Trung Quốc muốn lấy mẫu sao Hỏa vào năm 2028
của Matt Williams, Vũ trụ ngày nay
Hình ảnh này được chụp bởi một camera nhỏ được phóng ra từ tàu vũ trụ Tianwen-1 của Trung Quốc để chụp ảnh tàu vũ trụ trên quỹ đạo phía trên cực bắc sao Hỏa. Nguồn: CNSA/PEC
Trung Quốc tiếp tục có những bước tiến lớn trong mục tiêu trở thành siêu cường trong không gian và là đối thủ cạnh tranh trực tiếp với NASA. Ngoài đề xuất mở rộng trạm vũ trụ Tiangong và thành lập Trạm nghiên cứu Mặt trăng Quốc tế (ILRS), Trung Quốc cũng đang lên kế hoạch gửi các sứ mệnh phi hành đoàn lên Sao Hỏa trong thập kỷ tới. Để chuẩn bị cho sự xuất hiện của các phi hành gia trên hành tinh đỏ, Trung Quốc đang chuẩn bị đưa các mẫu đất và đá sao Hỏa về Trái đất khoảng hai năm trước thời điểm Trả mẫu sao Hỏa (MSR) của NASA-ESA được đề xuất.
Sứ mệnh này sẽ là sứ mệnh thứ ba trong chương trình Tianwen (Tianwen-3) của Cơ quan Vũ trụ Quốc gia Trung Quốc (CNSA) và sẽ bao gồm một cặp vụ phóng vào năm 2028 sẽ đưa các mẫu trở về Trái đất vào tháng 7 năm 2031. Theo một nghiên cứu mới được công bố gần đây trên tạp chí Trên tạp chí Bản tin Khoa học Trung Quốc, các nhà khoa học Trung Quốc thông báo rằng họ đã phát triển một mô hình số mới để mô phỏng môi trường khí quyển của Sao Hỏa. Được biết đến là mô hình khí quyển Hành tinh mở toàn cầu dành cho Sao Hỏa (còn gọi là GoPlanet-Mars hoặc GoMars), mô hình này cung cấp hỗ trợ nghiên cứu để chuẩn bị cho sứ mệnh Tianwen-3.
Bài báo có tiêu đề “Phát triển thế hệ mới của mô hình khí quyển Sao Hỏa GoPlanet-Mars” được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu từ Viện Vật lý Khí quyển Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (IAP-CAS), Phòng thí nghiệm trọng điểm Nhà nước về Mô phỏng Số của Khoa học Khí quyển và Địa thủy động lực học (LASG) và Trường Khoa học Trái đất và Hành tinh thuộc Viện Khoa học Đại học Trung Quốc (SEPS-UCAS). Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Wang Bin, Nhà nghiên cứu cấp cao của CAS-IAP, người chuyên về mô hình khí hậu.
Trong hai thập kỷ qua, số lượng các sứ mệnh và cơ quan không gian tham gia khám phá Sao Hỏa đã tăng lên đáng kể. Hiện tại, mười nhiệm vụ robot đang khám phá bề mặt và bầu khí quyển của nó, bao gồm bảy tàu quỹ đạo, hai máy thám hiểm và một máy bay trực thăng. Và với nhiều chuyến bay tới Sao Hỏa trong thập kỷ tới (cũng như các sứ mệnh có phi hành đoàn), nhu cầu về dự báo thời tiết trên Sao Hỏa ngày càng tăng. Như họ đã chỉ ra trong bài báo của mình, “Các cường quốc hàng không vũ trụ trên thế giới đã phát triển các mô hình khí quyển sao Hỏa để bảo vệ môi trường khí tượng cho việc thăm dò hạ cánh”.
Một máy ảnh không dây đã chụp ‘bức ảnh nhóm’ này của tàu đổ bộ và tàu thăm dò Tianwen-1 của Trung Quốc trên bề mặt Sao Hỏa. Nguồn: Cơ quan Vũ trụ Trung Quốc
Để cung cấp thông tin về các điều kiện khí tượng xung quanh các địa điểm hạ cánh tiềm năng của sứ mệnh Tianwen-3, nhóm nghiên cứu đã xây dựng mô hình khí quyển hành tinh mở toàn cầu cho Sao Hỏa. Sau đó, họ sử dụng mô hình này để tái tạo ba chu kỳ quan trọng của bầu khí quyển sao Hỏa: bụi, nước và carbon dioxide. Sau đó, họ thử nghiệm mô hình này bằng cách sử dụng bộ dữ liệu Truy cập mở vào Âm thanh từ xa đồng hóa sao Hỏa (OpenMARS), một bản ghi toàn cầu về thời tiết trên sao Hỏa từ năm 1999 đến năm 2015, cũng như các quan sát do tàu thám hiểm Zhurong của Trung Quốc (một phần trong sứ mệnh Tianwen-1 của Trung Quốc) và NASA thực hiện. Tàu đổ bộ Viking 1 và 2.
Kết quả của họ cho thấy mô hình GoMars đã tái tạo thành công các đặc điểm độc đáo của áp suất bề mặt trên Sao Hỏa và mang lại hiệu suất mô phỏng tốt về nhiệt độ bề mặt, gió khu vực, băng vùng cực và bụi. Theo Wang, sứ mệnh Tianwen-3 sẽ mở rộng trên Tianwen-1 bằng cách bổ sung thêm các nhiệm vụ hạ cánh, lấy mẫu và quay trở lại, đòi hỏi thông tin chi tiết về điều kiện khí quyển của Sao Hỏa. Điều này rất quan trọng vì bão cát đã khiến nhiều nhiệm vụ bị thất lạc, chẳng hạn như Cơ hội, Thông tin chi tiết và Zhurong—tất cả đều do bụi tích tụ trên các tấm pin mặt trời của chúng.
Ngoài ra, tàu thám hiểm Perseverance còn bị hư hỏng một trong các cảm biến gió của nó trong cơn bão cát do các viên sỏi trong không khí va chạm với nó. Do dữ liệu quan sát trên Sao Hỏa đang bị thiếu hụt nên mô hình này cũng có các ứng dụng cho mô phỏng thực tế ảo. Điều này là cần thiết khi chuẩn bị các nhiệm vụ tới các hành tinh xa xôi, giúp họ thiết kế phương tiện và lựa chọn địa điểm hạ cánh thích hợp. Về mặt này, một chương trình "Sao Hỏa ảo" kết hợp GoMars và các quan sát trong tương lai có thể loại bỏ rất nhiều phỏng đoán khi lập kế hoạch sứ mệnh trong tương lai.
Kể từ những năm 1960, khi các chương trình không gian của Liên Xô và Mỹ bắt đầu gửi tàu thăm dò tới Sao Hỏa, các nhà khoa học đã phát triển các mô hình khí quyển của Sao Hỏa với hy vọng vượt qua “lời nguyền Sao Hỏa”. Với số lượng ngày càng tăng các quốc gia gửi sứ mệnh tới Sao Hỏa, nhu cầu lập mô hình khí hậu càng trở nên quan trọng hơn. Cuối cùng, bụi và thời tiết có thể có tác động đáng kể đến giai đoạn vào, hạ cánh và hạ cánh (EDL). Chúng cũng có thể ảnh hưởng đến hoạt động trên bề mặt, đặc biệt là ở những nơi có liên quan đến tấm pin mặt trời, thông tin liên lạc và các thiết bị nhạy cảm.
Chúng cũng có thể là một vấn đề trong giai đoạn đi lên, khi các sứ mệnh điện tử cố gắng tiếp cận quỹ đạo và quay trở lại Trái đất—ví dụ: như một phần của sứ mệnh trở về mẫu. Như Wang đã bình luận trong một cuộc phỏng vấn với Tân Hoa Xã:
"Chu trình bụi trên Sao Hỏa cũng quan trọng như chu trình nước trên Trái đất. GoMars có thể được sử dụng để mô phỏng hoạt động của bụi trước và sau trạng thái ngủ đông của tàu thám hiểm, có thể cung cấp dữ liệu môi trường khí quyển để phân tích các nguyên nhân có thể gây ra trạng thái ngủ đông. Ví dụ: GoMars có thể mô phỏng nhiệt độ của bãi đáp và các nhà khoa học có thể sử dụng những dữ liệu này để thiết kế các vật liệu phù hợp để chế tạo máy thám hiểm sao Hỏa để đối phó với cái lạnh cực độ."
Đầu thập kỷ tới, NASA và ESA cũng có ý định cử sứ mệnh Trả lại Mẫu vật trên Sao Hỏa (MSR) để lấy các mẫu mà tàu thám hiểm Perseverance thu được. Điều này sẽ bao gồm một Tàu đổ bộ lấy mẫu của NASA, hai Máy bay trực thăng phục hồi mẫu, Phương tiện bay lên sao Hỏa và Tàu quỹ đạo quay trở lại Trái đất của ESA. NASA và ESA hiện dự kiến sứ mệnh này sẽ khởi động không sớm hơn năm 2033, trùng với sứ mệnh có phi hành đoàn đầu tiên của NASA tới Sao Hỏa rời khỏi Trái đất. Rõ ràng, Cuộc đua không gian mới vượt ra ngoài mặt trăng và hiện bao gồm cả việc vươn tới Sao Hỏa.
