Robot tự hành sẽ đảm nhận 99% khối lượng xây dựng căn cứ Mặt Trăng giai đoạn đầu

Cuộc đua trở lại Mặt Trăng đang tạo tiền đề cho những khu định cư lâu dài, nhưng các phi hành gia sẽ không phải gánh vác những công việc nặng nhọc trong giai đoạn đầu. Theo giới chức NASA, máy móc tự hành và các hệ thống robot sẽ đảm nhiệm gần như toàn bộ phần việc xây dựng nền móng trên bề mặt Mặt Trăng.

"Việc xây dựng căn cứ Mặt Trăng trong những năm đầu tiên gần như 99% sẽ do robot đảm nhiệm", Carlos García-Galán, Giám đốc chương trình căn cứ Mặt Trăng của NASA, cho biết. Khi các sứ mệnh đưa phi hành gia lên Mặt Trăng dự kiến bắt đầu từ năm 2028, cơ quan này hình dung về một khu phức hợp rộng hàng trăm dặm vuông vào những năm 2030, bao gồm các mô-đun sinh sống, trạm nghiên cứu khoa học, nhà máy khai thác tài nguyên và bãi đáp.

Đội máy móc tự hành cho môi trường khắc nghiệt

Môi trường trên Mặt Trăng tiềm ẩn vô vàn hiểm họa vật lý khốc liệt. Nhiệt độ ban ngày có thể vượt quá 250°F và tụt dốc xuống dưới –200°F trong suốt đêm Mặt Trăng kéo dài hai tuần. Tại các miệng hố vĩnh viễn chìm trong bóng tối ở cực nam Mặt Trăng — nơi các kỹ sư hy vọng khai thác được nguồn nước đá quý giá — nhiệt độ thậm chí có thể xuống thấp hơn –410°F.

Do bức xạ vũ trụ và vi thiên thạch giới hạn thời gian con người có thể lưu trú trên bề mặt, robot sẽ phải giải quyết toàn bộ công tác chuẩn bị mặt bằng trước khi các phi hành đoàn lưu trú dài ngày đặt chân tới. Khả năng tự hành sẽ được tích hợp vào trang thiết bị ngay từ những ngày đầu:

• Vận tải tự hành và điều khiển từ xa: Phương tiện di chuyển trên địa hình Mặt Trăng thế hệ mới (Lunar Terrain Vehicle) của NASA được thiết kế để chở phi hành gia, nhưng cũng có thể được điều khiển từ xa từ Trái Đất hoặc tự định hướng di chuyển.

• Chuẩn bị bề mặt và đào đắp: Các đội xe ủi, máy khoan và máy xúc robot sẽ đào móng, san phẳng địa hình gồ ghề và đắp các bờ chắn bụi xung quanh bãi đáp nhằm bảo vệ các thiết bị nhạy cảm khỏi luồng khí phụt mài mòn từ tên lửa.

• Sản xuất tại chỗ: Năm 2023, công ty hàng không vũ trụ tư nhân Blue Origin đã chứng minh qua các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm rằng pin mặt trời và hệ thống dây dẫn có thể được sản xuất từ đất đá Mặt Trăng (regolith) mô phỏng, mở ra triển vọng cho các nhà máy lắp ráp robot trong tương lai tự chế tạo phần cứng năng lượng trực tiếp từ vật liệu bản địa.

Quá trình thử nghiệm cho các hệ thống này hiện đã bắt đầu. Theo Paul van Susante, nghiên cứu viên chính tại Phòng thí nghiệm Phát triển Công nghệ Bề mặt Hành tinh thuộc Đại học Công nghệ Michigan (Michigan Technological University), các đội tham gia thử thách Break the Ice của NASA đã đánh giá những cỗ xe đào tự hành bên trong buồng chân không mô phỏng đất và trọng lực của Mặt Trăng.

Cung cấp năng lượng cho các hoạt động của robot

Việc vận hành máy móc hạng nặng qua những đêm Mặt Trăng kéo dài 14 ngày khiến các tấm pin mặt trời truyền thống không thể tự đảm đương được nguồn điện. Các nhà hoạch định đang hướng tới các lò phản ứng hạt nhân có kích thước chỉ bằng một chiếc ô tô, có thể vận hành tự động trong suốt một thập kỷ mà không cần tiếp nhiên liệu.

NASA đặt mục tiêu triển khai một nhà máy hạt nhân cỡ nhỏ trên Mặt Trăng vào năm 2030, trong khi Trung Quốc và Nga nhắm tới mốc khoảng năm 2035. Những lò phản ứng nhỏ gọn này sẽ đóng vai trò như các trạm năng lượng trung tâm, cho phép xe tự hành và thiết bị xây dựng tự động chủ động sạc pin.

Cuộc chiến chống lại bụi mài mòn

Các hệ thống tự hành cũng phải chống chọi được với đất đá Mặt Trăng (regolith): lớp bụi sắc nhọn, tích tĩnh điện có thể làm mòn các gioăng cơ học, bánh răng và động cơ. Những vụ phóng tên lửa ở khoảng cách chỉ 3.000 feet có thể thổi tung các mảnh vụn sắc nhọn như bão cát, tàn phá cơ sở hạ tầng xung quanh.

Để che chắn cho phần cứng, các kỹ sư đang triển khai tấm chắn bụi điện động (EDS) – công nghệ sử dụng dòng điện xoay chiều chạy qua bề mặt nhằm đẩy lùi các hạt bụi. Công nghệ này đã được thử nghiệm thực tế trên bề mặt Mặt Trăng trong một sứ mệnh robot do NASA tài trợ vào năm 2025. Các giải pháp khác đang được phát triển bao gồm súng thổi khí tự động giúp trung hòa tĩnh điện để thổi bay bụi bám trên cảm biến và thân vỏ.

Nếu những cỗ máy tự hành tiên phong này thành công, các tiền đồn ban đầu được thiết lập trong thập kỷ tới có thể phát triển thành những khu định cư và trung tâm công nghiệp tự duy trì trên Mặt Trăng vào cuối thế kỷ này.