NASA đang chuẩn bị chứng kiến một cột mốc đặc biệt trên Sao Hỏa. Chỉ trong thời gian ngắn nữa, Perseverance – chiếc rover có kích thước tương đương một chiếc ô tô – dự kiến sẽ chính thức trở thành phương tiện di chuyển được quãng đường xa nhất trên một thế giới khác ngoài Trái Đất.
Dự kiến vào một thời điểm trong tuần tới, Perseverance sẽ vượt qua mốc 45,16 km (28,06 dặm) trên bề mặt Sao Hỏa. Khi đó, nó sẽ phá kỷ lục trước đây thuộc về Opportunity, chiếc rover nổi tiếng của NASA từng hoạt động bền bỉ trên hành tinh đỏ trước khi mất liên lạc vào năm 2018.
Điều khiến thành tích này trở nên đáng chú ý hơn là Perseverance chỉ cần khoảng một phần ba thời gian mà Opportunity đã sử dụng để đạt được quãng đường tương đương.
Vậy điều gì đã giúp một chiếc rover mới hơn vượt qua thành tích của một trong những phương tiện thành công nhất từng được con người gửi đến một hành tinh khác?
Câu trả lời nằm phần lớn ở một công nghệ quan trọng: khả năng tự lái và tự định hướng trên Sao Hỏa.
Perseverance có thể tự tìm đường mà không cần chờ Trái Đất
Theo Steven Lee, quản lý dự án của rover Perseverance tại Phòng Thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA (JPL), công nghệ mang tính quyết định giúp Perseverance đạt được tốc độ di chuyển và quãng đường ấn tượng chính là hệ thống điều hướng tự động.
Về nguyên lý, hệ thống này có nhiều điểm tương đồng với công nghệ xe tự lái đang được phát triển trên Trái Đất.
Perseverance được trang bị nhiều camera để liên tục quan sát địa hình xung quanh. Những hình ảnh thu được sau đó được xử lý bằng các thuật toán trên máy tính tích hợp ngay trên rover. Hệ thống sẽ phân tích địa hình, xác định các vật cản và tính toán hướng di chuyển phù hợp nhất.
Thay vì phải chờ các kỹ sư trên Trái Đất phân tích từng hình ảnh rồi gửi một loạt lệnh điều khiển, Perseverance có thể tự đưa ra nhiều quyết định về cách di chuyển trong thời gian thực.
Tất nhiên, lái xe trên Sao Hỏa khác rất nhiều so với lái xe tự hành trên đường phố Trái Đất.
Xe tự lái trên Trái Đất có thể dựa vào bản đồ chi tiết, biển báo giao thông, làn đường, tín hiệu đèn và hệ thống định vị. Trong khi đó, Perseverance phải hoạt động trên một địa hình xa lạ, đầy đá, cát, sườn dốc và những khu vực có thể khiến bánh xe bị mắc kẹt.
Nhưng ít nhất rover của NASA có một lợi thế rất lớn: nó không phải tránh xe cộ, người đi bộ hay những tài xế chạy ẩu.
90% quãng đường của Perseverance được thực hiện tự động
Perseverance không phải chiếc rover đầu tiên sử dụng công nghệ tự định hướng.
Curiosity, chiếc rover gần như là “người anh em” của Perseverance, cũng được trang bị hệ thống camera và các thuật toán giúp nó tự động xử lý địa hình. Curiosity đã hạ cánh xuống Sao Hỏa từ năm 2012 và vẫn đang hoạt động cho đến ngày nay.
Tuy nhiên, Curiosity có một hạn chế quan trọng: bộ máy tính trên rover thuộc thế hệ cũ hơn đáng kể.
Theo Steven Lee, một số thành phần trong hệ thống xử lý của Curiosity có nguồn gốc công nghệ từ những năm 1990. Vì khả năng xử lý hạn chế, chỉ khoảng 10% quãng đường mà Curiosity di chuyển được thực hiện ở chế độ tự động.
Trong gần 15 năm hoạt động trên Sao Hỏa, Curiosity đã đi được khoảng 38,6 km.
Perseverance lại có lợi thế lớn hơn nhờ một hệ thống máy tính hiện đại hơn có tên Vision Compute Element. Công nghệ này cho phép rover thực hiện việc cảm nhận môi trường, xử lý hình ảnh và tính toán hướng đi ngay trên xe trong lúc bánh xe vẫn đang lăn.
Kết quả là khoảng 90% quãng đường Perseverance đã di chuyển được thực hiện một cách tự động.
Đây là một khác biệt rất lớn.
Trên Sao Hỏa, việc điều khiển một phương tiện không đơn giản như gửi lệnh cho một chiếc xe trên Trái Đất. Khoảng cách giữa hai hành tinh khiến tín hiệu liên lạc có độ trễ, đồng nghĩa với việc các kỹ sư không thể liên tục điều khiển rover theo kiểu “bẻ lái trái, đi thẳng, dừng lại” trong thời gian thực.
Nếu phải chờ Trái Đất xử lý và gửi từng chỉ dẫn, Perseverance sẽ phải dừng lại rất nhiều lần.
Khả năng tự hành giúp nó tận dụng tối đa thời gian, liên tục di chuyển và dành nhiều thời gian hơn cho nhiệm vụ khoa học.
Không chạy nhanh, nhưng Perseverance đi rất xa
Nghe đến một chiếc xe tự lái trên Sao Hỏa, người ta có thể tưởng tượng Perseverance đang “phóng” qua địa hình hành tinh đỏ.
Thực tế hoàn toàn khác.
Tốc độ tối đa của bánh xe Perseverance chỉ khoảng 150 mét mỗi giờ – chậm hơn rất nhiều so với bất kỳ phương tiện nào trên đường phố Trái Đất.
Tuy nhiên, tốc độ không phải yếu tố quan trọng nhất.
Điểm khác biệt nằm ở khả năng rover có thể tiếp tục di chuyển mà không phải liên tục dừng lại để chờ các lệnh điều hướng mới từ Trái Đất.
Khi cộng dồn hàng nghìn giờ hoạt động, khả năng này tạo ra một lợi thế đáng kể.
Nói cách khác, Perseverance không cần phải chạy nhanh. Nó chỉ cần ít phải dừng lại hơn.
Khả năng tự lái đang mở rộng phạm vi khoa học của sứ mệnh
Theo Vivian Sun, phó trưởng nhóm khoa học của sứ mệnh, khả năng tự hành không chỉ giúp Perseverance lập kỷ lục về quãng đường.
Quan trọng hơn, nó trực tiếp mở rộng phạm vi nghiên cứu khoa học mà rover có thể thực hiện.
Perseverance đã hạ cánh xuống Jezero Crater, một khu vực có các mục tiêu khoa học nằm rải rác trên một vùng địa hình rộng lớn. Điều này khiến khả năng di chuyển nhanh chóng từ địa điểm này sang địa điểm khác trở nên đặc biệt quan trọng.
Trong khi đó, Curiosity đang khám phá Gale Crater và từng bước tiến lên Mount Sharp. Nhiệm vụ của Curiosity thiên về việc di chuyển có hệ thống và thực hiện các phép đo chi tiết khi nó tiến dần lên độ cao lớn hơn.
Perseverance lại có một chiến lược khác.
Nó có thể di chuyển giữa những địa điểm khoa học cách xa nhau, đôi khi thậm chí đến một khu vực mới sớm hơn dự kiến của các nhà khoa học.
Điều đó cho phép nhóm nghiên cứu có thêm thời gian để quan sát, lấy mẫu và phân tích những địa điểm đặc biệt trên bề mặt Sao Hỏa.
Perseverance đang nghiên cứu những dấu tích cực kỳ cổ xưa
Jezero Crater không chỉ là một địa điểm ngẫu nhiên trên Sao Hỏa.
Đây là một trong những khu vực quan trọng nhất đối với việc tìm hiểu lịch sử cổ đại của hành tinh đỏ.
Perseverance đang nghiên cứu những loại đá có tuổi đời lên tới khoảng 4 tỷ năm, tức thuộc vào một trong những giai đoạn cổ xưa nhất trong lịch sử Hệ Mặt Trời.
Vào thời kỳ đó, Sao Hỏa hoàn toàn khác với thế giới lạnh giá và khô cằn mà chúng ta nhìn thấy ngày nay.
Các nhà khoa học cho rằng từng có những hồ nước lớn và có khả năng cả đại dương tồn tại trên Sao Hỏa. Những dòng nước có thể đã chảy qua bề mặt hành tinh, tạo nên các hệ thống địa chất mà ngày nay vẫn còn dấu vết.
Thời kỳ này cũng trùng với giai đoạn cuối của thời kỳ được gọi là Late Heavy Bombardment, khi các hành tinh bên trong Hệ Mặt Trời vẫn thường xuyên hứng chịu các vụ va chạm từ những thiên thể và mảnh đá lớn.
Perseverance đang cố gắng tìm hiểu một câu hỏi lớn: Sao Hỏa cổ đại thực sự từng có môi trường như thế nào, và liệu những điều kiện đó có đủ thuận lợi cho sự sống hay không?
Một Sao Hỏa cổ đại có thể từng giống một sa mạc trên Trái Đất
Một trong những hình dung thú vị của các nhà khoa học là Sao Hỏa cổ đại có thể từng trông giống một số khu vực sa mạc trên Trái Đất – chẳng hạn như Mojave Desert – nhưng với nước chảy trên bề mặt.
Tất nhiên, đây vẫn là một vấn đề đang được nghiên cứu và tranh luận.
Các nhà khoa học không chỉ muốn biết liệu nước từng tồn tại hay không. Họ muốn hiểu nước tồn tại trong bao lâu, nhiệt độ và hóa học của môi trường khi đó ra sao, các khoáng chất được hình thành như thế nào và liệu môi trường đó có thể cung cấp những điều kiện cần thiết cho sự sống hay không.
Đây là lý do mỗi kilomet Perseverance di chuyển có thể mang lại giá trị khoa học.
Một địa điểm mới có thể chứa những lớp đá khác nhau, khoáng chất khác nhau hoặc dấu vết địa chất mà nhóm nghiên cứu chưa từng quan sát trực tiếp.
Thiết kế bánh xe mới giúp Perseverance tiếp tục hành trình
Khả năng tự hành không phải yếu tố duy nhất giúp Perseverance đạt được thành tích này. Độ bền cơ học của rover cũng đóng vai trò rất quan trọng.
Curiosity từng cho thấy những thách thức mà bánh xe của một rover phải đối mặt khi hoạt động trong thời gian dài trên Sao Hỏa. Sau nhiều năm di chuyển qua địa hình đá và gồ ghề, bánh xe của Curiosity bắt đầu xuất hiện dấu hiệu hao mòn đáng kể.
NASA đã rút kinh nghiệm từ đó khi thiết kế Perseverance.
Bánh xe của Perseverance được thiết kế lại để có độ bền cao hơn. Cho đến nay, các kỹ sư chưa phát hiện dấu hiệu hao mòn đáng kể trên bánh xe của rover.
Đây là một tín hiệu tích cực nếu Perseverance tiếp tục hoạt động trong nhiều năm tới.
NASA đang kiểm tra khả năng Perseverance có thể đi xa đến đâu
Hiện tại, mối quan tâm nhỏ đối với Perseverance nằm ở các bộ truyền động, hay actuator, liên quan đến hệ thống bánh xe.
Ban đầu, các bộ phận này được kiểm tra độ bền với mục tiêu khoảng 20 km quãng đường di chuyển. Nhưng NASA hiện đang tiến hành các bước đánh giá và chứng nhận để chúng có thể hoạt động ít nhất khoảng 100 km, thậm chí có khả năng vượt xa con số đó.
Nếu quá trình đánh giá tiếp tục cho kết quả tích cực, Perseverance có thể còn rất nhiều “kilomet” phía trước.
Một lợi thế khác là rover sử dụng hệ thống điện năng từ RTG – máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ. Perseverance không phụ thuộc vào nhiên liệu hóa học để di chuyển và cũng không mang theo nguồn vật tư tiêu hao hoặc chất bôi trơn theo cách mà nhiều phương tiện thông thường cần đến.
Điều này giúp giảm đáng kể một số giới hạn về thời gian hoạt động.
Kỷ lục 45 km có thể chỉ là một cột mốc giữa hành trình
Khi Perseverance vượt qua mốc 45,16 km, nó sẽ chính thức phá kỷ lục quãng đường di chuyển trên một thế giới khác do Opportunity thiết lập.
Nhưng đối với NASA, đây có lẽ không phải mục tiêu cuối cùng.
Giá trị thực sự của Perseverance không nằm ở việc nó có thể đi được bao nhiêu kilomet, mà ở những gì nó có thể khám phá trong từng kilomet đó.
Mỗi lần rover tự tìm đường đến một khu vực mới, các nhà khoa học có thêm cơ hội nghiên cứu những lớp đá cổ đại, dấu vết của nước và các đặc điểm địa chất có thể giúp tái dựng lịch sử Sao Hỏa.
Quan trọng hơn, công nghệ tự hành của Perseverance đang cung cấp một bài học có giá trị cho các sứ mệnh tương lai.
Khi con người đưa robot đến những thế giới ngày càng xa Trái Đất, việc dựa hoàn toàn vào các kỹ sư trên mặt đất sẽ trở nên ngày càng khó khăn. Một rover có khả năng tự quan sát, tự phân tích và tự quyết định đường đi sẽ có thể hoạt động hiệu quả hơn trong những môi trường mà tín hiệu liên lạc bị hạn chế.
Perseverance vì thế không chỉ đang phá một kỷ lục trên Sao Hỏa. Nó đang chứng minh một điều quan trọng đối với tương lai khám phá không gian: robot càng thông minh và tự chủ, con người càng có thể khám phá được nhiều hơn từ khoảng cách hàng triệu kilomet.
Và nếu các hệ thống bánh xe tiếp tục hoạt động tốt, Perseverance có thể sẽ không dừng lại ở 45 km. Kỷ lục mà nó sắp phá có thể chỉ là một cột mốc tạm thời trong một hành trình còn dài hơn rất nhiều trên bề mặt hành tinh đỏ.
Đăng bình luận
Ý kiến độc giả