Thử nghiệm sai sót trên Trái Đất có thể giải thích lý do Rovers của NASA bị mắc kẹt trên Sao Hỏa

Các tàu thăm dò sao Hỏa của NASA, bao gồm Spirit và Opportunity, từ lâu đã gặp phải tình trạng bị mắc kẹt trong lớp đất mềm trên bề mặt sao Hỏa. Các phát hiện gần đây của các kỹ sư tại Đại học Wisconsin–Madison cho thấy một sai sót quan trọng trong quy trình kiểm tra trên Trái Đất có thể là nguyên nhân. Các mô phỏng địa hình sao Hỏa trên Trái Đất thường chỉ tái hiện lực hấp dẫn bằng cách giảm trọng lượng của tàu, nhưng lại bỏ qua cách trọng lực ảnh hưởng đến đặc tính của đất. Điều này khiến môi trường thử nghiệm trên Trái Đất có bề mặt chắc chắn hơn nhiều so với sao Hỏa, dẫn đến việc đánh giá sai khả năng di chuyển và độ bám của tàu.

Lực hấp dẫn mạnh hơn của Trái Đất nén chặt đất, tạo ra lực ma sát lớn hơn trong các bài kiểm tra, khiến tàu thăm dò dễ di chuyển hơn so với thực tế trên sao Hỏa. Khi các kỹ sư thử nghiệm các phương án giải cứu bằng cát Trái Đất, tàu có vẻ dễ thoát ra hơn. Tuy nhiên, trên sao Hỏa, lớp đất tơi xốp khiến bánh xe lún sâu hơn, khiến các biện pháp rút ra đã thử nghiệm bị vô hiệu. Sự sai lệch này trở nên đặc biệt nghiêm trọng trong trường hợp của tàu Spirit, vốn bị mắc kẹt vĩnh viễn trong một mảng cát vào năm 2009.

Để khắc phục sai sót này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng Project Chrono – một công cụ mô phỏng vật lý – để mô hình hóa sự tương tác giữa bánh xe và đất dưới điều kiện trọng lực khác nhau. Kết quả cho thấy cơ học đất thay đổi đáng kể giữa Trái Đất và sao Hỏa, ngay cả khi sử dụng cùng một loại vật liệu. Bằng cách tái tạo chuyển động của tàu trong môi trường trọng lực thấp, nhóm nghiên cứu đã chứng minh các quy trình kiểm tra trước đây đã đánh giá thấp mức độ khó khăn khi di chuyển trên lớp bụi sao Hỏa.

Phân tích này cũng giúp giải thích vì sao tàu Spirit lại bị mắc kẹt không thể cứu vãn. Các chiến lược giải cứu của nó được xây dựng từ các thử nghiệm sai lệch, vốn không tính đến việc trọng lực sao Hỏa ảnh hưởng ra sao đến việc biến dạng của đất. Nghiên cứu mới nhấn mạnh rằng không chỉ khối lượng, mà phản ứng của đất cũng cần được mô phỏng thực tế trong các cơ sở thử nghiệm trên Trái Đất. Nếu không, các thiết kế tàu và kế hoạch giải cứu trong tương lai có nguy cơ lặp lại cùng thất bại.

Thông điệp rút ra là việc mô phỏng chính xác địa hình ngoài Trái Đất đòi hỏi nhiều hơn việc điều chỉnh trọng lượng – mà cần phải xem xét lại toàn bộ vật lý tương tác giữa bánh xe và đất trong môi trường trọng lực thấp. NASA và các cơ quan vũ trụ khác được kỳ vọng sẽ điều chỉnh phương pháp thử nghiệm, tích hợp những hiểu biết mới này vào quá trình phát triển tàu thăm dò thế hệ tiếp theo.

Nguồn: Gizmodo, ScienceDaily, University of Wisconsin–Madison, OrbitalToday, The Debrief