Khi tưởng tượng đến việc đưa con người lên sao Hỏa trong cuốn sách “Kết nối Vũ trụ” xuất bản năm 1973, Carl Sagan đã đặt ra một vấn đề khác bên cạnh chi phí và sự phức tạp. Sự sống có khả năng từng tồn tại trên hành tinh đỏ và có thể ảnh hưởng xấu đến loài người.
“Trên sao Hỏa có thể có mầm bệnh. Nếu các sinh vật được đưa đến môi trường loài người, chúng có thể gây ra thảm họa sinh học, một dịch bệnh sao Hỏa”, ông viết.
Những kịch bản về việc các mẫu vật ngoài vũ trụ chứa sinh vật nguy hiểm là ví dụ về “ô nhiễm ngược”, hay nguy cơ vật chất từ hành tinh khác gây hại cho sinh quyển Trái Đất.
“Khả năng tồn tại những mầm bệnh như vậy có lẽ là rất nhỏ, nhưng chúng ta không thể chấp nhận rủi ro, dù chỉ là một rủi ro nhỏ, để đánh đổi một tỷ mạng sống”, Sagan viết.
Các nhà khoa học từ lâu đã xem xét các cảnh báo của Sagan bằng các giả thuyết. Nhưng trong thập kỷ tới, họ sẽ bắt đầu những hành động cụ thể nhằm xử lý các rủi ro ô nhiễm ngược, theo New York Times.
 |
| Mặt đất trên sao Hỏa được chụp lại bởi robot Perseverance. Ảnh: NASA. |
Sứ mệnh đặc biệt
Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA) và Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) đang chuẩn bị cho một sứ mệnh chung có tên Mars Sample Return. Robot tự hành Perseverance đang thu thập mẫu vật trên hành tinh đỏ và sẽ chuyển về Trái Đất bằng một tàu vũ trụ khác.
Với những lo ngại về ô nhiễm ngược, NASA phải hành động như thể các mẫu vật từ sao Hỏa có thể gây ra một đại dịch khác.
“Bởi vì không phải tỷ lệ là 0%, chúng tôi đang thực hiện thẩm định để đảm bảo rằng không có khả năng ô nhiễm”, Andrea Harrington, người phụ trách mẫu vật sao Hỏa của NASA, cho biết.
Cơ quan này có kế hoạch xử lý các mẫu vật từ sao Hỏa tương tự cách Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh (CDC) xử lý Ebola. Một khi các mẫu từ sao Hỏa hạ cánh xuống Trái Đất, chúng phải được giữ trong một cấu trúc có tên “Cơ sở nhận mẫu vật”.
Các chuyên gia của sứ mệnh cho biết cấu trúc phải đáp ứng tiêu chuẩn “An toàn sinh học cấp độ 4” (BSL-4). Điều này có nghĩa nó có khả năng ngăn chặn các mầm bệnh nguy hiểm nhất mà khoa học biết đến.
 |
| Andrea Harrington, người phụ trách mẫu vật sao Hỏa của NASA. Ảnh: New York Times. |
Đồng thời, cấu trúc cũng phải có khả năng ngăn chặn vật chất trên Trái Đất làm ô nhiễm mẫu vật từ sao Hỏa. Nếu sứ mệnh diễn ra theo đúng kế hoạch, các mẫu vật có thể hạ cánh xuống Trái Đất vào giữa thập kỷ 2030.
Sẽ tốn rất nhiều thời gian để xây dựng một cơ sở có thể chứa mẫu vật sao Hỏa một cách an toàn. Việc xây dựng cũng có thể vấp phải các thách thức chính trị hoặc từ cộng đồng.
Đến thời điểm hiện tại, không có phòng thí nghiệm nào đáp ứng đủ yêu cầu của NASA. Do đó, một nhóm bốn nhà khoa học, bao gồm tiến sĩ Harrington, đã đi tham quan một số cơ sở nguy hiểm nhất hành tinh.
Họ tự gọi mình là “Biệt đội Hổ RAMA của NASA”. Biệt danh này nghe giống tên một nhóm trinh sát quân sự, nhưng trên thực tế nó chỉ là từ viết tắt tên các thành viên trong nhóm.
Nhóm đã đến thăm các điểm nóng như Phòng thí nghiệm các Bệnh truyền nhiễm Mới nổi Quốc gia Mỹ tại Boston, Viện Nghiên cứu Y tế Quân đội Mỹ về các Bệnh truyền nhiễm tại Maryland và Tòa nhà 18 của CDC tại Atlanta.
Tổng cộng, nhóm nghiên cứu đã đến thăm 18 cơ sở xử lý dịch bệnh nguy hiểm, phòng siêu sạch và nơi sản xuất thiết bị dành cho hai mục đích trên. Các thành viên hy vọng sẽ tìm ra những thiết bị phù hợp với cơ sở của NASA nhằm giữ an toàn tối đa cho nhân loại.
Mối đe dọa tiềm tàng
“Đây sẽ là nhiệm vụ đầu tiên đưa mẫu vật từ một hành tinh khác về Trái Đất. Lần đầu tiên một thế giới khác sẽ gặp con người”, Harrington nói.
Có nhiều mẫu vật từ xung quanh Hệ Mặt Trời từng được đưa đến Trái Đất để nghiên cứu. Đá và bụi Mặt Trăng đến từ các sứ mệnh của Mỹ, Liên Xô và Trung Quốc. Mẫu từ hai tiểu hành tinh thu thập bởi Nhật Bản. Các hạt từ gió mặt trời và sao chổi được thu thập bởi tàu vũ trụ.
Tuy nhiên, vật chất từ sao Hỏa bị NASA cho là có nguy cơ gây ô nhiễm ngược “đáng kể”. Vì vậy, các mẫu vật từ hành tinh này thuộc danh mục pháp lý có tên “Hạn chế đưa về Trái Đất”.
“Chúng tôi phải xử lý những mẫu vật đó như thể chúng chứa các vật liệu sinh học nguy hiểm”, Nick Benardini, chuyên gia về bảo vệ hành tinh tại NASA, cho biết. Tiến sĩ Benardini giám sát các chính sách và chương trình nhằm cố gắng ngăn chặn vi khuẩn Trái Đất làm ô nhiễm các hành tinh và vệ tinh trong Hệ Mặt Trời, đồng thời hạn chế vật liệu vũ trụ gây tổn thương cho Trái Đất.
 |
| Hình ảnh mô tả sứ mệnh Mars Sample Return. Ảnh: ESA. |
John Rummel, chuyên gia từng làm việc tại NASA từ năm 1987 đến 2008, cho rằng việc cơ quan vũ trụ này coi trọng rủi ro là đúng đắn, ngay cả khi tỷ lệ rất nhỏ và có vẻ giống phim khoa học viễn tưởng.
“Có những ẩn số quan trọng liên quan đến yếu tố sinh học. Sao Hỏa là một hành tinh. Chúng ta không biết nó hoạt động thế nào”, ông nói.
Một phần nhiệm vụ của Mars Sample Return là tìm ra cách sao Hỏa hoạt động. Điều này chưa thể thực hiện đúng cách vì các nhà khoa học và thiết bị nghiên cứu chưa thể đi đến đó.
Tàu vũ trụ Perseverance của NASA đến sao Hỏa vào năm 2021 và đang thu thập các mẫu vật. Những mẫu vật này sẽ được đưa đến một tàu đổ bộ bằng robot tự hành hoặc robot trực thăng. Tên lửa sau đó bắn tàu chứa mẫu vật lên quỹ đạo sao Hỏa, nơi tàu vũ trụ do châu Âu chế tạo sẽ “bắt” và bay trở lại Trái Đất.
Theo kế hoạch, vào năm 2033, các mẫu vật sẽ hạ cánh xuống Khu vực Thử nghiệm và Đào tạo Utah. Sau đó, các nhà khoa học có thể nghiên cứu chúng với thiết bị trong phòng thí nghiệm.
Thách thức công nghệ
Công việc của nhóm RAMA là tìm cách biến nguy cơ ô nhiễm trở thành một cơ hội. Mục tiêu của họ là tìm hiểu về các phòng siêu sạch và những gì cơ quan vũ trụ có thể phải phát minh ra.
Nhóm nghiên cứu đã đến thăm 7 phòng thí nghiệm cách ly mức độ cao ở Mỹ, Anh, Singapore và các phòng thí nghiệm không gian siêu sạch ở Nhật Bản và châu Âu. Nhóm cũng đã đến thăm các nhà sản xuất thiết bị phục vụ phòng thí nghiệm.
Thách thức công nghệ lớn nhất là cơ sở tiếp nhận mẫu vật phải đáp ứng hai mục đích.
“Trái Đất không được chạm vào mẫu vật và các mẫu vật không chạm vào Trái Đất”, Michael Meyer, nhà nghiên cứu đứng đầu chương trình khám phá sao Hỏa, cho biết.
Phòng bảo quản phải đảm bảo giữ các chất trên Trái Đất không làm ô nhiễm mẫu vật sao Hỏa, tránh việc thí nghiệm đưa ra kết quả sai. Đồng thời, phòng bảo quản cũng phải giữ vật chất sao Hỏa ở bên trong, không để lọt ra ngoài bầu khí quyển.
Các phòng sạch yêu cầu áp suất không khí dương, có nghĩa là áp suất bên trong cao hơn áp suất bên ngoài. Do đó, không khí luôn lưu thông từ bên trong ra bên ngoài.
Tuy nhiên, các phòng cách ly mức độ cao hoạt động theo cách ngược lại. Chúng duy trì áp suất không khí bên trong thấp hơn bên ngoài. Các hạt vật chất có thể bay vào nhưng không thể ra ngoài.
 |
| Hình minh họa các robot được sử dụng trong sứ mệnh. Ảnh: NASA. |
NASA cần không gian áp suất dương để giữ các mẫu sạch sẽ, vừa cần áp suất âm để giữ các mẫu không lọt ra ngoài. Rất khó để tích hợp những điều kiện đó vào cùng một không gian. Nó đòi hỏi một cấu trúc phòng sáng tạo và hệ thống thông gió tinh vi.
Không có phòng thí nghiệm nào trên Trái Đất làm được điều đó ở quy mô Mars Sample Return yêu cầu.
“Chúng tôi không ngạc nhiên khi điều này không tồn tại”, tiến sĩ Harrington nói.
Điều tốt nhất mà nhóm RAMA có thể làm là quan sát cách hoạt động của các phòng thí nghiệm và hy vọng sẽ xác định được phương án kết hợp tốt nhất.
Bên trong các phòng thí nghiệm BSL-4, Bộ lọc Không khí Hiệu suất Cao (HEPA) có mặt ở khắp nơi. Nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu về các phương pháp khử trùng, như sử dụng Hydrogen Peroxide (H2O2) để tiêu diệt các chất gây ô nhiễm trên bề mặt. Tuy nhiên, nhóm vẫn phải tìm cách phù hợp để khử trùng vật chất ngoài hành tinh.
“Nghiên cứu để hiểu về khử trùng, trong trường hợp của các mẫu này, đang được tiến hành”, tiến sĩ Harrington nói.
Về cấu trúc, sàn, trần nhà và tường của cơ sở tiếp nhận mẫu có thể phủ epoxy như các phòng BSL-4 và phòng sạch thường làm. Căn phòng cách ly các nhà khoa học châu Âu sử dụng để chế tạo xe tự hành sử dụng tường thép không gỉ. Cả hai vật liệu đều có thể phục vụ cho mục đích kép của NASA.
Nhóm RAMA cũng xem xét thiết bị các nhà khoa học sử dụng để thao tác với các mẫu vật sao Hỏa, cho phép xử lý vật chất một cách chính xác nhưng không cần tiếp xúc trực tiếp. Các nhà khoa học từng nghiên cứu từ xa các chất trong môi trường nitơ tinh khiết, cung cấp cho NASA một phương án có thể cân nhắc.
Vấn đề phát sinh
Nhiều phòng thí nghiệm hiện tại có diện tích quá nhỏ so với quy mô mà nhiệm vụ yêu cầu. Kích thước cửa cũng có ảnh hưởng không nhỏ đến việc đưa thiết bị ra vào.
Thiết bị đưa vào các phòng BSL-4 sẽ không được phép đưa ra ngoài, thậm chí sẽ phải phá hủy. Vì vậy, phòng sẽ có ít thiết bị đo đạc hơn so với một phòng thí nghiệm bình thường. Trong khi đó, Mars Sample Return yêu cầu rất nhiều thiết bị khoa học tinh vi.
Nhóm nghiên cứu đã trình bày một số phương án cho NASA. Cơ quan này có thể cải tạo một phòng thí nghiệm BSL-4 hiện có hoặc xây dựng một phòng thí nghiệm riêng biệt. NASA cũng đang xem xét một số phương án khác, như xây dựng một phòng cách ly mức độ cao theo dạng module với giá rẻ hơn.
Cuộc điều tra của nhóm cho thấy quá trình xây dựng một địa điểm nghiên cứu có thể mất từ 8 đến 12 năm, vượt mốc thời gian mẫu vật trở về Trái Đất. Do đó, các thành viên trong nhóm khuyến nghị NASA nên đưa ra kế hoạch sớm nhất có thể.
Một phần lý do để đẩy nhanh tiến độ là vì gần như chắc chắn sẽ có thất bại. Các phòng thí nghiệm nhóm RAMA đến thăm phải đối mặt với hàng loạt vấn đề về quy định, tài chính và khó khăn trong quá trình xây dựng.
 |
| Robot tự hành Perseverance và trực thăng Ingenuity trên sao Hỏa. Ảnh: NASA. |
Nhóm nghiên cứu xác định sự chậm trễ sẽ gây ra “rủi ro đáng kể” đối với sứ mệnh Mars Sample Return. Quá trình nhận mẫu vật sẽ phức tạp hơn do liên quan đến các thủ tục giấy tờ.
NASA muốn dự án tuân thủ chính sách bảo vệ hành tinh, cũng như các chính sách bổ sung của riêng mình. Cơ sở tiếp nhận mẫu cũng phải được phê duyệt theo Đạo luật Chính sách Môi trường Quốc gia.
Ngoài ra, tàu vũ trụ và cơ sở vật chất sẽ phải đối mặt với Chỉ thị 25 của Tổng thống về An ninh Quốc gia. Chỉ thị này quy định về các thí nghiệm khoa học, công nghệ có thể có tác động lớn đến môi trường.
Tương tác với công chúng là chìa khóa cho sự thành công của dự án. Tiến sĩ Rummel cho rằng tính minh bạch sẽ nhận được sự ủng hộ của người dân, đảm bảo trách nhiệm và an toàn cho dự án.
Sự đầu tư của NASA vào việc xây dựng một cơ sở an toàn có thể dẫn đến những kết quả ngoài mong đợi.
“Sẽ có những thách thức kỹ thuật rất thú vị. Điều đó có thể mang lại nhiều lợi ích hơn cho loài người, vượt qua những gì mẫu vật từ sao Hỏa mang lại”, Scott Hanton, chủ bút Lab Manager, nói.
