Sứ mệnh MMX của Nhật Bản hướng tới những mẫu vật đầu tiên từ một vệ tinh Sao Hỏa, dự kiến đưa về Trái Đất vào năm 2031

Hành trình 5 năm đưa một ít vật chất từ Phobos về Trái Đất

Nhật Bản dự kiến phóng tàu vũ trụ Martian Moons eXploration vào ngày 20 tháng 10 năm 2026 từ Trung tâm Vũ trụ Tanegashima, tỉnh Kagoshima, khởi đầu sứ mệnh đưa hơn 10 gram vật chất từ vệ tinh Phobos của Sao Hỏa về Trái Đất. Tàu dự kiến đến Sao Hỏa vào tháng 8 năm 2027 và đưa khoang chứa mẫu đến Australia vào năm 2031.

Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) đang thực hiện điều chưa sứ mệnh nào hoàn thành: đưa mẫu vật từ hệ Sao Hỏa về Trái Đất. Một lượng nhỏ cát, đất và đá có thể giúp làm sáng tỏ liệu Phobos và vệ tinh đồng hành Deimos từng là các tiểu hành tinh độc lập hay hình thành từ mảnh vỡ bị một vụ va chạm lớn với Sao Hỏa hất vào không gian.

Thông báo ngày 8 tháng 10 của NASA về buổi họp báo về sứ mệnh ấn định thời điểm phóng là ngày 19 tháng 10 theo giờ miền Đông nước Mỹ, tương ứng ngày 20 tháng 10 tại Nhật Bản. Các bản tin về vụ phóng của Nhật cho biết tên lửa H3 dự kiến cất cánh vào khoảng 4 giờ 40 sáng theo giờ chuẩn Nhật Bản.

MMX kết hợp một tàu quan sát, một thiết bị đổ bộ, một xe tự hành nhỏ và một khoang được thiết kế để chịu được quá trình quay lại khí quyển Trái Đất. Việc phát triển bắt đầu năm 2016, với chi phí chế tạo tàu khoảng 55,3 tỷ yen. Nhật Bản tận dụng kinh nghiệm từ Hayabusa và Hayabusa2, hai sứ mệnh đã đưa mẫu vật tiểu hành tinh về Trái Đất, đồng thời đảm nhận hành trình dài hơn nhiều đến Sao Hỏa rồi quay về.

Yasuhiro Kawakatsu, giám đốc dự án MMX của JAXA, mô tả con tàu hoàn thiện là vạch xuất phát của nhóm. Vụ phóng mở đầu cho phần việc đầy thách thức của sứ mệnh: đến Sao Hỏa, chọn địa điểm hạ cánh an toàn, thu thập vật chất trong môi trường trọng lực cực yếu và đưa chúng về Trái Đất.

Lịch phóng ra sao?

NASA và Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) đều ghi ngày phóng dự kiến là 20 tháng 10 tại Nhật Bản. Tổng quan sứ mệnh của JAXA đưa ra khung thời gian rộng hơn: năm tài chính 2026 của Nhật, kéo dài từ tháng 4 năm 2026 đến tháng 3 năm 2027.

Kế hoạch phóng trước đó dự kiến khởi hành vào tháng 11 hoặc tháng 12 năm 2026; lịch tháng 10 xuất hiện trong thông báo tháng 10 có ghi ngày của NASA và tài liệu thông tin của ESA. MMX đến Tanegashima ngày 31 tháng 3 năm 2026 để chuẩn bị phóng. Thời điểm khởi hành ban đầu vào năm 2024 đã bị hoãn do sự cố với tên lửa H3.

H3 gặp thêm một sự cố vào tháng 12 năm 2025, nguyên nhân được xác định là bất thường trong quá trình tách chóp bảo vệ tải trọng, lớp vỏ bảo vệ quanh tàu vũ trụ. Cơ hội phóng để thực hiện hành trình hiệu quả đến Sao Hỏa xuất hiện khoảng 26 tháng một lần, vì vậy việc cả tàu vũ trụ lẫn tên lửa sẵn sàng là đặc biệt quan trọng.

Các mốc chính trải dài trong 5 năm:

• Ngày 20 tháng 10 năm 2026, theo giờ Nhật Bản: dự kiến phóng tên lửa H3 từ Tanegashima.
• Tháng 8 năm 2027: dự kiến đến Sao Hỏa, sau đó quan sát Phobos và Deimos.
• Không sớm hơn tháng 12 năm 2028: thời điểm sớm nhất NASA nêu cho việc lấy mẫu ở Phobos.
• Đầu năm 2029: dự kiến triển khai xe tự hành Idefix.
• Năm 2030: dự kiến rời Sao Hỏa.
• Năm 2031: dự kiến đưa khoang chứa mẫu đến Australia.

Ngày hạ cánh và thu thập mẫu của tàu vẫn chưa được xác định: NASA đưa ra mốc sớm nhất là tháng 12 năm 2028, trong khi các bản tin về sứ mệnh dự kiến việc thu thập diễn ra vào năm 2029 hoặc 2030. JAXA cho biết thời gian hoạt động gần Phobos sẽ tùy thuộc vào kế hoạch quan sát.

Vì sao nguồn gốc các vệ tinh này quan trọng?

Phobos có đường kính khoảng 20 đến 30 km và quay quanh Sao Hỏa ở độ cao khoảng 6.000 km so với bề mặt hành tinh. Dù tàu vũ trụ đã thám hiểm Sao Hỏa trong nhiều thập niên, cả Phobos lẫn Deimos vẫn chưa được nghiên cứu cận cảnh trong thời gian dài như kế hoạch của MMX.

Các nhà khoa học đang kiểm chứng hai giả thuyết chính về sự hình thành của chúng. Theo giả thuyết bắt giữ, các vệ tinh ban đầu là tiểu hành tinh rồi bị lực hấp dẫn của Sao Hỏa giữ lại. Theo giả thuyết va chạm, một vật thể lớn đâm vào Sao Hỏa thời kỳ đầu, hất mảnh vỡ ra ngoài không gian, rồi các mảnh này kết tụ thành vệ tinh.

Đá lưu giữ manh mối về nơi chúng hình thành. Thành phần hóa học và tổ hợp khoáng vật có thể cho biết chúng giống vật chất từ Sao Hỏa hay các tiểu hành tinh cổ đại. MMX sẽ kết hợp các phép đo trên cả hai vệ tinh với phân tích trong phòng thí nghiệm đối với vật chất thu thập ở Phobos.

Kiyoshi Kuramoto, giáo sư Đại học Hokkaido kiêm nhà khoa học dự án MMX, giải thích tại buổi họp báo tháng 9 vì sao ông cho rằng mẫu vật sẽ giúp phân biệt hai giả thuyết. Phát biểu bằng tiếng Nhật, ông nói:

Thành phần hóa học và tổ hợp khoáng vật dự kiến từ hai quá trình này hoàn toàn khác nhau, vì vậy việc kiểm tra mẫu vật sẽ giúp giải quyết dứt điểm câu hỏi.

JAXA cũng muốn tìm hiểu hệ Sao Hỏa đã thay đổi ra sao theo thời gian. Nếu các vệ tinh hình thành sau một vụ va chạm, vật chất của chúng có thể lưu giữ bằng chứng về điều kiện trên Sao Hỏa thời kỳ đầu. Nếu chúng là các tiểu hành tinh bị bắt giữ, chúng có thể tiết lộ cách những chất như nước di chuyển trong Hệ Mặt Trời.

Phobos có thể lưu giữ những mảnh vật chất từ Sao Hỏa

Phobos có thể còn cất giữ một kho báu khoa học khác: những hạt vật chất bị các vụ va chạm bắn khỏi Sao Hỏa rồi lắng đọng trên vệ tinh này. Các tính toán dựa trên những hố va chạm lớn trên Sao Hỏa cho thấy khoảng 0,1% vật chất MMX thu thập có thể có nguồn gốc từ hành tinh này.

Với mẫu vật 10 gram, tỷ lệ đó tương đương khoảng 0,01 gram, hay 10 miligram, vật chất Sao Hỏa. Đây là dự đoán về thành phần mẫu; các nhà khoa học sẽ xác định thành phần thực tế sau khi khoang chứa mẫu trở về.

Kanako Seki, giáo sư Đại học Tokyo nghiên cứu môi trường không gian quanh Sao Hỏa, giải thích rằng vật chất đến được Phobos có thể bổ sung cho các mẫu thu thập trực tiếp trên hành tinh. Xe tự hành thu thập đá ở những địa điểm cụ thể. Vật chất bị các vụ va chạm hất vào không gian có thể mang manh mối từ nhiều khu vực Sao Hỏa hơn.

Hoạt động tìm kiếm mẫu vật cũng đang thay đổi ở những nơi khác. Theo thông tin được đưa ra, chính phủ Mỹ đã hủy kế hoạch đưa mẫu Sao Hỏa về Trái Đất của NASA và ESA vào tháng 1 năm 2026 do chi phí tăng cao. Trung Quốc dự kiến phóng Thiên Vấn-3 vào khoảng năm 2028 và đưa vật chất thu thập trên Sao Hỏa về vào khoảng năm 2031.

Địa điểm lấy mẫu của MMX là Phobos. Giá trị khoa học của sứ mệnh đến từ việc nghiên cứu nguồn gốc vệ tinh này và khả năng kiểm tra những hạt Sao Hỏa rải rác trong lớp vật chất bề mặt. Cả hai câu hỏi đều khiến việc đưa dù chỉ một lượng mẫu nhỏ về các phòng thí nghiệm trên Trái Đất trở nên đáng giá.

Tàu vũ trụ lớn gồm ba phần

MMX cao khoảng 5 m và rộng 9 m khi các tấm pin mặt trời mở ra, thuộc hàng những tàu vũ trụ lớn nhất của JAXA. Tài liệu thông tin về MMX của ESA cho biết khối lượng tàu khoảng 4.200 kg, tính cả nhiên liệu; các bản tin về vụ phóng của Nhật nêu con số 4.480 kg và cho biết khoảng hai phần ba khối lượng là nhiên liệu.

Tàu gồm ba mô-đun, mỗi mô-đun đảm nhiệm một công việc khác nhau. Mô-đun đẩy cung cấp động cơ và nhiên liệu cho hành trình đi. Mô-đun thăm dò mang các chân hạ cánh, thiết bị khoa học và dụng cụ lấy mẫu. Mô-đun hồi quy mang thiết bị cần thiết để đưa khoang chứa mẫu về Trái Đất.

MMX sẽ lần lượt tách bỏ các mô-đun sau khi chúng hoàn thành nhiệm vụ. Khối lượng giảm giúp các thao tác điều chỉnh quỹ đạo về sau cần ít nhiên liệu hơn. Mô-đun hồi quy có hệ thống đẩy riêng, nguồn điện mặt trời và ăng-ten lớn để liên lạc với Trái Đất.

Mitsubishi Electric phát triển tàu cùng JAXA và lập một nhóm chuyên trách do lãnh đạo nhà máy Kamakura Works đứng đầu. Công ty cũng từng tham gia phát triển tàu đổ bộ Mặt Trăng SLIM của Nhật Bản và tàu chở hàng cho Trạm Vũ trụ Quốc tế.

Akitsune Uehara, trưởng dự án của Mitsubishi Electric, cho biết việc phát triển song song ba mô-đun và thử nghiệm chân hạ cánh trong điều kiện mô phỏng trọng lực yếu là những thách thức kỹ thuật lớn. Các mô-đun phải hoạt động riêng lẻ cũng như phối hợp thành một tàu duy nhất trong những giai đoạn hành trình mà chúng vẫn kết nối với nhau.

Hạ cánh ở nơi xe tự hành gần như không có trọng lượng

Trọng lực trên Phobos chỉ bằng khoảng một phần hai nghìn so với Trái Đất. Điều này làm thay đổi bài toán hạ cánh: tàu phải chạm xuống đủ nhẹ để không bật khỏi bề mặt. Bốn chân hạ cánh được thiết kế để hấp thụ lực va chạm và giúp MMX đứng vững.

Xe tự hành Idefix nặng 25 kg là một ví dụ dễ hình dung. ESA cho biết trọng lượng của xe trên Phobos tương đương một vật nặng 15 gram trên Trái Đất. Khối lượng của xe vẫn là 25 kg, nhưng lực hấp dẫn yếu của vệ tinh này tác động lên nó nhỏ hơn nhiều.

Cơ quan Vũ trụ Pháp CNES và Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức (DLR) cùng phát triển Idefix. Xe sẽ đến bề mặt trước khi tàu chính hạ cánh, thu thập thông tin về địa hình và vật chất bề mặt để hỗ trợ chuẩn bị hạ cánh.

Idefix được trang bị camera, một nhiệt kế bức xạ và máy quang phổ Raman. Camera quan sát mặt đất và hỗ trợ định hướng. Nhiệt kế đo bức xạ nhiệt, còn máy quang phổ dùng ánh sáng để nhận diện khoáng vật. DLR cung cấp thiết bị thử nghiệm, gồm tháp thả và thiết bị mô phỏng điều kiện trọng lực cực yếu.

Trước khi hạ cánh, MMX sẽ quan sát Phobos từ quỹ đạo vệ tinh giả. Nói đơn giản, tàu đi theo quỹ đạo quanh Sao Hỏa sao cho luôn ở gần Phobos, qua đó có thể quan sát nhiều lần. ESA dự kiến tàu hoạt động gần vệ tinh trong khoảng ba năm, bao gồm lập bản đồ, vận hành xe tự hành và thu thập mẫu.

Hai cách thu thập mẫu vật nhỏ nhưng quý giá

MMX mang theo hai hệ thống lấy mẫu. Một mũi khoan sẽ thu thập vật chất ở độ sâu khoảng 2 cm. Một thiết bị lấy mẫu bằng khí nén dùng khí nén để đưa vật chất rời trên bề mặt vào khoang chứa.

Mục tiêu thu thập của JAXA là hơn 10 gram; ESA mô tả mục tiêu là ít nhất 10 gram. Hai hệ thống cho phép sứ mệnh thu thập vật chất cả ở bên dưới lớp bề mặt sát trên cùng lẫn từ những hạt rời nằm trên bề mặt.

Honeybee Robotics thuộc Blue Origin phát triển thiết bị lấy mẫu bằng khí nén trong khuôn khổ đóng góp của NASA. Thu thập vật chất trong môi trường trọng lực yếu đòi hỏi kiểm soát cả cách tàu tiếp xúc với mặt đất lẫn sự di chuyển của các hạt vào thiết bị lấy mẫu.

Elliot Sefton-Nash, nhà khoa học dự án MMX của ESA, giải thích lợi thế của việc đưa mẫu vật về Trái Đất: một số thiết bị phòng thí nghiệm chính xác nhất quá lớn và quá nhạy để gửi vào không gian. Trên Trái Đất, các nhà khoa học có thể kiểm tra hạt vật chất bằng thiết bị mà tàu vũ trụ không thể mang theo.

Nhật Bản đã chứng minh giá trị khoa học của cách tiếp cận này. Hayabusa mang vật chất từ tiểu hành tinh Itokawa về Trái Đất, còn Hayabusa2 đưa mẫu vật từ Ryugu về vào tháng 12 năm 2020. MMX mở rộng kinh nghiệm đó sang một vệ tinh của hành tinh khác, đồng thời bổ sung thách thức của hành trình đi và về qua hệ Sao Hỏa.

Các thiết bị sẽ đo gì trước khi hạ cánh?

Thiết bị MEGANE của NASA sẽ nghiên cứu thành phần nguyên tố của Phobos bằng cách đo năng lượng neutron và tia gamma phát ra từ bề mặt. Các nguyên tố khác nhau tạo ra những đặc trưng đo đạc khác nhau, giúp các nhà khoa học xác định thành phần của vệ tinh.

Trang sứ mệnh MMX của NASA cho biết Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng Johns Hopkins ở Maryland phát triển MEGANE cùng Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore ở California. Các phép đo sẽ giúp liên hệ thành phần hóa học bề mặt vệ tinh với câu hỏi về nguồn gốc của nó.

Máy quang phổ hồng ngoại MIRS của Pháp sẽ khảo sát thành phần bề mặt bằng ánh sáng hồng ngoại. Thiết bị đang được phát triển tại LESIA thuộc Đài thiên văn Paris cùng bốn phòng thí nghiệm khác của Pháp và CNES. Camera và thiết bị đo khoảng cách bằng laser cũng sẽ hỗ trợ lập bản đồ và chọn khu vực hạ cánh.

Viện Quang học Ứng dụng và Kỹ thuật Chính xác Fraunhofer ở Jena, Đức, cung cấp một hệ thống laser thu nhỏ. Tàu cũng mang các thiết bị đo bụi, bức xạ và hạt tích điện trong môi trường quanh Sao Hỏa.

JAXA và NHK cùng phát triển các camera có khả năng ghi hình ở độ phân giải 4K và 8K. Bên cạnh các phép đo khoa học, camera sẽ ghi lại hình ảnh chi tiết về môi trường xung quanh sứ mệnh. Kawakatsu cho biết ông rất mong được xem những hình ảnh này.

MMX cũng sẽ quan sát khí quyển Sao Hỏa và môi trường không gian xung quanh. JAXA muốn theo dõi cách vật chất khí quyển lưu chuyển và thoát ra không gian, qua đó giúp lý giải những thay đổi kéo dài của Sao Hỏa.

Đưa khoang chứa mẫu về cần một đội ngũ toàn cầu

JAXA dẫn dắt MMX, với sự tham gia của NASA, CNES, DLR và ESA. ESA cung cấp bộ phát đáp và bộ khuếch đại công suất phục vụ liên lạc; mạng lưới trạm mặt đất Estrack của cơ quan này sẽ gửi lệnh và tiếp nhận thông tin trạng thái tàu cùng dữ liệu khoa học.

Mạng lưới Không gian Sâu của NASA sẽ hỗ trợ liên lạc và định vị. NASA cũng tài trợ cho các thành viên nhóm khoa học Mỹ thông qua Chương trình Discovery do Trung tâm Vũ trụ Marshall quản lý. Cơ quan này lên lịch họp báo về những đóng góp của mình vào lúc 4 giờ chiều ngày 15 tháng 10 theo giờ miền Đông nước Mỹ.

Viện Khoa học Không gian và Du hành vũ trụ của JAXA xác định việc cải thiện liên lạc thông qua một trạm mặt đất không gian sâu mới là một trong những mục tiêu công nghệ của sứ mệnh, theo mô tả dự án MMX. Các mục tiêu khác gồm thực hiện hành trình đến Sao Hỏa rồi quay về và cải thiện kỹ thuật lấy mẫu trên các thiên thể.

Hành trình trở về dự kiến kéo dài khoảng một năm. Khi đến gần Trái Đất, MMX sẽ thả khoang chứa mẫu có đường kính khoảng 60 cm. Tấm chắn nhiệt sẽ bảo vệ khoang trong quá trình đi vào khí quyển trước khi nó hạ cánh theo kế hoạch tại sa mạc Australia.

Sau khi thu hồi, khoang sẽ được đưa đến Viện Khoa học Không gian và Du hành vũ trụ của JAXA ở Sagamihara, gần Tokyo. Nhân viên sẽ mở khoang trong phòng thí nghiệm chuyên dụng, lấy và lập danh mục vật chất, rồi cung cấp mẫu cho các nghiên cứu khoa học.

Những nỗ lực trước đây nhằm nghiên cứu Phobos cho thấy điểm đến này khó tiếp cận đến mức nào. Hai tàu Phobos 1 và Phobos 2 của Liên Xô được phóng năm 1988 nhưng mất liên lạc trước khi hoàn thành nhiệm vụ. Sứ mệnh Phobos-Grunt của Nga không thể rời quỹ đạo Trái Đất vào năm 2011.

MMX đặt mục tiêu hoàn tất toàn bộ quy trình: quan sát trong thời gian dài, thăm dò bề mặt, thu thập mẫu và đưa về Trái Đất. Thành công sẽ cung cấp cho các nhà khoa học vật chất thực tế từ hệ Sao Hỏa, đồng thời mang lại cho Nhật Bản kinh nghiệm thực tiễn trong hành trình đến Sao Hỏa rồi quay về.

Điểm chính

• MMX dự kiến được phóng bằng tên lửa H3 từ Tanegashima vào ngày 20 tháng 10 năm 2026 theo giờ Nhật Bản.
• Tàu dự kiến đến Sao Hỏa vào tháng 8 năm 2027 và đưa mẫu vật về Trái Đất vào năm 2031.
• JAXA đặt mục tiêu thu thập hơn 10 gram vật chất từ Phobos bằng mũi khoan và thiết bị lấy mẫu bằng khí nén.
• Xe tự hành Idefix sẽ thăm dò bề mặt trước khi tàu chính hạ cánh.
• Các nhà khoa học sẽ kiểm chứng liệu các vệ tinh Sao Hỏa hình thành từ mảnh vỡ sau va chạm hay là các tiểu hành tinh bị bắt giữ.
• Mẫu vật có thể chứa một lượng nhỏ vật chất bị bắn khỏi Sao Hỏa.
• Khoang chứa mẫu sẽ hạ cánh tại Australia trước khi được chuyển đến phòng thí nghiệm của JAXA ở Sagamihara.