Vành đai Van Allen và cách tàu Apollo vượt qua thử thách này để lên Mặt trăng (Phần 1)

Mới đây, chúng tôi đã có bài viết nêu giả thuyết sứ mệnh Apollo lên mặt trăng được cả thế giới thán phục hóa ra chỉ là trò lừa đảo của NASA và chính phủ Mỹ. Phản biện lại lý thuyết trên, NASA lý giải việc các phi hành gia Apollo vượt qua vành đai bức xạ Van Allen như thế nào?

Mời bạn đọc theo dõi bài 2 phần tổng hợp chủ yếu từ tạp chí khoa học phổ thông (Popular Science hay PopSci, một tạp chí khoa học khá uy tín ở Mỹ với gần 150 năm lịch sử) và tài liệu của NASA.

Vành đai Van Allen

Vành đai bức xạ Van Allen bao quanh Trái đất.

Các vành đai Van Allen được tìm thấy bởi một trong những nhà khoa học không gian hàng đầu nước Mỹ lúc bấy giờ: James Van Allen. Giữa những năm 1950, tiến sĩ James Van Allen bắt đầu khám phá thế giới các phân tử mang điện tích phức tạp bên ngoài khí quyển trái đất bằng các tên lửa do thám và tên lửa rockoon (tên lửa nhỏ được phóng từ khinh khí cầu trên cao). Ban đầu các thí nghiệm của ông giới hạn trong bức xạ bao quanh hành tinh từ bên trong khí quyển. Nhân sự kiện Năm quốc tế về Vật lý địa cầu (International Geophysical Year-IGY, 01/07/1957 – 31/12/1958, một sự kiện quốc tế về khám phá hoạt động mặt trời và khoa học trái đất), Van Allen giành được cơ hội thực hiện thí nghiệm ở phạm vi cao hơn. Vệ tinh mà Van Allen thí nghiệm chính là vệ tinh đầu tiên quay quanh trái đất của Hoa Kỳ, Explorer 1 được phóng lên bầu trời ngày 31/1/1958.

Trong lần này, thiết bị tia vũ trụ trên Explorer 1 ghi nhận gần như không có bức xạ nào trong khu vực Van Allen đã dự đoán là bức xạ cao. Van Allen cho rằng lượng tia vũ trụ thấp là không chính xác và các dụng cụ đã bị bão hòa với các phân tử bị bẫy trong từ trường trái đất. Đến tháng 3/1958, các dụng cụ trên vệ tinh Explorer 3 đã khẳng định linh cảm của Van Allen là đúng. Khám phá về các vành đai Van Allen trở thành một trong những khám phá khoa học nổi bật nhất IGY năm đó.

Các vành đai Van Allen và vệ tinh Explorer 1. (Ảnh: NASA).

Các vành đai Van Allen, môi trường bức xạ cao bao quanh hành tinh xanh của chúng ta là các phân tử mang điện tích bị bẫy trong từ trường trái đất nhưng không có năng lượng thoát ra (nhiệm vụ của từ trường là bảo vệ chúng ta khỏi bức xạ chết người, đồng thời giúp bức xạ này không bị tiêu tan trong không gian). Hai vành đai có hình dạng như hai chiếc bánh rán lồng vào nhau, nằm ở các vị trí khác nhau và thành phần cấu tạo cũng khác nhau: bánh rán nhỏ bên trong (inner belt) chủ yếu gồm proton nằm phía trên trái đất 1.000-6.000km; bánh rán lớn bên ngoài (outer belt) gồm cả proton và electron nằm cách trái đất 15-20 ngàn km. Độ đậm đặc bức xạ của cả hai vành đai khác nhau, một số chỗ bức xạ cao, một số thì gần như không có bức xạ.

Theo NASA, các vành đai bức xạ Van Allen là những máy gia tốc phân tử tự nhiên lớn nhất trong Hệ Mặt trời, có khả năng làm cho các phân tử di chuyển với tốc độ 99% vận tốc ánh sáng. Tháng 8/2012, NASA đã phóng hai vệ tinh Van Allen A và Van Allen B để tìm hiểu cơ chế gia tốc tự nhiên của vành đai này.

Các vành đai bức xạ Van Allen là những máy gia tốc phân tử tự nhiên lớn nhất trong Hệ Mặt trời. (Ảnh: NASA).

Van Allen và Apollo

Sau khi khám phá ra các vành đai Van Allen, các nhà khoa học thấy rõ rằng chúng sẽ là thử thách cho việc du hành vào vũ trụ. Giải pháp dễ thấy là giới hạn các sứ mệnh trong phạm vi độ cao an toàn dưới vành đai nhỏ bên trong (bắt đầu từ độ cao 550km so với trái đất). Tuy nhiên, không lâu sau đó, NASA nghĩ đến kế hoạch bay lên mặt trăng cách chúng ta 384.400km, nghĩa là đưa con người vượt qua cả hai vành đai nhỏ và lớn.

Mùa hè năm 1960, các giải pháp đầu tiên xuất hiện. Tại một cuộc họp ở Washington, Robert O. Piland và Stanley C. White đến từ đội đặc nhiệm không gian của NASA trình bày cách giải quyết khó khăn lớn này. Theo đó, việc bảo vệ các phi hành gia vượt qua môi trường bức xạ cao của vành đai nhỏ sẽ không khả thi, còn với vành đai lớn thì chỉ cần một sự bảo vệ vừa đủ.

Nửa năm sau, vào tháng 1/1961, NASA đang chuẩn bị tuyến đường lên mặt trăng bằng Apollo (dù còn nhiều tháng nữa mới công bố chính thức mục tiêu này). Vấn đề vành đai Van Allen lại được đặt ra lần nữa. "Một mô hình tiêu chuẩn của vành đai Van Allen có thể dùng được cho mọi phân tích quỹ đạo liên quan tới chương trình Apollo" trở thành nhiệm vụ khẩn cấp của đội phân tích quỹ đạo thuộc NASA. Đội phải tìm hiểu tất cả mọi thứ cần thiết để vẽ ra tuyến đường đưa phi hành đoàn vượt qua vành đai bức xạ nặng đầy nguy hiểm này.

(Ảnh: Lego Ideas).

Và thế là việc khám phá các vành đai Van Allen trở thành một trong nhiều mục tiêu nghiên cứu sau hậu trường, khi NASA đưa Apollo từ khái niệm thành ý tưởng công khai. Một số kết quả của nghiên cứu này đã đem lại những đề xuất mới. điển hình như tháng 7/1962, chính Van Allen đề ra giải pháp về bức xạ và Apollo với Hiệp hội Tên lửa Mỹ (American Rocket Society). Ông cho rằng, các proton của vành đai sẽ là một trở ngại nghiêm túc khi muốn mở rộng các sứ mệnh có người. Nhưng chúng ta có thể "dọn dẹp" vành đai bằng một quả bom hạt nhân. Vật chất bổ sung sẽ giúp các phân tử có thêm năng lượng cần thiết để thoát khỏi từ trường trái đất.

NASA chưa bao giờ dùng giải pháp của Van Allen nhưng một thử nghiệm của Ủy ban Năng lượng Nguyên tử vào năm 1962 đã làm cho vấn đề bức xạ này tệ hại hơn...

(Còn tiếp)