Chúng ta đã đang sở hữu công nghệ khai thác nước đóng băng trên Mặt Trăng, tuy nhiên ...

Mặt Trăng là kho tàng quý chứa nhiều tài nguyên có giá trị. Vàng, platinum và nhiều kim loại đất hiếm đang chờ chúng ta khai thác, chờ được đưa vào những thiết bị điện tử thế hệ mới. Đồng vị heli-2 không tỏa bức xạ nguy hiểm sẽ có thể một ngày làm nhiên liệu cho ngôi sao nhân tạo của nhân loại. Nhưng có một thứ tài nguyên có thể giúp các chuyến du hành tương lai rẻ đi nhiều lần, khiến các nhà khoa học, kỹ sư tên lửa, các cơ quan du hành không gian và nhà đầu tư tương lai đứng ngồi không yên. Đó là nước.

Tại sao ư? Nếu như bạn tách nước thành hydro và oxy, rồi lỏng hóa chúng, bạn sẽ sở hữu nhiên liệu tên lửa. Nếu bạn có thể nhận nhiên liệu ngay trên quỹ đạo quanh Mặt Trăng, hay đáp xuống một "trạm xăng" gần nhà chị Hằng, tàu du hành của bạn sẽ không cần mang theo một lượng lớn nhiên liệu khi cất cánh nữa. Việc giảm tải tàu sẽ khiến hành trình thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái Đất dễ dàng, bớt tốn kém hơn.

Bên cạnh việc giảm chi phí phóng, khai thác nguồn nhiên liệu dồi dào trong không gian có thể hạn chế những rủi ro của việc phóng tàu. Theo NASA ước tính, có khoảng 600 triệu tấn băng Mặt Trăng cho ta khai thác, một số phép toán khác cho thấy trữ lượng băng Mặt Trăng có thể chạm tới một tỷ tấn.

Nếu như có thể khai thác chúng hiệu quả, Mặt Trăng sẽ trở thành tiền đồn của nhân loại giúp cắt giảm chi phí du hành liên hành tinh, tới Sao Hỏa và xa hơn nữa.

Đầu tiên, tiền đâu?

Ai cũng muốn một phần miếng bánh chưa chín tới. Cơ quan Không gian Châu Âu có dự định sơ sài về việc xây một ngôi làng Mặt Trăng gần khu mỏ khai thác. Sứ mệnh thăm dò Chang'e 5 của Trung Quốc vẫn được cho là những buổi khảo sát đầu tiên về tiềm năng chứa nước của Mặt Trăng. Sứ mệnh thất bại của người Ấn giữa năm ngoái cũng là nỗ lực vẽ bản đồ băng tại cực Nam Mặt Trăng.

Nước Mỹ cũng có những dự định của riêng mình với băng Mặt Trăng. NASA đã đề xuất Hiệp ước Artemis, một bộ luật khung xoay quanh hoạt động khai khoáng trên Mặt Trăng. Cái tên Artemis cũng được dùng để đặt cho chương trình đưa phi hành gia Mỹ trở lại Mặt Trăng vào năm 2024.

Artemis là bước quan trọng trong việc đưa sự hiện diện của Mỹ lên Mặt Trăng, cũng là cố gắng đi trước các nước phát triển trong việc quản lý Mặt Trăng. Mỹ đề xuất những vùng an toàn xen giữa các khu vực khai thác nhằm tránh xung đột giữa các quốc gia, các công ty.

Hình minh họa tiền đồn Mặt Trăng của Cơ quan Không gian Châu Âu.

Tuy nhiên, không bên nào cho thấy cách số nước khai thác được đem lại lợi ích. Vô vàn trắc trở chắn bước tiến lên Mặt Trăng, như nhiệt độ lạnh lẽo của không gian, bức xạ vũ trụ có thể làm hại tới sức khỏe con người cũng như môi trường khắc nghiệt ăn mòn thiết bị.

Đoàn nhân công lớn sẽ không thể khai thác hiệu quả, công nghệ tự hành chưa đủ độ tin cậy, chưa kể tới bụi Mặt Trăng có thể khiến máy móc sớm rệu rã. Chưa kể tới việc tiếp nhiên liệu trên và quanh Mặt Trăng bị cản trở bởi nhiều yếu tố, như vi trọng lực cũng như lớp đất mặt bọc lấy Mặt Trăng.

Sau khi đưa người lên Mặt Trăng, NASA còn mong muốn xây tiền đồn mặt đất và trạm không gian vào năm 2028. Viễn cảnh này gần với mốc thời gian hiện tại, đồng thời gần với khoa học viễn tưởng và xa rời thực tế.

Chiết xuất và lọc nước

Ngay cả với giả định con người vượt qua tất cả những khó khăn trên, việc trích xuất nước từ Mặt Trăng sẽ khó khăn tới đâu?

Đầu tiên, nước trên Mặt Trăng không dễ lấy chút nào. "Nó không phải một tấm băng hay một mảng như sông băng đâu", Julie Stopar, một nhà nghiên cứu công tác tại Viện Mặt Trăng và Hành tinh, buông lời cảnh báo. Nước trên Mặt Trăng tồn tại dưới dạng những hạt băng nhỏ lẫn trong đất, đa phần nằm tại những phần đất không thấy ánh nắng ở cận cực. Tại hai điểm lạnh lẽo này, nhiệt độ chạm ngưỡng 40 Kelvin, tương đương -233,15 độ C, giúp băng ổn định và bất biến trong tương lai gần.

Tổ hợp chất lẫn lộn với kim loại và nhiều vật chất hữu cơ phức tạp. Năm 2009, sứ mệnh LCROSS của NASA cho tên lửa va chạm với Mặt Trăng làm văng sỏi đá bề mặt lên không trung. Phân tích số đất đá thu được, ta có mật độ nước chỉ chiếm 5,6% tổng trọng lượng hỗn hợp. Dữ liệu tuy đã cũ 10 năm vẫn cho thấy khay cả khi ta có thể tách băng đá khỏi đất Mặt Trăng, nó vẫn nhiều tạp chất, cần trải qua quá trình lọc kỹ càng trước khi được dùng trong chế tạo nhiên liệu.

Năm ngoái, ông George Sowers, kỹ sư kiến trúc không gian công tác tại Đại học Mỏ Colorado, cùng hơn chục nhà nghiên cứu khác xuất bản báo cáo trên tạp chí Journal, mô tả phương thức xử lý băng Mặt Trăng hiệu quả. Những giá gương cầu lõm được đặt quanh các hố va chạm chứa băng, chiếu ánh sáng xuống khu vực đang chìm trong bóng tối. Năng lượng từ Mặt Trời sẽ làm đất nóng tới 220 Kelvin (tương đương -53,15 độ C), đủ ấm để nước đóng băng bốc hơi.

Thiết kế sử dụng gương phản chiếu ánh Mặt Trời để làm tan số nước đóng băng.

Một mái lều trong suốt phủ trên số đất lẫn nước đóng băng sẽ chặn số hơi bốc lên, chuyển chúng vào những khoang nhôm lớn nơi hơi nước một lần nữa được đóng băng. Xe tải, tự động hóa hoặc không, sẽ chuyển số băng tới nhà máy tinh chế. Tại đây, nước sẽ được tách thành hydro và oxy thông qua quá trình điện phân, để rồi hóa lỏng nhằm chế tạo nhiên liệu tên lửa. Tập đoàn Trans Astronautica, có trụ sở California, đang muốn làm điều tương tự. Họ có dự án dựng tháp cao với pin mặt trời, hấp thu năng lượng chuyển xuống lớp băng, rồi sử dụng tần số vô tuyến, vi sóng và bức xạ hồng ngoại để làm chỗ nước đóng băng thăng hoa.

"Không bước thực hiện nào trên đây quá xa lạ", kỹ sư Sowers nhận định. Chúng đều hiện hữu ngay trong các dây chuyền quy mô công nghiệp. Thậm chí lực hấp dẫn khiêm tốn của Mặt Trăng có thể hỗ trợ quá trình xây dựng cơ sở vật chất và vận chuyển nguyên vật liệu.

Tuy nhiên, quy trình vẫn sẽ cần tới các hoạt động thủ công, việc đảm bảo an toàn lao động và chất lượng sống cho công nhân Mặt Trăng sẽ hao tốn nhiều tài nguyên và năng lượng. Cũng có công ty lên kế hoạch sử dụng robot tự hành do AI điều khiển cho sứ mệnh lọc nước Mặt Trăng, nhưng dự án hiện vẫn đang cận kề ranh giới khoa học giả tưởng.

Xe có người lái, hoặc tự hành, mang băng tới nhà máy xử lý.

Thực tế, chưa kỹ thuật hay dự án nào sẵn sàng khởi động. Dù robot thăm dò Mặt Trăng có thể chịu mức nhiệt thấp và bức xạ vũ trụ, ta chưa rõ cơ sở hạ tầng sẽ tồn tại bao lâu. Các vùng của Mặt Trăng thay phiên nhau nhận ánh nắng, việc chìm trong bóng tối với khoảng thời gian có thể lên tới 2 tuần sẽ làm ngắt quãng hoạt động sản xuất.

Theo lời Phil Metzger, một chuyên gia kỹ thuật không gian công tác tại Đại học Central Florida và đồng tác giả nghiên cứu mới đăng tải, giới hạn công nghệ lớn nhất của dự án khai khoáng mặt trăng là quá trình lọc nước. Bởi ta không sở hữu mẫu vật có nguồn gốc Mặt Trăng, rất khó để chế tạo tấm lọc chuyên dụng. Tạp chất có thể khiến nhiên liệu làm từ oxy lỏng và hydro lỏng vô dụng, hay tệ hơn là bất ổn, gây nổ.

Ông Metzger dự đoán các dự án khai khoáng Mặt Trăng sẽ liên tục thất bại trong khoảng thời gian đầu. "Tôi không nghĩ công nghệ người ta đang thiết kế và chế tạo ngày nay hoạt động hoàn hảo trên Mặt Trăng", ông nói.

"Nhưng tôi tin sẽ sớm xuất hiện nhiều hoạt động công nghiệp trên Mặt Trăng trong vài thập kỷ tới", ông bổ sung. "Và khi ta tới được thời điểm đó, người ta sẽ nhìn lại và rằng 'Ồ, hiển nhiên vậy cơ mà. Tất cả các miếng ghép đều đã nằm đúng chỗ'".

Theo Technology Review