Sứ mệnh Artemis - Tham vọng của NASA

Hoàng hôn trên bề mặt Mặt Trăng - ảnh từ NASA (www.nasa.gov)

Artemis là chương trình không gian của NASA nhằm đưa con người trở lại Mặt Trăng sau hơn 50 năm kể từ chương trình Apollo, đồng thời thiết lập sự hiện diện lâu dài trên Mặt Trăng để chuẩn bị cho các sứ mệnh tương lai lên sao Hỏa. Tên "Artemis" lấy cảm hứng từ thần thoại Hy Lạp—Artemis là chị em song sinh của Apollo và là nữ thần Mặt Trăng.

Cặp chị em song sinh Artemis - Apollo

Artemis được công bố chính thức vào năm 2017 dưới thời Tổng thống Trump, với mục tiêu ban đầu là hạ cánh vào năm 2024 (sau đó điều chỉnh do chậm trễ).

Mục tiêu chính của chương trình gồm:

1. Đưa con người trở lại Mặt Trăng: Đặc biệt là hạ cánh "người phụ nữ đầu tiên và người da màu đầu tiên" xuống bề mặt Mặt Trăng.

2. Thiết lập căn cứ lâu dài: Xây dựng cơ sở hạ tầng bền vững trên quỹ đạo Mặt Trăng (Gateway) và trên bề mặt để hỗ trợ nghiên cứu và sinh sống.

3. Chuẩn bị cho việc hạ cánh trên Sao Hỏa: Sử dụng Mặt Trăng như bàn đạp để thử nghiệm công nghệ (hệ thống duy trì sự sống, động lực đẩy) cho các sứ mệnh xa hơn.

4. Hợp tác quốc tế và tư nhân: Thu hút các đối tác như ESA, JAXA, CSA, và các công ty như SpaceX, Boeing để chia sẻ chi phí và công nghệ.

1. Các giai đoạn của Artemis

Artemis được chia thành nhiều giai đoạn (phases), với mỗi sứ mệnh mang tính bước ngoặt:

a. Artemis I (Thử nghiệm không người)

- Thời gian: Phóng ngày 16/11/2022, hoàn thành ngày 11/12/2022.

- Mục tiêu: Kiểm tra tên lửa Space Launch System (SLS) và tàu vũ trụ Orion trong chuyến bay không người quanh Mặt Trăng.

- Chi tiết:

  - SLS: Tên lửa mạnh nhất từng được chế tạo (lực đẩy 8.8 triệu pound), cao 98 m.

  - Orion: Tàu vũ trụ có khả năng chở 4-6 phi hành gia, chịu được tái nhập khí quyển từ quỹ đạo Mặt Trăng.

- Kết quả: Thành công mỹ mãn—Orion bay 1.4 triệu dặm, vượt qua quỹ đạo Mặt Trăng, và trở về an toàn tại Thái Bình Dương.

b. Artemis II (Bay có người quanh Mặt Trăng)

- Thời gian dự kiến: Tháng 9/2025 (ban đầu là 2024, bị trì hoãn do vấn đề kỹ thuật và ngân sách).

- Mục tiêu: Đưa 4 phi hành gia (3 người Mỹ, 1 người Canada) bay vòng quanh Mặt Trăng, không hạ cánh, để thử nghiệm Orion trong điều kiện có người.

- Phi hành đoàn: 

  - Reid Wiseman (Chỉ huy), Victor Glover, Christina Koch (người phụ nữ đầu tiên bay đến Mặt Trăng), Jeremy Hansen (Canada).

- Chi tiết: Hành trình kéo dài ~10 ngày, đi xa Trái Đất hơn bất kỳ sứ mệnh có người nào trước đây (~400,000 km).

c. Artemis III (Hạ cánh xuống Mặt Trăng)

- Thời gian dự kiến: Tháng 12/2026 hoặc 2027 (trì hoãn từ 2025).

- Mục tiêu: Đưa phi hành gia hạ cánh xuống cực nam Mặt Trăng (South Pole), nơi có băng nước trong các hố tối vĩnh cửu.

- Công nghệ chính:

  - SLS và Orion: Đưa phi hành gia lên quỹ đạo Mặt Trăng.

  - Human Landing System (HLS): SpaceX Starship được chọn làm tàu hạ cánh (hợp đồng 2.9 tỷ USD).

  - Gateway: Trạm không gian quỹ đạo Mặt Trăng (dự kiến lắp ráp từ 2024-2028), làm điểm trung chuyển.

- Kế hoạch: Phi hành gia sẽ ở lại bề mặt Mặt Trăng khoảng 6.5 ngày, thực hiện các thí nghiệm khoa học và thu thập mẫu.

d. Giai đoạn sau Artemis III

- Artemis IV-VIII (2028-2030s): Xây dựng Lunar Base Camp (Căn cứ Mặt Trăng) trên bề mặt và hoàn thiện Gateway. Các sứ mệnh này sẽ kéo dài thời gian lưu trú lên hàng tháng và mở rộng hợp tác quốc tế.

2. Công nghệ chính của Artemis

Artemis dựa trên sự kết hợp giữa công nghệ mới và kinh nghiệm từ Apollo:

a. Space Launch System (SLS)

- Thiết kế: Tên lửa đa tầng, dùng động cơ RS-25 (từ tàu con thoi) và boster rắn, do Boeing chịu trách nhiệm.

- Khả năng: Chở 27 tấn (Block 1) lên quỹ đạo Mặt Trăng, sẽ nâng cấp lên 46 tấn (Block 2).

- Chi phí: ~2 tỷ USD mỗi lần phóng, gây tranh cãi vì cao hơn SpaceX Falcon Heavy (~150 triệu USD).

So sánh SLS với các dòng tên lửa khác - ảnh từ BBC

b. Tàu Orion

- Thiết kế: Do Lockheed Martin chế tạo, có hệ thống bảo vệ nhiệt chịu được vận tốc tái nhập ~11 km/s từ Mặt Trăng.

- Đặc điểm: Chứa hệ thống duy trì sự sống cho 21 ngày, đủ để bay đến Mặt Trăng và trở về.

Tàu Orion - ảnh từ NASA

c. Human Landing System (HLS)

- SpaceX Starship: Phiên bản tùy chỉnh, cao 50 m, dùng động cơ Raptor, có thể chở 100 tấn hàng hóa và phi hành gia xuống Mặt Trăng.

- Blue Origin (Dự phòng): Đội National Team (Blue Origin, Lockheed, Northrop) phát triển HLS thứ hai (hợp đồng 3.4 tỷ USD, 2023).

d. Lunar Gateway

Đây là trạm không gian nhỏ (~40 tấn) trên quỹ đạo Mặt Trăng, gồm mô-đun sinh sống (HALO), mô-đun năng lượng (PPE), và bến cảng cho tàu. Mục đích là làm điểm dừng chân, nghiên cứu khoa học, và hỗ trợ hạ cánh.

Thông tin dự án từ NASA

e. Bộ đồ vũ trụ

- xEMU (Exploration Extravehicular Mobility Unit): Bộ đồ mới, linh hoạt hơn Apollo, chịu được nhiệt độ từ -150°C đến 120°C, có hệ thống tái chế nước và oxy.

3. Các nhà thầu chính

Chương trình Artemis của NASA là một nỗ lực hợp tác phức tạp giữa cơ quan chính phủ và nhiều nhà thầu tư nhân, mỗi bên đóng vai trò quan trọng ở các công đoạn khác nhau, từ phát triển tên lửa, tàu vũ trụ, hệ thống hạ cánh, đến cơ sở hạ tầng trên quỹ đạo và bề mặt Mặt Trăng. 

Boeing

Công đoạn: Phát triển Space Launch System (SLS) - tầng chính (core stage).

Vai trò: 

  - Boeing là nhà thầu chính cho tầng chính của SLS, phần lớn nhất và mạnh nhất của tên lửa (cao 65 m, nặng 85 tấn không nhiên liệu). Tầng này chứa 4 động cơ RS-25 (tái sử dụng từ tàu con thoi) và hai bể nhiên liệu (hydro lỏng và oxy lỏng).

  - Chịu trách nhiệm lắp ráp, thử nghiệm, và tích hợp tầng chính tại Michoud Assembly Facility (Louisiana).

Thành tựu: Tầng chính SLS hoàn thành cho Artemis I (2022), cung cấp lực đẩy 8.8 triệu pound để đưa Orion lên quỹ đạo.

Thách thức: Chậm tiến độ và vượt ngân sách (~2 tỷ USD mỗi lần phóng), khiến NASA phải điều chỉnh lịch trình Artemis II và III.

Lockheed Martin

Công đoạn: Phát triển tàu vũ trụ Orion.

Vai trò: 

  - Lockheed Martin thiết kế và chế tạo Orion, tàu vũ trụ chở phi hành gia từ Trái Đất lên quỹ đạo Mặt Trăng và trở về. Orion gồm mô-đun phi hành đoàn (Crew Module) và mô-đun dịch vụ (Service Module, hợp tác với ESA).

  - Đảm bảo khả năng chịu nhiệt tái nhập (~2,800°C) và hệ thống duy trì sự sống cho tối đa 21 ngày.

Thành tựu: Orion hoàn thành sứ mệnh Artemis I (2022), bay 1.4 triệu dặm và trở về an toàn. Hiện đang chuẩn bị cho Artemis II (2025).

Chi tiết kỹ thuật: Orion nặng 26 tấn, chở được 4-6 người, chi phí phát triển ~20 tỷ USD (tính đến 2025).

Northrop Grumman

Công đoạn: Chế tạo boster rắn (Solid Rocket Boosters) cho SLS và mô-đun HALO của Gateway.

Vai trò: 

  - SLS Boosters: Cung cấp hai boster rắn (cao 54 m, lực đẩy 3.6 triệu pound mỗi cái) để hỗ trợ tầng chính Boeing trong giai đoạn phóng. Đây là phiên bản nâng cấp từ tàu con thoi.

  - HALO (Habitation and Logistics Outpost): Một trong hai mô-đun chính của Lunar Gateway, nơi phi hành gia sinh sống và làm việc trên quỹ đạo Mặt Trăng.

- Thành tựu: Boosters hoạt động hoàn hảo trong Artemis I. HALO đang được lắp ráp, dự kiến phóng năm 2026.

Aerojet Rocketdyne

Công đoạn: Cung cấp động cơ RS-25 cho SLS.

Vai trò: 

  - Chế tạo và cải tiến 4 động cơ RS-25 cho tầng chính của SLS, mỗi động cơ tạo lực đẩy ~512,000 pound. Động cơ này tái sử dụng từ kho dự trữ của tàu con thoi, sau đó chuyển sang phiên bản mới (RS-25E) cho các sứ mệnh sau Artemis IV.

Thành tựu: Động cơ RS-25 vận hành tốt trong Artemis I, đạt hiệu suất 109%.

SpaceX

Công đoạn: Phát triển Human Landing System (HLS) cho Artemis III và hỗ trợ vận chuyển hàng hóa.

Vai trò: 

  - HLS - Starship: SpaceX được chọn (hợp đồng 2.9 tỷ USD, 2021) để phát triển phiên bản Starship làm tàu hạ cánh, đưa phi hành gia từ Gateway xuống cực nam Mặt Trăng và trở lại. Starship HLS cao 50 m, dùng động cơ Raptor, có thể chở 100 tấn hàng hóa và tái sử dụng.

  - Tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo: SpaceX phải hoàn thiện công nghệ tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo (orbital refueling) để Starship đủ Δv bay từ Trái Đất đến Mặt Trăng và hạ cánh.

  - Hỗ trợ vận chuyển: Dùng Starship để phóng hàng hóa và thiết bị lên quỹ đạo thấp, giảm chi phí cho NASA.

Thành tựu: 

  - Starship bay thử quỹ đạo lần 3 (IFT-3, 3/2024) đạt vận tốc quỹ đạo (~7.8 km/s), dù chưa hạ cánh thành công.

  - Động cơ Raptor 3 đang phát triển (lực đẩy ~3 MN, Isp ~400 giây), hứa hẹn đáp ứng yêu cầu của Artemis III.

Đặc điểm nổi bật: SpaceX mang lại giải pháp chi phí thấp (~100 triệu USD/lần phóng so với SLS ~2 tỷ USD), nhưng cần vượt qua thách thức về độ tin cậy và lịch trình.

Blue Origin (và National Team)

Công đoạn: Phát triển HLS thứ hai (dự phòng cho Artemis IV trở đi).

Vai trò: 

  - Blue Origin dẫn đầu National Team (gồm Lockheed Martin, Northrop Grumman, Draper) để chế tạo tàu hạ cánh Blue Moon. Hợp đồng trị giá 3.4 tỷ USD được ký năm 2023 sau khi thua SpaceX ở Artemis III.

  - Blue Moon cao 16 m, dùng động cơ BE-7 (hydro/oxy), thiết kế truyền thống hơn Starship.

Thành tựu: Động cơ BE-7 thử nghiệm thành công (2022), nhưng Blue Moon vẫn trong giai đoạn phát triển, chưa bay thử.

Tác động: Đảm bảo NASA có hai HLS độc lập, tăng tính dự phòng.

Maxar Technologies

Công đoạn: Chế tạo Power and Propulsion Element (PPE) cho Gateway.

Vai trò: 

  - PPE là mô-đun năng lượng và động lực của Gateway, dùng pin Mặt Trời (60 kW) và động cơ ion để duy trì quỹ đạo quanh Mặt Trăng.

Thành tựu: PPE hoàn thành lắp ráp (2024), sẵn sàng phóng cùng HALO vào 2026.

Axiom Space

Công đoạn: Phát triển bộ đồ vũ trụ (xEMU).

Vai trò: 

  - Chế tạo bộ đồ Exploration Extravehicular Mobility Unit (xEMU) cho các cuộc đi bộ trên Mặt Trăng, thay thế bộ đồ cũ từ Apollo. Bộ đồ chịu được nhiệt độ từ -150°C đến 120°C, có hệ thống tái chế nước và oxy.

Thành tựu: Nguyên mẫu xEMU được thử nghiệm (2023), dự kiến hoàn thiện cho Artemis III.

Các đối tác quốc tế

- ESA (Châu Âu): Cung cấp mô-đun dịch vụ (European Service Module - ESM) cho Orion, đóng góp I-HAB (mô-đun sinh sống) cho Gateway.

- JAXA (Nhật Bản): Phát triển xe tự hành có áp suất (pressurized rover) cho phi hành gia sống trên Mặt Trăng.

- CSA (Canada): Cung cấp cánh tay robot Canadarm3 cho Gateway.

Vai trò đặc biệt của SpaceX

SpaceX đóng vai trò trung tâm trong HLS. Đây là nhà thầu duy nhất được chọn cho HLS trong Artemis III, sứ mệnh đầu tiên hạ cánh xuống Mặt Trăng. Starship HLS sẽ:

  - Được phóng từ Trái Đất, tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo thấp bằng các tàu Starship khác.

  - Bay đến Gateway, đón phi hành gia từ Orion, đưa họ xuống bề mặt Mặt Trăng, rồi quay lại Gateway.

Lý do chọn SpaceX: 

  - Chi phí thấp (~2.9 tỷ USD so với 10 tỷ USD của Blue Origin ban đầu đề xuất).

  - Khả năng chở tải lớn (150-200 tấn lên quỹ đạo thấp), phù hợp để mang thiết bị xây dựng căn cứ.

  - Tầm nhìn tái sử dụng phù hợp với mục tiêu bền vững của Artemis.

SpaceX cũng nắm trong tay những công nghệ chủ chốt:

- Động cơ Raptor: Động cơ methalox (CH₄/LOX) với chu trình full-flow staged combustion, lực đẩy ~3 MN (Raptor 3), Isp ~400 giây, đảm bảo Starship đủ sức hạ cánh và cất cánh từ Mặt Trăng (trọng lực 1/6 Trái Đất).

- Tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo: Công nghệ này là yếu tố quyết định để Starship đạt Δv ~6-8 km/s từ quỹ đạo thấp đến Mặt Trăng. SpaceX đang thử nghiệm (dự kiến hoàn thiện 2025-2026).

Tuy vậy, SpaceX cũng phải đối mặt với nhiều thách thức và rủi ro. Starship chưa hạ cánh thành công trong các chuyến bay thử (IFT-4 dự kiến 2025), làm dấy lên lo ngại về khả năng sẵn sàng cho Artemis III (2026-2027). NASA yêu cầu Starship phải hoàn thành ít nhất 1-2 sứ mệnh không người xuống Mặt Trăng trước khi chở phi hành gia, tăng áp lực lên SpaceX.

Ở bình diện lớn hơn và lâu dài hơn, nếu thành công, Starship có thể thay thế SLS cho các sứ mệnh sau Artemis III, tiết kiệm hàng tỷ USD cho NASA. Hơn nữa, SpaceX tận dụng Artemis để thử nghiệm công nghệ cho kế hoạch định cư sao Hỏa của Elon Musk.

Tóm lại, các nhà thầu trong Artemis tạo thành một hệ sinh thái phức tạp, từ Boeing và Lockheed Martin (công nghệ truyền thống) đến SpaceX (đổi mới chi phí thấp). SpaceX đang nổi bật với vai trò HLS, mang lại tiềm năng thay đổi cuộc chơi nhờ Starship, nhưng cũng là mắt xích rủi ro nhất do lịch trình phát triển gấp rút. Sự thành công của Artemis phụ thuộc vào khả năng phối hợp giữa các nhà thầu này, với SpaceX đóng vai trò quyết định trong việc đưa phi hành gia xuống Mặt Trăng lần đầu tiên kể từ 1972.

4. Tình trạng hiện tại (tính đến tháng 03/2025)

- Artemis I: Hoàn thành thành công, chứng minh SLS và Orion hoạt động tốt.

- HLS của SpaceX: Starship bay thử quỹ đạo lần thứ 3 (IFT-3, 3/2024) đạt vận tốc quỹ đạo, nhưng chưa hạ cánh thành công. NASA tin tưởng SpaceX sẽ sẵn sàng cho Artemis III.

- Gateway: Mô-đun PPE và HALO đang được lắp ráp, dự kiến phóng lần đầu vào 2025-2026.

- Hợp tác: Hơn 20 quốc gia ký Artemis Accords (Hiệp định Artemis), cam kết hợp tác hòa bình và bền vững trên Mặt Trăng.

Tình trạng hiện tại của các nhà thầu:

- Boeing: phụ trách công đoạn SLS (tầng chính), vai trò chính Tên lửa đưa Orion lên quỹ đạo, kết quả: Artemis I thành công.

- Lockheed Martin: phụ trách công đoạn Orion, vai trò chính Tàu chở phi hành gia, kết quả: Artemis I thành công

- Northrop Grumman: phụ trách công đoạn SLS Boosters, HALO; vai trò trong Lực đẩy ban đầu, mô-đun sinh sống Gateway, kết quả: Boosters Artemis I, HALO lắp ráp

- Aerojet Rocketdyne: phụ trách Động cơ RS-25, vai trò chính Động lực cho SLS, kết quả Artemis I thành công

- SpaceX: phụ trách HLS (Starship), vai trò chính Hạ cánh xuống Mặt Trăng, kết quả IFT-3 đạt quỹ đạo (2024)

- Blue Origin: phụ trách HLS (Blue Moon), vai trò Hạ cánh dự phòng, kết quả BE-7 thử nghiệm (2022) 

- Maxar: phụ trách PPE (Gateway), vai  trò chính Năng lượng và động lực Gateway, kết quả PPE lắp ráp (2024)

- Axiom Space: phụ trách Bộ đồ xEMU, vai trò chính Trang bị cho đi bộ trên Mặt Trăng, kết quả Nguyên mẫu thử nghiệm (2023)

5. Ý nghĩa và khó khăn của chương trình

Về mặt khoa học, Artemis nhắm vào khai thác băng nước ở cực nam Mặt Trăng để sản xuất oxy, nước uống, và nhiên liệu (hydro). Đồng thời, NASA sẽ nghiên cứu địa chất Mặt Trăng, giúp hiểu thêm về sự hình thành của Hệ Mặt Trời.

Về công nghệ, đây là bước thử nghiệm hệ thống duy trì sự sống, động lực đẩy hạt nhân (NTP), và công nghệ ISRU (In-Situ Resource Utilization) cho sao Hỏa. Chương trình cũng thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp tư nhân (SpaceX, Blue Origin).

Về chính trị và kinh tế, Artemis khẳng định vị thế dẫn đầu của Mỹ trong không gian trước Trung Quốc (với ILRS). Đồng thời, dự án tạo hàng chục nghìn việc làm và thúc đẩy kinh tế vũ trụ (dự kiến trị giá hàng trăm tỷ USD vào 2040).

Mặt Trăng là "bãi thử" cho các công nghệ cần thiết (bảo vệ bức xạ, sinh sống lâu dài) trước khi con người lên sao Hỏa vào 2030s-2040s.

Chương trình cũng phải đối mặt với nhiều thách thức. Về kinh phí, tổng chi phí dự kiến ~93 tỷ USD đến 2025 (theo Thanh tra NASA), gây tranh cãi vì vượt ngân sách hàng năm (~25 tỷ USD). Artemis cũng bị trì hoãn. Artemis II và III bị chậm do vấn đề kỹ thuật (SLS, bộ đồ vũ trụ) và sự cố Starliner ảnh hưởng đến lịch trình chung của NASA. Song song là áp lực cạnh tranh. Trung Quốc và Nga (ILRS) đang đẩy nhanh kế hoạch Mặt Trăng, tạo áp lực cho Mỹ.

Sứ mệnh Artemis là nỗ lực lớn nhất của NASA kể từ Apollo, không chỉ nhằm đưa con người trở lại Mặt Trăng mà còn xây dựng nền tảng cho tương lai đa hành tinh. Với Artemis I thành công, Artemis II sắp tới, và Artemis III đặt mục tiêu lịch sử, chương trình này kết hợp công nghệ tiên tiến (SLS, Orion, Starship) và hợp tác quốc tế để mở ra kỷ nguyên mới trong thám hiểm không gian. Dù đối mặt với thách thức về kinh phí và thời gian, Artemis hứa hẹn sẽ thay đổi cách chúng ta nhìn nhận về khả năng sống ngoài Trái Đất.