Trạm vũ trụ Quốc tế, những phát minh vĩ đại

Trạm vũ trụ Quốc tế hay Trạm Không gian Quốc tế (tiếng Anh: International Space Station, viết tắt: ISS, tiếng Nga: Междунаро́дная косми́ческая ста́нция, МКС, tiếng Pháp: Station spatiale internationale, SSI) là một tổ hợp công trình quốc tế nhằm nghiên cứu không gian trên quỹ đạo tầm thấp của Trái Đất, nhờ sự hợp tác của năm cơ quan không gian: NASA (Hoa Kỳ), RKA (Nga), JAXA (Nhật Bản), CSA (Canada) và 10 trong 17 nước thành viên của ESA (châu Âu).^[8]

Trạm vũ trụ Quốc tế ISS được xây dựng dựa trên sự hợp tác giữa nhiều quốc gia,^[9] được vận hành bởi sự đóng góp hàng năm của các nước tham gia dự án. Theo Russia Beyond, 14 quốc gia đang tham gia vào dự án Trạm vũ trụ Quốc tế (ISS). Hơn 20 năm hoạt động của nó tiêu tốn đến 160 tỷ USD. NASA là đại diện quản lý các hoạt động trên trạm. Trong 160 tỷ USD được sử dụng cho các sứ mệnh trên ISS thì Mỹ chi tới 100 tỷ USD, theo đó mỗi năm NASA phải bỏ ra từ 3-4 tỷ USD để vận hành trạm. Con số này của châu Âu chỉ khoảng 1 tỷ USD/năm và Nga là 500 triệu USD/năm.^[9] Trạm vũ trụ Quốc tế ISS tuy được xây dựng dựa trên sự hợp tác giữa nhiều quốc gia. Cơ chế ra quyết định cho các hoạt động trên ISS được quy định trong các thỏa thuận gọi là 'Biên bản ghi nhớ' (MOU). MOU chỉ định NASA là đại diện quản lý các hoạt động trên trạm, do vậy phòng điều hành bay của cả trạm được đặt tại trung tâm vũ trụ Lyndon B. Johnson ở Texas (Mỹ).

Trạm vũ trụ Quốc tế được là kết quả của sự hợp nhất hai dự án lớn, nhưng thiếu kinh phí để có thể thực hiện riêng biệt là Trạm vũ trụ Tự do (Freedom) của Hoa Kỳ và Trạm vũ trụ Hòa Bình 2 (Mir-2) của Nga. Ngoài các mô-đun của Hoa Kỳ và của Nga đã được lên kế hoạch, các mô-đun Columbus của Châu Âu (kế hoạch) và mô-đun thí nghiệm của Nhật Bản cũng sẽ được ghép vào trạm. Cơ quan không gian Brasil (AEB, Brasil) tham gia dự án này thông qua một hợp đồng riêng với NASA. Cơ quan Không gian Ý cũng có vài hợp đồng tương tự cho nhiều hoạt động, nằm ngoài khuôn khổ các nhiệm vụ của ESA trong dự án ISS (Ý cũng là một thành viên trong ESA). Có thông tin cho rằng, Trung Quốc cũng thể hiện sự quan tâm của họ đối với dự án, đặc biệt nếu họ được phép hợp tác với RKA,^[10] tuy nhiên Trung Quốc vẫn chưa được mời tham gia.

Do quỹ đạo của Trạm vũ trụ Quốc tế trùng với quỹ đạo tầm thấp của Trái Đất (còn gọi là Quỹ đạo LEO - Low Earth Orbit), độ cao cách mặt đất chỉ trong khoảng từ 400 km, trạm có các tấm pin mặt trời rộng, phản chiếu tốt ánh sáng Mặt Trời nên có thể quan sát ISS từ mặt đất. ISS di chuyển trong không gian với vận tốc trung bình là 27.743,8 km/giờ, ứng với 15,79 lần bay quanh Trái Đất mỗi ngày.

Theo kế hoạch, Trạm vũ trụ Quốc tế sẽ hoàn thành vào năm 2011 và sẽ hoạt động đến năm 2016. Từ năm 2007, ISS đã trở thành vệ tinh nhân tạo lớn nhất trong quỹ đạo Trái Đất, lớn hơn bất kỳ trạm vũ trụ nào khác. Trạm vũ trụ Quốc tế là trạm vũ trụ duy nhất có người thường trực, thực hiện các công việc nghiên cứu. Phi hành đoàn không gian Expedition 1 là nhóm phi hành gia đầu tiên tới Trạm vũ trụ Quốc tế vào ngày 2 tháng 11 năm 2000, đây là bước đi đầu tiên trong kế hoạch đưa người làm việc lâu dài trong không gian của ISS. Hiện tại ở trên trạm là phi hành đoàn Expedition 66. Expedition 66 tới trạm vào tháng 10 năm 2021 và dự kiến trở về Trái Đất vào tháng 3 năm 2022. Trạm vũ trụ được cung cấp các nhu yếu phẩm, thiết bị cần thiết từ tàu vũ trụ Soyuz, Tàu vận tải Tiến bộ (Progress) của Nga và các phi thuyền con thoi của Mỹ (đã ngừng hoạt động vào năm 2011). Hiện nay trạm có thể chứa được 3 người. Những người đến trạm đầu tiên đều là các nhà du hành thuộc chương trình không gian của Nga và Hoa Kỳ. Phi hành gia người Đức, Thomas Reiter, đã đến trạm trong nhóm các nhà du hành thuộc Expedition 13 vào tháng 7 năm 2006, trở thành người đầu tiên từ cơ quan không gian khác đến trạm. Thành phần của phi hành đoàn Expedition 16 đã đại diện cho cả năm cơ quan không gian, để củng cố quan hệ cộng tác của dự án ISS. Đến nay, ISS đã đón các phi hành gia từ 14 nước khác nhau, trong đó có năm khách du lịch vũ trụ.

Đầu tiên, trạm được đề nghị đặt tên là "Аlpha" nhưng bị Nga bác bỏ vì ký tự Hi Lạp α thường được dành cho những cái đầu tiên, trong khi trạm vũ trụ quốc tế đầu tiên lại là Hòa bình của Nga. Khi Roskosmos (Роскосмос, Cơ quan Vũ trụ Liên bang, Nga) đề nghị tên "Аtlant" thì lại bị Hoa Kỳ bác bỏ vì sự nhầm lẫn với Tàu con thoi Аtlantis.

LỊCH SỬ 

Năm 1984, tổng thống Hoa Kỳ Ronald Reagan thông báo việc bắt đầu xây dựng trạm quỹ đạo của Hoa Kỳ. NASA dự định sẽ đưa các mô-đun của trạm quỹ đạo này với tên Trạm vũ trụ Tự do, được coi là bản sao^{[cần dẫn nguồn]} của trạm vũ trụ Salyut và Mir của Liên Xô lên quỹ đạo bằng tàu con thoi. Tuy nhiên, dự án bị hủy bỏ sau sự kiện Liên Xô sụp đổ, đi liền với việc kết thúc Chiến tranh Lạnh và cả cuộc chạy đua vào không gian. Các quan chức trong ngành không gian của Hoa Kỳ nhanh chóng tiến hành đàm phán với các đối tác quốc tế, bao gồm Châu Âu, Nga, Nhật Bản và Canada, nhằm xây dựng một trạm vũ trụ quốc tế vào đầu thập niên 1990. Dự án này được công bố lần đầu tiên vào năm 1993 và được gọi là Trạm vũ trụ Alpha.^[11] Dự án lập kế hoạch liên kết tất cả các dự kiến xây dựng trạm vũ trụ của các cơ quan không gian: Trạm vũ trụ Tự do của NASA, Mir-2 (trạm kế thừa của Trạm vũ trụ Hòa Bình, với trọng tâm là mô-đun Zvezda (Ngôi sao), hiện nay là một trong các mô-đun của ISS) của Nga, và Columbus của ESA. Hiện nay, có kế hoạch phát triển Columbus thành một phóng thí nghiệm không gian độc lập.

Bộ phận đầu tiên, Khối chức năng hàng hóa Zarya (Bình minh), được phóng lên quỹ đạo vào tháng 11 năm 1998 bằng tên lửa Proton-M của Nga. Hai bộ phận tiếp theo (Mô-đun Unity và Mô-đun dịch vụ Zvezda) cũng được phóng lên quỹ đạo, trước chuyến bay của phi hành đoàn đầu tiên Expedition 1. Expedition 1 gồm một phi hành gia người Mỹ, William Shepherd và hai phi hành gia người Nga là Yuri Pavlovich Gidzenko và Sergei Konstantinovich Krikalyov đã kết nối thành công với ISS vào ngày 2 tháng 11 năm 2000.

Tóm tắt quá trình hình thành ISS:

• 17 tháng 6 năm 1992 - Nga và Hoa Kỳ ký kết thỏa thuận về hợp tác trong nghiên cứu vũ trụ. Theo đó Cơ quan Vũ trụ Nga (Российское космическое агентство, viết tắt là РКА hay RKA trong ký tự Latin) và NASA chuẩn bị chương trình hợp tác "Hòa bình-Tàu con thoi". Từ đây, ý tưởng hợp nhất các chương trình quốc gia của việc xây dựng các trạm quỹ đạo đã nảy sinh.
• Tháng 3 năm 1993 - Tổng giám đốc RKA Yuri Коptev và Tổng công trình sư Tổ hợp Khoa học Sản xuất Năng lượng (NPO Energia, НПО Энергия) Yuri Semenov đề nghị với Giám đốc NASA Daniel Goldin xây dựng Trạm vũ trụ Quốc tế.
• 1 tháng 11 năm 1993 - RKA và NASA ký "Kế hoạch chi tiết các công việc cho Trạm vũ trụ Quốc tế."
• Tháng 11 năm 1994 - tại Moskva, các buổi góp ý kiến đầu tiên của các cơ quan vũ trụ của Nga và Hoa Kỳ được tổ chức. Hợp đồng với các công ty tham gia dự án, Boeing, Mc Donnell-Douglas, General Electric, Rockwell và Công ty tên lửa vũ trụ Năng lượng mang tên Коrоlyov (RKK Energia, РКК Энергия им. С. П. Королева), được ký kết.
• Tháng 3 năm 1995 - tại Trung tâm Không gian Lyndon B. Johnson ở Houston, mô hình phác thảo của trạm được phê chuẩn.
• 1996 - cấu hình của trạm được phê chuẩn. Nó gồm 2 phần: Nga (phương án hiện đại hóa của "Mir-2") và Hoa Kỳ (với sự tham gia của Canada, Nhật, Ý, Cơ quan Vũ trụ châu Âu và Brasil).
• 20 tháng 11 năm 1998 - Nga phóng thành phần đầu tiên của trạm: khối chức năng hàng hóa Zarya (Заря).
• 7 tháng 12 năm 1998 - Tàu con thoi Endeavour đưa lên và gắn vào trạm mô-đun NODE-1 (Unity) của Hoa Kỳ.
• 26 tháng 7 năm 2000 - mô-đun dịch vụ Zvezda (Звезда) được gắn vào khối chức năng hàng hóa Zarya.
• 2 tháng 11 năm 2000 - phi hành gia đầu tiên lên trạm vũ trụ ISS.
• 2 tháng 11 năm 2000 - tàu vận tải "Soyuz ТМ-31" đưa lên trạm phi hành đoàn đầu tiên.
• 18 tháng 4 năm 2005 - Giám đốc NASA Michael D. Griffin trong khi điều trần trước Ủy ban Thượng viện về Không gian và Khoa học, đã tuyên bố về sự cần thiết của việc cắt giảm tạm thời các nghiên cứu khoa học ở phần trạm của Hoa Kỳ. Điều này là cần thiết, nhằm giải phóng các nguồn lực để tập trung vào xây dựng CEV - phương tiện thám hiểm có người lái (bảo đảm việc xây dựng đến năm 2010, và không muộn hơn 2014). CEV là cần thiết để đảm bảo việc đi lên trạm của Mỹ không bị phụ thuộc (vốn bị tạm ngưng sau tai nạn tàu con thoi Columbia năm 2003). Như vậy đến năm 2010 có kế hoạch kết thúc việc sử dụng hạm đội "Tàu con thoi không gian."
• 19 tháng 6 năm 2008 - Trạm vũ trụ Quốc tế được đưa lên cao thêm 7 km để bảo đảm an toàn cho trạm.^[12]

Lắp ghép

Zarya (Bình minh), mô-đun đầu tiên của ISS, được phóng lên bởi một tên lửa Proton vào tháng 11 năm 1998. Sau đó hai tuần, sứ mệnh STS-88 được tiến hành mang theo Unity, một trong ba mô-đun nút, và kết nối nó với Zarya. Hai mô-đun hạt nhân tối thiểu này vận hành tự động trong một năm rưỡi, cho đến tháng 6 năm 2000, khi mô-đun Zvezda (Ngôi sao) của Nga được kết nối thêm vào, cho phép một phi hành đoàn tối thiểu ba người lưu lại lâu dài trên ISS. Từ năm 2000 đến năm 2006, mô-đun điều áp chính duy nhất được thêm vào trạm là Mô-đun phòng thí nghiệm Destiny, do STS-98 mang lên vào năm 2001.

Khi việc lắp ráp hoàn thành, ISS sẽ có thể tích được điều áp khoảng chừng 1.000 m³, với trọng lượng khoảng 400.000 kg (400 tấn), có thể tạo ra xấp xỉ 100 kilowatt năng lượng, chiều dài toàn bộ giàn đỡ là 108,4 m, chiều dài tất cả mô-đun là 74 m, và chứa được 6 phi hành gia. Việc xây dựng trạm đầy đủ sẽ cần đến hơn 40 chuyến bay lắp ráp. Trong số những chuyến bay này, hiện có 33 chuyến dự định dùng tàu con thoi để vận chuyển thiết bị, với 28 chuyến bay đã thực hiện và 5 chuyến trong khoảng từ nay tới 2010. Các chuyến bay lắp ráp khác gồm có những mô-đun được phóng lên bởi tên lửa Proton của Nga hoặc bằng tên lửa Soyuz (Liên hiệp) như trường hợp của bộ phận Nút thông khí Pirs.

Ngoài những chuyến bay lắp ráp và hậu cần, khoảng 30 chuyến bay sẽ được thực hiện bằng Tàu vận tải Tiến bộ để cung cấp đầy đủ nhu yếu phẩm cho đến năm 2010. Thiết bị thí nghiệm, nhiên liệu và những thứ tiêu dùng khác sẽ được gửi đến trên mọi phương tiện ghé thăm trạm ISS gồm: tàu con thoi, tàu Tiến bộ, ATV của châu Âu (đã có chuyến bay đầu tiên vào tháng 3 năm 2008), và HTV của Nhật Bản (dự kiến vào cuối năm 2009). Trạm ISS khi được hoàn thành sẽ gồm các mô-đun điều áp gắn kết với nhau nối với một Giàn cấu trúc hợp nhất, trên đó gắn bốn cặp mô-đun tế bào quang điện PV - photovoltaic lớn (các tấm pin mặt trời). Mô-đun điều áp và giàn đỡ sẽ được đặt vuông góc với nhau: giàn đỡ mở rộng từ mạn phải đến mạn trái và khu vực có người ở trải dài tiếp tục ở phần trục hai đầu của trạm. Dù trong thời gian xây dựng góc nghiêng của trạm có thể thay đổi, nhưng khi tất cả bốn cặp mô-đun tế bào quang điện được đặt đúng vị trí ở hai đầu của trạm, nó sẽ nằm đúng theo hướng di chuyển.^[13]

Tổng cộng có 10 mô-đun điều áp (Zarya, Zvezda, mô-đun phòng thí nghiệm Destiny, mô-đun Unity (Node 1), mô-đun Harmony (Node 2), Node 3, mô-đun phòng thí nghiệm Columbus, mô-đun thí nghiệm Nhật Bản Kibo, PMM và RM), đã được lên danh sách để thực hiện lắp ráp. Đây là những thành phần của ISS theo dự kiến sẽ hoàn thành vào năm 2010.^[14] Một số những bộ phận điều áp nhỏ sẽ được thêm vào như tàu vũ trụ Soyuz (2 tàu như tàu cứu hộ - thay đổi luân phiên trong 6 tháng), tàu vận tải Progress (2 hoặc hơn), mô-đun thông khí Quest và Pirs, cũng như Mô-đun hậu cần đa mục đích định kỳ, Tàu vận tải không người lái ATV và Tàu vận tải H-II).