Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) được tiếp tế bằng những tàu chở hàng không người lái phóng lên vài lần mỗi năm, mang theo thực phẩm, nước, khí, nhiên liệu, quần áo, dụng cụ, linh kiện và thí nghiệm khoa học. Mỗi tàu cập hoặc được cánh tay robot bắt vào trạm, phi hành gia dỡ hàng, rồi chất rác vào chính con tàu đó. Phần lớn tàu hàng sau đó tự đốt cháy khi rơi vào khí quyển, chỉ một số ít đưa được hàng về Trái Đất. Nguyên tắc cốt lõi của chuỗi tiếp tế này là luôn có nhiều nhà cung cấp và luôn có dự trữ cho nhiều tháng.
Vì sao tiếp tế trạm vũ trụ là bài toán khó
ISS bay ở độ cao khoảng 400 km, vòng quanh Trái Đất khoảng 90 phút một vòng, có người sinh sống liên tục từ năm 2000 tới nay, những năm gần đây thường là sáu đến bảy người. Không có thứ gì trên trạm tự mọc ra. Mỗi kilôgam đưa lên quỹ đạo đều tốn rất nhiều chi phí, và mỗi lần phóng đều có rủi ro thất bại.
Vì vậy hậu cần trạm vũ trụ giải ba bài toán cùng lúc: đưa lên càng hiệu quả càng tốt, tái chế trên trạm càng nhiều càng tốt, và giữ đủ dự trữ để sống sót khi một chuyến hàng không tới.
Các tàu chở hàng qua các thời kỳ
| Tàu | Bên vận hành | Thời gian | Đặc điểm |
|---|---|---|---|
| Progress | Nga | Từ 1978 (trạm Salyut 6), sau đó Mir và ISS | Tự động cập trạm, chở nhiên liệu, nước, khí; có thể đẩy trạm lên quỹ đạo cao hơn; cháy khi về |
| Tàu con thoi Mỹ kèm module hàng | NASA | Tới năm 2011 | Chở khối lượng lớn, mang được hàng về |
| ATV | Cơ quan Vũ trụ châu Âu | 2008–2014, năm chuyến | Tàu hàng lớn, tự động cập trạm, đẩy quỹ đạo |
| HTV (Kounotori) | Cơ quan Hàng không Vũ trụ Nhật Bản | 2009–2020, chín chuyến | Được cánh tay robot bắt và gắn vào trạm; chở được hàng cồng kềnh, pin |
| Dragon | SpaceX (hợp đồng NASA) | Từ 2012 | Tàu hàng thương mại đầu tiên cập ISS; mang được nhiều hàng về Trái Đất |
| Cygnus | Orbital, sau là Northrop Grumman (hợp đồng NASA) | Từ 2013 | Được cánh tay robot bắt; cháy khi về, mang rác đi |
Nhật Bản và châu Âu đã phát triển hoặc đang phát triển các tàu thế hệ sau. Thông tin cập nhật nhất nên xem trên trang chính thức của các cơ quan vũ trụ, vì lịch phóng thay đổi thường xuyên.
Tàu chở gì lên trạm
Hàng lên trạm thường chia thành mấy nhóm:
- Thực phẩm: phần lớn là đồ ăn đóng gói, khử nước hoặc tiệt trùng nhiệt, chịu được nhiều tháng. Mỗi chuyến tàu thường mang theo một ít trái cây, rau tươi, và đây luôn là món được chờ đợi trên trạm.
- Nước và khí: một phần nước, oxy, nitơ để bù hao hụt và dự trữ.
- Nhiên liệu: tàu Progress chở nhiên liệu nạp vào trạm, và động cơ tàu có thể dùng để nâng quỹ đạo trạm vì trạm bị khí quyển mỏng kéo chậm dần.
- Đồ dùng cá nhân: quần áo, đồ vệ sinh. Trên trạm không giặt quần áo, đồ cũ bỏ đi theo rác.
- Linh kiện và dụng cụ: bộ phận thay thế cho hệ thống sống, máy tính, pin.
- Thí nghiệm khoa học: mẫu sinh học, vật liệu, thiết bị đo. Một số thí nghiệm phải đưa lên vào phút chót và cần mang mẫu về Trái Đất.
Hàng được đóng trong túi vải tiêu chuẩn kích thước, có mã vạch. Trên trạm có hệ thống quản lý kho để biết túi nào đặt ở module nào. Với không gian chật và không trọng lực, "để đâu" là câu hỏi khó không kém "mang gì".
Tái chế: thứ không phải chở lên
Cách tiếp tế tốt nhất là không cần tiếp tế. ISS có hệ thống thu hồi nước, lọc nước từ hơi ẩm trong không khí, mồ hôi và cả nước tiểu thành nước uống. Năm 2023, NASA công bố hệ thống này đạt mức thu hồi khoảng 98% lượng nước đưa vào hệ thống, nhờ thêm thiết bị xử lý phần nước muối đậm đặc còn lại.
Oxy trên trạm được tạo chủ yếu bằng cách điện phân nước. Khí CO₂ do người thở ra được lọc khỏi không khí, và một phần được dùng để tạo lại nước. Mỗi phần trăm tái chế thêm là bớt đi bấy nhiêu khối lượng phải phóng lên.
Đây là bài học hậu cần quan trọng: trước khi hỏi "chở thêm bao nhiêu", hãy hỏi "giảm hao hụt thế nào".
Rác đi đâu
Trạm không có chỗ đổ rác. Rác, đồ hỏng, quần áo cũ, bao bì được gom và chất vào tàu hàng đã dỡ xong. Khi tàu rời trạm, nó được điều khiển rơi vào khí quyển ở vùng biển hẻo lánh phía nam Thái Bình Dương, phần lớn cháy rụi trên đường rơi. Với tàu Dragon có thể quay về, khoang hàng được dùng để mang về Trái Đất những mẫu thí nghiệm, thiết bị cần sửa, còn rác thì chủ yếu đi theo các tàu tự cháy.
Trong một chuỗi hậu cần, "chiều về" thường bị coi nhẹ. Trên trạm vũ trụ, chiều về là điều kiện để chuyến hàng sau có chỗ để xếp.
Khi chuyến hàng không tới
Chỉ trong khoảng tám tháng từ cuối năm 2014 tới giữa năm 2015, ba chuyến tiếp tế ISS liên tiếp gặp sự cố: tên lửa Antares chở tàu Cygnus nổ ngay sau khi phóng vào tháng Mười năm 2014; tàu Progress M-27M mất kiểm soát sau khi lên quỹ đạo vào tháng Tư năm 2015; và tên lửa Falcon 9 chở tàu Dragon vỡ trong lúc bay lên vào tháng Sáu năm 2015. Ba chuyến hàng mất trắng.
Dù vậy, trạm vẫn hoạt động bình thường, không ai phải về sớm. Lý do là:
- Nhiều nhà cung cấp: khi một loại tàu dừng bay để điều tra, các loại khác vẫn bay.
- Dự trữ có ngưỡng: các cơ quan vũ trụ giữ mức tồn kho tối thiểu của thực phẩm, nước, khí, linh kiện quan trọng đủ cho nhiều tháng.
- Ưu tiên lại hàng: chuyến kế tiếp được sắp xếp lại để chở thứ thiếu nhất trước.
Đây là ví dụ rõ nhất trong lịch sử gần đây về giá trị của sự dư thừa có tính toán trong hậu cần.
Bài học cho chuyến đi nào cũng dùng được
- Đừng phụ thuộc một nguồn: trong gia đình hay công việc, những thứ quan trọng nên có ít nhất hai đường cung ứng.
- Đặt ngưỡng dự trữ: biết rõ "dưới mức này thì báo động", không chờ hết sạch mới lo.
- Giảm hao trước khi tăng chở: tái sử dụng, sửa chữa thường rẻ hơn mua thêm.
- Có chỗ cho rác: dọn dẹp và loại bỏ là một phần của kế hoạch.
- Đánh dấu kho: biết đồ nằm ở đâu quan trọng không kém có đồ.
Muốn tìm hiểu thêm, trang của NASA, ESA, JAXA và Roscosmos đều có tài liệu dễ đọc về các chuyến tiếp tế, kèm video phi hành gia dỡ hàng. Ở Việt Nam, các câu lạc bộ thiên văn nghiệp dư và những buổi ngắm trạm ISS bay qua bầu trời là cách dễ bắt đầu: trạm sáng rõ bằng mắt thường, và lịch bay qua từng thành phố có trên trang của NASA.
Câu hỏi thường gặp
Trạm vũ trụ quốc tế được tiếp tế bằng gì?
Bằng các tàu chở hàng không người lái như Progress của Nga, Dragon của SpaceX và Cygnus của Northrop Grumman; trước đây còn có ATV của châu Âu, HTV của Nhật Bản và tàu con thoi Mỹ. Các tàu này chở thực phẩm, nước, khí, nhiên liệu, linh kiện và thí nghiệm.
Rác trên trạm vũ trụ đi đâu?
Rác được chất vào tàu hàng đã dỡ xong. Khi rời trạm, tàu được điều khiển rơi vào khí quyển trên vùng biển hẻo lánh và phần lớn cháy rụi.
Phi hành gia uống nước gì trên trạm vũ trụ?
Phần lớn nước được tái chế từ hơi ẩm trong không khí, mồ hôi và nước tiểu qua hệ thống lọc của trạm. NASA công bố năm 2023 hệ thống đạt mức thu hồi khoảng 98% nước, phần còn lại được bổ sung từ tàu hàng.
Tàu nào mang được hàng từ trạm về Trái Đất?
Hiện nay tàu Dragon của SpaceX là tàu hàng có thể mang khối lượng hàng đáng kể về Trái Đất. Trước năm 2011, tàu con thoi Mỹ cũng làm được việc này.
Nếu tàu tiếp tế bị hỏng thì trạm có sao không?
Trạm luôn giữ dự trữ cho nhiều tháng và có nhiều loại tàu khác nhau. Năm 2014–2015, ba chuyến hàng liên tiếp thất bại nhưng trạm vẫn hoạt động bình thường nhờ dự trữ và các tàu còn lại.
