Khoa học · Nhịp Mới · Tổng hợp · 1194 chữ ·
Dragonfly tự tìm bãi đáp trong chuyến bay mô phỏng đầu tiên
Thiết bị thám hiểm Titan đã tự khảo sát địa hình giả lập, chọn bãi đáp và hạ cánh trong bài thử tích hợp tại Mỹ, trước hành trình dự kiến bắt đầu năm 2028.
NASA ngày 23/10 thông báo Dragonfly hoàn thành bài mô phỏng chuyến bay đầu tiên tại Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng Johns Hopkins ở Maryland, Mỹ. Trong kịch bản, thiết bị rời lớp vỏ bảo vệ, bay qua các đụn cát, tìm một vùng an toàn rồi quay lại hạ cánh. Toàn bộ diễn biến được thực hiện trên máy tính thử nghiệm và hệ thống điện tử gần cấu hình bay.
Phần mềm điều khiển phối hợp dữ liệu giả lập từ camera, cảm biến quán tính và lidar. Bài thử cho phép nhóm kỹ sư xem các hệ thống tương tác trong thời gian thực, kể cả những quá trình chỉ kéo dài vài mili giây. Nhóm nhiệm vụ còn lên kế hoạch thử trên hệ thống bay thực, đưa lỗi có chủ đích vào kịch bản và kiểm tra phản ứng tự động.
Ghép các bộ phận thành một thiết bị tự vận hành
Phía sau khả năng điều khiển là mạng điện kết nối máy tính, cảm biến, bộ chấp hành, pin và thiết bị khoa học. Trong cập nhật tháng 9, NASA cho biết bộ dây điện dùng cho chuyến bay đã được lắp lên thân Dragonfly từ tháng 7. Hệ thống gồm khoảng 17.315 feet dây dẫn và 374 đầu nối, nặng khoảng 100 pound, đảm nhận việc truyền điện và dữ liệu giữa các bộ phận.
Thiết kế phải thích ứng với cách giữ nhiệt của tàu: dây được đi bên dưới lớp cách nhiệt và vẫn bảo đảm không khí ấm lưu chuyển trong khoang. Khoảng trống bên trong đồng thời dành cho pin và các hộp thiết bị. Những ràng buộc ấy khiến việc kết nối, bố trí dây và tiếp tục tích hợp dụng cụ khoa học trở thành một phần quan trọng của quá trình thử nghiệm.
Dragonfly được thiết kế như một phòng thí nghiệm có thể đổi địa điểm bằng đường không. Bộ máy khoa học gồm khối phổ kế DraMS để phân tích thành phần hóa học; DraGNS để đo thành phần nguyên tố; hệ thống camera DragonCam; bộ khoan lấy mẫu DrACO và gói đo địa vật lý, khí tượng DraGMet. Mẫu vật được đưa vào thiết bị phân tích bên trong thay vì chỉ được chụp ảnh từ xa.
Nguồn điện của nhiệm vụ kết hợp pin với máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ MMRTG, phù hợp với lượng ánh sáng Mặt Trời thấp tại Titan. Trong giai đoạn hạ xuống khí quyển, thiết bị được bảo vệ bằng tấm chắn nhiệt và giảm tốc bằng dù. Sau khi tách khỏi hệ thống này, rotorcraft phải tự đảm nhiệm đoạn bay cuối xuống bề mặt, với sự hỗ trợ của lidar.
Một phòng thí nghiệm giữa khí quyển dày và bề mặt lạnh
Titan được chọn vì có khí quyển dày, trọng lực thấp và quá trình hóa học hữu cơ phong phú. Tài liệu khoa học của NASA đặt nhiệm vụ trong chuỗi nghiên cứu tiếp nối Cassini–Huygens, hệ thống từng thu thập dữ liệu về Sao Thổ và các vệ tinh của nó. Những kết quả đó cung cấp bối cảnh để khảo sát trực tiếp vật liệu trên bề mặt và sự tương tác với môi trường.
Khi đã hạ cánh, Dragonfly dự kiến đo thành phần phân tử, thành phần nguyên tố và điều kiện khí tượng. Các phép đo địa vật lý còn hướng tới đặc tính lớp vật liệu bề mặt và hoạt động bên dưới. Trong lúc bay, ảnh chụp cùng dữ liệu khí quyển giúp đặt mẫu vật trong bối cảnh địa hình, đồng thời tìm các điểm khảo sát tiếp theo có giá trị khoa học.
Bề mặt Titan có những hình thái gợi liên tưởng tới Trái Đất, song vật liệu và điều kiện rất khác. NASA mô tả các dòng chảy, hồ và biển chứa methane, ethane lỏng; những đụn cát được tạo bởi vật chất hữu cơ. Giữa môi trường lạnh ấy, nhóm nghiên cứu muốn tìm hiểu con đường từ các hợp chất đơn giản đến những phân tử phức tạp liên quan đến hóa học trước sự sống.
Hố va chạm Selk là một mục tiêu đáng chú ý vì vụ va chạm có thể từng làm tan băng, tạo điều kiện để nước lỏng tương tác với chất hữu cơ. Các giả thuyết về thời gian tồn tại của nước và phản ứng hóa học sẽ được đối chiếu với dữ liệu thực địa. Nhà nghiên cứu chính Zibi Turtle nhấn mạnh nhiệm vụ tập trung vào hóa học tiền sinh học, không được thiết kế như một cuộc tìm kiếm sinh vật trực tiếp.
Báo cáo kỹ thuật DrACO tại hội nghị khoa học hành tinh năm 2022 mô tả vật liệu được hút qua mũi khoan rỗng, rồi theo luồng khí Titan lạnh tới cốc đựng mẫu. Cách vận chuyển này hạn chế tăng nhiệt làm biến đổi mẫu; đường ống được thổi khí trước và sau mỗi lượt để giảm nhiễm chéo.
Cấu hình được mô tả có hai bộ khoan và hai quạt hút dự phòng, nối chéo để mỗi bộ khoan đều có thể dùng một trong hai quạt. Vật liệu không cần rơi nhờ trọng lực để tới nơi phân tích. Các cửa hút trên mũi khoan được thiết kế loại hạt lớn hơn 1,5 milimét, nhằm tránh làm tắc hệ thống khí nén.
Từ thử nghiệm trên mặt đất đến hành trình liên hành tinh
Bài bay tích hợp nối tiếp nhiều đợt thử phần cứng. Trong thông tin tháng 4, NASA ghi nhận việc hoàn thiện các tấm thân dạng tổ ong nhẹ và kiểm tra khả năng lắp khớp. Hệ thống dù cỡ thật cũng trải qua thử nghiệm thả tại Eloy, Arizona, trong tháng 2, với cả dù giảm tốc ban đầu lẫn dù chính để mô phỏng trình tự đi xuống khí quyển.
Cùng thời gian đó, nhóm Goddard kiểm tra bộ phận laser của DraMS bằng mẫu có thành phần đã biết. Phòng thí nghiệm sử dụng hai cách giải phóng phân tử từ mẫu: laser và sắc ký khí. Các phân tử sau đó đi vào khối phổ kế để được nhận diện theo khối lượng. Chuỗi kiểm tra từ kết cấu, giảm tốc đến lấy mẫu cho thấy nhiều hệ thống phải cùng sẵn sàng trước ngày phóng.
Theo trang nhiệm vụ của NASA, Dragonfly dự kiến phóng sớm nhất tháng 7/2028 và đến Titan vào cuối năm 2034. Giai đoạn hoạt động chính được lên kế hoạch khoảng 3,3 năm, với nhiều lần bay giữa các khu vực địa chất khác nhau, gồm vùng đụn cát và khu vực hố Selk. Khả năng đổi vị trí giúp nhiệm vụ khảo sát nhiều kiểu vật liệu thay vì chỉ một điểm đáp.
Kế hoạch sử dụng nhịp hoạt động theo ngày Titan, một chu kỳ dài khoảng 16 ngày Trái Đất. Giữa những lần di chuyển, thiết bị dành thời gian cho các phép đo và phân tích tại chỗ. Với khoảng cách liên hành tinh và yêu cầu tự tìm bãi đáp, những chức năng vừa được thử trong môi trường giả lập sẽ tiếp tục được kiểm tra trước khi rotorcraft phải tự thực hiện chúng trên Titan.