Cách đây 47 năm, NASA đã phóng hai tàu thăm dò vũ trụ Voyager 1 và Voyager 2. Đây là hai vật thể nhân tạo của nền văn minh loài người đầu tiên bay đến không gian giữa các vì sao và hiện thời đang hoạt động xa Trái đất nhất (cách Trái đất hơn 24 tỉ km). Thành tựu vĩ đại này gắn liền với công sức của nhiều nhà khoa học. Biết đâu một ngày nào đó có nền văn minh ngoài nhân loại tiếp cận được hai phi thuyền này của loài người.

Thật khó để xác định chương trình thám hiểm không gian Voyager của Cơ quan Hàng không và vũ trụ quốc gia Mỹ (NASA) có nguồn gốc từ đâu vì đây là dự án đầy tham vọng phối hợp nỗ lực của nhiều nhà khoa học kéo dài nhiều thập niên. Song vào năm 1965, tại Phòng thí nghiệm sức đẩy phản lực (JPL) của NASA chỉ có một người quan tâm đến cơ hội khám phá bốn hành tinh vòng ngoài của hệ Mặt trời. Đó chính là TS Gary Flandro.

Phát hiện cơ hội 4 hành tinh sẽ thẳng hàng

Hệ Mặt trời được chia làm hai vòng gồm vòng trong và vòng ngoài tính theo khoảng cách gần Mặt trời nhất. Bốn hành tinh vòng trong (dạng rắn) gồm sao Thủy, sao Kim, Trái đất và sao Hỏa. Bốn hành tinh vòng ngoài (dạng khí khổng lồ) gồm sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên Vương và sao Hải Vương.

Từ lúc còn nhỏ, Gary Flandro đã say mê các cuộc thám hiểm hệ Mặt trời. Năm lên 6 tuổi, ông được tặng cuốn sách Những điều kỳ diệu của bầu trời mô tả các hành tinh trên bầu trời xếp thẳng hàng như những viên đá kê trong vườn. Ông nhớ lại: "Tôi đã từng suy nghĩ thật tuyệt vời biết bao nếu đi hết hệ Mặt trời và đi qua từng hành tinh vòng ngoài đó".

Sau khi lấy bằng cử nhân khoa học về kỹ thuật cơ khí tại Đại học Utah năm 1957, ông tiếp tục lấy bằng thạc sĩ khoa học và bằng tiến sĩ về hàng không tại Học viện Công nghệ California (Caltech). Mùa hè năm 1964, trong thời gian là nghiên cứu sinh tiến sĩ, ông làm việc bán thời gian cho JPL ở Nam California, trung tâm thám hiểm liên hành tinh hàng đầu thế giới.

Lúc bấy giờ tại JPL, các nhà khoa học chỉ lo tập trung thiết kế và tổ chức các chương trình lên Mặt trăng, sao Hỏa, sao Kim và sao Thủy, đặc biệt là sao Hỏa sau khi tàu thăm dò Mariner 4 gửi về 21 bức ảnh đầu tiên chụp sao Hỏa. Không ai quan tâm đến các hành tinh vòng ngoài hệ Mặt trời như Flandro bộc bạch trên trang web của Caltech: "Không có bất kỳ cuộc thảo luận nào về các sứ mệnh thám hiểm bốn hành tinh vòng ngoài".

Khi được giao nhiệm vụ phác thảo các sứ mệnh có thể thực hiện ngoài sao Hỏa trong tương lai, ông đã suy nghĩ như bất kỳ nghiên cứu sinh nào: "Mấy anh chàng này muốn mình bận rộn với công việc lặt vặt để họ làm chuyện quan trọng đây (nghiên cứu thám hiểm sao Hỏa)". Cho dù tự ái nhưng ông vẫn làm việc cần mẫn.

Với ý định lập biểu đồ vị trí tương lai của bốn hành tinh vòng ngoài theo dòng thời gian để biết chúng sẽ ở đâu vào thời điểm nhất định, Flandro đã bất ngờ phát hiện hai điều. Một là bốn hành tinh vòng ngoài sẽ thẳng hàng khoảng năm 1977 (13 năm nữa). Hai là hiện tượng thẳng hàng chỉ xảy ra trong 176 năm sau đó. Ông suy luận thời điểm chúng thẳng hàng là cơ hội để tàu vũ trụ bay đến thám hiểm cùng lúc bốn hành tinh vòng ngoài bằng cách sử dụng nguyên lý hỗ trợ trọng lực.

Chương trình Voyager suýt đổ bể

Có thể hiểu nguyên lý hỗ trợ trọng lực như sau: tàu vũ trụ bay quanh hành tinh A và sử dụng lực hấp dẫn của hành tinh này như chiếc ná cao su để tăng tốc và thay đổi quỹ đạo nhằm bay đến đích tiếp theo là hành tinh B.

Nếu tàu vũ trụ bay đến gần sao Mộc từ phía sau, lực hấp dẫn của sao Mộc sẽ kéo con tàu bay theo quỹ đạo của nó. Hiện tượng này sẽ làm tăng tốc và thay đổi quỹ đạo của con tàu. Ngược lại, nếu tàu vũ trụ đến gần sao Mộc từ phía trước (cùng hướng với sao Mộc), điều ngược lại sẽ xảy ra, tức khi tàu rời sao Mộc, lực hấp dẫn của sao Mộc sẽ hút con tàu làm cho tàu sẽ bay chậm lại.

Ý tưởng vận dụng nguyên lý hỗ trợ trọng lực của Gary Flandro là điều có vẻ không tưởng bởi chưa từng có tàu thăm dò nào hoạt động trong vũ trụ theo cách như vậy. Ông kể lại trên tạp chí National Geographic (Mỹ): "Người ta bảo tôi rằng điều này là không thể, bởi vậy đừng lãng phí thời gian nữa".

Sau khi Flandro trình bày ý tưởng, giám sát viên đã giao cho ông nhiệm vụ xác định xem có thể vận dụng nguyên lý hỗ trợ trọng lực trong các chuyến thám hiểm bốn hành tinh vòng ngoài trong tương lai hay không. Ông cùng các đồng nghiệp bắt tay vào tính toán. Cuối cùng họ khẳng định nếu vận dụng nguyên lý hỗ trợ trọng lực, thời gian tàu thăm dò bay thẳng từ Trái đất đến sao Hải Vương và thám hiểm bốn hành tinh vòng ngoài của hệ Mặt trời chỉ trong một lần có thể sẽ được rút ngắn còn 20 năm. Đây là cơ hội quá tốt không thể bỏ qua.

Ngay lập tức NASA bắt tay khởi động chương trình Voyager nhằm thám hiểm các hành tinh vòng ngoài của hệ Mặt trời. NASA mô tả đây là "một trong những chuyến thám hiểm vĩ đại nhất từng được loài người thực hiện", song chương trình này đã suýt bị xếp xó. Với lý do thiếu ngân sách, Quốc hội Mỹ chỉ chấp thuận phương án đưa hai tàu vũ trụ đến sao Mộc và sao Thổ chứ không thể đi xa hơn nữa.

Các nhà khoa học tại JPL cho rằng Quốc hội không thực sự hiểu vấn đề nên lặng lẽ thiết kế và chế tạo hai tàu vũ trụ có khả năng đi xa đến tận sao Hải Vương. Để đạt được mục tiêu này, bất kỳ chi tiết nào ảnh hưởng đến tuổi thọ của tàu đều bị loại bỏ. Các cảm biến mặt trời trong hệ thống dẫn đường được gia cố để hoạt động ở nơi ánh sáng mặt trời rất yếu. Nhiều kỹ thuật tiết kiệm nhiên liệu đã được phát triển. TS William Pickering - giám đốc JPL vào thời điểm đó - nhớ lại: "Chúng tôi làm và không nói nhiều về nó".

Mưu mẹo của JPL đã thành công. Một khi dự án tàu Voyager đã chứng minh được lợi ích về khoa học và vai trò sứ giả thám hiểm thiên hà xa xôi, Quốc hội đã đồng ý chi tiền. Sau đó, NASA đã thực hiện bước đi táo bạo là phát triển hai tàu vũ trụ giống hệt nhau và đặt tên là Voyager 1 và Voyager 2 để cái này hỏng thì còn cái kia.

Năm 1977, hai tàu Voyager đã lần lượt rời bệ phóng bay vào vũ trụ theo đúng kế hoạch. Chúng sẽ đặt nền móng cho các sứ mệnh tiếp theo sử dụng nguyên lý hỗ trợ trọng lực như dự án Galileo thăm dò sao Mộc, dự án Cassini thăm dò sao Thổ, dự án New Horizons thăm dò sao Diêm Vương...

____________________________________________________________

Sáu năm sau khi TS Gary Flandro đưa ra ý tưởng thám hiểm bốn hành tinh vòng ngoài, TS vật lý Edward C. Stone được mời về JPL làm nhà khoa học trưởng lúc mới 36 tuổi và là người thiết kế hai tàu Voyager trở thành đại sứ Trái đất chu du dải Ngân hà.

Kỳ tới: Edward Stone - người thiết kế chuyến du hành vũ trụ

Gặp sự cố, tàu Voyager 1 dùng thiết bị cũ từ năm 1981 để liên lạc NASA gây kinh ngạc

NASA bị mất liên lạc với tàu thăm dò Voyager 1 gần một tuần, con tàu đã gây kinh ngạc khi dùng một thiết bị cũ chưa từng được sử dụng kể từ năm 1981 để gửi tín hiệu về Trái đất.