Anil Menon và Joshua Kutryk lắp đặt mảng pin Mặt Trời cuối cùng của ISS trong chuyến đi bộ ngoài không gian kéo dài gần bảy giờ

Mảng pin Mặt Trời cuối cùng khép lại chiến dịch kéo dài năm năm

Phi hành gia NASA Anil Menon và phi hành gia Cơ quan Vũ trụ Canada Joshua Kutryk đã hoàn tất việc lắp đặt mảng pin Mặt Trời nâng cấp cuối cùng của Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) vào ngày 5 tháng 11 năm 2026, khép lại chuyến đi bộ ngoài không gian kéo dài sáu giờ 59 phút. Công việc của họ kết thúc chiến dịch lắp đặt bắt đầu từ tháng 6 năm 2021, nhằm cung cấp thêm điện cho nghiên cứu, các thí nghiệm thương mại và hoạt động thường nhật trên phòng thí nghiệm quỹ đạo.

Mảng pin Mặt Trời triển khai dạng cuộn thứ tám và cuối cùng của ISS, có tên IROSA, được lắp vào kênh điện 3B ở phía mạn phải của giàn kết cấu trạm, bộ khung lớn làm xương sống cho trạm. Mạn phải là phía bên phải khi nhìn theo hướng phía trước được quy định của trạm.

Chuyến đi bộ ngoài không gian bắt đầu lúc 8:36 sáng theo giờ miền Đông Hoa Kỳ và kết thúc lúc 3:35 chiều. Đây là lần thứ năm Menon ra ngoài trạm và lần thứ hai của Kutryk. Cặp đôi này đã lắp mảng thứ bảy vào ngày 29 tháng 10, đúng một tuần trước đó.

Sự cố điện tạm thời khiến việc lắp đặt cuối cùng phức tạp hơn. Các kiểm soát viên mặt đất và phi hành gia kiểm tra cáp, đồng thời chờ trạm đi vào vùng tối của Trái Đất trước khi hoàn tất triển khai. Các phi hành gia trở vào bên trong khi đồ tiếp tế trong bộ đồ vẫn còn.

Menon ghi nhận công sức của các nhóm hỗ trợ hoạt động từ Trái Đất. Khi mô tả cách họ điều chỉnh công việc trong chuyến đi bộ ngoài không gian, phi hành gia NASA cho biết:

Chúng tôi đã có một kế hoạch. Chúng tôi đã thay đổi kế hoạch đó, và các đội bên dưới đã xoay xở rất xuất sắc, nhờ vậy chúng tôi hoàn thành được công việc.

Trạm sẽ có thêm bao nhiêu điện?

Cơ quan Vũ trụ Canada cho biết đợt nâng cấp hoàn tất sẽ giúp tăng công suất phát điện của trạm lên tới 30%. Các số liệu công suất được công bố cho thấy mức thay đổi từ khoảng 160 kilowatt trước khi nâng cấp lên xấp xỉ 215 kilowatt sau đó.

Hai mức này tương ứng mức tăng khoảng 55 kilowatt. Tính trực tiếp từ các số liệu đã làm tròn cho kết quả khoảng 34%, trong khi ước tính được cơ quan này nêu là tối đa 30%. Cả hai đều cho thấy lượng điện sẵn có của trạm tăng đáng kể.

Kilowatt là đơn vị đo công suất, tức tốc độ tạo ra hoặc tiêu thụ điện. Mảng pin vừa lắp có thể tạo ra khoảng 20 kilowatt. Con số này mô tả công suất của riêng mảng pin, còn mức thay đổi từ 160 lên khoảng 215 kilowatt là công suất của toàn bộ hệ thống điện trên trạm.

Tám mảng mới nằm phía trước một phần các tấm pin Mặt Trời ban đầu, vốn vẫn tiếp tục đóng góp điện. Hiệu quả tổng thể phụ thuộc vào cách thiết bị mới và cũ phối hợp với nhau, chứ không đơn giản là cộng công suất riêng của tám mảng vào tổng công suất trước đó của trạm.

Nguồn điện dồi dào hơn giúp ISS có thêm khả năng vận hành thiết bị khoa học và tải trọng thương mại, đồng thời duy trì các hệ thống cần thiết để trạm hoạt động. Đợt nâng cấp cũng hỗ trợ hoạt động trong những năm cuối theo kế hoạch của trạm và quá trình rời quỹ đạo có kiểm soát sau này.

Di chuyển mảng pin lớn bằng tay và cánh tay robot

Trước tiên, Menon và Kutryk phải tháo mảng pin đã gấp khỏi thiết bị lưu trữ tạm thời. Dù vật thể trôi nổi trên quỹ đạo, một bộ phận lớn vẫn chống lại sự thay đổi chuyển động. Việc di chuyển đòi hỏi kiểm soát cẩn thận, dây chằng chắc chắn và sự phối hợp giữa các phi hành gia với người điều khiển cánh tay robot.

Menon cố định chân vào một thiết bị giữ có thể điều chỉnh, gắn với Canadarm2, cánh tay robot của Canada trên trạm. Các phi hành gia NASA Luke Delaney và Jessica Watkins điều khiển cánh tay từ bên trong ISS, đưa Menon cùng mảng pin đến vị trí lắp đặt.

Kutryk di chuyển dọc bên ngoài trạm bằng các tay vịn và dây an toàn. Tại nơi làm việc, anh cố định mình vào một thiết bị giữ chân khác để có thể dùng cả hai tay tiếp nhận và định vị mảng pin.

Vị trí lắp cuối cùng nằm hơi ngoài tầm với của cánh tay robot. Kutryk tiếp nhận mảng pin, còn Menon rời vị trí trên Canadarm2 để chuyển sang một điểm khác trên trạm và cố định mình tại đó. Sau đó, cả hai phối hợp hoàn tất việc lắp đặt vào kênh điện 3B.

Kutryk là trưởng nhóm đi bộ ngoài không gian, sử dụng ký hiệu EV1. Các sọc đỏ trên bộ đồ giúp kiểm soát viên và người xem phân biệt anh với Menon, người sử dụng ký hiệu EV2. Đầu chuyến đi, hai người sớm hơn khoảng 30 phút so với lịch trình dự kiến.

Vì sao trục trặc điện làm chậm việc triển khai

Trung tâm Điều khiển Sứ mệnh phát hiện sự cố khi các phi hành gia đang đấu nối điện. Các kiểm soát viên chỉ ghi nhận dòng điện shunt bằng khoảng một nửa mức dự kiến; đây là số đo điện dùng để kiểm tra khả năng xử lý điện của mảng pin trước khi triển khai.

Pin Mặt Trời tạo ra điện khi ánh sáng chiếu vào. Mạch shunt tạo đường dẫn để chuyển hướng dòng điện, như một phần của quá trình kiểm soát hệ thống điện. Số đo bất thường đồng nghĩa phi hành gia và các đội mặt đất cần kiểm tra các mối nối trước khi cho mảng pin mở ra.

Việc khắc phục tập trung vào dây cáp có mã P23-A. Phi hành đoàn kiểm tra các đầu nối, rồi tiếp tục công việc khi trạm đi qua vùng tối của Trái Đất, lúc thiết bị Mặt Trời không còn nhận ánh nắng trực tiếp.

Sau khi ghi nhận dòng điện ở mức đạt yêu cầu, các phi hành gia tháo hai bu-lông và cho phép mảng pin triển khai. Họ tiếp tục hoàn tất công việc với các dây cáp còn lại và thu dọn trước khi trở về khoang điều áp Quest.

Khi chuyến đi bộ ngoài không gian sắp kết thúc, Kutryk khen ngợi cách các đội ứng phó. Phi hành gia Canada cho biết:

Thật ấn tượng khi chứng kiến cả đội ứng phó và đưa chúng tôi đến đúng vị trí cần thiết, bất chấp những thách thức gặp phải trên đường đi.

Tấm pin cuộn trở thành mảng pin Mặt Trời như thế nào

Redwire Space sản xuất các mảng pin theo hợp đồng với Boeing, nhà thầu chính của NASA về hoạt động của trạm. Thiết kế sử dụng một tấm pin linh hoạt phủ các tế bào quang điện, tức những thiết bị chuyển ánh sáng Mặt Trời thành điện.

Mỗi mảng dài khoảng 19,4 mét khi triển khai. Khi được gấp lại để vận chuyển, thiết bị chiếm ít không gian hơn nhiều, nhờ đó có thể được đưa lên quỹ đạo trong khoang không điều áp của tàu chở hàng Cargo Dragon của SpaceX.

Hệ thống triển khai dựa vào các thanh cần composite tích trữ năng lượng cơ học khi được cuộn lại. Khi thả ra, các thanh cần duỗi thẳng và kéo tấm pin Mặt Trời mở ra. Ý tưởng cơ bản giống một dải vật liệu cuộn chặt có xu hướng trở lại hình dạng duỗi thẳng, dù thiết bị bay thực tế được thiết kế để kiểm soát chính xác chuyển động này.

Cách tiếp cận này giúp mảng pin mở ra mà không cần động cơ hay một hệ thống bản lề cơ khí phức tạp. Kết cấu sau khi triển khai cũng phải đủ cứng để giữ nguyên hình dạng trong quá trình hoạt động của trạm.

Mật độ công suất khi xếp gọn của thiết kế này được báo cáo ở mức khoảng 40 kilowatt trên mét khối. Nói đơn giản, con số này đo lượng công suất phát điện có thể đóng gói trong một thể tích nhất định để phóng lên quỹ đạo. Không gian bên trong tàu chở hàng có hạn, vì vậy thiết bị có thể đóng gọn sẽ giúp việc vận chuyển thực tế hơn.

Từ cuộc trình diễn năm 2017 đến lần lắp đặt thứ tám

Công nghệ phía sau các mảng pin mới đã được trình diễn bên ngoài ISS vào năm 2017. Việc lắp đặt để đưa vào vận hành bắt đầu bốn năm sau đó, khi trạm chuyển từ thử nghiệm ý tưởng sang sử dụng công nghệ này như một phần trong nguồn cung cấp điện.

Mảng pin cuối cùng khép lại chuỗi chuyến hàng và các chuyến đi bộ ngoài không gian diễn ra trong nhiều năm. Các cột mốc chính gồm:

• 2017: Công nghệ mảng pin Mặt Trời triển khai dạng cuộn được trình diễn bên ngoài trạm vũ trụ.
• Tháng 6 năm 2021: Các phi hành gia lắp đặt IROSA đầu tiên để đưa vào vận hành.
• 2023: Sáu mảng pin nâng cấp được sử dụng trên ISS.
• Tháng 10 năm 2026: Cặp mảng pin cuối cùng đến trạm trong chuyến tiếp tế thương mại lần thứ 35 của SpaceX.
• Ngày 29 tháng 10 năm 2026: Menon và Kutryk lắp đặt mảng pin thứ bảy.
• Ngày 5 tháng 11 năm 2026: Cặp đôi lắp đặt và triển khai mảng pin thứ tám, cũng là mảng cuối cùng.

Hoạt động ngày 5 tháng 11 được xác định là chuyến đi bộ ngoài không gian thứ 101 của Hoa Kỳ. Đây cũng là chuyến đi bộ thứ 286 phục vụ lắp ráp và bảo trì trạm, đồng thời là chuyến thứ 18 kể từ năm 2021 liên quan đến việc tăng cường nguồn điện cho ISS. Các con số này thống kê những nhóm công việc khác nhau.

Thiết bị pin Mặt Trời ban đầu đã hoạt động trong nhiều thập kỷ; mảng chính đầu tiên của trạm bắt đầu hoạt động vào tháng 12 năm 2000. Pin Mặt Trời dần mất công suất phát điện sau nhiều năm tiếp xúc với môi trường không gian. Việc bổ sung các mảng pin mới giúp trạm duy trì nguồn điện hữu ích khi thiết bị cũ xuống cấp theo thời gian.

Những người hỗ trợ các phi hành gia

Delaney và Watkins không chỉ đảm nhiệm việc chuyển mảng pin bằng robot. Trước chuyến đi bộ ngoài không gian, họ giúp chuẩn bị bộ đồ và khoang khóa khí, trong đó có việc lắp thiết bị cứu hộ khẩn cấp cho Menon. Họ tháo ra rồi lắp lại thiết bị sau khi gặp khó khăn khi cố định nó.

Thiết bị này có tên Simplified Aid For EVA Rescue, viết tắt là SAFER, là một bộ đẩy nhỏ được thiết kế để sử dụng nếu phi hành gia bị tách khỏi trạm. Trong suốt chuyến đi, các phi hành gia cũng kiểm tra thiết bị của nhau, bao gồm găng tay và khả năng nước tích tụ bên trong mũ bảo hiểm.

Phi hành gia Cơ quan Vũ trụ Canada Jenni Gibbons đảm nhiệm liên lạc viên khoang tàu, hay CAPCOM, tại Trung tâm Vũ trụ Johnson của NASA ở Houston. Nichole Stilwell phụ trách liên lạc trong chuyến đi bộ ngoài không gian, chuyển tiếp hướng dẫn cho công việc bên ngoài. Các vai trò này tạo nên nhiều lớp hỗ trợ giữa phi hành gia, hệ thống của trạm và các nhóm chuyên môn trên mặt đất.

Các nhóm robot ở Houston và tại trụ sở Cơ quan Vũ trụ Canada ở Longueuil, Quebec, giám sát hoạt động của Canadarm2. Công việc của họ bao gồm kiểm tra tình trạng cánh tay, hình học, góc nhìn camera và chuyển động theo quy trình đã định.

Các kiểm soát viên robot của Cơ quan Vũ trụ Canada Roxanne Côté-Bigras và Stephen Takacs mô tả cách trách nhiệm được phối hợp giữa Canada và Hoa Kỳ. Cả hai không trực tiếp được phân công cho các chuyến đi bộ ngoài không gian lắp mảng pin Mặt Trời này, nhưng câu chuyện của họ giải thích hoạt động rộng hơn: kiểm soát viên phải hiểu cả thiết bị lẫn trình tự chính xác mà các phi hành gia sẽ thực hiện.

Cột mốc của Canada được xây dựng trên sự chuẩn bị kỹ lưỡng

Kutryk đến ISS vào ngày 1 tháng 10 để thực hiện sứ mệnh dự kiến kéo dài sáu tháng. Chỉ hơn một tháng sau, anh đã hoàn thành hai chuyến đi bộ ngoài không gian với tổng thời gian khoảng 14 giờ.

Chuyến đi ngày 29 tháng 10 giúp anh trở thành người Canada thứ năm đi bộ ngoài không gian, sau Chris Hadfield, Steven MacLean, Dave Williams và David Saint-Jacques. Saint-Jacques là người Canada gần nhất từng ra ngoài trạm, vào năm 2019.

Công việc bắt đầu từ lâu trước khi cửa ngoài được mở. Kutryk và Menon thực hiện các bước chuẩn bị để loại bỏ nitơ khỏi cơ thể trước khi chuyển sang môi trường áp suất thấp hơn trong bộ đồ du hành vũ trụ. Việc này giảm nguy cơ mắc bệnh giảm áp, tình trạng nitơ tạo thành các bọt khí có hại trong máu và mô khi áp suất giảm.

Khoang khóa khí Quest được giảm áp từ từ, từ áp suất khí quyển thông thường bên trong trạm xuống chân không. Phi hành đoàn tạm dừng để kiểm tra rò rỉ của bộ đồ, đồng thời bơm phần lớn không khí trở lại trạm nhằm tiết kiệm nguồn dự trữ.

Trong chuyến đi, các phi hành gia cũng điều chỉnh bộ đồ để ứng phó với những thay đổi nhiệt độ khi ISS di chuyển giữa vùng có ánh nắng và vùng tối. Những thay đổi lặp đi lặp lại này ảnh hưởng cả môi trường làm việc của phi hành đoàn lẫn thời điểm khắc phục sự cố điện.

Điều gì tiếp theo sau đợt nâng cấp nguồn điện?

Công việc đi bộ ngoài không gian tiếp theo theo kế hoạch của NASA tập trung vào nâng cấp và sửa chữa Quang phổ kế Từ Alpha vào tháng 1 năm 2027. Thiết bị gắn trên giàn kết cấu của trạm này phát hiện tia vũ trụ, tức các hạt năng lượng cao đến từ không gian.

Gaurang Patel, quản lý tích hợp hoạt động của Chương trình Quỹ đạo Thấp Trái Đất thuộc NASA, phác thảo công việc dự kiến vào tháng 1 tại buổi họp báo ngày 20 tháng 10. NASA chưa công bố danh tính các phi hành gia sẽ thực hiện nhiệm vụ. Dự kiến Kutryk vẫn ở trên ISS trong thời gian đó.

Các nhóm robot đã chuẩn bị cho công việc với quang phổ kế, trong đó có các buổi diễn tập gắn với huấn luyện phi hành gia tại Phòng thí nghiệm Trung hòa Lực nổi của NASA gần Houston. Bể nước lớn cho phép các phi hành gia luyện tập di chuyển quanh những cấu trúc trạm được nhấn chìm trong nước khi mặc bộ đồ du hành vũ trụ.

Một chuyến phóng tàu chở hàng Cygnus của Northrop Grumman cũng được lên lịch không sớm hơn ngày 29 tháng 11. Canadarm2 một lần nữa sẽ đóng vai trò chủ chốt, lần này giúp phi hành đoàn trên trạm bắt giữ và ghép nối một tàu tiếp tế đang đến.

Chiến dịch lắp đặt pin Mặt Trời hoàn tất, để lại cho ISS đầy đủ bộ tám mảng pin nâng cấp theo kế hoạch. Kết quả trước mắt là công suất phát điện cao hơn phục vụ các hoạt động còn lại của phòng thí nghiệm, còn kinh nghiệm lắp đặt cung cấp thông tin thực tiễn cho các hệ thống pin Mặt Trời trên tàu vũ trụ tương lai.

Điểm chính

• Anil Menon và Joshua Kutryk lắp đặt mảng pin Mặt Trời nâng cấp thứ tám, cũng là mảng cuối cùng của ISS, vào ngày 5 tháng 11 năm 2026.
• Chuyến đi bộ ngoài không gian kéo dài sáu giờ 59 phút, từ 8:36 sáng đến 3:35 chiều theo giờ miền Đông Hoa Kỳ.
• Mảng pin được lắp vào kênh điện 3B trên giàn kết cấu mạn phải của trạm.
• Phi hành đoàn khắc phục sự cố điện tạm thời trước khi triển khai mảng pin.
• Chiến dịch nâng cấp bắt đầu vào tháng 6 năm 2021 và nâng công suất điện được công bố của trạm từ khoảng 160 lên xấp xỉ 215 kilowatt.
• Menon hoàn thành chuyến đi bộ ngoài không gian thứ năm, còn Kutryk hoàn thành chuyến thứ hai; họ được hỗ trợ bởi phi hành đoàn trên ISS và các nhóm tại Houston và Longueuil.
• NASA dự kiến tổ chức thêm các chuyến đi bộ ngoài không gian vào tháng 1 năm 2027 để làm việc với Quang phổ kế Từ Alpha.