Các nhà khoa học cho rằng Starship có thể đẩy nhanh đáng kể hành trình đến sao Thiên Vương bằng cách tiếp nhiên liệu trong không gian và hoạt động như một tấm chắn hãm tốc. (Nguồn: SpaceX)

Các hành tinh khổng lồ băng giá nằm trong số những mục tiêu hấp dẫn nhất trong hệ mặt trời của chúng ta, và sao Thiên Vương gần đây đã vươn lên dẫn đầu danh sách. Khảo sát năm 2022 của Viện Hàn lâm Quốc gia đã xác định nó là điểm đến ưu tiên cao nhất cho các cuộc thám hiểm trong tương lai. Tuy nhiên, bất chấp sự ủng hộ mạnh mẽ đó, vẫn chưa có sứ mệnh nào được phát triển hoàn chỉnh sẵn sàng cho các cơ hội phóng dự kiến ​​vào những năm 2030.

Sự chậm trễ đó có thể không hoàn toàn là điều tiêu cực. Một hệ thống phóng mới mạnh mẽ đang nổi lên, có thể định hình lại đáng kể cách thiết kế các sứ mệnh như vậy. Tàu Starship của SpaceX đã tiếp tục cho thấy sự tiến bộ thông qua các cuộc thử nghiệm thành công gần đây. Các nhà nghiên cứu tại Massachusetts Institute of Technology (MIT_ đã khám phá tác động tiềm tàng của nó trong một bài báo được trình bày tại Hội nghị Hàng không vũ trụ IEEE, tập trung vào cách nó có thể hỗ trợ Tàu quỹ đạo và thăm dò sao Thiên Vương (UOP) được đề xuất.

Vì sao sao Thiên Vương  quan trọng?

Sao Thiên Vương vẫn là một trong những hành tinh ít được nghiên cứu nhất. Tàu vũ trụ duy nhất từng ghé thăm là Voyager 2, bay ngang qua hành tinh này khoảng 40 năm trước. Cả Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương đều chưa từng có tàu quỹ đạo hay sứ mệnh dài hạn nào được nghiên cứu, khiến chúng trở thành những hành tinh duy nhất trong hệ mặt trời chưa được quan sát kỹ lưỡng theo thời gian.

Sự quan tâm đến sao Thiên Vương rất lớn vì những lý do chính đáng. Hành tinh này có một số đặc điểm bất thường mà các nhà khoa học vẫn đang cố gắng giải thích. Nó quay nghiêng, có từ trường không đều và được bao quanh bởi các mặt trăng có thể chứa các đại dương ngầm bên dưới lớp vỏ băng giá. Nghiên cứu sao Thiên Vương cũng có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về các hành tinh tương tự ngoài hệ mặt trời của chúng ta, vì các hành tinh khổng lồ băng giá dường như khá phổ biến trong toàn bộ dải Ngân hà.

Thách thức của khoảng cách

Việc tiếp cận sao Thiên Vương rất khó khăn chủ yếu là do khoảng cách cực xa của nó. Sao Thiên Vương quay quanh Mặt Trời ở khoảng cách xa gấp 19 lần so với Trái Đất. Tàu Voyager 2 cần hơn chín năm rưỡi chỉ để bay ngang qua hành tinh này, mà chưa kể đến việc cố gắng đi vào quỹ đạo.

Các kế hoạch nhiệm vụ gần đây hơn đã ước tính thời gian di chuyển thậm chí còn dài hơn. Các kế hoạch dựa trên tên lửa Falcon Heavy và nhiều lần hỗ trợ trọng lực sẽ mất hơn 13 năm để đến nơi. Duy trì một nhiệm vụ trong thời gian dài như vậy sẽ làm tăng chi phí và tiềm ẩn rủi ro, bao gồm cả những thay đổi về nhân sự hoặc gián đoạn nguồn tài trợ. Giảm thời gian di chuyển sẽ làm cho nhiệm vụ trở nên thiết thực và bền vững hơn.

Starship có thể thay đổi nhiệm vụ như thế nào?

Starship có thể là giải pháp để vượt qua những thách thức này. Mặc dù gặp phải một số trở ngại trong quá trình thử nghiệm ban đầu, hệ thống này gần đây đã thực hiện thành công chuyến bay thử nghiệm và đang tiến triển đều đặn. Nếu quá trình phát triển tiếp tục như dự kiến, nó có thể đi vào hoạt động vào cuối thập kỷ này và trở thành ứng cử viên sáng giá cho việc phóng tàu lên sao Thiên Vương.

Ưu điểm của nó không chỉ nằm ở khả năng nâng tải đơn thuần. Một tính năng quan trọng là khả năng tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo. Starship được thiết kế để lưu trữ và chuyển nhiên liệu khi đang ở trong không gian, điều này có thể cho phép tàu vũ trụ di chuyển nhanh hơn các hệ thống phải mang toàn bộ nhiên liệu từ khi phóng. Mặc dù khả năng này chưa được chứng minh, nhưng các thử nghiệm trong tương lai dự kiến ​​sẽ khám phá nó, có khả năng mở ra những khả năng mới cho du hành không gian sâu.

Sử dụng Starship như một tấm chắn nhiệt khổng lồ

Một ý tưởng khác được nghiên cứu trong công trình của MIT liên quan đến việc sử dụng chính tàu Starship như một phần của nhiệm vụ trong quá trình hạ cánh. Thay vì tách rời sau khi phóng, Starship có thể di chuyển cùng với tàu thăm dò suốt chặng đường đến sao Thiên Vương. Thiết kế chịu nhiệt của nó, ban đầu được thiết kế cho việc tái nhập khí quyển Trái Đất và sao Hỏa, có thể được sử dụng để xử lý nhiệt độ cao do quá trình hãm tốc bằng khí quyển trong sao Thiên Vương.

Trong kịch bản này, Starship sẽ đóng vai trò như một lá chắn bảo vệ và làm chậm tốc độ của tàu vũ trụ khi nó đi vào bầu khí quyển của hành tinh. Điều này sẽ cho phép tàu thăm dò giảm tốc độ đủ để duy trì quỹ đạo, thay vì chỉ bay ngang qua.

Giảm một nửa thời gian di chuyển

Theo tính toán của nghiên cứu, việc kết hợp tiếp nhiên liệu trong không gian với phương pháp hãm tốc bằng khí quyển này có thể rút ngắn thời gian di chuyển đến sao Thiên Vương xuống còn khoảng sáu năm rưỡi. Con số này chỉ bằng khoảng một nửa thời gian so với các kế hoạch sứ mệnh trước đây. Điều này cũng sẽ loại bỏ nhu cầu hỗ trợ trọng lực từ các hành tinh khác.

Mặc dù việc mang theo tàu Starship trong suốt hành trình sẽ làm tăng độ phức tạp và chi phí, nhưng thời gian thực hiện nhiệm vụ ngắn hơn có thể giảm đáng kể chi phí vận hành tổng thể. Chuyến đi nhanh hơn cũng giảm thiểu rủi ro dài hạn liên quan đến kinh phí và nhân sự.

Tương lai bất định cho sứ mệnh khám phá sao Thiên Vương

Mặc dù đầy hứa hẹn, tàu quỹ đạo và thăm dò sao Thiên Vương vẫn còn rất xa vời so với thực tế. Tàu Starship vẫn chưa chứng minh được khả năng hãm tốc bằng khí quyển cho các nhiệm vụ như thế này, và bản thân nhiệm vụ này cũng chưa nhận được sự chấp thuận về kinh phí. Với những thách thức hiện tại mà NASA đang phải đối mặt, tiến độ thực hiện vẫn còn chưa chắc chắn.

Nếu bỏ lỡ cơ hội phóng tàu vào những năm 2030, thì cơ hội thuận lợi tiếp theo có thể phải đến giữa những năm 2040 mới đến. Điều đó có nghĩa là sẽ mất gần 70 năm giữa các chuyến bay đến sao Thiên Vương. Đối với các nhà khoa học và những người ủng hộ thám hiểm không gian, hy vọng là sẽ có sự hỗ trợ kịp thời để giúp việc quay trở lại thế giới hấp dẫn này trở nên khả thi, bất kể tàu Starship có đóng vai trò gì hay không.