Tàu vũ trụ bay lên Mặt Trăng thế nào, mất bao lâu?

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.

Một trong những câu hỏi lớn được đặt ra, là tại sao tàu Chandrayaan-3 của Ấn Độ mất tới 41 ngày mới có thể hạ cánh xuống Mặt Trăng.

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.

Làm thế nào bay lên Mặt Trăng?

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 bay lên Mặt Trăng?

Tốc độ trung bình của tàu vũ trụ thám hiểm Mặt Trăng là khoảng 38.000 km/h (gấp 10 lần vận tốc âm thanh).

Thời gian để tàu vũ trụ du hành tới Mặt Trăng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, chẳng hạn như loại tàu vũ trụ, tốc độ của nó và quỹ đạo nó đi theo. Trung bình tàu vũ trụ mất khoảng 3 đến 4 ngày để đi từ Trái Đất đến Mặt Trăng với vận tốc khoảng 5.300 km/h. Điều này bao gồm thời gian để tàu vũ trụ thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái Đất, du hành không gian và đi vào lực hấp dẫn của quỹ đạo Mặt Trăng.

Quỹ đạo hoặc đường đi mà tàu vũ trụ đi theo cũng ảnh hưởng đến thời gian nó tới Mặt Trăng. Tàu vũ trụ thường đi theo một đường cong, được gọi là chuyển quỹ đạo để tới được Mặt trăng. Điều này cho phép họ sử dụng lực hấp dẫn của cả Trái Đất và Mặt Trăng để tiết kiệm nhiên liệu và di chuyển hiệu quả hơn. Quỹ đạo chính xác phụ thuộc vào yêu cầu nhiệm vụ và mục tiêu cụ thể của sứ mệnh không gian.

Trong những năm gần đây, mối quan tâm đến việc khám phá Mặt Trăng lại gia tăng, với các kế hoạch cho các sứ mệnh trong tương lai nhằm đưa con người quay trở lại Mặt Trăng và thậm chí thiết lập sự hiện diện lâu dài của con người trên bề mặt Mặt trăng.

Các sứ mệnh này có thể sẽ liên quan đến tàu vũ trụ và công nghệ tiên tiến, đồng thời các nhà khoa học và kỹ sư đang liên tục nỗ lực phát triển những cách thức mới để giúp hành trình lên Mặt Trăng nhanh hơn và hiệu quả hơn.

Khi công nghệ tiếp tục phát triển, chúng ta có thể thấy thời gian du hành còn nhanh hơn trong tương lai, mở ra những khả năng mới cho việc khám phá Mặt Trăng và hơn thế nữa.