NASA hé lộ số phi hành gia lý tưởng cho căn cứ Mặt Trăng
Một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí PLOS ONE tính toán số phi hành gia lý tưởng cho căn cứ Mặt Trăng NASA, đồng thời chỉ ra lịch tiếp tế và những rủi ro môi trường có thể quyết định thành bại của nhiệm vụ.
NASA lên kế hoạch xây dựng căn cứ thường trực gần cực nam Mặt Trăng trong khuôn khổ chương trình Artemis. Ảnh: NASA
Căn cứ Mặt Trăng NASA sẽ chỉ vận hành trơn tru khi con người tính đúng số phi hành gia cần thiết cho từng đợt nhiệm vụ, theo kết luận của nhóm nghiên cứu tại Đại học George Mason. Nhóm tác giả, đứng đầu là nhà khoa học xã hội tính toán Anamaria Berea cùng tác giả chính Raymond Vera, công bố công trình trên tạp chí PLOS ONE hồi tháng 5. Mục tiêu của nghiên cứu nằm ở việc xác định những điều kiện cụ thể giúp nhiệm vụ thành công, song song với việc tìm ra các dấu hiệu cảnh báo có thể cản trở toàn bộ kế hoạch, bà Berea chia sẻ với Space.com qua email.
Nhóm nghiên cứu sử dụng mô hình dựa trên tác nhân, công cụ mô phỏng máy tính quen thuộc trong nhiều lĩnh vực từ nghiên cứu đàn chim di cư đến dự báo dịch bệnh lây lan. Phần lớn hệ thống trí tuệ nhân tạo hiện nay học và ngoại suy từ tập dữ liệu có sẵn, còn mô hình dựa trên tác nhân lại đi theo hướng ngược lại, giúp con người hiểu những hiện tượng nảy sinh không xuất phát từ một nguyên nhân duy nhất, bà Berea giải thích.
Kịch bản tốt nhất và kịch bản tệ nhất cho căn cứ Mặt Trăng
Nhóm nghiên cứu xây dựng nhiều kịch bản khác nhau về số phi hành gia đồn trú và tần suất các chuyến tiếp tế. Trong kịch bản ban đầu, nhiệm vụ kéo dài ba tháng và chỉ có một chuyến tiếp tế duy nhất vào tháng thứ hai, mang theo lương thực, nước, dưỡng khí cùng một nhóm phi hành gia mới thay ca.
Bằng phương pháp mô phỏng xác suất Monte Carlo, các phi hành gia trong mô hình của kịch bản này chỉ đạt năng suất khoảng 20% so với khối lượng công việc kỳ vọng, con số mà nhóm tác giả nhận định là chấp nhận được đối với một quy trình sản xuất công nghiệp thông thường, dù tỷ lệ đó còn chưa tính đến những tình huống bất ngờ có thể xảy ra trong suốt hành trình. "Tỷ lệ hoàn thành nhiệm vụ thấp cho thấy các đội thường gặp khó khăn khi vượt qua những yếu tố gây căng thẳng tâm lý cùng các gián đoạn từ môi trường", nhóm tác giả viết trong công trình.
Sau khi chạy hàng loạt kịch bản về thời lượng nhiệm vụ, số lượng phi hành gia và các tình huống bất ngờ có thể phát sinh trên bề mặt Mặt Trăng hay trong khu nhà ở, mô hình chỉ ra rằng nhiệm vụ có xác suất thành công cao nhất cần sáu phi hành gia làm việc cùng lúc, nhận tiếp tế từ Trái Đất đều đặn hai tuần một lần, trong điều kiện môi trường không xảy ra biến động cực đoan như bức xạ tăng vọt hay va chạm thiên thạch nhỏ. Ngược lại, kịch bản tệ nhất chỉ gồm bốn phi hành gia có mặt trên Mặt Trăng cùng lúc, thời gian chờ tiếp tế kéo dài tới một tháng giữa Trái Đất và Mặt Trăng, cùng xác suất xảy ra điều kiện môi trường bất lợi ở mức trung bình đến cao, bà Berea cho biết.
Hình ảnh minh họa phi hành gia làm việc trên bề mặt Mặt Trăng. Ảnh: NASA
Bài học từ Trạm Vũ trụ Quốc tế và môi trường biệt lập
Trạm Vũ trụ Quốc tế mang đến dữ liệu thực tế quý giá cho bài toán nhân sự trên Mặt Trăng. NASA theo dõi năng suất làm việc trên trạm bằng chỉ số mang tên mức độ sử dụng, phản ánh số giờ phi hành đoàn dành cho nghiên cứu khoa học cùng số lượng thí nghiệm thực hiện trong mỗi kỳ luân phiên. Tính đến năm 2014, chương trình trạm đặt mục tiêu lý tưởng ở mức 35 giờ mỗi phi hành gia mỗi tuần khi có ba người làm việc ở phần trạm thuộc Mỹ, và tăng lên 68,5 giờ khi có từ bốn người trở lên.
Văn phòng Tổng thanh tra NASA, đơn vị theo dõi sát các số liệu năng suất này, cho biết trong báo cáo công bố tháng 9/2024 rằng NASA nhìn chung đạt hoặc vượt mục tiêu đề ra, với đỉnh điểm trung bình 120 giờ mỗi tuần dành cho nghiên cứu trong giai đoạn từ tháng 10/2019 đến tháng 4/2020. "Từ tháng 3/2022 đến tháng 3/2023, dữ liệu mới công bố gần nhất cho thấy mức độ sử dụng đạt gần 90 giờ mỗi tuần", cơ quan này nêu rõ, đồng thời ghi nhận số lượng thí nghiệm khoa học trên quỹ đạo cũng tăng lên song song trong giai đoạn 2000 đến 2023, bất chấp những gián đoạn từng xảy ra như sự cố rò rỉ amoniac buộc phi hành gia đi bộ ngoài không gian khắc phục, hay những lần trú ẩn ngắn khi mảnh vỡ vũ trụ bay ngang qua trạm.
Không phải toàn bộ thời gian của phi hành đoàn đều dành cho nghiên cứu dù mọi việc suôn sẻ, bởi trạm vẫn cần công tác bảo trì thường xuyên như vệ sinh, còn phi hành gia cũng cần thời gian ngủ nghỉ, ăn uống và thư giãn mỗi ngày, trong khi mức độ sử dụng lại có xu hướng tăng khi phi hành đoàn đông hơn vì có thêm nhiều người san sẻ gánh nặng bảo trì. Tuy nhiên, Văn phòng Tổng thanh tra cảnh báo tình trạng thiếu phương án dự phòng đối với các vật tư tiếp tế quan trọng đang đe dọa mức độ sử dụng của trạm, khi hiện tại chỉ có tàu Crew Dragon của SpaceX và tàu Soyuz của Roscosmos đảm nhận việc đưa phi hành gia lên trạm. "Việc thiếu phương án dự phòng cùng năng lực hạn chế của cả phương tiện chở hàng lẫn chở phi hành đoàn làm gia tăng rủi ro đối với khả năng của NASA trong việc đưa vật tư, thí nghiệm khoa học và phi hành đoàn thiết yếu lên xuống trạm nhằm duy trì hoạt động an toàn", cơ quan này viết trong báo cáo.
Môi trường Mặt Trăng thuộc nhóm mà giới khoa học gọi là môi trường biệt lập và khép kín, khái niệm quen thuộc với bất kỳ ai từng trải qua chuyến xe đường dài cùng nhiều người, hay từng sống trong không gian bó hẹp với người thân trong thời gian giãn cách vì đại dịch. Không gian chỉ là một ví dụ của môi trường dạng này, bên cạnh các trạm nghiên cứu biệt lập như ở Nam Cực hay tàu ngầm, theo một nghiên cứu năm 2021 đăng trên tạp chí Neuroscience & Biobehavioral Reviews. Nói đơn giản, đây là nơi con người buộc phải làm việc theo tiêu chuẩn cao trong điều kiện biệt lập và thường xuyên nguy hiểm, chỉ nhận hỗ trợ từ xa nếu có thể từ trung tâm điều khiển mặt đất, còn căn cứ Mặt Trăng lại phức tạp hơn nhiều dạng môi trường khác vì có cả phi hành gia thường trú lẫn xe tự hành, robot và những đoàn khách ghé thăm định kỳ.
"Ý tưởng cho cách tiếp cận mô hình hóa của chúng tôi xuất phát từ nỗ lực hiểu rõ hơn các yếu tố con người trong những nhiệm vụ có phi hành đoàn, đặc biệt là các nhiệm vụ không gian sâu, lĩnh vực mà dữ liệu lịch sử còn rất hạn chế", bà Berea nói. Lý do nằm ở chỗ chỉ 24 người từng bay ra ngoài quỹ đạo thấp Trái Đất qua các sứ mệnh Apollo cuối thập niên 1960 và đầu thập niên 1970, cùng bốn phi hành gia của chuyến bay Artemis 2 vòng quanh Mặt Trăng hồi tháng 4 vừa qua
Yếu tố con người quan trọng hơn huấn luyện
Khi được hỏi liệu huấn luyện có giúp giảm nhẹ những tác động bất lợi hay không, bà Berea không hoàn toàn đồng tình rằng nhiều năm huấn luyện chuyên sâu mà NASA cùng các cơ quan vũ trụ khác áp dụng sẽ hiệu quả hơn những khóa huấn luyện ngắn hạn dùng cho các mô hình thử nghiệm căn cứ Mặt Trăng trên Trái Đất. "Con người có thể trải qua huấn luyện rất, rất kỹ lưỡng, nhưng với những nhiệm vụ kéo dài hoặc không gian sâu, yếu tố con người luôn luôn tồn tại", bà nói. "Chúng tôi xem xét sự kết hợp giữa kỹ năng và tính cách trong một đội phi hành gia, và có một ranh giới mong manh giữa đội quá nhỏ với đội quá lớn, cùng những cộng hưởng và hành vi nảy sinh từ việc con người tương tác với nhau và với môi trường xung quanh."
Bà nhấn mạnh thêm rằng giá trị của cả đội lớn hơn tổng số từng thành viên cộng lại, và cách tốt nhất để khắc phục những vấn đề trên không nằm ở việc huấn luyện nhiều hơn, mà ở việc điều chỉnh tinh tế các yếu tố khác của nhiệm vụ, gồm thời lượng nhiệm vụ, tần suất tiếp tế và các phương án dự phòng cho sự cố cùng điều kiện khắc nghiệt bất ngờ.
Trong khi đó, NASA vẫn cho phi hành đoàn trạm ISS trải qua nhiều năm huấn luyện trong môi trường biệt lập trước khi họ bước chân qua cửa trạm. Chỉ huy Artemis 2 Reid Wiseman từng chia sẻ với tạp chí The New Yorker rằng chương trình huấn luyện tâm lý xã hội chuyên sâu chính là nguyên nhân tạo nên sự gắn kết rõ rệt giữa bốn thành viên phi hành đoàn, dù họ phải sống trong không gian chật hẹp và từng gặp sự cố đường ống thông hơi gây trục trặc nhà vệ sinh. Sự can thiệp tâm lý trong quá trình huấn luyện đó không phải ngẫu nhiên. Cơ quan Vũ trụ Canada, khi trích dẫn quy trình của NASA, viết rằng công tác chuẩn bị bắt đầu từ việc tuyển chọn những người có sức khỏe tâm thần tốt, sau đó cung cấp huấn luyện giúp họ ứng phó với các tình huống và vấn đề có thể xảy ra, còn phi hành gia lặp lại quá trình huấn luyện này đủ nhiều lần để dự đoán trước phản ứng của chính mình cũng như của đồng đội, đồng thời nhận hỗ trợ liên tục từ đội ngũ mặt đất cùng nhiều công cụ giúp xử lý những tình huống khó khăn.
Bà Berea lưu ý yếu tố tâm lý chỉ là một phần chứ không phải trọng tâm trong mô hình mô phỏng của nhóm, trong đó có xét đến điểm số và dữ liệu từ chỉ số khối lượng công việc NASA TLX, công cụ đo lường khả năng ứng phó và mức độ căng thẳng của phi hành gia, cùng nhiều nghiên cứu tình huống từ những môi trường tương tự như trạm nghiên cứu Nam Cực, tàu ngầm hay giàn khoan dầu. "Chúng ta cần chú ý đến từng phi hành gia lẫn tập thể chung, bởi mỗi đội và mỗi nhiệm vụ không gian đều mang tính riêng biệt, và chúng ta sẽ không thể mô hình hóa điều này chỉ bằng thống kê hay trí tuệ nhân tạo", bà nói. "Nhưng điều chúng tôi có thể làm là đảm bảo trước khi đưa bất kỳ ai lên sống và làm việc trên Mặt Trăng, chúng ta hiểu rõ mức độ phức tạp trong các tương tác và tình huống mà họ sẽ đối mặt trong suốt nhiệm vụ, và chúng tôi có thể góp phần vào việc đó.''
