụ Quốc tế thường xuyên kích hoạt động cơ đẩy để tránh những mảnh vỡ mà mạng lưới theo dõi dự báo sẽ bay qua quá gần.

Lịch sử gần đây cho thấy chỉ một cú va chạm cũng có thể làm thay đổi toàn bộ nhiệm vụ. Năm 2022, một vật thể nhỏ va vào tàu Soyuz MS 22 của Nga đang ghép với Trạm Vũ trụ Quốc tế, khiến chất làm mát thoát ra ngoài. Sự cố kéo dài thêm nhiều tháng thời gian lưu trú trên quỹ đạo của phi hành đoàn trong khi một tàu mới được chuẩn bị. Trong thời gian đó, Frank Rubio của NASA lập kỷ lục của Mỹ với 371 ngày trong không gian. Năm 2024, hai phi hành gia NASA ở lại trạm lâu hơn nhiều so với dự kiến trong khi tàu vũ trụ thử nghiệm của họ được đánh giá sau các vấn đề về động cơ đẩy. Những lần trì hoãn kéo dài rất hiếm, nhưng cho thấy điều kiện trên quỹ đạo biến đổi ra sao và có thể làm thay đổi kế hoạch bay như thế nào.

Rác vũ trụ đến từ đâu

Phần lớn rác trên quỹ đạo là di sản của nhiều thập kỷ hoạt động. Tầng tên lửa trên đã phát nổ khi nhiên liệu còn sót lại phản ứng với chất oxy hóa. Vệ tinh vỡ thành nhiều mảnh khi pin bị nứt vỡ vào cuối vòng đời. Các vụ thử vũ khí cũng tạo ra những đám mảnh vỡ. Năm 2007, Trung Quốc phá hủy vệ tinh thời tiết Fengyun 1C đã ngừng hoạt động trong một cuộc thử nghiệm vũ khí chống vệ tinh, tạo ra hàng nghìn mảnh vỡ vẫn đang quay quanh Trái Đất. Những sự kiện phá hủy khác trong những năm gần đây cũng tạo thêm mảnh vỡ. Nguyên nhân chung rất đơn giản: một khi mảnh vỡ nằm trên quỹ đạo ổn định, lực hấp dẫn giữ nó tiếp tục bay cho đến khi từ từ rơi trở lại khí quyển.

Có thể làm gì ngay lúc này

Các đơn vị vận hành có thể giảm rủi ro bằng cách ngăn phát sinh mảnh vỡ mới và kết thúc nhiệm vụ một cách an toàn. Các biện pháp hiện được khuyến nghị gồm đưa pin và bình chứa về trạng thái an toàn trước khi ngừng hoạt động, đặt vệ tinh ở quỹ đạo thấp hơn để chúng suy giảm quỹ đạo nhanh hơn, và đốt động cơ để đưa vệ tinh khỏi quỹ đạo. Một thông lệ được áp dụng rộng rãi yêu cầu các đơn vị vận hành đưa vệ tinh khỏi quỹ đạo thấp của Trái Đất trong vòng 25 năm; một số cơ quan đang thúc đẩy rút ngắn thời hạn này. Một số nhóm đang thử nghiệm các công cụ dọn dẹp chủ động, gồm thiết bị kẹp robot, lưới, buồm cản và dây nối làm tăng lực cản khí quyển. Những phương pháp này cho thấy triển vọng qua các cuộc trình diễn, nhưng chưa phương pháp nào sẵn sàng triển khai ở quy mô tương xứng với vấn đề. Việc phối hợp giao thông quỹ đạo tốt hơn và theo dõi chính xác hơn cũng sẽ giúp phi hành đoàn lên kế hoạch cơ động an toàn hơn.

Trạm vũ trụ và tham vọng của Trung Quốc

Tiangong là trạm vũ trụ gồm ba mô-đun, hoàn thành cấu hình cơ bản vào năm 2022. Trạm đón ba phi hành gia lưu trú sáu tháng và có thể hỗ trợ sáu người trong thời gian bàn giao ngắn. Khối lượng của trạm bằng khoảng một phần năm Trạm Vũ trụ Quốc tế. Các nhà hoạch định chương trình từng thảo luận về việc bổ sung mô-đun cũng như một kính viễn vọng không gian cỡ lớn sẽ bay trên quỹ đạo gần đó để được bảo dưỡng. Trung Quốc đã nêu mục tiêu đưa phi hành gia lên Mặt Trăng vào khoảng năm 2030 và cho biết sẽ chào đón khách quốc tế đến Tiangong, trong đó có kế hoạch đưa một phi hành gia Pakistan lên trạm.

Thiết kế để hoạt động trên quỹ đạo đông đúc

Vận hành một trạm trong làn quỹ đạo đông đúc đòi hỏi nhiều lớp bảo vệ và quy trình chặt chẽ. Tiangong sử dụng các tấm chắn để phá vỡ những hạt nhỏ trước khi chúng va vào thành chịu áp suất. Phi hành đoàn lắp thêm các tấm chắn trong những chuyến đi bộ ngoài không gian khi thiết bị được nâng cấp. Việc kiểm tra thường xuyên các khu vực nhạy cảm, trong đó có cửa sổ, là một phần của quy trình. Khả năng chống chịu còn đến từ hoạt động vận hành. Duy trì một tàu trở về luôn ghép với trạm, giữ năng lực phóng cứu hộ nhanh và quản lý dự trữ để đáp ứng những giai đoạn ngắn có sáu người trên trạm đều tạo thêm dư địa an toàn cho chương trình.

Tiếp theo sẽ ra sao với Shenzhou 20 và hoạt động của trạm?

Hiện tại, Shenzhou 20 vẫn ở trên quỹ đạo và gắn với Tiangong. Cơ quan này cho biết tàu sẽ được dùng để hỗ trợ các thí nghiệm trên quỹ đạo. Khi hoàn thành nhiệm vụ, các nhân viên điều khiển dự kiến sẽ hướng dẫn tàu tái nhập khí quyển có kiểm soát trên một vùng biển hẻo lánh. Đây là cách tiêu chuẩn để đưa các khoang tàu chở phi hành đoàn ra khỏi quỹ đạo an toàn và tránh tạo thêm rác vũ trụ. Các nhà quản lý sẽ cân đối kế hoạch này với khả năng tiếp nhận tàu tại các cổng ghép nối, bảo đảm có chỗ cho tàu hàng sắp tới và Shenzhou 22 không người lái.

Các mốc thời gian cần theo dõi

Các cột mốc chính là vụ phóng không người lái và việc Shenzhou 22 ghép nối với trạm, cùng thời điểm Shenzhou 20 rời quỹ đạo. Khi Shenzhou 22 ghép nối thành công, phi hành đoàn hiện trên trạm sẽ có lại phương án thoát hiểm. Các chuyến bay hậu cần sẽ tiếp tục cung cấp nhiên liệu, thực phẩm và vật tư nghiên cứu cho Tiangong. Chương trình duy trì phương án phóng khẩn cấp phòng khi cần hỗ trợ nhanh chóng.

Chia sẻ từ nhiệm vụ

Sau khi hạ cánh, chỉ huy nhiệm vụ Chen Dong nhìn lại trải nghiệm và lý do các phi hành đoàn chấp nhận những rủi ro gắn với chuyến bay vũ trụ.

Con đường nhân loại khám phá không gian không hề bằng phẳng. Nó đầy khó khăn và thử thách, và đó cũng là lý do chúng tôi chọn bước đi trên con đường này.

Các nhà quản lý chương trình cũng tóm lược nguyên tắc chỉ đạo. Văn phòng Kỹ thuật Không gian Có người lái Trung Quốc mô tả những quyết định trong sự cố này theo phương châm tính mạng trước tiên, an toàn trước tiên.

Điểm chính

• Khoang trở về của Shenzhou 20 bị nứt nhỏ ở cửa sổ, nhiều khả năng do rác vũ trụ gây ra.
• Trung Quốc hoãn chuyến trở về dự kiến ngày 5/11 và đưa phi hành đoàn về bằng Shenzhou 21 ngày 14/11.
• Phi hành đoàn hạ cánh tại khu vực Dongfeng ở Nội Mông sau 204 ngày trên quỹ đạo.
• Shenzhou 20 vẫn gắn với Tiangong để hỗ trợ hoạt động trên quỹ đạo và sẽ được đưa khỏi quỹ đạo sau.
• Tiangong tạm thời không có tàu cứu sinh ghép nối. Shenzhou 22 sẽ được phóng không người lái để khôi phục phương án này.
• Sự cố cho thấy mối nguy ngày càng tăng từ những mảnh rác nhỏ không thể theo dõi.
• Trung Quốc đặt mục tiêu mở rộng Tiangong, duy trì sự hiện diện liên tục trên trạm và theo đuổi mục tiêu đưa người lên Mặt Trăng.