Con tàu vũ trụ dài 58 km và hành trình liên sao 400 năm

Không phải một con tàu đang được chế tạo, Chrysalis thực chất là dự án thiết kế đoạt giải nhất tại cuộc thi do Viện Nghiên cứu Liên sao Anh (i4is) tổ chức. Công trình đưa ra lời giải toàn diện cho bài toán duy trì sự sống của một cộng đồng khép kín trong không gian sâu.

Con tàu được thiết kế để chở 2.400 người vượt quãng đường 4,24 năm ánh sáng (hơn 40.000 tỷ km) tới hệ sao Proxima Centauri. Với hành trình kéo dài 4 thế kỷ, thế hệ hành khách ban đầu sẽ già đi và qua đời dọc đường, nhường quyền tiếp quản mục tiêu định cư cho các thế hệ con cháu sinh ra ngay giữa vùng không gian sâu.

Dự án Chrysalis

Do nhóm 5 nhà nghiên cứu phát triển, Chrysalis giành giải nhất cuộc thi Project Hyperion. Hội đồng giám khảo đánh giá cao tính đồng bộ của dự án khi kết hợp chặt chẽ kỹ thuật cơ khí với bài toán nhân khẩu học và đời sống cư dân.

Công trình đã chuyển hóa ý tưởng du hành liên sao giả định thành một mô hình nghiên cứu cụ thể, giàu tính khả thi.

Hành trình được đặt ra có đích đến là Proxima Centauri b, hành tinh quay quanh Proxima Centauri - ngôi sao cách Trái Đất khoảng 4,24 năm ánh sáng. Để hoàn thành chặng đường này trong 400 năm, con tàu cần duy trì vận tốc hành trình trung bình khoảng 3.000 km/s. Con số này tương đương hơn 1% tốc độ ánh sáng.

Dự án cũng vấp phải rào cản rất lớn về năng lực sản xuất ngoài không gian. Chrysalis có chiều dài 58 km, đường kính 6 km và khối lượng ước tính hàng tỷ tấn. Nhóm tác giả hình dung việc lắp ráp sẽ diễn ra ngoài khí quyển trong 20-25 năm.

Quá trình này đòi hỏi vật liệu khai thác ngoài không gian và hệ thống chế tạo tự động hoàn toàn. Hiện tại, Trái Đất chưa có hệ thống phóng nào đủ sức đưa các khối kết cấu này lên quỹ đạo.

Song song với rào cản kỹ thuật, bài toán nhân khẩu học và quản trị xã hội cũng đặt ra áp lực lớn. Dù con tàu có thể chở 2.400 người, nhóm thiết kế chọn duy trì dân số ổn định quanh mức 1.500 để dự phòng rủi ro. Việc sinh nở sẽ chịu sự điều tiết chặt chẽ trong độ tuổi 28-31, bảo đảm cân bằng cơ cấu độ tuổi, nguồn gen và nguồn cung tài nguyên hữu hạn.

“Điểm nan giải nhất là các thế hệ tương lai không hề có quyền lựa chọn việc sinh ra trên tàu, đích đến hay cuộc sống nơi đây”, đại diện dự án cho biết.

Rủi ro lớn nhất nằm ở đích đến. Dù thuộc vùng có thể sống được, hành tinh Proxima Centauri b chưa được chứng minh có khí quyển hay bề mặt thích hợp cho con người. Đoàn thám hiểm đối mặt nguy cơ mất 400 năm để tới một thế giới không thể định cư.

Vấn đề tìm kiếm môi trường sống ngoài Trái Đất không chỉ giới hạn ở các ngoại hành tinh xa xôi. Trong cuốn The Secret Life Of The Universe (Sự sống bí ẩn trong vũ trụ), các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng ngay trong Hệ Mặt Trời, những thiên thể như mặt trăng Europa hay Enceladus mới là những nơi tiềm tàng điều kiện sinh quyển khả thi dưới các lớp băng dày.

Việc này càng củng cố tính cấp thiết của việc đánh giá chính xác điều kiện khí quyển tại Proxima Centauri b trước khi quyết định phóng một con tàu thế hệ như Chrysalis, tránh nguy cơ đặt cược toàn bộ nền văn minh vào một thế giới chưa được kiểm chứng.

Cuộc hành trình 4 thế kỷ

Để duy trì sự sống suốt 400 năm, Chrysalis dùng cấu trúc các khối trụ lồng nhau quay quanh trục trung tâm. Lực hướng tâm từ chuyển động quay này tạo ra trọng lực nhân tạo tương đương Trái Đất, giúp ngăn ngừa thoái hóa cơ và tiêu xương do sống lâu trong môi trường không trọng lực.

Ở phần đầu tàu, đài quan sát Cosmo Dome mở ra góc nhìn hiếm hoi hướng về vũ trụ bên ngoài không gian khép kín.

Kiến trúc bên trong thân tàu chia thành 5 tầng chức năng riêng biệt. Trong đó, tầng nông nghiệp và sinh thái chịu trách nhiệm cung cấp toàn bộ lương thực nhờ tích hợp cây trồng, nấm, vi sinh, côn trùng và gia súc. Các hệ sinh thái rừng nhiệt đới và rừng phương bắc cũng được mô phỏng cẩn thận nhằm tái tạo khí quyển, tuần hoàn dinh dưỡng và hỗ trợ sức khỏe tinh thần cho cư dân.

Bốn tầng còn lại đáp ứng toàn diện nhu cầu sinh hoạt và vận hành kỹ thuật. Tầng công cộng tập trung trường học, bệnh viện, công viên... Tầng dân cư gồm khu nhà ở độc lập có thể tự điều chỉnh khí hậu. Tầng công nghiệp đảm nhận luyện kim, cơ khí và chế tạo linh kiện. Cuối cùng, tầng tự động hóa ngoài cùng dùng robot bảo trì, trong khi lõi trung tâm chứa trạm viễn thông cùng đội tàu con đổ bộ.

Tính dự phòng là yếu tố sống còn của toàn bộ công trình. Mọi sự cố rò rỉ, dịch bệnh cây trồng hay hư hỏng sản xuất đều không được phép đe dọa sự tồn vong của cộng đồng. Hệ thống cung cấp khí, nước, lương thực và xử lý chất thải đều có phương án dự phòng đa tầng. Toàn bộ máy móc, linh kiện phải được kiểm tra, tái chế và nâng cấp liên tục suốt 400 năm.

Bản thiết kế đã giúp giải quyết thách thức của hệ sinh thái khép kín. Hiện nay, các trạm vũ trụ vẫn phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn tiếp tế từ Trái Đất, trong khi các thử nghiệm sinh quyển mặt đất trước đây đều cần can thiệp từ bên ngoài. Dự án Chrysalis đã kết nối hoàn chỉnh các mắt xích sinh tồn, biến con tàu thành một nền văn minh thu nhỏ độc lập giữa vũ trụ.