Cách đây 51 năm, loài người đặt chân lần đầu tiên lên Mặt Trăng, kể từ đó đến nay, không ai thực sự tìm ra cách tốt nhất để tận dụng người hàng xóm gần nhất của Trái Đất.
Đầu tháng 4/2020, với việc Tổng thống Donald Trump ký sắc lệnh hành pháp cho phép các công ty Mỹ khai thác tài nguyên Mặt Trăng và các tiểu hành tinh đã mở ra một tương lai thương mại hóa khổng lồ trên vệ tinh tự nhiên lớn nhất Trái Đất.
Sắc lệnh hành pháp này tạo ra một dấu chấm than cho cuộc tranh luận về thái độ của Mỹ đối với Hiệp ước ngoài vũ trụ năm 1967. Được ký kết trong thời Chiến tranh Lạnh, hiệp ước cấm chủ quyền quốc gia đối với các vật thể ngoài vũ trụ nhưng không cấm thương mại hóa chúng.
Hiệp ước tồn tại hơn 6 thập kỷ đã chịu một đòn chí mạng vào năm 2015 khi chính quyền Obama ký Đạo luật cạnh tranh không gian thương mại Mỹ cho phép công dân và các ngành công nghiệp Mỹ "tham gia vào hoạt động thăm dò và khai thác tài nguyên vũ trụ" bao gồm cả nước và khoáng sản.
Động thái của chính quyền Trump đang thể hiện sự ủng hộ mạnh mẽ với đạo luật năm 2015 của cựu Tổng thống Obama. Đó là chúng ta chưa bàn đến tham vọng đưa người tái đổ bộ Mặt Trăng năm 2024 của NASA và vị tổng thống thứ 45 của Mỹ - bước đệm khổng lồ cho cuộc đua tiêu tốn hàng tỷ đô.
Tất nhiên, Mỹ không đơn độc. Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) cũng muốn khai thác tài nguyên trên Mặt Trăng, chưa kể đến các cái tên đầy cạnh tranh như Nga, Trung Quốc.
Và cũng tất nhiên, đổ bộ Mặt Trăng, xây dựng căn cứ và tiến hành khai thác tài nguyên hiếm có trên Mặt Trăng chưa bao giờ là dễ dàng. Không dễ dàng không có nghĩa là không thể.
Câu chuyện khai thác Mặt Trăng thực sự bắt đầu với sự suất hiện của "2 người khổng lồ" của ngành khoa học tên lửa Mỹ.
- Một người là Wernher von Braun (1912-1977), nhà khoa học tên lửa người Mỹ gốc Đức tiên phong, người đã lãnh đạo sự phát triển của dòng tên lửa Saturn V của NASA - dòng tên lửa đẩy mạnh nhất trong lịch sử tính cho đến nay.
Đối với Wernher von Braun và những người ủng hộ ông, các hành tinh/vệ tinh là những viên ngọc quý của Hệ Mặt Trời, nơi có thể tìm thấy tiến bộ khoa học tốt nhất và uy tín nhất.
Tỷ phú Mỹ gốc Nam Phi Elon Musk là người ủng hộ tư tưởng của Wernher von Braun. Ông hiện là tỷ phú có tham vọng nhất trên sao Hỏa.
- Một người là nhà vật lý người Mỹ Gerard K. O'Neill (1927-1992). Trong cuốn sách "The High Frontier: Human Colonies in Space" (tạm dịch: Biên giới Cao xa: Thuộc địa của loài người trong không gian) năm 1976 nói về việc định cư ngoài vũ trụ, đã truyền cảm hứng cho một thế hệ những người ủng hộ thám hiểm không gian cũng như tầm quan trọng của việc khai thác tài nguyên khoáng sản trên Mặt Trăng và các tiểu hành tinh.
Tỷ phú Mỹ Jeff Bezos, người sáng lập Blue Origin, rất ủng hộ ý tưởng này, và thậm chí ủng hộ thế giới của O'Neill ngoài vũ trụ trong khuôn khổ bài diễn thuyết tiết lộ về tàu đổ bộ Mặt Trăng xanh (Blue Moon) hồi tháng 5/2019 (xem chi tiết).
Ảnh trái: Wernher von Braun (1912-1977), cha đẻ của hệ thống tên lửa đưa tàu Apollo 11 đổ bộ Mặt Trăng. Photo: BETTMANN / GETTY IMAGES - Ảnh phải: Gerard K. O'Neill (1927-1992), người ủng hộ mạnh mẽ việc định cư ngoài không gian, khai thác tài nguyên Mặt Trăng/tiêu hành tinh/hành tinh. Photo: NBC
"NASA rất coi trọng viễn cảnh xuất chúng của Wernher von Braun. NASA có tầm nhìn khám phá sao Hỏa (tiến hành sau bước đệm đưa người tái đổ bộ Mặt Trăng năm 2024) và muốn đưa những công dân Trái Đất đầu tiên lên sao Hỏa. Đó sẽ là một chiến tích vĩ đại nếu thành hiện thật" - Philip Metzger, một nhà vật lý kỳ cựu từng làm việc 30 năm cho NASA cho biết.
Mặt Trăng được ví là "Vịnh Ba Tư của Thái Dương Hệ", nơi đây hứa hẹn chứa rất nhiều khoáng sản hấp dẫn, bao gồm: Kim loại để xây dựng, silicon cho các tấm pin Mặt Trời, và Helium-3 có thể được sử dụng trong các lò phản ứng nhiệt hạch.
Ý tưởng phổ biến là khai thác những thứ phổ biến trên Mặt Trăng nhưng lại hiếm trên Trái Đất rồi mang nó trở lại hành tinh để bán với giá đắt đỏ.
Theo thời gian, người ta đặt ra câu hỏi: Tiền của sẽ mua bán thứ hàng hóa gì trên vũ trụ? Đó chính là oxy. Để tồn tại trên các thiên thể ngoài vũ trụ, oxy chính là thứ thiết yếu nhất và cũng đắt đỏ nhất. Chi phí lớn nhất của các chuyến bay ra ngoài vũ trụ chính là oxy.
Ý tưởng trích xuất oxy để sử dụng làm nhiên liệu phóng cũng như hỗ trợ sự sống đến từ phần băng tồn tại trên Mặt Trăng. Theo tính toán, Mặt Trăng chứa 42% lượng oxy tính theo khối lượng của băng có khả năng tồn tại tại vệ tinh tự nhiên này.
Con đường lên Mặt Trăng đang trở nên dễ dàng và ít trừu tượng hơn. Photo: Corey Brickley / Scientific American magazine.
Đã có một hạm đội tàu vũ trụ viễn thám quay quanh Mặt Trăng, từ tàu thăm dò Clementine đột phá đến Tàu quỹ đạo trinh sát Mặt Trăng hiện đại, và họ đã phát hiện ra những tảng băng vĩnh cửu bên trong những hố sâu tối tăm của vệ tinh.
Các nhà khoa học có thể tách nước thành hydro và oxy, những chất đẩy hóa học hiệu quả nhất được biết đến. Tất cả bắt nguồn từ việc thu hoạch băng và Mặt Trăng là nơi hợp lý để khai thác nó.
NASA dự kiến sẽ triển khai chiếc rover Mặt Trăng tên là VIPER vào năm 2022. VIPER có nhiệm vụ thám hiểm Volatiles. Được trang bị một bộ thiết bị, bao gồm cả máy khoan, cỗ máy có kích thước ô tô này sẽ giúp vẽ bản đồ tài nguyên nước đầu tiên của Mặt Trăng.
NHỮNG CÂU HỎI KHÓ...
Khi các bí mật của băng nước Mặt Trăng được xác định, câu hỏi tiếp theo là làm thế nào để xử lý nó thành nhiên liệu tên lửa.
Khai thác tài nguyên khoáng sản trên Mặt Trăng không giống với việc khai thác trên Trái Đất. Để mở khóa các khoáng vật Mặt Trăng, giới khoa học đưa ra đề xuất: Khai thác nhiệt.
Khai thác nhiệt áp dụng nhiệt trực tiếp lên bề mặt Mặt Trăng ở nhiệt độ đủ cao để chuyển băng thành hơi nước. Hơi nước sau đó sẽ được thu giữ, làm lạnh lại và vận chuyển đến một nhà máy điện phân nơi băng sẽ được phân tách thành hydro và oxy. Báo cáo sáng tạo tiên tiến của NASA hoàn toàn ủng hộ khai thác nhiệt.
Báo cáo cũng ước tính kích thước cuối cùng của một nhà máy nhiên liệu trên Mặt Trăng. Cơ sở sản xuất nhiên liệu đẩy có trọng lượng hơn 26 tấn, sản xuất 1.100 tấn nhiên liệu mỗi năm và có thể được phát triển và triển khai lên Mặt Trăng với giá khoảng 2,5 tỷ USD.
Vấn đề tiếp tục được đặt ra khi: Vật liệu Mặt Trăng phải được nung nóng đến nhiệt độ cao để đảm bảo nước đá được chuyển thành hơi ở mức độ công nghiệp. Ước tính rằng các bộ xử lý khai thác nhiệt quy mô công nghiệp sẽ cần 2,8 megawatt điện. Điều quan trọng là làm thế nào để tạo ra lượng năng lượng đó bên trong một miệng hố sâu trên Mặt Trăng?
NASA cũng đã sớm đưa ra giải pháp. Năm 2018, Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos, Vùng thử nghiệm An ninh Quốc gia tại bang Nevada (Mỹ) và NASA đã thử nghiệm lò phản ứng hạt nhân sử dụng công nghệ Stirling (KRUSTY) liên tục trong 28 giờ. NASA tỏ ra hứng thú với lò phản ứng phân hạch này vì nó được ghép nối với động cơ Stirling, vận hành khép kín và có khả năng tái tạo. Đó là những thiết bị lâu dài, bảo trì thấp, sử dụng loại nguồn năng lượng có thể cung cấp năng lượng hiệu quả cho hoạt động khai thác nhiệt ngoài Trái Đất.
Điều đáng chú ý ở đây là KRUSTY sử dụng uranium được làm giàu rất mạnh (HEU) làm nguồn nhiên liệu. Lò phản ứng HEU nhẹ hơn và sức mạnh nhỏ gọn như vậy là một điểm cộng hiếm có cho không gian vũ trụ. Nhưng chúng cũng là vật liệu dễ dàng nhất để chuyển đổi thành một thiết bị hạt nhân tức thì, vì vậy làm việc với nó phải đảm bảo tính giám sát cực kỳ nghiêm ngặt.
Cơ quan Quản lý An toàn Hạt nhân Quốc gia (NNSA) và các kỹ sư của NASA đang hạ thấp buồng chân không xung quanh hệ thống KRUSTY. Photo: NASA
Vì những lý do đó, vài năm gần đây đã chứng kiến sự gia tăng của một loại lò phản ứng uranium làm giàu thấp, có sẵn trên thị trường. Được gọi là lò phản ứng mô-đun vi mô, hay MMR, chúng được thiết kế cho các địa điểm xa nhất của Trái Đất.
Với ý tưởng khai thác mặt trăng bị đá khoảng nửa thế kỷ, khai thác nhiệt điện hạt nhân không phải là cuộc chơi duy nhất của người Trái Đất.
Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) đang tiến lên phía trước với một hệ thống điện phân muối nóng chảy mà họ gọi là ví dụ đầu tiên của quá trình xử lý lớp đất mặt Mặt Trăng (Regolith) để lấy oxy.
Thay vì làm tan chảy Regolith, hệ thống chỉ cần làm nóng vật liệu đến 950 độ C. Một dòng điện làm cho oxy tách khỏi Regolith và di chuyển qua muối để được thu thập ở cực dương. ESA cho biết, quá trình này cũng chuyển đổi Regolith thành các hợp kim kim loại có thể sử dụng được.
Có khả năng thu được oxy từ các nguồn tài nguyên trên Mặt Trăng rõ ràng sẽ rất hữu ích cho những người định cư trên Mặt Trăng trong tương lai, cả về dưỡng khí cũng như sản xuất nhiên liệu tên lửa, Tiến sĩ công nghệ Beth Lomax, làm việc tại ESA cho hay.
Là một quốc gia châu Á, những thập kỷ đầu thế kỷ 21 chứng kiến một Trung Quốc vươn lên mạnh mẽ trong ngành vũ trụ, chinh phục không gian. Xây dựng trạm vũ trụ có người ở, thực hiện loạt sứ mệnh Chang'e thăm dò Mặt Trăng, là quốc gia đầu tiên đưa tàu đổ bộ lên nửa tối Mặt Trăng, phát triển hệ thống tên lửa đẩy mạnh nhất lịch sử nước này - Trường Chinh 5B... Trung Quốc đang thể hiện là đối thủ xứng tầm với Mỹ, ESA.
Với công nghệ đủ hiện đại để đáp ứng những ý tưởng sáng tạo không ngừng của giới khoa học, tương lai định cư trên Mặt Trăng không còn quá xa vời và đang rộng mở hơn bao giờ hết đối với Mỹ, ESA, hay Trung Quốc...
Một khi con đường lên Mặt Trăng trở nên dễ dàng và ít trừu tượng hơn thì các cường quốc vũ trụ thế giới sẽ phải vật lộn với chính sách vũ trụ một lần nữa. Bởi miếng bánh ngon thì ai cũng muốn phần to nhất. Tất cả mới chỉ là khởi đầu...
Bài viết sử dụng nguồn: Popular Mechanics Magazine
* Đọc bài cùng tác giả Trang Ly tại đây.