Xây thành phố trên Mặt Trăng đòi hỏi con người giải quyết nhiều mối nguy cùng lúc. Chúng gồm bức xạ, nhiệt độ cực đoan, vi thiên thạch, bụi sắc, trọng lực thấp và tình trạng thiếu nước. Robot có thể đảm nhiệm phần lớn công việc xây dựng ban đầu. Tuy nhiên, khả năng tồn tại lâu dài của căn cứ còn phụ thuộc vào năng lượng, khai thác tài nguyên và sự ổn định chính trị trên Trái Đất.
Cuộc đua xây căn cứ trên Mặt Trăng
Một cuộc đua không gian mới đang diễn ra. Lần trước, Liên Xô và Mỹ cạnh tranh để cắm lá cờ đầu tiên. Lần này, Mỹ và Trung Quốc muốn xây dựng sự hiện diện lâu dài trên Mặt Trăng. Nhiều quốc gia và công ty hàng không vũ trụ tư nhân cũng tham gia.
Theo bài viết gốc của MIT Technology Review, NASA đã công bố một kế hoạch mới dưới sự lãnh đạo của Jared Isaacman. Kế hoạch gồm máy bay không người lái, tàu đổ bộ robot và vệ tinh liên lạc. NASA cũng đề xuất cảm biến địa chấn, nhà kính và một nhà máy điện hạt nhân trên Mặt Trăng. Chi phí khởi động có thể lên tới hàng chục tỷ đô la Mỹ.
Kế hoạch xây dựng dài hạn của NASA
Mỹ hiện dự kiến bắt đầu các sứ mệnh đưa phi hành gia trở lại bề mặt Mặt Trăng vào năm 2028. Những chuyến đi đầu tiên sẽ tập trung vào thăm dò và thử nghiệm công nghệ. Sang thập niên 2030, NASA muốn có nơi ở dài hạn, trạm nghiên cứu, cơ sở khai thác và xử lý tài nguyên cùng các bãi đáp tàu vũ trụ. Carlos García-Galán, người quản lý chương trình căn cứ Mặt Trăng của NASA, cho rằng toàn bộ khu vực có thể rộng tới hàng trăm dặm vuông.
Tham vọng ấy không chỉ xuất phát từ cạnh tranh địa chính trị. Đá nguyên thủy trên Mặt Trăng lưu giữ dấu vết về quá trình hình thành hệ Mặt Trời. Bề mặt gần như không có khí quyển cũng phù hợp để đặt kính thiên văn quan sát những thời kỳ cổ xưa nhất của vũ trụ. Trọng lực thấp giúp việc phóng tàu đi xa tiết kiệm năng lượng hơn so với xuất phát từ Trái Đất. Những nghiên cứu như lộ trình liên sao tới Alpha Centauri cũng hướng tới hành trình ra ngoài hệ Mặt Trời. Hành trình đó sẽ cần những bước đệm công nghệ lâu dài.
Nội dung về môi trường khắc nghiệt trên Mặt Trăng
Nhiệt độ trên Mặt Trăng thay đổi từ hơn 250 °F vào ban ngày xuống dưới -200 °F vào ban đêm. Chu kỳ ngày đêm kéo dài và cái lạnh tại các hố tối vĩnh viễn khiến nơi ở, nguồn điện, pin và máy móc đều cần hệ thống kiểm soát nhiệt chuyên dụng.
Theo các số liệu được MIT Technology Review tổng hợp, tại các hố va chạm luôn nằm trong bóng tối ở cực nam, nhiệt độ có thể thấp hơn -410 °F, thuộc nhóm những nơi lạnh nhất từng được biết đến trong vũ trụ.
NASA nhắm tới cực nam vì các hố tối vĩnh viễn có thể chứa băng nước. Nước tinh lọc có thể dùng để uống và tưới cây. Khi tách thành oxy và hydro, nó cung cấp không khí để thở và nguyên liệu cho nhiên liệu tên lửa. Đổi lại, thiết bị phải hoạt động trong điều kiện cực lạnh. Bên ngoài các hố, bề mặt chịu ánh nắng liên tục trong 14 ngày, rồi trải qua một đêm lạnh kéo dài tương đương.
Philip Metzger, nhà nghiên cứu kỹ thuật du hành vũ trụ tại Viện Không gian Florida, cho rằng bài toán cuối cùng là xác định mức rủi ro tử vong có thể chấp nhận mà không khiến chi phí vượt khỏi khả năng chi trả. Kim loại, gốm, nhựa và hợp kim hiện đại có thể chịu dao động nhiệt lớn. Bộ tản nhiệt giữ thiết bị mát, còn bộ sưởi bảo vệ pin. Tuy nhiên, phần lớn công nghệ mới chỉ được chứng minh trong những chuyến đi ngắn.
Bức xạ có thể buộc con người sống dưới lòng đất
Bức xạ từ không gian sâu và Mặt Trời có thể buộc cư dân Mặt Trăng sống trong các công trình được chôn dưới đá hoặc đặt trong ống dung nham. Lớp vật chất dày vừa giảm phơi nhiễm bức xạ, vừa bảo vệ căn cứ trước vi thiên thạch.
Hai nguồn bức xạ chính
Trên Mặt Trăng, bức xạ đến từ hai nguồn chính. Tia vũ trụ thiên hà hình thành từ các hiện tượng như siêu tân tinh và sự hợp nhất của sao neutron. Các hạt trong dòng bức xạ chuyển động với tốc độ bằng một phần đáng kể tốc độ ánh sáng, đủ sức xuyên qua lớp chắn mỏng. Stuart George, nhà vật lý tại Trung tâm Vũ trụ Johnson của NASA, cảnh báo rằng ion nặng còn có thể vỡ trong lớp chắn và tạo ra các hạt thứ cấp.
Bức xạ từ Mặt Trời
Nguồn thứ hai là Mặt Trời. Bùng phát Mặt Trời và phun trào nhật hoa có thể khiến phi hành gia mắc hội chứng nhiễm xạ cấp tính. Metzger cho biết trong thời kỳ Apollo, một đợt bùng phát lớn xảy ra đúng lúc phi hành đoàn ở trên Mặt Trăng có thể khiến họ tử vong chỉ sau vài ngày.
Phun trào nhật hoa mất từ vài giờ đến vài ngày để tới vùng lân cận hệ Trái Đất và Mặt Trăng, nhưng bùng phát Mặt Trời có thể đến trong chưa đầy một giờ. Theo George, năng lực dự báo bão Mặt Trời hiện nay chỉ tương đương trình độ dự báo thời tiết trong thập niên 1950 và 1960. Một phi hành gia đang lái xe cách căn cứ nhiều dặm có thể không kịp trở về hầm trú ẩn bọc giáp dày.
Giải pháp đối với tia vũ trụ là đặt thật nhiều vật chất giữa con người và bầu trời. Chris Dreyer, giám đốc kỹ thuật tại Trung tâm Tài nguyên Không gian thuộc Trường Mỏ Colorado, đề xuất xây khu cư trú dưới lòng đất. Các ống dung nham, vốn là những đường hầm rỗng do đá nóng chảy tạo ra từ rất lâu, có thể trở thành nơi đặt căn cứ. Các chuyên gia ước tính tổng thời gian một phi hành gia có thể sống trên bề mặt Mặt Trăng trong cả cuộc đời chỉ vào khoảng hai năm trước khi rủi ro sức khỏe trở nên quá cao.
Thiên thạch nhỏ là những viên đạn không gian
Không có khí quyển bảo vệ, Mặt Trăng thường xuyên hứng chịu các vật thể đủ sức xuyên thủng bộ đồ phi hành gia, xe tự hành hoặc thiết bị. Chôn căn cứ dưới đá Mặt Trăng là phương án phòng vệ trực tiếp nhất, nhưng những vật thể lớn hơn vẫn có thể gây thiệt hại nghiêm trọng.
Vì sao vật thể nhỏ vẫn nguy hiểm
Khí quyển Trái Đất đốt cháy phần lớn đá không gian có đường kính tới khoảng 50 feet. Mặt Trăng không có lớp bảo vệ đó. Philip Lubin, nhà vật lý và nhà nghiên cứu phòng thủ hành tinh tại Đại học California, Santa Barbara, cho biết các thiên thể nhỏ xuất hiện thường xuyên hơn loại lớn. Chúng có thể xuyên thủng bộ đồ phi hành gia hoặc động cơ xe tự hành.
Cách bảo vệ căn cứ
Nicholas Schmerr, nhà địa chấn học hành tinh tại Đại học Maryland, cho rằng cách phòng vệ đơn giản nhất vẫn là chôn căn cứ. Đá Mặt Trăng có thể được phủ lên tường, hoặc toàn bộ khu cư trú có thể đặt trong ống dung nham. Cùng một biện pháp sẽ giúp giảm cả bức xạ lẫn nguy cơ từ vi thiên thạch.
Một thiên thể dài khoảng 50 feet vẫn có thể gây thiệt hại nặng cho công trình dưới đất. Sứ mệnh DART của NASA đã chứng minh tàu không người lái có thể làm lệch hướng tiểu hành tinh bằng va chạm. Theo MIT Technology Review, các kính thiên văn ATLAS và kính hồng ngoại NEO Surveyor sắp được phóng hướng tới mục tiêu phát hiện 90% số tiểu hành tinh gần Trái Đất có đường kính khoảng 460 feet, kích thước đủ sức phá hủy cả một thành phố.
Vấn đề là các vật thể rộng 50 feet quá khó phát hiện sớm. Một phương án giả định là đặt các bệ phóng trên Mặt Trăng để bắn đầu đạn động năng vào vật thể đang tới. Lubin lưu ý rằng phải đánh chặn từ khoảng cách đủ xa, bởi phá một tiểu hành tinh thành 1.000 mảnh có thể tạo ra 1.000 vụ va chạm thay vì một vụ.
Bụi Mặt Trăng có thể phá hỏng cả căn cứ
Bụi Mặt Trăng có các hạt sắc, mang điện, bám dính và gây mài mòn. Bụi có thể làm hỏng gioăng, bánh răng, động cơ, bộ đồ bảo hộ và tường ngoài, trong khi mỗi lần tàu cất hoặc hạ cánh lại phát tán thêm vật chất quanh căn cứ.
Đá núi lửa bị nghiền nhỏ tạo thành loại bụi này. Phi hành gia Apollo từng gặp tình trạng được gọi là dị ứng bụi Mặt Trăng, gây kích ứng mắt và phổi. Justin Cyrus, giám đốc điều hành Lunar Outpost, cho biết bụi có thể phá gioăng, bánh răng, động cơ, bộ đồ phi hành gia và khu cư trú.
Công nghệ đẩy bụi khỏi thiết bị
NASA đã phát triển lá chắn bụi điện động, viết tắt là EDS. Các điện cực nhẹ có thể phủ lên máy móc, tường và có thể cả bộ đồ phi hành gia. Dòng điện đối nghịch đẩy các hạt bụi mang điện ra khỏi bề mặt. Theo MIT Technology Review, sau thử nghiệm trên Trái Đất, EDS đã được đưa lên Mặt Trăng trong một sứ mệnh robot do NASA tài trợ vào năm 2025.
Các công nghệ khác đang được phát triển gồm một thiết bị lăn lấy cảm hứng từ da thạch sùng và dụng cụ phun khí nitơ ion hóa. Lần phun đầu trung hòa điện tích để giảm độ bám, còn lần thứ hai thổi bụi khỏi bề mặt.
Căn cứ càng đông đúc thì vấn đề càng nặng. Mỗi lần tàu cất hoặc hạ cánh đều hất bụi ra mọi hướng. Theo tính toán của Metzger, ngay cả khi bãi đáp cách căn cứ hơn 3.000 feet, chỉ 10 đến 20 lượt cất hoặc hạ cánh cũng đủ gây hư hại nghiêm trọng cho lớp phủ bảo vệ trên tường ngoài và thiết bị liên lạc.
Cơ thể người phải đối mặt với nhiều rủi ro
Trọng lực bằng một phần sáu Trái Đất có thể ảnh hưởng đến cơ, tim, phổi và hệ miễn dịch. NASA đang dùng chip cơ quan chứa tế bào người để nghiên cứu cách bức xạ và trọng lực thấp tác động lên từng phi hành gia trước những nhiệm vụ dài ngày.
Ảnh hưởng của trọng lực thấp
Theo Dreyer, môi trường trọng lực thấp không có lợi cho cơ thể. Con người có thể bị teo cơ, gặp vấn đề tim mạch, hô hấp và suy giảm miễn dịch.
Vi sinh vật gây bệnh cũng có thể bám theo tàu vũ trụ dù thiết bị đã trải qua quy trình khử trùng nghiêm ngặt. Các thí nghiệm trong môi trường vi trọng lực thực và mô phỏng cho thấy một số vi sinh vật có thể trở nên hung hãn hơn và dễ gây bệnh hơn.
Lisa Carnell, giám đốc Ban Khoa học Sinh học và Vật lý của NASA, gọi các vi sinh vật đi cùng con người là “phi hành đoàn vô hình”.
Bản đồ do NASA, Trung tâm Chuyến bay Không gian Goddard và Viện Công nghệ Massachusetts thực hiện cho thấy bồn địa Nam Cực Aitken là một hố va chạm khổng lồ chứa nhiều hố nhỏ hơn. Chênh lệch độ cao từ vùng thấp nhất tới các đỉnh xung quanh có thể vượt 15 km, gần gấp đôi chiều cao Everest.
Thí nghiệm AVATAR
Carnell đã dẫn dắt thí nghiệm AVATAR trên sứ mệnh Artemis II. Những con chip cỡ ổ nhớ chứa tế bào tim, phổi hoặc các bộ phận khác có thể hoạt động như cơ quan thu nhỏ. Nhóm nghiên cứu sử dụng mẫu tủy xương của cả bốn phi hành gia trong chuyến bay này. Tủy xương tạo ra hồng cầu, bạch cầu và tiểu cầu. Phản ứng của nó có thể hé lộ tác động của bức xạ và vi trọng lực lên toàn cơ thể.
Về lâu dài, chip cơ quan có thể được tạo riêng cho từng phi hành gia rồi gửi lên không gian trước họ. Dữ liệu thu được sẽ giúp bác sĩ lựa chọn phương pháp phòng ngừa hoặc thuốc phù hợp. Carnell cho biết một trong những đối tượng NASA có thể sớm gửi lên là mô não thu nhỏ, nhằm quan sát phản ứng của não trước nhiều tháng sống trên Mặt Trăng. Đây cũng là một hướng khác với nghiên cứu tái tạo hình ảnh từ bản quét não, nhưng cùng cho thấy công nghệ đang mở rộng khả năng tìm hiểu cơ quan phức tạp nhất của con người.
Robot sẽ xây gần như toàn bộ căn cứ ban đầu
Theo MIT Technology Review, Carlos García-Galán dự đoán robot có thể đảm nhiệm tới 99% hoạt động xây dựng trong những năm đầu. Chúng sẽ đào vật liệu, san bề mặt, dựng nền móng, lát bãi đáp và xây các bờ chắn bụi trước khi con người hiện diện lâu dài.
Xe địa hình Mặt Trăng mới của NASA có thể do phi hành gia trực tiếp lái hoặc được điều khiển từ xa trên Trái Đất hay từ một địa điểm khác trên Mặt Trăng.
Trong vài thập niên tiếp theo, robot có thể đào đá để làm bê tông và gạch, san phẳng bề mặt, đào hào, dựng nền móng, lát bãi đáp và đắp bờ chắn bụi. Theo MIT Technology Review, Blue Origin đã chứng minh trong phòng thí nghiệm vào năm 2023 rằng vật liệu mô phỏng đất Mặt Trăng có thể được dùng để chế tạo tấm pin Mặt Trời và dây dẫn.
Nguồn điện cho đội quân robot
Đêm kéo dài hai tuần khiến điện Mặt Trời khó trở thành nguồn năng lượng duy nhất. Theo MIT Technology Review, một lò phản ứng hạt nhân nhỏ cỡ ô tô có thể cung cấp điện cho một ngôi làng nhỏ trong một thập niên. Lò phản ứng chỉ cần lượng uranium bằng một nắm tay và không phải tiếp nhiên liệu trong thời gian đó. Chưa ai thử lò phản ứng trên Mặt Trăng, nhưng căn cứ vào năm 2100 có thể sử dụng nhiều lò nhỏ vận hành tự động hoặc điều khiển từ xa.
Những hệ thống tự chủ này sẽ cần hạ tầng tính toán đáng tin cậy, tương tự yêu cầu đặt ra cho hạ tầng trí tuệ nhân tạo và cách vận hành, nhưng phải hoạt động trong môi trường khắc nghiệt hơn nhiều và không thể chờ con người sửa từng lỗi nhỏ.
Nước quyết định căn cứ có thể tự duy trì hay không
Nước tại cực nam có thể cung cấp đồ uống, nước tưới, oxy và hydro làm nhiên liệu. Tuy nhiên, chưa ai biết rõ trữ lượng, trạng thái hay chi phí khai thác, trong khi các robot phải làm việc trong những hố sâu, tối và cực lạnh.
Dữ liệu quỹ đạo cho thấy cực nam Mặt Trăng có nước, nhưng băng có thể tồn tại thành những lớp rắn hoặc chỉ là tinh thể phân tán giữa các hạt đá. Nhiều khu vực nằm trong hố sâu và tối đến mức robot có thể đóng băng, lật nhào hoặc mất liên lạc với căn cứ.
Phòng thí nghiệm của Paul van Susante tại Đại học Công nghệ Michigan đã thử robot xây dựng trong buồng chân không chứa đá mô phỏng đất Mặt Trăng. Trong cuộc thi Break the Ice của NASA, một số đội dùng búa điện và gầu xúc, còn các đội khác dùng dụng cụ cạo từng lớp đất. Cần cẩu được sử dụng để giảm tải trọng tác dụng lên robot, qua đó mô phỏng lực hấp dẫn yếu của Mặt Trăng.
Lọc nước và duy trì nhà kính
Nước sau khi khai thác vẫn phải được làm sạch. Jessica Atkin, nhà thực vật học không gian tại Đại học Texas A&M, lưu ý rằng hệ thống lọc nước trên Trạm Vũ trụ Quốc tế từng bị nhiễm vi sinh vật. Quá trình vốn hoạt động tốt trên Trái Đất có thể gặp trục trặc trong vi trọng lực, nơi chất lỏng chuyển động theo cách khác thường.
Trồng thực phẩm trong căn cứ
Nếu lọc và tái chế nước hiệu quả, căn cứ có thể duy trì nhà kính. Trên Trạm Vũ trụ Quốc tế, con người đã trồng thành công rau diếp, cải xanh, cà chua và ớt. Bụi Mặt Trăng không phải đất trồng tốt vì chứa quá nhiều nhôm và tạo thành lớp cứng khi gặp nước. Tuy nhiên, Atkin đã chứng minh đậu gà có thể mọc trong loại đất giống vật chất núi lửa trên Mặt Trăng khi có nấm hỗ trợ cung cấp dinh dưỡng.
Phần lớn cư dân Mặt Trăng vào năm 2100 có thể vẫn ăn thực phẩm đóng gói gửi từ Trái Đất. Một phần rau quả sẽ được trồng tại chỗ bằng hệ thống tự động kiểm soát ánh sáng, nước và độ ẩm. Cà chua được tăng cường anthocyanin cũng có thể xuất hiện, bởi một số nghiên cứu cho rằng hợp chất này có khả năng giảm tổn thương tế bào do bức xạ không gian.
Khu vườn còn có tác dụng tâm lý. Carnell kể rằng các phi hành gia trên Trạm Vũ trụ Quốc tế từng lấy đất thừa và hạt giống để bí mật trồng cây trong khoang riêng. Theo MIT Technology Review, sau các cuộc trao đổi vào mùa hè năm 2026, NASA cho phép họ đặt những khu vườn nhỏ ở bất cứ nơi nào mong muốn. Một số phi hành gia cho biết họ cảm thấy khỏe khoắn hơn khi được chăm cây.
Rào cản cuối cùng có thể là chính trị và kinh tế
Công nghệ chưa phải trở ngại duy nhất đối với một thành phố trên Mặt Trăng. Dự án kéo dài nhiều thập niên sẽ cần ngân sách ổn định, sự hỗ trợ qua nhiều nhiệm kỳ chính quyền và một nền kinh tế đủ sức duy trì hoạt động ngoài nghiên cứu khoa học.
Xây mô đun cư trú đầu tiên đã khó, nhưng mở rộng nó thành căn cứ rộng hàng trăm dặm vuông sẽ cần nhiều thập niên thử nghiệm. NASA hy vọng dự án có thể phát triển thành một thành phố nhỏ vào cuối thế kỷ.
Yuqi Qian, nhà địa chất Mặt Trăng tại Đại học Hong Kong, nhận xét kế hoạch hiện tại của NASA có vẻ quá tham vọng. Simon Middleburgh, đồng giám đốc Viện Tương lai Hạt nhân tại Đại học Bangor ở Wales, lưu ý rằng các dự án hào hứng và có tiềm năng thay đổi nhân loại thường cũng là những dự án đầu tiên bị trì hoãn hoặc hủy bỏ khi chính quyền thay đổi.
Bài toán về một nền kinh tế Mặt Trăng
Nguồn lực chính phủ cũng không đủ để duy trì một thành phố lâu dài. Dreyer cho rằng cần hình thành nền kinh tế Mặt Trăng, có thể dựa vào sản xuất nhiên liệu tên lửa hoặc khai thác vật liệu. Tuy vậy, Isaacman không cho rằng việc khai thác, sản xuất rồi chở hàng từ Mặt Trăng về Trái Đất sẽ dễ và rẻ hơn làm ngay trên Trái Đất.
Giá trị khoa học của căn cứ
Một lý do thực tế hơn để duy trì căn cứ là nghiên cứu khoa học. Josef Aschbacher, tổng giám đốc Cơ quan Vũ trụ châu Âu, so sánh nó với các trạm nghiên cứu ở Nam Cực. Các ống dung nham nguyên thủy có thể lưu giữ những phát hiện mới, còn kính thiên văn trên bề mặt không bị khí quyển và ô nhiễm ánh sáng cản trở.
Ứng dụng trên Trái Đất và các hành trình xa hơn
Các công nghệ phát triển cho Mặt Trăng cũng có thể được điều chỉnh để dùng trên Trái Đất. Việc theo dõi những công ty công nghệ khí hậu đáng chú ý cho thấy nhiều giải pháp về năng lượng, vật liệu và tài nguyên vốn được thúc đẩy bởi các điều kiện khắc nghiệt có thể tìm thấy ứng dụng gần nhà hơn.
Sao Hỏa có thể là địa ngục, như nhà báo Shannon Stirone từng viết vào năm 2021, nhưng Mặt Trăng cũng chẳng kém bao nhiêu. Một căn cứ an toàn phải chống được bức xạ, thiên thạch, bụi sắc, nhiệt độ cực đoan, tác động của trọng lực thấp và sự thay đổi chính trị trên Trái Đất. García-Galán gọi Mặt Trăng là nơi thử nghiệm các công nghệ cần thiết để tới Sao Hỏa.
Đến năm 2100, cực nam Mặt Trăng có thể chứa nhiều căn cứ do các đối thủ địa chính trị vận hành. Nó có thể trở thành điểm nóng quân sự, nhưng cũng có thể là một trung tâm khoa học quốc tế. Aschbacher tin rằng dù các quốc gia gặp khó khăn khi đối thoại trên Trái Đất, sự phụ thuộc lẫn nhau ngoài không gian có thể buộc họ hợp tác.
Hãy tiếp tục theo dõi Sine để đọc những câu chuyện công nghệ giúp đưa các kế hoạch ngoài không gian về gần hơn với đời sống.
