Thời gian bay đến Mặt Trăng: sự tiến hóa công nghệ và tối ưu hóa tài nguyên

Khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trăng trung bình là 384 400 km, nhưng thời gian để vượt qua khoảng cách này thay đổi đáng kể tùy thuộc vào nhiều yếu tố công nghệ và mục tiêu của nhiệm vụ không gian.

Từ 8 giờ đến 4,5 tháng: phạm vi khả năng

Tàu vũ trụ có thể đến Mặt Trăng trong khoảng thời gian từ 8 giờ đến 4,5 tháng. Đây là một khoảng thời gian ấn tượng, do các giải pháp kỹ thuật khác nhau và các chiến lược tối ưu hóa. Tàu nhanh nhất bay qua Mặt Trăng là tàu thăm dò NASA "New Horizons" (New Horizon), được phóng vào năm 2006 để nghiên cứu hành tinh lùn Pluto. Theo dữ liệu từ Live Science, tàu chỉ mất 8 giờ 35 phút sau khi khởi động để đạt được quỹ đạo Mặt Trăng.

Thành tựu lịch sử trong việc tối ưu hóa chuyến bay

Nhiệm vụ con người đầu tiên đến Mặt Trăng - thiết bị Liên Xô "Luna-1" (1959 năm ) - đã vượt qua quãng đường này trong 34 giờ. Mặc dù thiết bị không người lái đã lệch khỏi lộ trình dự kiến, bay cách bề mặt Mặt Trăng 5995 km, nhiệm vụ này đã trở thành một bước đột phá công nghệ quan trọng.

Vào năm 1969, phi hành đoàn của "Apollo 11" đã mất 109 giờ và 42 phút từ khi khởi động đến khoảnh khắc lịch sử khi Neil Armstrong đặt chân lên bề mặt mặt trăng. Đây là giải pháp tối ưu dựa trên khả năng công nghệ và yêu cầu an toàn của nhiệm vụ có người lái vào thời điểm đó.

Hiệu quả sử dụng tài nguyên: cân bằng nhiên liệu và thời gian

Yếu tố quyết định thời gian bay là lượng nhiên liệu sử dụng. Các kỹ sư đã phát hiện ra một quy luật thú vị: việc giảm lượng nhiên liệu dự trữ làm tăng thời gian bay, nhưng cho phép tối ưu hóa hiệu quả tài nguyên của nhiệm vụ. Điều này giống như nguyên tắc tối ưu hóa trong các hệ thống kỹ thuật hiện đại, nơi hiệu quả và tốc độ thường có mối quan hệ nghịch đảo.

Một ví dụ điển hình cho cách tiếp cận này là sứ mệnh "Beresheet" của Israel (2019 năm ). Tàu vũ trụ đã di chuyển trên quỹ đạo đang mở rộng xung quanh Trái Đất trong khoảng sáu tuần, tích lũy tốc độ cần thiết để vượt qua khoảng cách đến Mặt Trăng. Mặc dù tàu cuối cùng đã va chạm với bề mặt Mặt Trăng, chính sứ mệnh đã chứng minh hiệu quả của chiến lược tối thiểu hóa chi phí nhiên liệu.

Kỷ lục thời gian: thí nghiệm CAPSTONE

Kỷ lục tuyệt đối về thời gian bay đến Mặt Trăng được thiết lập bởi cubesat 25 kilogram của NASA CAPSTONE (Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment). Thiết bị này đã mất 4,5 tháng để đạt được quỹ đạo Mặt Trăng vào năm 2022. Nhiệm vụ được thiết kế để kiểm tra quỹ đạo mà NASA dự định sử dụng cho trạm không gian Gateway trong tương lai.

Các giai đoạn kỹ thuật của nhiệm vụ Mặt Trăng

Bất kể lộ trình nào được chọn, mỗi nhiệm vụ đến Mặt Trăng đều trải qua các giai đoạn công nghệ nhất định:

1. Khởi động và vượt qua trọng lực Trái đất — giai đoạn này tiêu tốn 60–90% khối lượng khởi động của thiết bị dưới dạng nhiên liệu
2. Tối ưu hóa chuyển động quỹ đạo — giai đoạn quan trọng, khi cần phải giảm thiểu tiêu thụ nhiên liệu để đạt được quỹ đạo tối ưu.
3. Ra khỏi quỹ đạo Trái đất — yêu cầu thêm chi phí nhiên liệu
4. Chuyển động đến Mặt Trăng — giai đoạn, nơi thời gian di chuyển phụ thuộc trực tiếp vào chiến lược tối ưu hóa tài nguyên đã chọn.

Các mục tiêu như yếu tố then chốt trong việc lập kế hoạch

Theo lời của Mark Blanton, người đứng đầu phân tích và đánh giá nhiệm vụ NASA "Mặt Trăng - Sao Hỏa", yếu tố quyết định trong việc lập kế hoạch thời gian bay là mục tiêu của nhiệm vụ. Cơ quan không gian đánh giá:

• Các loại tên lửa có sẵn và khả năng kéo của chúng
• Kích thước yêu cầu của tàu vũ trụ
• Lộ trình tối ưu để đạt được các mục tiêu khoa học cụ thể

Mỗi yếu tố trong cấu trúc của tàu vũ trụ, từ kích thước đến phân phối nhiên liệu, đều ảnh hưởng đến tổng thời gian cần thiết để đạt được Mặt Trăng, cho thấy tính đa yếu tố của nhiệm vụ tối ưu hóa các chuyến bay vũ trụ.