Artemis II không an toàn khi bay

“Các cơ sở thử nghiệm của chúng tôi không thể đạt được sự kết hợp giữa dòng nhiệt, áp suất, ứng suất cắt, v.v., như một tàu vũ trụ quay trở lại thực tế. Chúng tôi luôn phải đợi chuyến bay thử nghiệm để có được chứng nhận cuối cùng rằng hệ thống của chúng tôi có thể hoạt động tốt.”—Jeremy VanderKam, phó giám đốc tấm chắn nhiệt của Orion, phát biểu vào năm 2022

Vào thứ Tư, NASA sẽ cố gắng đưa bốn phi hành gia bay vòng quanh mặt trăng trong một sứ mệnh mang tên Artemis II. Đây sẽ là chuyến bay thứ hai của tên lửa SLS của NASA và là lần đầu tiên viên nang Orion 20 tuổi bay cùng người trên tàu.

Vấn đề là tấm chắn nhiệt trên Orion bị thổi bay từng mảng. Không phải theo nghĩa bóng, nghĩa xấu nào đó, mà theo nghĩa là khi NASA thực hiện sứ mệnh chính xác này vào năm 2022, những mảnh vật chất lớn đã bay ra khỏi tấm chắn nhiệt của Orion trong quá trình quay trở lại khí quyển, để lại những mảnh vụn. Các bu lông lớn gắn vào tấm chắn nhiệt cũng bị ăn mòn một phần và nóng chảy.

Bản năng ban đầu của NASA là che đậy vấn đề. Trong các thông cáo báo chí ban đầu, họ nhấn mạnh rằng cả tên lửa và tàu vũ trụ đều hoạt động xuất sắc, đồng thời từ chối công bố bản đánh giá sau chuyến bay. Lần đầu tiên đề cập đến thiệt hại của tấm chắn nhiệt là từ giám đốc chương trình Orion, Howard Hu trong cuộc gọi với các phóng viên vào tháng 3 năm 2023. Hu cho biết: “Chúng tôi quan sát thấy có nhiều biến thể trên tấm chắn nhiệt hơn chúng tôi mong đợi; một số vật liệu than mà chúng tôi mong đợi khi mang về nhà đã bị loại bỏ khác với những gì mô hình máy tính của chúng tôi và những gì thử nghiệm trên mặt đất của chúng tôi dự đoán.”

Được một nhà báo yêu cầu định lượng lượng thất thoát trong một cuộc điện thoại vào tháng 1 năm 2024, Phó quản trị viên của Moon-to-Mars Amit Kshatriya cho biết: “Đó là những khu vực địa phương hóa rất nhỏ. Thật thú vị, chúng tôi sẽ dễ dàng phân tích hơn nhiều nếu chúng tôi có những khối lớn hơn và được xác định rõ ràng hơn”. Một đại diện của Lockheed Martin trong cùng cuộc gọi đã nói thêm rằng "vẫn còn một khoản lợi nhuận tốt cho chiếc Avcoat nguyên sơ đó. Vì vậy, nó không giống như có những khối lớn, lớn.”

Phải đến tháng 5 năm 2024, khi Văn phòng Tổng Thanh tra công bố những bức ảnh về tấm chắn nhiệt thì mức độ thiệt hại mới được làm rõ. Vấn đề không phải là mất than hay bị mài mòn quá mức mà là do các vết khoét sâu và lỗ thủng trên nhiều khối Avcoat tạo nên tấm chắn nhiệt.

Vật liệu Avcoat không được thiết kế để tạo thành từng khối. Nó được cho là sẽ cháy thành than và bong ra một cách trơn tru, duy trì các đường viền tổng thể của tấm chắn nhiệt. Nhưng Orion là một con tàu vũ trụ béo và nặng, nặng gấp đôi mô-đun chỉ huy Apollo mà nó được mô phỏng theo. Và tấm chắn nhiệt Avcoat là một thiết kế thử nghiệm. Chưa ai từng bay một tấm chắn nhiệt phân đoạn như thế này với tốc độ quay trở lại mặt trăng, chứ đừng nói đến một con tàu vũ trụ nặng như thế này.

Nội dung của báo cáo OIG cũng đáng báo động như những bức ảnh. OIG đã xác định được ba vấn đề có khả năng giết chết phi hành đoàn trên tàu Artemis II:

Tấm chắn nhiệt bị vỡ. Đây là thuật ngữ kỹ thuật cho tất cả các divot đó. Vì sự vỡ vỡ để lại những khoảng trống và khoảng trống trong vật liệu tấm chắn nhiệt, nó có thể làm lộ ra phần thân không được bảo vệ của viên nang và dẫn đến cháy nổ. Sự va đập cũng làm thay đổi mô hình của luồng không khí siêu âm xung quanh viên nang, tạo ra khả năng xuất hiện các điểm nóng cục bộ và hiệu ứng xếp tầng.
Tác động từ các mảnh vỡ của tấm chắn nhiệt. Khi các mảnh vỡ đưa các mảnh lá chắn nhiệt vào luồng không khí siêu âm, chúng có thể đập vào phần trên của viên nang, làm hỏng khoang dù. Liệu điều này có xảy ra với Artemis hay không thì tôi vẫn chưa biết. Như báo cáo của OIG đã chỉ ra với một số thất vọng, NASA đã không thể thu hồi được dù hoặc vỏ dù, mặc dù đã lập kế hoạch phức tạp để làm điều đó. Bất kỳ bằng chứng nào về tác động của mảnh vỡ hiện đều ở dưới đáy Thái Bình Dương.
Xói mòn bu lông. Báo cáo của OIG ghi nhận sự xói mòn và tan chảy ở bốn chốt phân cách lớn được gắn vào tấm chắn nhiệt. Những bu lông này được đóng gói bằng vật liệu chịu nhiệt và được cho là đủ chắc chắn để tồn tại khi tái xâm nhập. Nhưng ba trong số bốn bu lông đã bị nóng chảy do một sai sót trong mô hình sưởi ấm mà NASA đã sử dụng để thiết kế chúng. Báo cáo lưu ý thêm: "bu lông phân cách tan chảy vượt quá rào cản nhiệt trong quá trình quay lại có thể khiến phương tiện bị nuốt phải khí nóng phía sau tấm chắn nhiệt, vượt quá giới hạn cấu trúc của Orion và dẫn đến vỡ phương tiện và mất phi hành đoàn."

Vậy là Orion đã trở về từ mặt trăng với thiệt hại đủ nghiêm trọng để giết chết một phi hành đoàn theo ba cách khác nhau. Không tốt!

Điều này khiến NASA rơi vào tình thế khó khăn. Viên nang Orion dành cho Artemis II đã được ghép nối với mô-đun dịch vụ của nó. Việc tháo nó ra để thực hiện các thay đổi đối với tấm chắn nhiệt, ngay cả khi cơ quan biết những thay đổi cần thực hiện, sẽ mất nhiều năm. Cũng không có chỗ trong lịch trình để tiến hành chuyến bay thử nghiệm hoặc bất kỳ phần cứng dự phòng nào để tiến hành chuyến bay thử nghiệm. Mỗi chiếc Orion có giá lên tới một tỷ đô la và tên lửa duy nhất mà nó có thể phóng lên (SLS) có giá từ hai đến bốn tỷ đô la một lần bắn, tùy thuộc vào cách bạn hạch toán.

Ở đây cần trích dẫn lời của Đô đốc Harlold Gehman, người chủ trì Ủy ban điều tra tai nạn Columbia, về điều gì sẽ xảy ra trong tổ chức khi một lịch trình cứng nhắc đáp ứng được ngân sách cố định:

Nếu người quản lý chương trình phải đối mặt với các vấn đề, thiếu sót và thách thức, nếu lịch trình không thể kéo dài, thì anh ta hoặc là cần tiền hoặc cần phải cắt giảm lợi nhuận. Không có lựa chọn nào khác, vậy hãy đoán xem những người ở NASA đã làm gì? Họ bắt đầu cắt giảm lợi nhuận. Không ai hướng dẫn họ làm điều này. Không ai bảo họ làm điều này. Tổ chức đã làm điều đó bởi vì các cá nhân trong tổ chức nghĩ rằng họ đang bảo vệ tổ chức. Họ nghĩ rằng họ đang làm những gì tổ chức muốn họ làm.

Vì vậy, NASA đã tìm mọi cách để thuyết phục bản thân tin rằng việc bay một tấm chắn nhiệt bị lỗi là an toàn.

Vào tháng 4 năm 2024, cơ quan này đã triệu tập một hội đồng đánh giá độc lập. Những phát hiện của nhóm đó không được công bố rộng rãi, nhưng vào tháng 12, NASA đã thông báo rằng họ đã tìm ra nguyên nhân cốt lõi gây ra hư hỏng của tấm chắn nhiệt. Avcoat trên tấm chắn nhiệt Artemis I không đủ thẩm thấu nên khí bị mắc kẹt dưới các lớp vật liệu đã nở ra và thổi bay các mảnh ra khỏi tấm chắn nhiệt. Quá trình này đã trở nên trầm trọng hơn do quỹ đạo tái nhập khí quyển, trong đó quá trình gia nhiệt xảy ra ở hai giai đoạn riêng biệt.

Đây là một phát hiện khó xử vì tấm chắn nhiệt mà NASA sử dụng trên Artemis II thậm chí còn được chế tạo ít thấm hơn để giúp việc kiểm tra siêu âm trở nên dễ dàng hơn. Nhưng bạn bay với tấm chắn nhiệt mà bạn có, và cơ quan này cho biết họ tin tưởng rằng việc thay đổi quỹ đạo quay trở lại sẽ là quá đủ để bù đắp bất kỳ vấn đề va chạm nào.

Hơi khó hiểu khi họ cũng tuyên bố ý định chuyển sang thiết kế tấm chắn nhiệt mới, bắt đầu từ Artemis III. Nói cách khác, lá chắn Artemis II hoàn toàn an toàn khi bay, nhưng họ sẽ không bao giờ bay nó sau nhiệm vụ này và thiết kế thay thế sẽ được thử nghiệm lần đầu tiên trong một sứ mệnh mặt trăng trong tương lai, với các phi hành gia trên tàu.

Tất cả những điều này thật phi lý. Như YouTuber EagerSpace đã chỉ ra, nếu một khoang phi hành đoàn thương mại (SpaceX Dragon hoặc Boeing Starliner) quay trở lại Trái đất với loại hư hỏng giống như trên Orion, NASA sẽ yêu cầu thiết kế lại và thực hiện chuyến bay thử nghiệm không người lái để xác thực điều đó. Nhưng cơ quan này không giữ chương trình hàng đầu của mình theo tiêu chuẩn cao mà nó yêu cầu từ phi hành đoàn thương mại, mặc dù mạng sống của chính phi hành gia đó đang bị đe dọa.

Các nhà quan sát cũng không quên rằng các công cụ và mô hình mà NASA sử dụng để đưa ra phân tích mới của họ chính là những công cụ và mô hình đã thất bại trong việc dự đoán vấn đề va đập ngay từ đầu. Mặc dù cơ quan này có thể làm việc ngược từ dữ liệu chuyến bay để tạo ra hiện tượng bong tróc trong phiếu thử nghiệm của Avcoat, nhưng họ không có cách nào dự đoán tấm chắn nhiệt kích thước đầy đủ sẽ hoạt động như thế nào trong điều kiện bay mới mà nó sẽ trải qua trên Artemis II.

Bạn không cần phải là một blogger không gian ngẫu nhiên mới thấy được tất cả những điều đáng ngờ này. Tiếng nói phản đối mạnh mẽ nhất của công chúng là chuyên gia về lá chắn nhiệt và phi hành gia tàu con thoi Charles Camarda, cựu Giám đốc Kỹ thuật tại Trung tâm Vũ trụ Johnson. Kinh hoàng trước những gì anh ta coi là sự lặp lại của lý do có động cơ đã dẫn đến việc mất tích Columbia và Challenger, Camarda bắt đầu gây ồn ào cả trong và ngoài cơ quan, tin rằng mạng sống của các phi hành gia đang bị đe dọa.

Để thể hiện sự cởi mở, NASA đã mời Camarda và hai nhà báo tham dự cuộc họp ngắn về tấm chắn nhiệt vào tháng 1 năm 2026 và cho phép anh ta truy cập hạn chế vào một số tài liệu nghiên cứu chưa được công bố rộng rãi. Nhưng trải nghiệm này chỉ khiến Camarda thêm đau khổ và cuối cùng anh ấy đã xuất bản cri de coeur mà tôi khuyến khích mọi người nên đọc đầy đủ.

Tóm lại, Camarda lập luận rằng NASA đang thể hiện tình trạng rối loạn tương tự đã dẫn đến thảm họa Columbia và Challenger. Đối mặt với một lỗi kỹ thuật không mong muốn, nó đã chế tạo các mô hình đồ chơi để thuyết phục bản thân rằng kết luận mà nó muốn đạt được (bay là an toàn) được chứng minh bằng bằng chứng. Những mô hình đồ chơi này không dựa trên nền tảng vật lý, nhưng vì chúng có vẻ mang tính định lượng nên chúng tạo ra cảm giác an toàn và hiểu biết sai lầm, một lá bùa mang tính nhận thức để ban quản lý che giấu phía sau.

Nói một cách đơn giản hơn, NASA sẽ bay Artemis II dựa trên rung cảm, hy vọng rằng bất cứ điều gì xảy ra với tấm chắn nhiệt trên Artemis, tôi sẽ không trở nên nghiêm trọng đến mức gây hại cho phi hành đoàn trên Artemis II.

Ảnh chụp màn hình về quá trình quay lại trong Artemis I, cho thấy một mảnh lớn đang cháy của lá chắn nhiệt Orion

Điều khiến tình hình trở nên khó chịu hơn nữa là thực tế là, theo logic riêng của chương trình, không có lý do gì để bay Artemis II cùng phi hành đoàn cả.

Trong kế hoạch ban đầu dành cho Artemis, Artemis II là cơ hội duy nhất để bay Orion cùng các phi hành gia trên tàu trước nỗ lực hạ cánh lên mặt trăng trên Artemis III. Artemis III sẽ là một sứ mệnh đáng sợ với đầy rẫy những lần đầu tiên về mặt kỹ thuật (lần đầu tiên hạ cánh, lần đầu tiên sử dụng tàu đổ bộ lên mặt trăng, lần đầu tiên cập bến trong không gian sâu, v.v.) và việc loại bỏ càng nhiều rủi ro kỹ thuật càng tốt trong chuyến chạy khô quanh Mặt trăng là điều hợp lý.

Nhưng vào đầu năm 2026, NASA đã quyết định bổ sung thêm một sứ mệnh Artemis vào bản kê khai. Artemis III mới sẽ bay vào năm 2027 như một sứ mệnh gần Trái đất để thử nghiệm việc lắp ghép với bất kỳ tàu đổ bộ mặt trăng nào (Blue Origin hoặc SpaceX) có sẵn. Cuộc đổ bộ lên mặt trăng đầu tiên sẽ bị đẩy lùi sang nhiệm vụ sau đó là Artemis IV.

Sự thay đổi này đã loại bỏ mọi lý do căn bản cho việc phi hành gia bay trên tàu Artemis II. Nếu có vấn đề với Orion, phi hành đoàn gặp chúng trên quỹ đạo Trái đất sẽ an toàn hơn so với một chuyến đi dài quanh Mặt trăng. Và Artemis II có thể bay dễ dàng mà không cần phi hành gia trên tàu, mang lại kinh nghiệm phóng cho người điều khiển mặt đất và xác nhận (hoặc làm mất uy tín) mô hình lá chắn nhiệt của NASA mà không gây nguy hiểm cho phi hành đoàn. NASA sẽ mất mặt một chút nếu về cơ bản lặp lại Artemis I, nhưng làm như vậy sẽ chứng tỏ rằng cơ quan này thực sự tin tưởng vào văn hóa an toàn mà họ thường nói ngoài miệng.

Thật không may, có vẻ như chi phí chìm và các vấn đề thể diện sẽ giành chiến thắng.

Các kỹ sư và nhà quản lý tại NASA không hề ngu ngốc và họ cũng không ung dung với tính mạng của các phi hành gia. Họ đã đọc các báo cáo của Ủy ban Rogers và CAIB và nhiều người trong số họ nhớ đến Challenger và Columbia. Nhưng chúng tồn tại trong một bối cảnh.

Bối cảnh đó là một chương trình mặt trăng đã chi gần 100 tỷ đô la và 25 năm mà không thu được kết quả gì, tại một cơ quan vừa trải qua những vụ cháy hàng loạt và trải qua trải nghiệm cận kề cái chết với ngân sách dành cho khoa học của mình. Quản trị viên mới đầy lôi cuốn đã khẳng định danh tiếng của mình bằng việc tăng nhịp độ phóng và đặt mục tiêu rõ ràng là đưa các phi hành gia hạ cánh lên Mặt trăng trước khi nhiệm kỳ của Tổng thống Trump hết hạn vào tháng 1 năm 2029.

Vì vậy, mọi người đang buộc mình vào bánh quy để tránh nói ra một điều hiển nhiên rằng tấm chắn nhiệt Orion cần chuyến bay thử nghiệm thành công ở tốc độ quay trở lại mặt trăng để tránh những rủi ro không thể chấp nhận được cho phi hành đoàn.

Nếu phi hành đoàn Artemis II chết trong quá trình quay trở lại khí quyển, chúng ta sẽ nhận được một báo cáo được nghiên cứu kỹ lưỡng khác nêu ra các yếu tố góp phần mà bất kỳ ai theo dõi chương trình hiện tại đều có thể thấy rõ. Chương trình không gian sẽ bị trì hoãn nhiều năm, chờ các cuộc điều tra kết thúc và cơn thịnh nộ của Quốc hội dịu bớt. NASA sẽ tự đánh bại mình và bổ sung thêm nhiều lớp quan liêu về an toàn, cho đến khi áp lực tương tự của chương trình khiến họ mắc lại sai lầm tương tự trong chuyến bay trong tương lai.

Có khả năng — hy vọng là rất có thể — Artemis II sẽ hạ cánh an toàn. Nhưng liệu chúng ta có thực sự phải đợi các phi hành gia chết để học lại những bài học tương tự lần thứ ba?

Chúc may mắn và bình an cho các phi hành gia trên tàu Artemis II.

Nếu bạn thích bài viết của tôi về không gian, tôi mời bạn đăng ký Substack của tôi, Sao Hỏa cho phần còn lại của chúng ta, nơi tôi viết các bài tiểu luận ngắn hàng tuần về các chủ đề xung quanh việc khám phá sao Hỏa.