Phi hành đoàn Mặt Trăng vượt qua quả cầu lửa 3.000 độ C

Minh họa quá trình phi hành đoàn Artemis II vượt qua bầu khí quyển của Trái Đất khi trở về từ Mặt Trăng. Ảnh: NASA.

Khoảng 7h sáng 11/4 (giờ Việt Nam), phi hành đoàn Artemis II sẽ hạ cánh, trở về Trái Đất.

Sau khi hoàn tất xuất sắc nhiệm vụ lịch sử tại Mặt Trăng, các thành viên của phi hành đoàn Artemis II đã bắt đầu hành trình trở về nhà hôm 9/4. Trong chuyến đi này, 4 phi hành gia đã thiết lập một cột mốc mới cho nhân loại khi di chuyển tới điểm xa nhất mà con người từng đạt được trong không gian, với khoảng cách tối đa lên tới 406.771 km so với Trái Đất.

Khi phi hành đoàn Artemis II trở về Trái Đất, họ sẽ phải trải qua một trong những thử thách kỹ thuật khốc liệt nhất lịch sử hàng không vũ trụ.

Ở độ cao cách mặt đất hàng trăm km, con tàu Orion sẽ đạt vận tốc cực đại 40.000 km/h. Con số này nhanh gấp 32 lần vận tốc âm thanh, tạo ra một động năng khổng lồ mà hệ thống cần phải triệt tiêu hoàn toàn để có thể bung dù hạ cánh an toàn.

Sứ mệnh Artemis II đã lập kỷ lục mới về khoảng cách xa nhất mà con người từng bay khỏi Trái Đất. Ảnh: NASA.

Theo các chuyên gia về khí động học, bài toán khó nhất chính là việc chuyển hóa lượng động năng này thành nhiệt năng mà không làm thiêu rụi khoang lái. Khi con tàu lao vào các lớp khí quyển dày đặc, không khí bị nén đến mức cực hạn, khiến nhiệt độ môi trường xung quanh lớp vỏ tăng vọt lên mức 3.000 độ C, vượt xa điểm nóng chảy của hầu hết siêu hợp kim hiện nay.

Để bảo vệ 4 phi hành gia bên trong, NASA đã thiết kế tàu Orion có hình dạng đáy phẳng và tù thay vì thuôn dài như máy bay. Thiết kế này tạo ra lực cản tối đa giúp đẩy sóng xung kích và vùng khí nóng (plasma) ra xa bề mặt tàu, tạo nên một lớp đệm khí ngăn phần lớn nhiệt lượng tiếp xúc với vỏ tàu.

Tuy nhiên, lượng nhiệt còn lại vẫn đủ sức phá hủy bất kỳ vật liệu kim loại nào. Do đó, lớp lá chắn nhiệt "cắt bỏ" làm từ vật liệu Avcoat đóng vai trò then chốt. Lớp vỏ này được thiết kế để tự cháy và bong tróc dưới nhiệt độ cao, mang theo nhiệt lượng ra xa khỏi khoang lái.

“Đó là một quá trình hy sinh vật liệu một cách có kiểm soát để giữ an toàn cho con người”, một kỹ sư tại Trung tâm Vũ trụ Johnson giải thích.

Một kỹ thuật đột phá khác là "Skip Entry" (nhảy cóc vào khí quyển) cũng lần đầu tiên được áp dụng cho tàu vũ trụ chở người. Thay vì lao thẳng xuống, tàu Orion sẽ tiếp xúc với tầng trên khí quyển rồi nảy ngược lại vào không gian một đoạn ngắn trước khi đi vào lần cuối. Phương pháp này giúp chia nhỏ tải trọng nhiệt và giảm áp lực trọng lực lên cơ thể phi hành gia.

Tấm chắn nhiệt của tàu vũ trụ Orion của NASA sau sứ mệnh Artemis I. Ảnh: NASA.

Mặc dù có các biện pháp bảo vệ, trải nghiệm của phi hành đoàn vẫn sẽ rất khắc nghiệt. Khi tàu bị bao vây bởi lớp plasma siêu nóng, mọi liên lạc vô tuyến sẽ bị cắt đứt trong khoảng 6 phút.

“Cảm giác sẽ giống như có một con voi đứng trên ngực bạn, khiến việc hít thở trở nên cực kỳ khó khăn”, phi hành gia Reid Wiseman chia sẻ về áp lực vật lý khủng khiếp này.

Ngoài việc khó thở, gia tốc cực lớn còn khiến nước mắt của các phi hành gia bị đẩy ngược vào hốc mắt, gây cản trở tầm nhìn trong những giây phút sinh tử.

Sau khi vượt qua bức tường lửa và vận tốc giảm xuống dưới ngưỡng siêu thanh, hệ thống gồm 11 chiếc dù sẽ lần lượt được kích hoạt. Ở giai đoạn cuối, 3 chiếc dù chính có kích thước bằng một sân bóng đá sẽ đưa vận tốc tàu xuống còn khoảng 30 km/h trước khi đáp xuống biển Thái Bình Dương.