top of page
​AD

Gerald Sanders: Khai Thác Tài Nguyên Trên Mặt Trăng Cho Các Sứ Mệnh Không Gian

Một trong những động lực chính của việc khai thác tài nguyên Mặt Trăng là giảm chi phí và rủi ro của các sứ mệnh không gian vì mục tiêu chính không chỉ là đến nơi mà còn quay trở lại Trái Đất.


Phải mất ba ngày để đến Mặt Trăng và hành trình tới Sao Hỏa mất từ ​​sáu đến tám tháng. Để đến được Mặt Trăng, sau đó đến Sao Hỏa và ở đó trong thời gian dài, các phi hành gia sẽ cần mang theo tài nguyên hoặc vận chuyển chúng đến từ quỹ đạo Trái đất hoặc Mặt Trăng.

Tuy nhiên, đối với các sứ mệnh thám hiểm không gian kéo dài, các phi hành gia sẽ phải tìm hoặc sản xuất đủ tài nguyên để duy trì hoạt động của mình. Những tài nguyên này sẽ được khai thác và xử lý như thế nào?



Hiện tại, mọi thứ cần thiết cho sứ mệnh không gian đều phải được phóng từ Trái đất, đây là một nỗ lực tốn kém và đầy rủi ro. Bằng cách khai thác các tài nguyên có sẵn trên Mặt Trăng, các cơ quan hàng không vũ trụ có thể giảm đáng kể lượng vật liệu cần phóng từ Trái đất, khiến các sứ mệnh không gian trở nên khả thi và giá cả phải chăng hơn.


Nhưng Mặt Trăng không chỉ là nguồn nguyên liệu cho các sứ mệnh không gian. Nó cũng chứa đựng những thông tin khoa học có giá trị có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về hành tinh và vũ trụ của chúng ta. Bằng cách khai thác và phân tích tài nguyên Mặt Trăng, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về lịch sử của Mặt Trăng và hệ Mặt Trời, cũng như những manh mối tiềm năng về nguồn gốc của sự sống.


Tuy nhiên, việc khai thác tài nguyên trên Mặt Trăng không phải là việc đơn giản. Bề mặt của Mặt Trăng được bao phủ bởi một lớp bụi, gọi là regolith, được tạo thành từ các hạt đá và khoáng chất nhỏ. Lớp regolith này đặt ra thách thức cho việc khai thác vì các phương pháp truyền thống được sử dụng trên Trái đất có thể không hiệu quả trong môi trường trọng lực thấp như vậy.



Một trong những tài nguyên có thể được khai thác từ Mặt Trăng là nước đá, được cho là có số lượng lớn ở hai cực của Mặt Trăng. Nước rất cần thiết cho sự sống còn của con người trong không gian và cũng có thể được tách thành hydro và oxy, có thể được sử dụng làm nhiên liệu tên lửa. Điều này có khả năng kích hoạt các trạm tiếp nhiên liệu trên Mặt Trăng, biến nó thành bệ phóng để khám phá sâu hơn về hệ mặt trời.


Ngoài những thách thức về mặt kỹ thuật, còn có những cân nhắc về mặt pháp lý và đạo đức khi khai thác tài nguyên Mặt Trăng. Hiệp ước Ngoài Không gian, được Hoa Kỳ và các quốc gia khác ký kết, tuyên bố rằng việc thám hiểm không gian phải được thực hiện vì lợi ích của tất cả các quốc gia và không được gây ô nhiễm cho các thiên thể. NASA đang hợp tác chặt chẽ với các đối tác quốc tế để đảm bảo tuân thủ các quy định hoạt động có trách nhiệm và bền vững trong việc khai thác tài nguyên Mặt Trăng.


Trong một cuộc phỏng vấn với Polytechnique Insights, Trưởng nhóm Sử dụng Tài nguyên Tại chỗ (ISRU) của NASA, Gerald (Jerry) Sanders đã thảo luận về những thách thức và cơ hội trong việc khai thác tài nguyên Mặt Trăng cũng như cách nó có thể cách mạng hóa cách chúng ta tiếp cận việc khám phá không gian.


Sanders và nhóm của ông hiện đang tập trung vào Thí nghiệm ISRU oxy trên Sao Hỏa (MOXIE) trên tàu thám hiểm Sao Hỏa 2020, sẽ thử nghiệm việc sản xuất oxy từ bầu khí quyển Sao Hỏa. Thí nghiệm này sẽ cung cấp thông tin có giá trị cho các sứ mệnh trong tương lai tới Sao Hỏa và xa hơn nữa, cũng như cho sự phát triển công nghệ khai thác tài nguyên từ các thiên thể khác.




 

Polytechnique Insights: Tại sao chúng ta cần khai thác tài nguyên trong không gian và làm thế nào để thực hiện được điều đó?


Gerald Sanders: Đối với các sứ mệnh thám hiểm không gian kéo dài tới Mặt Trăng hoặc Sao Hỏa, các phi hành gia sẽ cần tìm hoặc sản xuất các nguồn tài nguyên mà họ cần để thở, trú ẩn hoặc nuôi sống bản thân, di chuyển và thực hiện sứ mệnh của mình. Như vậy, việc có thể sử dụng các nguồn tài nguyên “cục bộ” như nước, carbon hoặc oxy trong các sứ mệnh này sẽ làm giảm khối lượng phóng từ Trái đất – một yếu tố có tác động trực tiếp đến chi phí của các sứ mệnh. Đối với mỗi kg hạ cánh trên Sao Hỏa, sẽ có từ 7,5 đến 11 kg được phóng lên quỹ đạo Trái đất. Và để đến được Sao Hỏa, sẽ cần hàng triệu tấn nhiên liệu đẩy, tức là nhiên liệu tên lửa, tương đương với trọng tải của một số siêu bệ phóng. Hơn nữa, nhiên liệu cũng sẽ phải được sản xuất tại chỗ nếu các phi hành gia có cơ hội quay trở lại Trái đất. Nó không chỉ là việc lên Sao Hỏa mà còn là việc quay trở lại.


Mục đích của chương trình Sử dụng Tài nguyên Tại chỗ (ISRU) tại NASA là phát triển các kỹ thuật định vị, trích xuất, xử lý và khai thác tài nguyên địa phương, quặng và các thành phần hóa học cần thiết cho các sứ mệnh thăm dò. Nói một cách cụ thể, chúng ta sẽ cần có phương tiện di chuyển, cơ sở hạ tầng khai thác, sản xuất năng lượng, xử lý và lưu trữ sản phẩm, sản xuất máy móc và công cụ, liên lạc, bảo trì, giống như chúng ta làm trên Trái đất nhưng trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt, bụi và thiếu không khí. Nói như vậy, vấn đề sản xuất trong không gian không phải là một ý tưởng mới. Tôi đã đọc một bài báo kỹ thuật về cách tạo ra oxy từ đất Mặt Trăng, được viết bởi một kỹ sư vào năm 1961, tức là trước khi con người đặt chân lên Mặt Trăng!


Những nguồn lực nào có thể được sử dụng?


Thứ nhất, tài nguyên thiên nhiên: nước, oxy, hydro, nitơ, silicon, carbon hoặc đá, đặc biệt là regolith trên Mặt Trăng hoặc Sao Hỏa. Tất cả những tài nguyên này sẽ được sử dụng để hỗ trợ sự sống cho các phi hành gia, để sản xuất nhiên liệu, tế bào quang điện hoặc vật liệu xây dựng, cùng nhiều thứ khác. Hiện nay, sự phát triển đang tập trung vào sản xuất oxy và nhiên liệu, đặc biệt là khí methane hoặc hydro. Nhưng tài nguyên cũng bao gồm tất cả các chất thải cần phải tiêu hủy hoặc biến đổi và các phụ tùng thay thế. Bạn phải có khả năng sửa chữa một hệ thống mà không cần đợi lần giao hàng tiếp theo để mang lại phần còn thiếu. Các vấn đề cần giải quyết rất khác nhau tùy thuộc vào sứ mệnh diễn ra trên Mặt Trăng hay Sao Hỏa. Phải mất ba ngày để đến hoặc rời khỏi Mặt Trăng, trong khi chuyến đi tới Sao Hỏa mất từ ​​sáu đến tám tháng và thời điểm phóng tối ưu từ Trái đất chỉ diễn ra 26 tháng một lần – khi hai hành tinh ở gần nhau nhất.



Những thách thức chính là gì?


Có bốn. Đầu tiên là phải hiểu những nguồn lực nào có sẵn ở địa phương và hiểu rõ về chúng. Nhờ các sứ mệnh đã được thực hiện cho đến nay, chúng tôi đã có nền tảng kiến thức tốt về tài nguyên trên Mặt Trăng và chúng tôi đang thu thập thêm thông tin về tài nguyên trên Sao Hỏa. Sau đó là thách thức trong việc khai thác các tài nguyên này. Chúng ta đã biết cách khai thác trên Trái đất trong nhiều thế kỷ, nhưng thiết bị nào sẽ cho phép chúng ta khai thác trên Sao Hỏa và xử lý quặng? Chúng ta sẽ cung cấp năng lượng cho họ bằng cách nào? Chúng sẽ được duy trì như thế nào? Đây là tất cả những câu hỏi mà chúng ta cần trả lời ngay bây giờ.


Điều này đưa chúng ta đến thách thức thứ ba, đó là thách thức về môi trường. Có rất nhiều bức xạ trên Sao Hỏa và ít trọng lực hơn, vì vậy chúng ta phải suy nghĩ lại về cách thực hiện mọi việc. Chúng tôi đang nghiên cứu ở Bắc Cực, trên sa mạc hoặc dưới đáy đại dương để tìm ra những điều kiện tương đối giống nhau, nhưng chúng vẫn rất khác so với những gì chúng tôi sẽ tìm thấy trên Sao Hỏa. Thách thức thứ tư là độ tin cậy, điều này phải được đảm bảo toàn diện đối với chuyến bay vào vũ trụ có người lái. Khi quay trở lại Trái đất, các phi hành gia phải chắc chắn rằng họ có đủ nhiên liệu, hạ cánh đúng nơi. Tóm lại, chúng ta phải xác định chiến lược tốt nhất. Trên hết, còn có thách thức thứ năm, mang tính chính trị hơn là kỹ thuật: xác định hiệp ước không gian và sự tuân thủ của tất cả các bên liên quan.


Liệu tiến bộ công nghệ có giúp chúng ta giải quyết được những thách thức này không?


Chúng tôi đang xây dựng dựa trên những công nghệ mà chúng tôi biết trên Trái đất và chúng tôi đang cố gắng biến các đặc điểm của môi trường không gian thành lợi thế của mình. Ví dụ, chúng ta có thể khai thác chân không trên Mặt Trăng để tiến hành những thí nghiệm khó thực hiện trên Trái đất. Chúng tôi không tìm kiếm sự hoàn hảo mà tìm kiếm hiệu quả và lợi tức đầu tư tốt. Chúng tôi cũng đang tìm kiếm những bài học có thể được sử dụng trên Trái đất. Cách sản xuất nhiên liệu, loại bỏ việc bảo trì hoặc thiết kế thiết bị nhẹ hơn có thể giúp giảm lượng khí thải carbon.



Tại sao không gửi robot đi vì điều này sẽ làm giảm nhu cầu về nước và oxy?


Cách tiếp cận của chúng tôi không phải là con người đấu với robot mà là cả hai cùng nhau. Mặc dù robot cực kỳ hữu ích nhưng có những việc con người có thể làm và hiểu được mà robot không thể làm được. Chuyến bay du lịch đầu tiên của SpaceX tới Mặt Trăng sẽ chở một nhà sưu tập người Nhật và tám thành viên của công chúng, bao gồm cả các nghệ sĩ, những người sẽ báo cáo về trải nghiệm của họ. Tôi đã nói chuyện với các phi hành gia và nhà địa chất từ sứ mệnh Apollo. Họ hiểu ngay lập tức về địa chất của những gì họ nhìn thấy, họ hiểu ngay điều gì đã xảy ra, họ biết nơi để lấy mẫu. Trong khi đó, robot cần một quá trình học tập lâu dài để hiểu được. Chưa kể độ trễ trong liên lạc giữa Trái đất và Sao Hỏa khiến việc điều khiển từ xa trở nên khó khăn.

Comments


bottom of page