Hành trình đến với hành tinh Đỏ
Sự đổ bộ thành công của tàu Apollo 11 lên Mặt trăng đã mở ra một trang mới trong chinh phục vũ trụ của con người và sao Hoả là ranh giới tiếp theo cho sự chinh phục trong hệ Mặt trời. Năm 1993, NASA đã xây dựng Chương trình thăm dò sao Hỏa với 4 mục tiêu cụ thể: (i) xác định đã từng có sự sống trên sao Hoả hay không, (ii) đặc điểm khí hậu sao Hoả, (iii) đặc điểm địa chất sao Hoả và (iv) cuối cùng là chuẩn bị cho việc đưa người khám phá sao Hoả. Trong đó, đưa tàu đổ bộ lên sao Hỏa để nghiên cứu cấu trúc sâu bên trong của hành tinh này là một nhiệm vụ quan trọng.
InSight đã được phóng đi ngày 5/5/2018 tại căn cứ không quân Vandenberg (bang California, Mỹ). Tàu di chuyển trong không gian với vận tốc khoảng 10.000 km/h và phải vượt qua quãng đường khoảng 485 triệu km. Từ lúc phóng đi và trong suốt quá trình di chuyển, tàu InSight được theo dõi định vị và kiểm soát liên tục gần như với thời gian thực, có vài lần đội giám sát đã phải điều chỉnh để đảm bảo tàu có vận tốc và hướng bay đúng theo lộ trình đã định. Việc định hướng và điều khiển tàu Insight trong quá trình bay được thực hiện nhờ một số thiết bị theo dõi các vì sao, giúp xác định hướng bay của tàu dựa trên vị trí của nó so với các vì sao trên bầu trời, thiết bị đo lường quán tính với con quay hồi chuyển giúp xác định hướng và tốc độ di chuyển của tàu và những cảm biến Mặt trời giúp xác định hướng của Mặt trời.
Việc đáp thành công xuống bề mặt sao Hoả là một trong những giai đoạn khó khăn nhất của nhiệm vụ. Tàu Insight đã hạ cánh xuống sao Hoả từ độ cao khoảng 128 km trong vòng 7 phút, đi xuyên qua bầu không khí loãng của sao Hoả - chỉ bằng 1% so với Trái đất, nên với ma sát rất nhỏ thì việc làm tàu chậm lại là công việc đầy thách thức. Trong thời gian hạ cánh và đi vào bầu khí quyển sao Hỏa, vận tốc của InSight lên đến 20.000 km/h, nhưng nó đã giảm được vận tốc nhờ một chiếc dù lớn và 12 tên lửa đẩy lùi. Khoảng thời gian này được NASA gọi là “bảy phút khủng khiếp”, khi con tàu phải thực hiện một chuỗi các thao tác cực kỳ tinh tế để chạm xuống bề mặt hành tinh Đỏ một cách an toàn.
Cho đến nay, Mỹ là quốc gia duy nhất đã có 9 lần đưa được các thiết bị đổ bộ thành công lên sao Hoả. Các quốc gia khác chỉ có các thiết bị thăm dò sao Hoả từ không trung mà chưa thể cho thiết bị chạm đến bề mặt sao Hoả. Dự kiến, InSight sẽ thực hiện nhiệm vụ trên sao Hoả trong khoảng 728 ngày Trái đất, tương ứng với 708 ngày sao Hoả. Tổng chi phí cho dự án InSight đến thời điểm hạ cánh thành công là khoảng 1 tỷ USD. Tập đoàn Lockheed Martin là nhà sản xuất tàu đổ bộ này.
Sứ mệnh của Insight
Nhiệm vụ chính của InSight là khảo sát thăm dò cấu trúc bên trong của sao Hoả kể từ khi hình thành (4,5 tỷ năm trước) đến nay, bao gồm cả phần vỏ, phần bao quanh và phần lõi. Nghiên cứu cấu trúc bên trong sao Hoả sẽ giúp trả lời các câu hỏi quan trọng về sự hình thành và tiến hoá của các hành tinh đá trong hệ Mặt trời là sao Thuỷ, sao Kim, Trái đất và sao Hoả từ hơn 4 tỷ năm trước. InSight cũng đo lường các hoạt động kiến tạo và các tác động của thiên thạch trên sao Hoả hiện tại.
Những nhiệm vụ trước đây trên sao Hoả mới chỉ ở mức độ khảo sát bề mặt bằng các thiết bị kiểm tra những vùng núi lửa, hẻm núi, đá và đất. Tuy vậy, để biết về sự hình thành sao Hoả thì chỉ có thể được thực hiện bằng những khảo sát nghiên cứu phần lõi bên dưới bề mặt của hành tinh. Sau khi đáp thành công xuống khu vực có địa hình bằng phẳng gần vùng xích đạo của sao Hoả, Insight sẽ triển khai các thiết bị thăm dò và khảo sát cấu trúc bên trong sao Hoả, việc này được thực hiện nhờ các thiết bị chuyên dụng. Đầu tiên là cánh tay robot gắn với camera giúp ghi nhận hình ảnh về bề mặt khu vực, những hình ảnh thu được sẽ giúp xây dựng bản đồ 3 chiều về địa hình và xác định được vị trí tốt nhất cho việc triển khai các hoạt động thăm dò, khảo sát. Cánh tay robot này cũng là công cụ để triển khai lắp đặt các thiết bị khảo sát chính của Insight gồm:
- Máy địa chấn SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) để đo xung hay những rung động địa chấn của sao Hỏa nhằm nghiên cứu lớp vỏ, các lớp cấu trúc bên trong sao Hỏa cũng như tác động của thiên thạch lên hành tinh này. Dự kiến khối lượng dữ liệu 38 megabit được thu thập mỗi ngày. Đây cũng là máy địa chấn đầu tiên trên bề mặt sao Hỏa. Nó hoạt động giống như một chiếc máy ảnh chụp hình bên trong lòng hành tinh. Có thể ví nó như một máy quét CT cho một hành tinh.
- Thiết bị thăm dò đặc tính vật lý và dòng nhiệt HP3 (Heat Flow and Physical Properties Probe) được cắm sâu 5 m dưới bề mặt sao Hỏa để đo nhiệt độ nhằm nghiên cứu dòng nhiệt thoát ra cũng như nguồn gốc của dòng nhiệt đó. Từ dữ liệu khoảng 350 megabit, các nhà khoa học sẽ phân tích và đánh giá nhiệt độ trong lòng sao Hỏa và quá trình thoát nhiệt từ sao Hỏa.
- Thiết bị nghiên cứu trắc địa vô tuyến RISE (Radio Science Experiment) phục vụ nghiên cứu trắc địa gồm các bộ ăngten để theo dõi và đo bất kỳ sự thay đổi nhỏ nhất nào của vị trí con tàu do sự rung lắc của Cực bắc sao Hỏa khi Mặt trời tác động vào nó trong quá trình bay theo quỹ đạo; cung cấp thông tin về bản chất, kích thước và thành phần của lớp lõi bên trong của sao Hỏa. Nó cho phép phân tích lớp lõi là rắn hay lỏng, chiều sâu mà tại đó lõi của sao Hỏa trở nên rắn, phát hiện những khoáng chất khác ngoài sắt.
Kể từ khi phóng và trong suốt quá trình vận hành của InSight trên sao Hoả, hoạt động thông tin liên lạc giữa tàu và mặt đất được thực hiện nhờ Mạng không gian sâu (Deep Space Network - DSN) trên Trái đất và tàu vũ trụ Odyssey quay quanh sao Hỏa là điểm tiếp nhận và chuyển tin. Hệ thống DSN của NASA là một mạng lưới gồm nhiều ăngten đặt ở ba điểm trên trái đất (California, Tây Ban Nha và Úc) để cung cấp những liên kết thông tin liên lạc giữa tàu thám hiểm không gian và đội thực hiện nhiệm vụ tại mặt đất một cách gần như liên tục.
InSight là một dự án quy tụ nhiều nhà khoa học và kỹ sư thuộc nhiều ngành khác nhau, đồng thời là sự hợp tác giữa nhiều quốc gia và nhiều tổ chức trên thế giới gồm Mỹ, Pháp, Đức, Bỉ, Canada, Tây Ban Nha, Vương quốc Anh, Ba Lan.
Trong tương lai, những công nghệ mới sẽ cho phép NASA khám phá sao Hoả bằng những cách mà trước đây không thể, cụ thể là khả năng thu thập những hình ảnh có độ phân giải cao, việc đổ bộ chính xác, hay việc thu thập và mang về Trái đất các mẫu đất và đá từ sao Hoả. Dự kiến nhiệm vụ tiếp theo là Mars 2020 với xe tự hành và máy bay để thu thập mẫu đất và đá từ sao Hỏa và mang trở về Trái đất vào năm 2020.