Cư trú trên không gian là một mục tiêu của con người nhưng vấn đề không đơn giản chỉ là chuyển lên quỹ đạo hoặc lên hành tinh khác để ở, bởi trước tiên phải tạo lập những môi trường sống nhân tạo trên đó. Đến nay, các chuyến thám hiểm không gian phải đem theo tất cả thiết bị, thực phẩm... rất tốn kém. Khi lập căn cứ trên mặt trăng hay sao Hỏa, chi phí duy trì nó sẽ cực kỳ lớn. Do đó, các nhà khoa học đang nghiên cứu xây dựng những “sinh quyển” tại chỗ giúp con người có thể sống trên không gian.

Những vấn đề đặt ra

Sinh quyển mini Lunar Gaia giúp kéo dài các chuyến thám hiểm mặt trăng

Cư trú trên không gian, nghĩa là con người sống và làm việc ngoài trái đất, không chỉ trên mặt trăng hay sao Hỏa, mà cả trong những tàu vũ trụ khổng lồ bay quanh quỹ đạo. Có nhiều lý do thúc đẩy con người di cư lên không gian: bảo đảm tương lai, lợi ích môi trường, tìm tài nguyên mới, xây dựng nhà máy, tìm hiểu vũ trụ...

Cơ quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) khẳng định sẽ lập căn cứ trên mặt trăng vào năm 2020, sau đó nhắm đích xa hơn là sao Hỏa... Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã hợp tác với NASA lập mô hình máy tính SpaceModel đưa ra những vấn đề trong việc chở hàng từ trái đất lên không gian. Theo đó, quan trọng nhất là chi phí khổng lồ khi tiếp tế cho các căn cứ không gian. Hiện nay, đưa mỗi ký (người và thiết bị) từ trái đất lên quỹ đạo đã tốn từ 10.000 USD đến 20.000 USD và mỗi 3 hoặc 6 tháng mới có chuyến bay lên tiếp tế cho ISS.

Theo giáo sư vũ trụ học Olivier de Weck, thuộc MIT, để lập căn cứ trên mặt trăng, cần phải đưa lên vật liệu xây dựng, xe, nhiên liệu, khí đốt, nước, thực phẩm, các loại thiết bị y tế, truyền thông, sửa chữa... Khả năng chuyên chở của tên lửa cũng là vấn đề lớn, bởi chỉ 0,1% trọng lượng tên lửa là tải trọng có ích (phi hành đoàn và đồ tiếp tế). Điển hình, tên lửa Saturn V, loại từng đưa tàu Apollo lên mặt trăng, nặng đến gần 3.000 tấn khi ở trên bệ phóng nhưng tải trọng có ích chỉ... 1,5 tấn. Trong lúc đó, máy bay Boeing 747 có thể chở trên 70 tấn, bằng 20% trọng lượng.

Việc tiếp tế cho căn cứ trên sao Hỏa còn phức tạp hơn vì mỗi 27 tháng mới có khoảng thời gian thích hợp (trong 30-60 ngày) để phóng tàu lên sao Hỏa và mất 6-9 tháng tàu mới đến nơi... Một giải pháp tối ưu hóa do mô hình SpaceModel đưa ra là lập những “nhà kho” trên quỹ đạo để tiếp tế nhanh hơn từ trái đất.

Tạo sinh quyển tại chỗ

Thay vì phải tiếp tế đầy tốn kém, các nhà khoa học đang nghiên cứu thiết kế những “sinh quyển mini”, có thể tự cung cấp 90%-95% nhu cầu của các phi hành gia trong những chuyến bay dài ngày lên không gian. Phát triển những hệ thống kiểu này sẽ giúp tiến gần hơn đến việc lập căn cứ trên mặt trăng hay sao Hỏa và giúp tiết kiệm hàng tỷ USD chi phí của các tàu tiếp tế.

Tháng 9 rồi, một dự án sinh quyển mini đáng chú ý được trình bày chi tiết tại Hội nghị Khoa học không gian ở Sydney (Australia). Sinh quyển này có tên “Luna Gaia”, do nhóm 30 nhà khoa học không gian phát minh. Luna Gaia là một môi trường khép kín, trong đó tất cả đều được tái sinh, hạn chế thấp nhất việc tiếp tế từ bên ngoài. Thiết kế hiện tại của Luna Gaia có thể cung cấp môi trường sống cho 12 phi hành gia trong 3 năm.

Hiện nay, trên Trạm Không gian quốc tế (ISS), hệ thống tái sinh nước và không khí chủ yếu nhờ vào các phản ứng hóa học. Trong lúc đó, ở các sinh quyển mini, việc tái chế sẽ hiệu quả hơn nhiều với giải pháp dùng vi sinh vật. Hoạt động của sinh quyển mini sẽ kết hợp tất cả hiểu biết của con người về vật lý, hóa học và các quá trình sinh học, theo James Chartres, kỹ sư không gian thuộc Đại học Adelaide ở Nam Australia.

Luna Gaia tích hợp những công nghệ hiện đại như “hệ thủy sinh cân bằng khép kín” (CEBAS), một môi trường nước khép kín do Trung tâm Không gian Đức phát triển, hay “hệ thống duy trì sự sống bằng vi sinh vật” (MELIiSSA) do Cơ quan Không gian châu Âu (ESA) phát triển... MELIiSSA dùng vi sinh vật để tinh lọc nước, biến đổi khí carbonic, tạo thực phẩm từ chất thải... Trong sinh quyển mini, các loại tảo như Spirulina hoặc Chlorella có vai trò quan trọng, là nguồn cung cấp vitamin, các chất khoáng và chất vi lượng, giúp sản sinh ô xy từ khí carbonic nhờ quá trình quang hợp. Thực phẩm cho phi hành gia sẽ từ các loại rau, củ, quả trồng trong sinh quyển và một số ít đem theo để bảo đảm có đủ 100% các chất dinh dưỡng cần thiết.

Trong khoảng 20 đến 30 năm nữa, các sinh quyển mini sẽ được thiết lập trên các tàu vũ trụ và trên mặt trăng hay cả sao Hỏa. Nghiên cứu phát triển sinh quyển mini không chỉ hữu ích trong việc chinh phục không gian mà còn có thể ứng dụng ngay tại trái đất để phát triển các nông trại bền vững và cải tiến các chu trình sinh học, giúp con người tăng khả năng tận dụng các nguồn tài nguyên có hạn theo cách hiệu quả nhất – theo Mark Kliss, kỹ sư sinh học thuộc nhóm sinh học không gian của NASA.

THIỆN NGUYỄN (tổng hợp)

Bài liên quan:

- Bài 1: Mặt trăng - Bàn đạp quan trọng

- Bài 2: Hành tinh Đỏ - điểm đến tiếp theo

- Bài 3: Căn cứ không gian ISS

- Bài 4: Tàu nào thay thế tàu con thoi?