Lunar Gateway

Lunar Gateway (gọi đơn giản là Gateway) là một tổ hợp công trình quốc tế được đặt ở bên trong quỹ đạo nguyệt tâm. Gateway đóng vai trò như là một trung tâm liên lạc phần lớn chạy bằng năng lượng Mặt Trời. Ngoài ra, Gateway chứa nhiều phòng thí nghiệm khoa học và các mô-đun cư trú ngắn hạn dành cho phi hành gia của chính phủ, trạm cũng chứa nhiều những chiếc xe tự hành và các con rô-bốt không gian khác. Là một dự án hợp tác đa quốc gia có sự tham gia của bốn cơ quan hàng đầu từ Trạm Vũ trụ ISS bao gồm: NASA, Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), Cơ quan vũ trụ Nhật Bản (JAXA) và Cơ quan Vũ trụ Canada (CSA). Gateway dự kiến sẽ là trạm không gian đầu tiên được đặt ở bên ngoài quỹ đạo tầng thấp của Trái Đất và cũng là trạm vũ trụ đầu tiên quay quanh Mặt Trăng.
Trước đây được gọi là dự án Deep Space Gateway (DSG) vào năm 2012, sau đó đã được đổi tên thành Lunar Orbital Platform-Gateway (LOP-G) trong một đề xuất vào năm 2018 của NASA để nói về ngân sách của liên bang Hoa Kỳ trong năm 2019. Khi ngân sách của NASA được ký kết thành luật vào ngày 15 tháng 2 cùng năm, Quốc hội Hoa Kỳ sau đó cũng đã cam kết cho các nghiên cứu sơ bộ với số tiền lên đến 450 triệu đô la.
Gateway là một trung tâm nghiên cứu của nhiều ngành khoa học đa dạng bao gồm khoa học hành tinh, vật lý thiên văn, quan sát Trái Đất, vật lý tiền Nhật, sinh học vũ trụ cơ bản và sức khoẻ con người. Việc lắp ráp cho trạm dự kiến sẽ bắt đầu vào những năm thập niên 2020. Đội Điều phối Khám phá và Không gian Quốc tế (ISECG) cùng với 14 cơ quan vũ trụ khác bao gồm cả NASA đã cùng kết luận rằng, các hệ thống của Gateway sẽ là một phương pháp quan trọng để mở rộng cho sự hiện diện của con người lên Mặt Trăng, Sao Hỏa và xa hơn nữa trong Hệ Mặt Trời.
Gateway cũng đóng một vai trò quan trọng trong chương trình Artemis của NASA vào năm 2024 và những năm sau đó. Mặc dù dự án đã được đứng đầu bởi NASA, nhưng Gateway cũng được phát triển, lắp ráp, bảo dưỡng và được sử dụng cùng với sự hợp tác của nhiều cơ quan khác nhau như CSA, ESA, JAXA và các đối tác thương mại. Gateway đóng vai trò như là một trung tâm tổ chức các hoạt động thám hiểm bằng robot và phi hành đoàn tại vùng cực nam của Mặt Trăng và cũng là địa điểm được đề xuất cho khái niệm Phương tiện Không gian sâu của NASA để chuyên chở lên sao Hỏa.
Lịch sử.
Có một ý tưởng trước đó đã được NASA đề xuất vào năm 2012, ý tưởng nói về một cấu trúc tổ hợp được đặt ở khu vực giữa Trái Đất và Mặt Trăng (không gian cislunar) và cấu trúc đó được đặt tên là Môi trường Không gian sâu. Trong chương trình NextSTEP được khởi xướng vào năm 2015, ý tưởng đó đã nhanh chóng nhận được nguồn tài trợ rất lớn giúp cho NASA có thể nghiên cứu các yêu cầu và nguyên tắc của không gian sâu trong môi trường sống. Vào tháng 2 năm 2018, những nghiên cứu của NextSTEP và các đối tác ISS đã khẳng định sẽ có thể định hướng các năng lực cần thiết cho mô-đun cư trú từ Gateway. Những quang năng từ Bộ phận Năng lượng và Lực đẩy (PPE) của Gateway ban đầu đã từng là một phần trong kế hoạch bị huỷ bỏ tên là nhiệm vụ điều hướng tiểu hành tinh. Vào ngày 7 tháng 11 năm 2017, NASA đã yêu cầu sự trợ giúp từ cộng đồng khoa học toàn cầu để nêu các ý tưởng của họ cho những nghiên cứu lý thuyết có thể tận dụng được vị trí của Deep Space Gateway trong không gian cislunar. Một cuộc Hội thảo Khoa học Lý thuyết về Deep Space Gateway sau đó đã được tổ chức tại thành phố Denver, Colorado từ ngày 27 tháng 2 đến ngày 1 tháng 3 năm 2018. Cuộc hội thảo đã kéo dài ba ngày với tổng cộng 196 bài thuyết trình đã được đưa ra cho các nghiên cứu khoa học khả thi để có thể được nâng cao thông qua việc sử dụng Gateway.
Tham gia.
Vào ngày 27 tháng 9 năm 2017, một tuyên bố không chính thức liên quan đến việc NASA đã hợp tác với Roscosmos để hoàn thành dự án Gateway. Tuy nhiên, vào tháng 10 năm 2020, Dmitry Rogozin, tổng giám đốc của cơ quan Roscosmos đã khẳng định lại rằng, dự án này chỉ nhằm để lấy cớ “Hoa Kỳ làm trung tâm” để cho Roscosmos tham gia. Đến tháng 1 năm 2021, Roscosmos đã thông báo rằng họ sẽ ngừng tham gia dự án.
Vào tháng 5 năm 2020, cả ba cơ quan hàng đầu bao gồm Cơ quan Vũ trụ Canada (CSA), Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) và Cơ quan vũ trụ Nhật Bản (JAXA) đều đã lên kế hoạch sẽ tham gia vào dự án Gateway. Họ công bố sẽ đóng góp một phần vào công việc chế tạo robot, nhiên liệu và phần cứng liên lạc. Ngoài ra, họ cũng sẽ tạo ra nơi cư trú và năng suất nghiên cứu. Các bộ phận quốc tế sau đó dự định sẽ phóng lần lượt sau khi bộ phận PPE và HALO ban đầu của NASA được đưa vào quỹ đạo Mặt Trăng.
Nghiên cứu.
Trong khoảng thời gian từ tháng 7 cho đến đầu tháng 11 năm 2017. NASA đã thực hiện khoảng năm lần nghiên cứu về cách để phát triển Bộ phận Năng lượng và Lực đẩy (PPE) một cách hợp lý nhất bằng cách tận dụng nhiều bản kế hoạch có giá ngân sách kết hợp 2,4 triệu đô la Mỹ từ các công ty tư nhân. Nhiều tập đoàn thương hiệu nổi tiếng như Boeing, Lockheed Martin, Orbital ATK, Sierra Nevada và Space Systems đã tham gia công việc nghiên cứu PPE. Quyết định này đã đươc phán định cho chương trình NextSTEP-2 diễn ra vào năm 2016 nhằm để thuận tiện cho công việc nghiên cứu và tạo ra các mốc nguyên mẫu từ những mô-đun môi trường sống có thể được sử dụng trên Gateway và các phương tiện thương mại khác. Gateway cũng có thể được kết hợp với các bộ phận được phát triển từ NextSTEP. Bộ phận PPE sẽ phải sử dụng những bộ đẩy hiệu ứng Hall BHT-6000 của Busek khớp với công suất lên đến 6 kW và cặp bộ đẩy AEPS 12,5 kW từ NASA/Rocketdyne với tổng động cơ công suất nhỏ hơn 50 kW. Vào năm 2019, hợp đồng sản xuất cho PPE đã được trao cho công ty Maxar Technologies. Sau thời gian gần một năm chứng minh, NASA sau đó đã "thực hiện một lựa chọn hợp đồng để giành quyền kiểm soát cho con tàu vũ trụ". Thời gian phục vụ dự kiến của con tàu là 15 năm.
Vào năm 2018, NASA đã khởi xướng một cuộc thi mang tên là Học viện Liên hợp Những khái niệm về Hệ thống Hàng không Vũ trụ mang tính Cách mạng (gọi tắt là RASC-AL). Cuộc thi này dành riêng cho những trường đại học với mục đích là nhằm để phát triển các khái niệm và năng lực cho trạm Gateway. Trong cuộc thi, những đối thủ cạnh tranh sẽ được yêu cầu phải sử dụng các cấu tạo ban đầu và phân tích tại một trong bốn lĩnh vực; “Khai thác và Vận hành Gateway Không người lái”, “Nền tảng Tiếp cập Bề mặt Mặt Trăng của Con người từ Gateway”, “Nền tảng của Khoa học như Hậu cần Gateway” và “Kế hoạch Tàu kéo Cislunar Căn cứ Gateway”. Các nhóm sinh viên đại học và sinh viên tốt nghiệp sau đó đã được yêu cầu phải gửi câu trả lời giải quyết một trong bốn chủ đề này trước ngày 17 tháng 1 năm 2019. Sau đó, NASA đã chọn 20 nhóm đầu tiên để tiếp tục phát triển các quan niệm được đề xuất. 14 nhóm trong số đó đã từng trực tiếp trình bày về dự án của họ vào tháng 6 năm 2019 tại Diễn đàn RASC-AL tổ chức ở Cocoa Beach, Florida. Bài thuyết trình sau đó đã nhận được một khoản trợ cấp trị giá 6,000 đô la Mỹ để tham gia diễn đàn. Sau cùng, dự án “Thám hiểm Mặt Trăng và Tiếp cận Địa cực” của nhóm sinh viên từ trường Đại học Puerto Rico at Mayagüez đã giành được chiến thắng.
Vào tháng 11 năm 2019, NASA đã công bố tên gọi và biểu trưng chính thức của trạm vũ trụ. Họ giải thích rằng, tên gọi và biểu trưng của trạm có liên quan đến biểu tượng biên giới của Hoa Kỳ là vòm cong Gateway Arch nằm ở thành phố St. Louis.
Hoạt động.
Gateway dự kiến sẽ được phóng theo quỹ đạo hình elip cao và đi theo Mặt Trăng theo quỹ đạo quầng thẳng gần (NRHO). Thời gian để đưa con tàu lên Mặt Trăng kéo dài khoảng bảy ngày và tiếp cận với bề mặt cực bắc của Mặt Trăng trong khoảng cách gần nhất là và trong khoảng cách xa nhất trên cực nam của Mặt Trăng. Việc trạm vũ trụ đi theo không gian cislunar (quỹ đạo Mặt Trăng) nhằm để mở rộng những kiến thức và các kinh nghiệm tất yếu, từ đó có thể vượt ra xa Mặt Trăng và tiến vào không gian sâu thẳm. Quỹ đạo NRHO sẽ cho phép Gateway có thể đi thám hiểm Mặt Trăng theo quỹ đạo cực thấp nhất với xung lượng khoảng 730 m/s Δ"v" và mất nửa ngày để có thể quá cảnh. Trong trường hợp trạm quỹ đạo cố định thì sẽ yêu cầu xung lượng ít hơn 10 m/s Δ"v" mỗi năm. Nếu xung lực Δ"v" bị tiêu hao ở mức tương đối nhỏ thì độ nghiêng quỹ đạo của con tàu sẽ có thể bị thay đổi và cho phép con tàu có thể tiếp cận với hầu hết bề mặt Mặt Trăng. Trạm vũ trụ sau khi phóng từ Trái Đất sẽ thực hiện một chuyến bay ngang qua Mặt Trăng với xung lực khoảng rồi sau cùng là đến quỹ đạo NRHO được chèn thêm để cập âu đến Gateway sau khi con tàu tiếp cận củng điểm trên quỹ đạo của trạm vũ trụ. Tổng thời gian di chuyển của con tàu là 5 ngày, tương tự vói thời gian quay trở lại Trái Đất. Ngoài ra, hệ thống sẽ yêu cầu thêm động lượng Δ"v" nếu con tàu phải dành tối đa 11 ngày tại Gateway. Đối với các nhiệm vụ phi hành đoàn sẽ kéo dài lên đến 21 ngày và với động lượng là xung lượng giới hạn bởi nhiều chức năng của các hệ thống tầng đẩy và hỗ trợ sự sống cho Orion.
Một trong những lợi ích của NRHO là nó có thể giảm số lượng mất liên lạc với Trái Đất xuống mức tổi thiểu.
Gateway được dự kiến sẽ trở thành trạm vũ trụ đa mô-đun đầu tiên được định mức bởi con người và có thể hoạt động tự chủ trong những năm đầu tiên ngoài không gian. Ngoài ra, Gateway cũng sẽ trở thành trạm không gian sâu đầu tiên được đặt ở khu vực cách xa quỹ đạo tầm thấp của Trái Đất. Với phần mềm điều hành được điều khiển tinh vi hơn tất cả các trạm vũ trụ trước đây, phần mềm này sẽ giám sát và kiểm soát toàn bộ hệ thống của con tàu. Ngoài ra, con tàu còn sở hữu một kiến trúc cao cấp được cung cấp bởi phòng thí nghiệm Khoa học người máy và Thông tin cho Chuyến bay vũ trụ có Người lái và được triển khai tại các cơ sở của NASA. Gateway cũng có thể hỗ trợ phát triển và thử nghiệm hoạt động Khai thác tài nguyên tại chỗ (ISRU) từ Mặt Trăng và các tiểu hành tinh. Hơn nữa, Gateway cũng sẽ mang đến cơ hội để tích lũy từ từ các khả năng cho nhiều nhiệm vụ phức tạp hơn trong tương lai.
Kết cấu.
Gateway dự kiến sẽ cho các phi hành đoàn đầu tiên đến trạm trong sứ mệnh Artemis 3 vào năm 2025. Là một trạm vũ trụ thu nhỏ và tối giản chỉ chứa hai bộ phận mô-đun: Bộ phận Năng lượng và Lực đẩy (PPE) và Tiền đồn Cư trú và Hậu cần (HALO). Cả hai mô-đun đều sẽ được lắp ghép trên Trái Đất và được phóng bằng tên lửa Falcon Heavy vào tháng 11 năm 2024. Sau khi phóng xong, dự kiến sẽ phải mất từ chín đến mười tháng để có thể đến quỹ đạo Mặt Trăng. I-Hab, một mô-đun được lắp ráp bởi hai cơ quan ESA và JAXA dự kiến sẽ được phóng trên bục SLS Block 1B dưới dạng trọng tải đồng hiển thị trên con tàu Orion của phi hành đoàn trong sứ mệnh Artemis 4. Tất cả các mô-đun đều sẽ được kết nối bằng Tiêu chuẩn hệ thống lắp ghép quốc tế.
Mô-đun đề xuất.
Các khái niệm về Gateway vẫn còn đang ở trong giai đoạn phát triển và vẫn sẽ có các mô-đun khác được đề xuất:
Lắp ghép.
Các chuyến bay có phi hành đoàn sau này đến Gateway dự kiến sẽ phải sử dụng con tàu Orion hoặc SLS, trong khi các nhiệm vụ khác thì được thực hiện bởi nhiều nhà cung cấp cho dịch vụ phóng thương phẩm. Vào tháng 3 năm 2020, NASA và SpaceX đã công bố con tàu vũ trụ tương lai mang tên Dragon XL sẽ là đối tác thương mại đầu tiên trong dịch vụ hậu cần Gateway, con tàu sẽ cung cấp các nhu yếu phẩm cho trạm vũ trụ.
Kế hoạch.
Hai mô-đun đầu tiên là PPE và HALO dự kiến sẽ được phóng cùng một tên lửa Falcon Heavy vào tháng 11 năm 2024.
Phản ứng.
Một số nhà quan chức của NASA đã quảng bá Gateway giống như một "mô-đun chỉ huy có thể tái sử dụng" và còn có thể chỉ đạo các hoạt động trên bề mặt Mặt Trăng. Tuy nhiên, Gateway vẫn nhận được hầu hết các phản ứng tiêu cực từ nhiều chuyên gia không gian. Michael D. Griffin, cựu quản trị viên của NASA đã nói rằng, Gateway chỉ có thể hữu ích khi mà các cơ sở trên Mặt Trăng có thể sản xuất loại chất nổ đẩy có thể vận chuyển đến trạm vũ trụ. Sau khi đạt được thành tích đó, Gateway sẽ còn có thể đóng vai trò là một kho chứa nhiên liệu. Clive Neal, một nhà địa chất của trường Đại học Notre Dame và là một trong những người ủng hộ cho chương trình khám phá Mặt Trăng, đã chỉ trích Gateway là một công trình chỉ "lãng phí tiền bạc". Ngoài ra, ông cũng chỉ trích NASA đã không hoàn thành "chính sách không gian bằng cách xây dựng một trạm vũ trụ quỹ đạo quay quanh Mặt Trăng". Cựu quản trị viên của NASA là ông Doug Cooke cũng đã nói trong một bài báo trên "The Hill" rằng, "NASA có thể tăng tốc độ đáng kể , tối giản về chi phí và khả năng thành công của nhiệm vụ bằng cách trì hoãn cho dự án, ông khuyên nên tận dụng SLS và loại bỏ các hoạt động quan trọng của nhiệm vụ". Ông cũng khuyên NASA nên "khởi động các bộ phận của tàu đổ bộ trên SLS Block 1B. Nếu cần một yếu tố vận chuyển độc lập thì nó có thể được khởi chạy trên bệ phóng thương mại".
George Abbey, cựu giám đốc của trung tâm vũ trụ Johnson, cho biết: "Về bản chất, Gateway được xây dựng để trở thành một trạm vũ trụ có thể quay quanh một trạm vũ trụ tự nhiên khác, cụ thể là Mặt Trăng. Nếu nhân loại có cơ hội để quay trở lại Mặt Trăng thì chúng ta nên đến trực tiếp, chứ không phải là xây dựng một trạm vũ trụ để quay quanh nó".
Cựu phi hành gia của NASA, ông Terry W. Virts cũng là người đã từng là phi công của STS-130 trên và là chỉ huy của trạm vũ trụ ISS trong chuyến thám hiểm Expedition 43. Ông đã trả lời trong một bài viết trên "Ars Technica" rằng Gateway sẽ chỉ làm "gông cùm cho hoạt động khám phá của con người và không nên kích hoạt nó". Ông nói thêm, "Nếu chúng tôi không có mục tiêu [của Gateway], thì chúng tôi không khác gì đang đặt con gà trước quả trứng bằng cách khởi động chương trình "Gemini" trước khi chúng tôi biết "Apollo" sẽ trông như thế nào. Terry chỉ trích thêm NASA vì đã loại bỏ trọng tâm của kế hoạch là tách phi hành đoàn khỏi phương tiện, được thực hiện sau thảm họa Tàu con thoi "Columbia" năm 2003. Phi hành gia của Apollo 11 là ông Buzz Aldrin đã phản đối hoàn toàn cho dự án Gateway và nói rằng, việc sử dụng Gateway để làm khu vực tổ chức cho các sứ mệnh của người máy hoặc con người lên bề mặt Mặt Trăng là hoàn toàn vô lý và ông cũng đặt câu hỏi về lợi ích của dự án. Nhưng ngược lại, Aldrin cũng bày tỏ sự ủng hộ đối với khái niệm Moon Direct của Robert Zubrin.
Triệu Ngọc Bội, phó giám đốc trung tâm Chương trình Không gian và Thám hiểm Mặt trăng của Cục Vũ trụ Quốc gia Trung Quốc (CNSA) đã kết luận rằng Gateway sẽ chỉ có hiệu quả "chi phí thấp". Ông cho biết rằng, thay vì xây dựng trạm vũ trụ thì kế hoạch của Trung Quốc sẽ chỉ hướng đến trạm nghiên cứu trên bề mặt. Vào tháng 7 năm 2019, Trung Quốc đã tổ chức một loạt các cuộc thảo luận với Nga và ESA về hợp tác quốc tế. Đến tháng 8 năm 2020, Trạm Nghiên cứu ILRS cùng với sự hợp tác từ Nga và thỏa thuận dự kiến từ cơ quan ESA đã được CNSA công bố.
Kiến trúc sư René Waclavicek, người đã từng tham gia thiết kế cho mô-đun I-HAB, đã bày tỏ mối lo ngại trong việc thiết kế một khu sinh hoạt thoải mái cho các phi hành gia khi đến thăm Gateway. Nếu phải làm như vậy thì kích thước của mô-đun phải thu nhỏ xuống 1,2 mét đường kính. Hơn nữa, toàn bộ 8 mét khối của I-HAB sẽ được thay thế bằng các thiết bị hỗ trợ sự sống, để lại một khoảng hành lang hẹp dài 1,5 mét khối cho không gian cá nhân được chia sẻ bởi bốn phi hành gia. Người sáng lập nên Hiệp hội Sao Hỏa Robert Zubrin đã chỉ trích Gateway chính là "kế hoạch tồi tệ nhất" của NASA. Ông khẳng định loài người không cần một chiếc trạm vũ trụ để đi đâu cả như cái cách mà họ không thể làm Trạm vũ trụ quốc tế quay quanh Trái Đất, chỉ có phơi bày các đối tượng con người để chiếu xạ như một hình thức nghiên cứu y học của một số bác sĩ Đức Quốc xã. Zubrin cũng khuyên NASA nên xây dựng căn cứ trên bề mặt Mặt Trăng nếu mục tiêu củ họ là xây dựng căn cứ trên đấy vì nó là nơi có khoa học, có vật liệu che chắn, và là nơi có thể tìm thấy các nguồn tài nguyên để tạo ra chất nổ đẩy và nhiều thứ hữu ích khác.
Kỹ sư vũ trụ ông Gerald Black đã khẳng định Gateway "không có vai trò gì trong việc hỗ trợ con người quay trở lại và căn cứ trên Mặt Trănh". Ông nói thêm rằng nó không nên sử dụng để làm kho nhiên liệu tên lửa vì nó chỉ có thể làm tốn kém thêm nhiên liệu. Nhà báo Mark Whittington cũng đã khẳng định rằng, "dự án quỹ đạo Mặt Trăng sẽ không giúp cho chúng ta có thể quay trở lại Mặt Trăng". Ngoài ra, Whittington cũng đã chỉ chương trình Apollo đã không sử dụng bất kỳ trạm vũ trụ nào trên đấy.
Nhà vật lý thiên văn Ethan Siegel đã nói rằng "Việc quay quanh Mặt Trăng để đại diện cho sự tiến bộ" là không đúng và ông khẳng định "lợi thế" duy nhất của khoa học nằm ở trong quỹ đạo của Mặt Trăng trái ngược gấp đôi với quỹ đạo tầm thấp của Trái Đất. Cuối cùng ông kết luận Gateway chỉ là "một cách tuyệt vời để tiêu tiền, chỉ có tác dụng thúc đẩy nền khoa học và nhân loại một cách tương đối không đáng kể".
Vào ngày 10 tháng 12 năm 2018, quản trị viên của NASA là ông Jim Bridenstine đã phản hồi tại một buổi thuyết trình. Trong đó, ông nhấn mạnh về sứ mệnh của các phi hành đoàn khi đi lên Mặt Trăng, đồng thời cũng phản bác lại là họ chỉ đang tuân theo Chỉ thị Chính sách Không gian. Ông cho rằng, Hoa Kỳ đã đến được Mặt Trăng vào năm 1969 và họ đã chiến thắng trong cuộc đua nên bây giờ là lúc để họ nên xây dựng một kiến trúc bền vững, có thể tái sử dụng. Ông khẳng định "'lần tới khi chúng ta lên Mặt Trăng, chúng ta sẽ có những đôi ủng cùng với lá cờ Mỹ trên vai và họ sẽ luôn sát cánh cùng với các đối tác quốc tế, những người chưa bao giờ đến Mặt Trăng trước đó". Vào ngày 30 tháng 3 năm 2020, Dan Hartman, người quản lý chương trình Gateway đã khẳng định về lợi ích của việc sử dụng Gateway là kéo dài thời gian để thực hiện nhiệm vụ và giảm thiểu rủi ro. Nó còn có thể hỗ trợ chức năng nghiên cứu và khả năng tái sử dụng các mô-đun đi trước.