Làm thế nào để bay lên Mặt Trăng?

Từ lâu, việc khám phá và khao khát được đặt chân lên mặt trăng đã truyền cảm hứng cho nhân loại và các nhà khoa học trên thế giới để bắt tay vào nghiên cứu và tìm tòi. Không chỉ với mong ước làm chủ mặt trăng mà còn mong muốn đưa con người lên khám phá nhiều hơn.

Mặt Trăng nằm cách Trái Đất khoảng 384.400 km. Đây là một khoảng cách rất lớn, nếu có thể lái ô tô với tốc độ 100 km/h lên Mặt Trăng bạn sẽ phải mất hơn 4.000 giờ hoặc khoảng 166 ngày để đến được vệ tinh của Trái Đất – tương đương với 5 tháng lái xe không ngừng nghỉ.

Tất nhiên, chúng ta không thể lái ô tô lên Mặt Trăng. Con người phải dựa vào tàu vũ trụ để du hành ngoài không gian và đây cũng là phương tiện duy nhất giúp chúng ta đến được Mặt Trăng.

Những tàu vũ trụ này được thiết kế đặc biệt để di chuyển trong chân không của không gian và chịu được các điều kiện khắc nghiệt của hành trình. Có nhiều phương pháp khác nhau để bay đến Mặt Trăng trên một con tàu vũ trụ gồm bay theo Quỹ đạo điểm hẹn Mặt Trăng, Quỹ đạo điểm hẹn Trái Đất và bay trực tiếp.

Trong ba phương án trên Quỹ đạo điểm hẹn Mặt Trăng là cách phổ biến nhất và được Nga, Mỹ và Trung Quốc sử dụng trong sứ mệnh Mặt Trăng của mình.

Điểm hẹn quỹ đạo Mặt Trăng (LOR), hay tiếp cận trên quỹ đạo Mặt Trăng là một khái niệm trong Chương trình Apollo của Mỹ. Theo đó, tàu vũ trụ chính cùng với tàu hạ cánh nhỏ hơn sẽ được đưa lên quỹ đạo Mặt Trăng.

Tàu đổ bộ sau đó sẽ tách ra và hạ cánh xuống bề mặt Mặt Trăng, trong khi đó tàu chính sẽ vẫn ở trên quỹ đạo Mặt Trăng. Sau khi nhiệm vụ đổ bộ hoàn thành, tàu đổ bộ sẽ quay trở lại quỹ đạo Mặt Trăng, và tiến hành ghép nối với tàu chính, sau khi phi hành đoàn di chuyển từ tàu đổ bộ sang tàu chính, tàu đổ bộ sẽ được tách rời. Tàu chính sau đó sẽ đưa các nhà du hành trở về Trái Đất.

Bản thân LOR cũng chia thành nhiều cách bay khác nhau tùy thuộc theo hệ thống tên lửa đẩy, tàu vũ trụ có người lái hay không người.

Còn bay theo kiểu trực tiếp được xem như là giao thoa của các hình thức bay LOR, về cơ bản là chế tạo một tên lửa có thể bay trực tiếp từ Trái Đất đến Mặt Trăng, sau đó bay trở về bằng chính tên lửa đó.

Cách cuối cùng bay lên Mặt Trăng từng được con người thử nghiệm là Điểm hẹn quỹ đạo Trái Đất (EORR), là một phương pháp từng được cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) sử dụng trước chương trình Apollo.

Điểm nổi bật của phương pháp tiếp cận EOR là thực hiện một số lần phóng các thành phần tàu vũ trụ khác nhau vào quỹ đạo Trái Đất, nơi có thể thực hiện việc lắp ráp thành một tàu vũ trụ lớn hơn. Con tàu vũ trụ lớn hơn này sau đó sẽ bay tới Mặt Trăng và hạ cánh trên đó, sau đó cất cánh và quay trở lại Trái Đất.

Mất bao lâu để tàu vũ trụ bay lên Mặt Trăng?

Theo ghi nhận của lịch sử, hầu hết những chuyến đi đến mặt trăng cần phải mất ít nhất 3 ngày để hoàn thành chặng đường dài gần 386,243 km. Điều này có nghĩa là các phi hành gia phải di chuyển với tốc độ khoảng 3.333 dặm/giờ (~5.364 km/giờ) trong suốt hành trình chinh phục mặt trăng.

Tuy nhiên, cũng có một số chuyển thám hiểm mặt trăng không thành công dù đã mất rất nhiều thời gian như tàu không gian "Trường An" của Trung Quốc đã phải bỏ ra 4-5 ngày khi thực hiện chuyến hành trình và buộc phải quay trở về Trái đất vì lý do thiếu nhiên liệu. Ngoài ra, cũng có những chuyến thảm hiểm mặt trăng nhanh nhất được ghi nhận như: tàu Luna 1 không người lái chinh phục mặt trăng vào năm 1959 chỉ với 36 giờ với tốc độ khoảng 6.500 dặm/giờ (10.500 km/giờ). Hay vào năm 2006, tàu New Horizons đã phóng qua mặt trăng chỉ 8 tiếng 35 phút với tốc độ kỷ lục 36.373 dặm/giờ (58.536 km/giờ).

19h34 ngày 23/8 (giờ Hà Nội), tàu vũ trụ không người lái Chandrayaan-3 của Ấn Độ hạ cánh thành công xuống cực nam của Mặt Trăng sau hành trình bay kéo dài 41 ngày. Sứ mệnh này giúp Ấn Độ trở thành quốc gia đầu tiên trên thế giới thực hiện hạ cánh tàu vũ trụ xuống cực nam Mặt Trăng, nơi con người chưa từng đặt chân tới.

Để so sánh, tàu Luna-25 của Nga chỉ mất 6 ngày để tiến vào quỹ đạo Mặt Trăng, tàu Chang'e 2 của Trung Quốc chỉ mất 4 ngày để tới Mặt Trăng trong một sứ mệnh thực hiện năm 2010. Tàu Apollo-11 của NASA cũng chỉ mất 4 ngày để làm điều tương tự, và có thêm sự xuất hiện của 3 phi hành gia đổ bộ xuống Mặt Trăng.

Thậm chí, tàu vũ trụ Luna-1 của Liên Xô chỉ mất vỏn vẹn 36 giờ để chạm tới quỹ đạo của Mặt Trăng, trong một sứ mệnh thực hiện năm 1959.

Sở dĩ có sự khác biệt lớn về thời gian thực hiện sứ mệnh là bởi tàu Chandrayaan-3 sử dụng hệ thống tên lửa đẩy Launch Vehicle Mark-III (LVM-3) có lực phóng kém xa so với các phương tiện nêu trên, nhằm tiết kiệm ngân sách cho sứ mệnh.

Bù lại những hạn chế về mặt công nghệ, tàu Chandrayaan-3 phải sử dụng một phương pháp khéo léo dựa vào lực hấp dẫn của Mặt Trăng và Trái Đất để tới đích. Con tàu phải bay 4,5 vòng quanh Trái Đất và nhiều vòng quanh Mặt Trăng để ổn định tốc độ cần thiết, trước khi thực hiện giai đoạn hạ cánh. Chính vì thế mà thời gian của sứ mệnh bị kéo dài lên tới 40 ngày.