Trung Quốc đưa tàu Thần Châu 20 bị hư hại về Trái Đất không người lái sau khi cửa sổ bị nứt

Sự cố hiếm gặp giữa nhiệm vụ và cú va chạm nhanh của mảnh vỡ

Trung Quốc sẽ đưa tàu vũ trụ Thần Châu 20 bị hư hại trở về Trái Đất mà không có phi hành gia trên khoang để kiểm tra chi tiết, sau khi một cửa sổ bị nứt buộc chương trình hàng không vũ trụ có người lái của nước này lần đầu tiên phải hủy kế hoạch giữa nhiệm vụ. Quyết định được đưa ra sau một tuần triển khai các hoạt động ứng phó quanh trạm vũ trụ Thiên Cung nhằm đưa phi hành đoàn về an toàn và khôi phục phương tiện thoát hiểm cho nhóm vẫn đang ở trên quỹ đạo.

Sự bất thường được phát hiện ngày 5/11 trong đợt kiểm tra định kỳ trước khi tách khỏi trạm. Các phi hành gia nhìn thấy một khiếm khuyết nhỏ dọc mép cửa sổ khoang trở về. Hình ảnh ghi lại sau đó từ nhiều góc độ và từ camera bên ngoài trên Thiên Cung cho thấy đó là vết nứt thực sự, không phải cặn bám trên bề mặt. Các kỹ sư nhận định việc đưa phi hành đoàn trở về sẽ tiềm ẩn rủi ro không thể chấp nhận, bởi vết nứt trên khoang tái nhập khí quyển chịu áp suất có thể lan rộng dưới tác động của lực và nhiệt.

Ba phi hành gia trên Thần Châu 20 vừa hoàn thành nhiệm kỳ sáu tháng trên Thiên Cung. Thay vì rời trạm theo kế hoạch, họ chờ chín ngày để có tàu thay thế, rồi lên Thần Châu 21 để trở về. Họ hạ cánh tại khu vực Đông Phong thuộc Nội Mông, khép lại chuyến lưu trú liên tục dài nhất từ trước đến nay của phi hành đoàn Trung Quốc trên quỹ đạo, với thời gian hơn 200 ngày một chút.

Thần Châu 20 bị hư hại vẫn đang ghép nối với trạm. Tàu sẽ được điều khiển để tách khỏi trạm và tái nhập khí quyển không có phi hành đoàn, giúp các kỹ sư nghiên cứu cách cửa sổ nứt hoạt động trong những giai đoạn trở về chịu lực lớn, đồng thời thu thập dữ liệu bay phục vụ các thiết kế trong tương lai. Ông Cơ Khải Minh, người phát ngôn Cơ quan Vũ trụ Có người lái Trung Quốc, cho biết tàu sẽ trở về không người lái và cung cấp những số liệu đo đạc giá trị trong chuyến bay mà không thể thu thập bằng cách nào khác.

Những gì các kỹ sư phát hiện ở cửa sổ

Giới chức chương trình cho biết thủ phạm nhiều khả năng là một mảnh rác vũ trụ cực nhỏ. Ngay cả hạt nhỏ hơn hạt cát cũng có thể va chạm với tốc độ tương đối vài kilômét mỗi giây trên quỹ đạo thấp của Trái Đất. Năng lượng giải phóng khi va chạm đủ sức làm mẻ hoặc nứt kính và kim loại. Theo nhóm thiết kế tàu vũ trụ, cửa sổ Thần Châu 20 bị nứt xuyên suốt chiều dày, từ mặt trong ra mặt ngoài, với vết nứt có thể nhìn thấy gần mép ô cửa sổ.

Ông Giả Thế Tiến, nhà thiết kế trưởng hệ thống tàu vũ trụ có người lái của Trung Quốc tại Viện Công nghệ Vũ trụ Trung Quốc, mô tả đánh giá của nhóm và nguy cơ đối với phi hành đoàn. Ông cho biết các chuyên gia vật liệu thủy tinh đã xem xét ảnh và video ghi lại bên trong khoang cũng như từ camera trên cánh tay robot của Thiên Cung. Kết luận của họ dẫn đến quyết định dừng kế hoạch trở về ban đầu.

Đánh giá sơ bộ của chúng tôi là mảnh rác vũ trụ nhỏ hơn 1 milimét nhưng di chuyển với tốc độ cực lớn. Vết nứt hình thành dài hơn một centimét. Chúng tôi không thể kiểm tra trực tiếp khi tàu ở trên quỹ đạo, vì vậy sẽ nghiên cứu kỹ khi Thần Châu 20 trở về.

Cụm cửa sổ trên tàu có người lái thường gồm nhiều tấm kính và các lớp bảo vệ dự phòng. Cửa sổ Thần Châu có kết cấu ba lớp, với lớp bảo vệ nhiệt bên ngoài phải chịu được sức nóng cực độ khi tái nhập khí quyển, với nhiệt độ có thể vượt 1.000 độ C. Vết nứt xuyên suốt bất kỳ tấm kính nào cũng làm mất biên độ an toàn mà các nhà thiết kế dựa vào để bảo đảm chuyến trở về trong điều kiện khoang có áp suất. Các nhóm dưới mặt đất cũng mô phỏng tình huống xấu nhất, trong đó vết nứt có thể lan rộng khi tái nhập khí quyển, gây mất áp suất và khiến khí tốc độ cao xuyên vào khoang. Trong kịch bản đó, hệ thống duy trì sự sống có thể bị quá tải chỉ trong vài giây. Rủi ro ấy không thể chấp nhận.

Tình huống khẩn cấp diễn ra như thế nào

Trong vòng 12 giờ sau khi xác nhận vết nứt, trung tâm điều khiển nhiệm vụ hoãn chuyến trở về của Thần Châu 20 và chuyển sang các quy trình ứng phó dự phòng. Phi hành đoàn ở lại trên Thiên Cung để chờ phương tiện trở về an toàn. Khi Thần Châu 21 đưa nhóm phi hành gia tiếp theo lên trạm, Trung Quốc thực hiện một cuộc hoán đổi hiếm thấy. Các phi hành gia sắp kết thúc nhiệm kỳ dùng tàu mới để trở về, khiến nhóm vừa đến không có phương tiện thoát hiểm ngay lập tức.

Để khắc phục tình trạng đó, chương trình vũ trụ đẩy sớm kế hoạch dự phòng. Ngày 25/11, chỉ 20 ngày sau khi thông báo hoãn nhiệm vụ, tên lửa Trường Chinh 2F đưa tàu Thần Châu 22 không người lái lên quỹ đạo. Tàu tự động tiếp cận và ghép nối chỉ vài giờ sau khi phóng, khôi phục phương án thoát hiểm cho ba phi hành gia hiện ở trên Thiên Cung. Nhiệm vụ cũng đưa thêm vật tư và các dụng cụ chuyên dụng để xử lý cửa sổ bị hư hại khi kỹ thuật viên chuẩn bị cho Thần Châu 20 rời trạm.

Vì sao mảnh vỡ nhỏ có thể gây ra vấn đề lớn

Các vật thể trên quỹ đạo thấp của Trái Đất di chuyển nhanh, khoảng 7 đến 8 kilômét mỗi giây. Khi hai vật thể gặp nhau ở những góc khác nhau, tốc độ tương đối khi va chạm có thể còn cao hơn. Ngay cả những mảnh quá nhỏ để theo dõi từ mặt đất cũng mang động năng khổng lồ ở tốc độ đó. Hạt nhỏ hơn một milimét có thể làm rỗ kim loại, nứt kính hoặc làm hỏng lớp cách nhiệt. Trước đây, những vụ va chạm được xác nhận với mảnh vỡ lớn hơn đã làm xước các tấm pin mặt trời, đâm thủng đường dẫn chất làm mát của bộ tản nhiệt và làm mòn cửa sổ tàu vũ trụ.

Các kỹ sư thiết kế tàu vũ trụ có người lái để hoạt động trong môi trường này. Nhiều bề mặt được bảo vệ bằng các lớp đệm nhiều tầng gọi là tấm chắn Whipple. Chúng phá vỡ các hạt nhỏ trước khi hạt có thể chạm tới vỏ chịu áp suất. Cửa sổ là một bài toán khó hơn. Phi hành đoàn cần tầm nhìn rõ để ghép nối và nhận biết tình huống, vì vậy cửa sổ không thể được che bằng lớp chắn dày đặc. Thay vào đó, nhà thiết kế sử dụng các tấm nhiều lớp, dày làm từ vật liệu tôi cứng, lắp nắp bảo vệ khi không cần quan sát và hạn chế kích thước cũng như số lượng cửa sổ. Dù áp dụng các biện pháp này, một hạt bay đúng hướng vẫn có thể gây hư hại nếu va chạm ở góc bất lợi hoặc với tốc độ rất cao.

Mạng lưới theo dõi giám sát hơn 30.000 vật thể đủ lớn để lập danh mục. Hàng triệu mảnh nhỏ hơn quá nhỏ để theo dõi nhưng vẫn đủ lớn để gây hư hại. Rác vũ trụ bắt nguồn từ các tầng tên lửa đã qua sử dụng, vệ tinh cũ, mảnh vỡ từ các vụ va chạm và các vi thiên thạch tự nhiên. Liên Hợp Quốc và các cơ quan vũ trụ quốc gia khuyến khích các biện pháp giảm thiểu rác vũ trụ như vô hiệu hóa nguồn năng lượng tích trữ, chủ động đưa vật thể tái nhập khí quyển khi kết thúc nhiệm vụ và xử lý đúng cách hoặc đưa lên quỹ đạo thải bỏ phù hợp. Dù có các bước này, mật độ vật thể trên những quỹ đạo phổ biến vẫn tiếp tục tăng.

Người du hành vũ trụ dựa vào kết hợp các thao tác tránh né và tấm chắn để giảm rủi ro. Các trạm và tàu ghé thăm thường xuyên điều chỉnh quỹ đạo để tránh những mảnh vỡ đã được theo dõi, trong khi phi hành đoàn trú trong khoang trở về khi có nguy cơ va chạm. Những năm gần đây, lời kêu gọi phối hợp giao thông vũ trụ tốt hơn và chia sẻ dữ liệu ngày càng tăng. Trung Quốc thúc đẩy các dự án quan sát rác vũ trụ chung với các đối tác, đồng thời đầu tư vào công nghệ như buồm giảm quỹ đạo và hệ thống theo dõi chính xác để kiểm soát mối đe dọa này.

Quyết định dừng kế hoạch là lựa chọn vì an toàn

Thần Châu 20 có thể đã chịu được các lực tác động trong một chuyến tái nhập khí quyển bình thường, nhưng không có cách nào chứng minh điều đó khi tàu còn trên quỹ đạo. Các chuyên gia quản lý rủi ro cân nhắc cả xác suất lẫn hậu quả. Xác suất vết nứt lan rộng đến mức thảm khốc có thể thấp, nhưng hậu quả sẽ là tử vong. Lựa chọn an toàn hơn là chờ một tàu trở về còn nguyên vẹn, rồi đưa tàu bị hư hại về mà không có người trên khoang.

Chỉ huy nhiệm vụ Trần Đông đề cập đến sự đánh đổi đó sau khi hạ cánh. Ông xem sự việc là minh chứng cho thấy thám hiểm đòi hỏi tính kỷ luật và kiên nhẫn.

Con đường chinh phục không gian của con người không bằng phẳng, đầy rẫy khó khăn và thách thức.

Lần đầu tiên trong chương trình trạm vũ trụ của Trung Quốc, một phi hành đoàn kết thúc nhiệm kỳ trở về Trái Đất trên con tàu mà họ không phóng lên. Hoạt động này kéo dài nhiệm vụ của họ thêm chín ngày, lập kỷ lục mới về thời gian lưu trú của Trung Quốc trên quỹ đạo và thử nghiệm các quy trình phóng khẩn cấp, hạ cánh khẩn cấp sẽ trở thành nội dung thường lệ trong sổ tay hướng dẫn cho các phi hành đoàn tương lai.

Quá trình đưa tàu trở về không người lái và kiểm tra

Trong những ngày hoặc tuần tới, các kiểm soát viên bay sẽ tiến hành kiểm tra tiêu chuẩn đối với Thần Châu 20, đóng các cửa khoang và điều khiển tàu tách khỏi Thiên Cung. Tàu sẽ thực hiện cú đốt động cơ giảm quỹ đạo để rời quỹ đạo và tái nhập khí quyển theo hành lang đã định. Các đội thu hồi tại khu vực hạ cánh Đông Phong ở sa mạc Gobi sẽ tiếp cận và bảo đảm an toàn cho khoang sau khi nó hạ xuống bằng dù.

Các kỹ sư muốn thu thập nhiều hơn là chỉ quan sát kỹ hơn. Họ hướng tới việc ghi lại dữ liệu thực tế về cách cửa sổ nứt hoạt động khi tái nhập khí quyển. Các cảm biến nhiệt độ, áp suất và rung động có thể ghi nhận phản ứng của vết nứt trước nhiệt, tải trọng khí động học và ứng suất âm thanh. Ông Cơ Khải Minh cho biết chuyến trở về sẽ cung cấp dữ liệu thực nghiệm chân thực nhất, cho thấy nhóm sẽ so sánh tải trọng tái nhập khí quyển thực tế với mô hình và các thử nghiệm trên mặt đất. Loại thông tin này giúp hoàn thiện các thiết kế tương lai và cải thiện quy tắc bay để xử lý những sự cố hiếm gặp nhưng nghiêm trọng.

Khi tàu được đưa vào phòng thí nghiệm có kiểm soát, các chuyên gia có thể đo hình dạng vết nứt, phân tích cặn tại vị trí va chạm và kiểm tra xem vết nứt có lan rộng trong quá trình hạ xuống hay không. Các điều tra viên cũng sẽ xem xét hồ sơ chế tạo cụm cửa sổ và quy trình lắp đặt để loại trừ khả năng có lỗi tiềm ẩn không liên quan đến rác vũ trụ.

Hoạt động trên Thiên Cung và vai trò của tàu cứu sinh

Với Thần Châu 22 hiện đã ghép nối, phi hành đoàn hiện tại có phương án thoát hiểm nếu xảy ra vấn đề y tế hoặc tình huống khẩn cấp khác. Các trạm vũ trụ hoạt động dài ngày luôn bố trí một khoang trở về sẵn sàng cho mỗi phi hành đoàn. Khoang này đóng vai trò như xuồng cứu sinh, taxi và lá chắn nhiệt, chờ hàng tháng trước chuyến trở về ngắn ngủi. Thiên Cung có thể đón sáu phi hành gia trong thời gian chuyển giao giữa các nhóm, nhưng hệ thống duy trì sự sống được thiết kế để phục vụ ba người trong những kỳ lưu trú dài hạn. Duy trì một tàu trở về đang ghép nối và trong tình trạng tốt là yếu tố cốt lõi của mô hình hoạt động đó.

Trung Quốc duy trì một tàu vũ trụ Thần Châu và một tên lửa Trường Chinh 2F ở trạng thái dự phòng. Hệ thống được thiết kế để có thể huy động nhanh, tương tự cách Nga và Mỹ duy trì các tàu Soyuz và tàu chở phi hành đoàn để ứng phó tình huống khẩn cấp. Vụ phóng nhanh Thần Châu 22 đã chứng minh khả năng sẵn sàng đó. Nhiệm vụ cũng bổ sung hậu cần, đưa dụng cụ, phụ tùng và thiết bị thí nghiệm lên trạm để duy trì hoạt động nghiên cứu.

Các nhiệm vụ khác từng xử lý những sự cố bất ngờ tương tự

Lịch sử bay vào vũ trụ có những trường hợp tương đồng, cho thấy quyết định liên quan đến Thần Châu 20 là thận trọng. Năm 2022, một vi thiên thạch làm thủng đường ống chất làm mát trên tàu Soyuz của Nga đang ghép nối với Trạm Vũ trụ Quốc tế. Phi hành đoàn dự kiến trở về trên tàu đó đã ở lại quỹ đạo cho đến khi một tàu Soyuz thay thế được phóng lên không người lái. Phi hành gia NASA Frank Rubio và hai nhà du hành vũ trụ đã trở về an toàn sau một nhiệm vụ kéo dài hơn dự kiến.

Trong một sự cố khác, chuyến bay thử nghiệm của tàu chở phi hành đoàn Mỹ gặp vấn đề về động cơ đẩy và hệ thống đẩy, khiến hai phi hành gia phải ở lại Trạm Vũ trụ Quốc tế lâu hơn nhiều so với kế hoạch. Họ tham gia công việc cùng phi hành đoàn thường trú trong khi các nhóm dưới mặt đất tìm cách đưa họ trở về an toàn. Trong cả hai trường hợp, sự thận trọng và các phương án dự phòng, chứ không phải áp lực lịch trình, đã quyết định kết quả. Thần Châu 20 cũng được xử lý theo logic tương tự.

Những điều cần theo dõi trong những tháng tới

Các cột mốc tiếp theo gồm chuyến trở về không người lái và phân tích sau chuyến bay của Thần Châu 20, tiếp tục vận hành Thần Châu 22 với vai trò tàu cứu sinh, cùng lịch trình nghiên cứu khoa học và bảo trì ổn định trên Thiên Cung. Phi hành đoàn được đưa lên bằng Thần Châu 21 có phi hành gia trẻ tuổi nhất Trung Quốc từ trước đến nay. Một thành viên dự kiến ở lại không gian hơn một năm trong khuôn khổ nghiên cứu dài hạn về sinh học và yếu tố con người. Các kế hoạch này có thể tiếp tục vì phương tiện thoát hiểm khẩn cấp đã sẵn sàng trở lại.

Chương trình hàng không vũ trụ có người lái của Trung Quốc chưa gặp nhiều sự cố trong khi bay, khiến vụ việc này trở nên đáng chú ý. Sự việc cũng cho thấy cách ứng phó chín chắn. Nhóm đã ưu tiên an toàn của phi hành đoàn, nhanh chóng phóng tàu để khôi phục các biện pháp bảo vệ cho trạm và biến sự cố bất thường thành cơ hội học hỏi bằng cách đưa tàu hư hại về để kiểm tra có hệ thống. Những phát hiện này nhiều khả năng sẽ định hướng thiết kế cửa sổ, tấm chắn va chạm và quy tắc cho phép bay trở lại trong các nhiệm vụ tương lai, trong đó có kế hoạch thử hạ cánh lên Mặt Trăng vào cuối thập kỷ này.

Những điểm chính

• Thần Châu 20 sẽ trở về Trái Đất không có phi hành đoàn sau khi cửa sổ bị nứt khiến việc tái nhập khí quyển có người lái không còn an toàn.
• Các phi hành gia Trần Đông, Trần Trung Thụy và Vương Kiệt trở về an toàn trên Thần Châu 21 sau khi chậm chín ngày, lập kỷ lục mới về thời gian lưu trú của Trung Quốc trên quỹ đạo.
• Vụ phóng khẩn cấp ngày 25/11 đưa Thần Châu 22 không người lái lên Thiên Cung làm tàu cứu sinh, đồng thời chở theo dụng cụ và vật tư.
• Các kỹ sư cho rằng một mảnh rác nhỏ hơn một milimét đã gây ra vết nứt xuyên suốt chiều dày, dài hơn một centimét trên tấm kính cửa sổ.
• Ông Cơ Khải Minh cho biết chuyến trở về không người lái nhằm thu thập dữ liệu bay thực tế về cách cửa sổ nứt hoạt động khi tái nhập khí quyển.
• Trung Quốc sẽ phân tích khoang tàu sau khi hạ cánh tại khu vực Đông Phong để định hướng các thiết kế và quy tắc bay trong tương lai.
• Sự cố nhấn mạnh nguy cơ dai dẳng từ rác vũ trụ trên quỹ đạo thấp của Trái Đất và giá trị của các kế hoạch cứu hộ phi hành đoàn dự phòng.