Trạm vũ trụ Thiên Cung (Tiangong)

Trạm vũ trụ Thiên Cung - ảnh từ SpaceCenter

Trạm vũ trụ Thiên Cung (Tiangong Space Station) là trạm vũ trụ dài hạn đầu tiên do Trung Quốc tự phát triển và vận hành, hoàn thành vào cuối năm 2022 sau khi lắp ráp các mô-đun chính. Đây là một bước tiến lớn trong chương trình không gian của Trung Quốc, nhằm phục vụ nghiên cứu khoa học, thử nghiệm công nghệ, và chuẩn bị cho các sứ mệnh tương lai như khám phá Mặt Trăng hay sao Hỏa. 

1. Cấu trúc và thiết kế của Trạm Thiên Cung

Thiên Cung có thiết kế mô-đun, tương tự như Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) hay trạm Mir của Liên Xô trước đây, nhưng nhỏ hơn về quy mô. Nó bao gồm ba mô-đun chính:

Mô-đun lõi Thiên Hòa (Tianhe) 

  - Ra mắt ngày 29/4/2021, đây là mô-đun đầu tiên và trung tâm điều khiển của trạm.

  - Dài 16,6 mét, đường kính 4,2 mét, nặng khoảng 22,5 tấn.

  - Bao gồm khu vực sinh hoạt cho phi hành gia (giường ngủ, nhà vệ sinh, khu vực ăn uống), hệ thống hỗ trợ sự sống (tái chế không khí, nước), và trung tâm điều khiển.

  - Có ba bến đỗ (docking ports) để kết nối với các tàu vũ trụ và mô-đun khác, cùng một cánh tay robot dài 10 mét để hỗ trợ lắp ráp và bảo trì.

Mô-đun thí nghiệm Vấn Thiên (Wentian) 

  - Phóng ngày 24/7/2022, nặng khoảng 23 tấn.

  - Dài khoảng 17,9 mét, tập trung vào thí nghiệm khoa học, đặc biệt là nghiên cứu vật lý không gian và khoa học vật liệu.

  - Có thêm không gian sinh hoạt dự phòng và một cửa thoát khí (airlock) để phi hành gia thực hiện các chuyến đi bộ ngoài không gian.

  - Trang bị cánh tay robot nhỏ hơn để hỗ trợ các nhiệm vụ bên ngoài.

Mô-đun thí nghiệm Mộng Thiên (Mengtian) 

  - Phóng ngày 31/10/2022, cũng nặng khoảng 23 tấn.

  - Dài 17,9 mét, chủ yếu phục vụ các thí nghiệm về công nghệ không gian, sinh học, và vật lý vi trọng lực.

  - Có khoang chứa hàng hóa để vận chuyển thiết bị và một hệ thống tải trọng bên ngoài để gắn các thiết bị khoa học.

Tổng khối lượng của Thiên Cung khi hoàn thiện vào khoảng 66-70 tấn, với chiều dài tối đa (khi ghép cả ba mô-đun theo hình chữ T) khoảng 40 mét. Trạm được thiết kế để chứa tối đa 3 phi hành gia trong thời gian dài, dù có thể hỗ trợ tới 6 người trong giai đoạn bàn giao phi hành đoàn.

2. Hệ thống hỗ trợ và năng lượng của Thiên Cung

- Năng lượng: Thiên Cung sử dụng các tấm pin mặt trời lớn gắn trên mỗi mô-đun, cung cấp khoảng 27 kW điện năng, đủ để duy trì hoạt động liên tục.

- Hỗ trợ sự sống: Hệ thống tái chế nước đạt hiệu suất 80-90%, biến nước thải (nước tiểu, mồ hôi) thành nước uống. Không khí được lọc và bổ sung oxy từ các bình dự trữ hoặc điện phân nước.

- Quỹ đạo: Trạm hoạt động ở quỹ đạo Trái Đất thấp (LEO) ở độ cao khoảng 340-450 km, nghiêng 41,5 độ so với đường xích đạo, với tốc độ khoảng 27.600 km/h, hoàn thành một vòng quanh Trái Đất trong khoảng 90 phút.

3. Hoạt động và sứ mệnh của Thiên Cung

- Phi hành đoàn: Các phi hành gia Trung Quốc (taikonauts) thực hiện sứ mệnh kéo dài 6 tháng mỗi lần. Đội ngũ đầu tiên (Thần Châu 12, 2021) đã ở trên Thiên Hòa 3 tháng, trong khi các sứ mệnh sau (Thần Châu 13, 14, 15) kéo dài hơn và thử nghiệm khả năng sinh sống liên tục.

- Thí nghiệm khoa học: Thiên Cung hiện hỗ trợ hơn 1.000 thí nghiệm, từ nghiên cứu vi trọng lực, sinh học vũ trụ (như trồng cây trong không gian), đến thử nghiệm công nghệ cho các sứ mệnh sâu hơn trong không gian.

- Tàu hỗ trợ: Tàu vũ trụ Thần Châu chở người, tàu vận tải Thiên Châu (Tianzhou) chở hàng hóa, và tên lửa Trường Chinh (Long March) đảm bảo hậu cần cho trạm.

4. Mục tiêu dài hạn của Thiên Cung

Thiên Cung được thiết kế để hoạt động ít nhất 10-15 năm (tới khoảng 2035-2040), với khả năng mở rộng bằng cách thêm mô-đun trong tương lai. Trung Quốc cũng có kế hoạch hợp tác quốc tế, mời các nước khác tham gia thí nghiệm trên trạm, dù hiện tại phần lớn hoạt động vẫn do họ tự chủ.

Chú ý: Đừng nhầm lẫn Thiên Cung với Thiên Cung 1 và Thiên Cung 2

Thiên Cung 1 và Thiên Cung 2 là hai phòng thí nghiệm không gian riêng biệt, được Trung Quốc phóng lên vào các thời điểm khác nhau với mục đích thử nghiệm công nghệ trước khi xây dựng trạm vũ trụ dài hạn Thiên Cung (Tiangong Space Station) chính thức.

Thiên Cung 1 (Tiangong-1)

- Thời gian phóng: Ngày 29/9/2011.

- Mục đích: Đây là phòng thí nghiệm không gian đầu tiên của Trung Quốc, được thiết kế để thử nghiệm công nghệ ghép nối (docking) giữa tàu vũ trụ và trạm không gian – một kỹ thuật quan trọng để xây dựng trạm vũ trụ trong tương lai.

- Cấu trúc:

  - Nặng khoảng 8,5 tấn, dài 10,4 mét, đường kính 3,35 mét.

  - Gồm hai phần: mô-đun thí nghiệm (có thể ghép nối với tàu vũ trụ) và mô-đun tài nguyên (cung cấp năng lượng và hệ thống hỗ trợ).

- Hoạt động:

  - Năm 2011, tàu Thần Châu 8 (không người lái) ghép nối thành công với Thiên Cung 1.

  - Năm 2012, tàu Thần Châu 9 (có người lái) mang theo 3 phi hành gia, bao gồm nữ phi hành gia đầu tiên của Trung Quốc Lưu Dương (Liu Yang), ghép nối và ở lại trạm 10 ngày.

  - Năm 2013, tàu Thần Châu 10 cũng ghép nối thành công, với sứ mệnh kéo dài 15 ngày.

- Kết thúc: Thiên Cung 1 ngừng hoạt động vào năm 2016 sau khi hoàn thành sứ mệnh. Trung Quốc mất kiểm soát trạm này vào năm 2016, và nó rơi trở lại bầu khí quyển Trái Đất ngày 2/4/2018, phần lớn bị cháy rụi trên Thái Bình Dương.

Thiên Cung 2 (Tiangong-2)

- Thời gian phóng: Ngày 15/9/2016.

- Mục đích: Là phòng thí nghiệm không gian thứ hai, cải tiến từ Thiên Cung 1, nhằm thử nghiệm các hệ thống hỗ trợ sự sống, công nghệ bảo trì, và thí nghiệm khoa học phức tạp hơn để chuẩn bị cho trạm vũ trụ dài hạn.

- Cấu trúc:

  - Nặng khoảng 8,6 tấn, kích thước tương tự Thiên Cung 1 nhưng được nâng cấp về thiết bị và hệ thống.

  - Có khả năng tái nạp nhiên liệu trong không gian (một bước tiến so với Thiên Cung 1).

- Hoạt động:

  - Tháng 10/2016, tàu Thần Châu 11 ghép nối với Thiên Cung 2, mang theo 2 phi hành gia ở lại 30 ngày – thời gian dài nhất của phi hành gia Trung Quốc trên không gian vào lúc đó.

  - Tháng 4/2017, tàu vận tải Thiên Châu 1 (Tianzhou-1) thực hiện ghép nối và thử nghiệm tái nạp nhiên liệu thành công, đánh dấu khả năng cung cấp hậu cần cho trạm không gian tương lai.

  - Hỗ trợ hơn 14 thí nghiệm khoa học, bao gồm nghiên cứu vật lý, sinh học, và quan sát Trái Đất.

- Kết thúc: Thiên Cung 2 được đưa trở lại bầu khí quyển một cách có kiểm soát vào ngày 19/7/2019, rơi xuống khu vực Nam Thái Bình Dương, kết thúc sứ mệnh sau khi thu thập dữ liệu quan trọng.

Như vậy, Thiên Cung 1 và 2 chỉ là các trạm thử nghiệm tạm thời, không phải trạm vũ trụ dài hạn. Chúng có quy mô nhỏ (8,5-8,6 tấn), chỉ có một mô-đun, sức chứa tối đa 3 người trong thời gian ngắn (10-30 ngày). Mục tiêu chính là thử nghiệm ghép nối, sinh sống ngắn hạn, và các công nghệ cơ bản. Thiên Cung 1 và Thiên Cung 2 là hai thực thể riêng biệt, đóng vai trò như các “bước đệm” để thử nghiệm trước khi Trung Quốc xây dựng một trạm dài hạn. Thiên Cung 1 tập trung vào ghép nối cơ bản, trong khi Thiên Cung 2 cải tiến thêm về sinh sống và hậu cần, dẫn đến thành công của Trạm Thiên Cung ngày nay.

So sánh Thiên Cung với Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS)

So sánh trạm Thiên Cung và ISS - ảnh từ REB Research & Consulting

Quy mô và trọng lượng

- Thiên Cung: Tổng khối lượng khoảng 66-70 tấn, gồm 3 mô-đun chính, dài khoảng 40 mét.

- ISS: Nặng khoảng 420 tấn, gồm hơn 15 mô-đun chính và nhiều thành phần phụ, dài 109 mét, rộng 73 mét (kể cả tấm pin mặt trời).

ISS lớn hơn gấp 6 lần về khối lượng và có không gian rộng hơn nhiều, là kết quả của sự hợp tác giữa 15 quốc gia (Mỹ, Nga, châu Âu, Nhật Bản, Canada).

Sức chứa phi hành đoàn

- Thiên Cung: Tối đa 3 người thường xuyên, có thể lên 6 trong thời gian ngắn (bàn giao phi hành đoàn).

- ISS: Thường chứa 6-7 người, tối đa từng đạt 13 người trong các sự kiện đặc biệt.

ISS có sức chứa lớn hơn và hỗ trợ nhiều phi hành gia cùng lúc, nhờ quy mô và nguồn lực quốc tế.

Năng lượng

- Thiên Cung: Tạo ra khoảng 27 kW từ các tấm pin mặt trời.

- ISS: Tạo ra khoảng 84-120 kW từ 8 tấm pin mặt trời lớn.

ISS có khả năng cung cấp năng lượng vượt trội, phù hợp với quy mô và số lượng thí nghiệm lớn hơn.

Thời gian hoạt động

- Thiên Cung: Bắt đầu hoạt động từ 2021, dự kiến tồn tại đến 2035-2040.

- ISS: Ra mắt mô-đun đầu tiên năm 1998, hoạt động liên tục đến nay (2025), dự kiến ngừng hoạt động vào 2030-2031.

ISS có tuổi thọ lâu hơn và kinh nghiệm vận hành phong phú, trong khi Thiên Cung là trạm mới với công nghệ hiện đại hơn.

Mục đích và hợp tác

- Thiên Cung: Do Trung Quốc tự phát triển, phục vụ mục tiêu quốc gia (nghiên cứu khoa học, thử nghiệm công nghệ, chuẩn bị cho sứ mệnh Mặt Trăng/sao Hỏa). Hợp tác quốc tế hạn chế nhưng đang mở rộng.

- ISS: Là dự án hợp tác đa quốc gia, tập trung vào nghiên cứu khoa học toàn cầu và thử nghiệm công nghệ không gian chung.

ISS mang tính quốc tế cao, trong khi Thiên Cung phản ánh chiến lược tự chủ của Trung Quốc.

Công nghệ và tính hiện đại

- Thiên Cung: Sử dụng công nghệ mới nhất từ những năm 2010-2020, với hệ thống tự động hóa cao (như cánh tay robot) và thiết kế tối ưu hóa cho hiệu suất.

- ISS: Công nghệ chủ yếu từ thập niên 1990-2000, được nâng cấp dần, nhưng một số hệ thống đã lỗi thời.

Thiên Cung hiện đại hơn về mặt thiết kế ban đầu, nhưng ISS có kinh nghiệm thực tiễn và sự linh hoạt từ nhiều nguồn công nghệ.

Chi phí

- Thiên Cung: Ước tính khoảng 8-10 tỷ USD để xây dựng và phóng các mô-đun.

- ISS: Chi phí xây dựng và duy trì vượt quá 150 tỷ USD (tính đến 2020), là trạm vũ trụ đắt nhất lịch sử.

Thiên Cung tiết kiệm chi phí hơn nhiều nhờ quy mô nhỏ và sự tập trung nguồn lực từ một quốc gia.

Như vậy, Thiên Cung là một trạm vũ trụ nhỏ gọn, hiện đại, và hiệu quả, phản ánh tham vọng tự chủ không gian của Trung Quốc. So với ISS, nó nhỏ hơn về quy mô, sức chứa, và năng lượng, nhưng lại mới hơn, rẻ hơn, và được thiết kế với công nghệ tiên tiến. ISS vượt trội về kinh nghiệm, hợp tác quốc tế, và số lượng nghiên cứu khoa học, nhưng tuổi thọ sắp hết khiến Thiên Cung có tiềm năng trở thành trạm vũ trụ chủ đạo sau năm 2030, đặc biệt khi Trung Quốc mở rộng vai trò trong không gian toàn cầu.