Công nghệ giúp các phi hành gia giải trí trong vũ trụ

• Ngày khủng khiếp trong lịch sử hàng không vũ trụ Liên Xô
• Cả hai bồn cầu trên Trạm Vũ trụ Quốc tế đều... bị hỏng

Nhưng các sứ mạng đến sao Hỏa sẽ đòi hỏi một cách tiếp cận hoàn toàn mới mẻ rằng phải thiết kế nên các tàu vũ trụ như thế nào? Năm 1976, một sứ mạng trên boong trạm vũ trụ Salyut-5 của Nga đã phải cắt ngắn thời gian khi các phi hành gia báo cáo ngửi thấy mùi lạ. 

Nhưng cuộc điều tra ngay tức khắc sau đó lại chẳng thấy có gì lạ, cuối cùng Nasa đã kết luận rằng "mùi lạ" có thể là do chứng ảo giác gây ra liên quan đến các vấn đề tâm thần của phi hành gia. 

Dưới áp lực vũ trụ, các phi hành gia bỗng sinh ra những hành động lạ lùng: nhịp tim của ông Buzz Aldrin tăng lên 88 bpm (nhịp tim đập / 1 phút) trong lần bay lên mặt trăng đầu tiên cách đây 50 năm - nhưng cảm giác khổ tâm lý là một xem xét quan trọng khi lập kế hoạch bay lên Mặt trăng.

Năm 1973, theo lệnh của NASA, các phi hành gia làm việc quá sức trên sứ mạng Skylab đã tắt máy vô tuyến để thực sự có được một ngày nghỉ ngơi. 

"Có một số sứ mạng buộc phải chấm dứt sớm do những khó khăn mà các phi hành gia phải trải qua", dẫn lời ông Jay Buckey, một phi hành gia từng bay trên tàu con thoi, ông cũng là giáo sư tại Trường y khoa Dartmouth (Hanover, New Hampshire, Mỹ), người đang tiến hành nghiên cứu về sinh lý vũ trụ. Khi chúng ta bắt đầu các sứ mạng dài ngày hơn tới sao Hỏa và xa hơn, thì vấn đề sức khỏe tâm thần phải được xem là quan trọng nhất.

Trái cây tươi và chiếu sáng Led

Một trong những vấn đề lớn nhất của sứ mạng không gian là sự cô lập và giam cầm, tinh thần khó khăn sẽ sinh ra chứng trầm cảm. Tiếng ồn, nhàm chán, thiếu không khí tươi sạch và thức ăn buồn tẻ trong khi hay bị gián đoạn giấc ngủ có thể khiến phi hành gia bị suy nhược. Để giải quyết vấn đề này, NASA đã theo dõi giấc ngủ bằng cách sử dụng chữ viết tay - các cảm biến dõi theo sự chuyển động - và thiết lập hệ thống chiếu sáng LED nhằm giúp điều chỉnh lại nhịp điệu sinh học. 

Dự án Spatial Flux "kiến trúc tạm thời", là những cấu trúc silicon được bơm hơi biến thành đồ nội thất hay những căn phòng vừa khớp với cơ thể và được thiết kế để sử dụng trong vũ trụ. Ảnh nguồn: Disup.

NASA cũng khuyến khích các phi hành gia viết nhật ký như một cách để trút giận thay vì phải tranh luận với các đồng nghiệp. 

Cùng với những kỹ thuật nhằm thúc đẩy sức khỏe tâm thần, các cơ quan hàng không vũ trụ cũng chú trọng vào việc cải thiện thức ăn (bao gồm mang trái cây tươi khi ISS được phục hồi) nhằm cho phép các phi hành gia mang theo vài danh mục cá nhân, và cung cấp nhiều cuộc gọi video từ bạn bè và gia đình để giúp cho các phi hành gia có cảm giác được kết nối và vui vẻ trong vũ trụ.

Nhưng không phải mọi thứ đều có sẵn trên sứ mạng dài 3 năm tới sao Hỏa, vì thế cần phải hoàn thiện nhiều hơn thiết kế nội thất cho tàu vũ trụ cũng như phải hình dung ra làm cách nào để trị chứng trầm cảm tại nơi cách Trái đất tới hàng triệu dặm. 

Năm 1998 thời điểm mà Giáo sư Jay Buckey thực hiện sứ mạng dài 16 ngày trên tàu con thoi, khi đó ông thường tương tác thư điện tử và hội nghị video với gia đình cũng như thiết bị giám sát sức khỏe tâm thần, nhưng sẽ không là gì nếu so với các sứ mạng sao Hỏa trong tương lai vì nó có thể kéo dài tới nhiều năm.

Trên ISS, một trong những thiết kế chủ chốt nhằm giúp cho các phi hành gia hạnh phúc là việc bổ sung Cupola (một dạng cửa sổ lớn hình tròn nhằm giúp các phi hành gia ngắm cảnh vào những giờ rỗi rãi, hoặc chụp ảnh hay chỉ đơn giản là ngắm các hành tinh mà họ bỏ lại phía sau). 

Ông Emmanuel Urquieta, phó giáo sư tại Trung tâm y tế không gian, và là nhà khoa học tại Viện nghiên cứu tịnh tiến cho sức khỏe không gian (TRISH), giải thích: "Nó (Cupola) đáp ứng nhu cầu của chúng ta vì nhân loại vẫn cảm thấy quan tâm khi họ vẫn còn thuộc về trái đất bên dưới. 

Trái đất là một trong những địa điểm phổ biến trên ISS". Tại hội thảo được tổ chức ở MIT Media Lab vào đầu năm 2019 này, PGS Emmanuel Urquieta khẳng định: "Có rất nhiều khía cạnh cần được xem xét, một trong số đó là thiết kế nội thất. Chúng tôi thật sự tin rằng thiết kế nội thất tàu vũ trụ cần phải được thay đổi, chủ yếu hài hòa với các lý do về hành vi và sinh lý của con người".

Nơi nghỉ ngơi tốt nhất

Vật liệu là một lĩnh vực đang được xem xét. PGS Emmanuel Urquieta giải thích: "Một trong những mối bận tâm nhất của tàu vũ trụ là giữ cho nội thất được vô trùng nhất có thể, nghĩa là không có vi khuẩn, không có nấm mốc, không có virus. Từ góc độ của thiết kế nội thất thì vật liệu này sẽ có màu trắng trơn, không có họa tiết, nói chung là rất nhạt nhẽo". 

Các vật liệu đang được tạo ra sẽ đẹp hơn, xinh xắn hơn và mang lại vẻ dễ chịu cho không gian. Cũng như việc tạo ra những loại vải vô trùng có những con bọ khó chịu nhằm thúc đẩy một dạng quần xã sinh vật lành mạnh hơn, vì vậy vi khuẩn có lợi sẽ được mang theo cho chuyến đi ngoài vũ trụ. 

Tận dụng tốt các không gian nhỏ cũng là một điểm lợi. Không gian sống trên sứ mạng sao Hỏa thường có kích thước bằng 2 chiếc container tàu thủy đủ chỗ cho 4 người ở trong suốt 3 năm.

Rất may là đã có những bài học từ tàu con thoi và trạm vũ trụ rằng làm thế nào có thể thiết kế nên những nơi giúp cho con người một đêm ngon giấc. Vẫn còn chưa rõ thiết kế nào là tốt nhất, dẫn lời bà Allison Anderson, Phó giáo sư tại Đại học Colorado. 

Bộ tai nghe thực tại ảo (VR) giúp các phi hành gia vũ trụ nhìn thấy các hình ảnh thiên nhiên và cảm nhận mùi hương để giảm trầm cảm trong các chuyến bay dài ngày. Ảnh nguồn: CollectSPACE.

Bà Anderson nhấn mạnh: "Thách thức lớn nhất là không gian cá nhân cho các sứ mạng dài ngày. Vấn đề cách âm của không gian cá nhân là cực kỳ quan trọng. Các phi hành gia cần không gian riêng tư để trò chuyện với người khác trên Trái đất, cũng như nó cũng dùng làm nơi để thư giãn". 

Bà Maggie Coblentz, một chuyên gia nghiên cứu làm việc cho Sáng kiến thám hiểm không gian (SEI) của MIT Media Lab còn ám chỉ đến khái niệm gọi là "bầu không khí trung gian" (một ý tưởng về nơi làm việc có khả năng tự điều chỉnh theo ý đồ của người sử dụng tại bất kỳ lúc nào, cho dù đó là thư viện yên tĩnh hay khu rừng thực tại ảo để giải tỏa tâm trí của họ.

Bà Maggie Coblentz nhấn mạnh: "Chúng tôi muốn hướng tới dự án môi trường vũ trụ và được thiết kế thành không gian làm việc, chỗ ngủ hay môi trường giải trí mà ai đó có nhu cầu muốn đi vào trong bất kỳ khi nào mà họ cần". 

Bà Coblentz còn đề cập đến một dự án khác gọi là Spatial Flux nhằm sáng tạo ra "kiến trúc tạm thời", hiểu nôm na thì đó là những cấu trúc silicon được bơm hơi biến thành đồ nội thất hay những căn phòng vừa khớp với cơ thể và được thiết kế để sử dụng trong vũ trụ. Bà Coblentz dẫn giải: "Trong tình trạng không trọng lực, quý vị không thể nằm ngửa, đắp mền (chăn) trên giường được. Nhưng kiến trúc của Spatial Flux thực sự vừa khít với cơ thể quý vị tạo ra cảm giác ấm áp, vỗ về". Thiết kế giao diện là một sự cân nhắc khác. 

PGS Emmanuel Urquieta phát biểu: "Các giao diện khác nhau mà họ phải đối phó trong các sứ mạng vũ trụ là rất quan trọng, nhưng thường bỏ qua về mặt công thái học (thiết kế các dụng cụ và thiết bị vừa vặn với cơ thể con người), đặc biệt là khi các phi hành gia sử dụng chúng trong tình trạng không trọng lượng. Những tương tác này được phát triển rất khác biệt so với việc phát triển các ứng dụng theo kiểu truyền thống".

Xem thực tại ảo và ùn tắc vũ trụ

Đối với các sứ mạng sao Hỏa, một thách thức nghiêm trọng là thiếu cửa sổ. Bởi vì có bức xạ trong vũ trụ, nên sứ mạng đến sao Hỏa sẽ không cần cửa sổ nghĩa là không cần đến cửa sổ tròn (Cupola của ISS) cho các phi hành gia thư giãn và ngắm thế giới. 

PGS Emmanuel Urquieta cho biết: "Hãy tưởng tượng cuộc sống 3 năm không có cửa sổ. Mọi thứ bên trong tàu vũ trụ sẽ không đổi: nhiệt độ, độ ẩm, mùi, không có cả gió và ánh sáng tự nhiên. Dĩ nhiên, môi trường bên trong có thể được thay đổi: mô phỏng ánh sáng, nhiệt độ làm mát vào buổi tối, và mùi hương giúp các phi hành gia nhớ lại mùi gỗ hay bãi biển gần nhà, đặc biệt khi họ đeo bộ tai nghe thực tại ảo".

Thực tại ảo (VR) là một ý tưởng được xem là giúp các phi hành gia thư giãn trong các sứ mạng vũ trụ dài ngày. Một nhà nghiên cứu tại Đại học công Ohio đang áp dụng công nghệ VR có kết hợp với tập thể dục nhằm mang các hình ảnh thiên nhiên trên tàu vũ trụ có tác dụng giảm trầm cảm.

VR cũng có thể dùng để giải trí, nhưng bà Coblentz cần có thêm các nỗ lực để tạo ra các nhạc cụ vũ trụ đặc biệt. Chuyên gia Coblentz giải thích: "Tương tác xã hội trên tàu vũ trụ rất giới hạn, vì thế chúng tôi sẽ xây dựng nhiều tạo tác văn hóa chẳng hạn như nhạc cụ trên vũ trụ. Các nhạc cụ này chỉ được biểu diễn trong tình trạng không trọng lực, nó giúp các phi hành gia có được cảm giác kết nối với hành tinh trái đất và những người thân quen của họ". 

Ông Emmanuel Urquieta, phó giáo sư tại Trung tâm y tế không gian, và là nhà khoa học tại Viện nghiên cứu tịnh tiến cho sức khỏe không gian (TRISH). Ảnh nguồn: Wright State Newsroom.

Nghe có vẻ hơi lạ, nhưng các phi hành gia thường xuyên mang nhạc cụ lên ISS, trong đó phi hành gia Chris Hadfield thường hay hát ở đó. 

PGS Emmanuel Urquieta nhấn mạnh: "Có rất nhiều công nghệ xoay quanh lĩnh vực không xâm lấn, như các camera hay cảm biến được tích hợp vào không gian của tàu vũ trụ mà có thể nói cho các phi hành gia về những vấn đề hành vi".

Các nhà nghiên cứu tại Đại học bách khoa Florida (FPU) đang chế tạo một bộ đồ vũ trụ có dùng các cảm biến không dây để theo dõi không chỉ về mặt thể chất mà còn các trạng thái cảm xúc của nhà du hành vũ trụ, nhằm giảm trầm cảm hoặc âu lo do sự thay đổi nhiệt độ, tiếp xúc ánh sáng và màu sắc, lượng ôxy. Xa hơn, chuyện gì sẽ xảy ra nếu phi hành gia cần sức khỏe tâm thần một phần trong sứ mạng bay dài ngày?

PGS Emmanuel Urquieta phát biểu: "Chúng tôi cũng đang phát triển ra một dạng quyết định y tế dựa trên trí tuệ nhân tạo (AI) giúp đưa ra chẩn đoán và điều trị bệnh ban đầu". Trong khi đó, GS Jay Buckey lại đang làm việc với một hệ thống tương tác để xử lý vấn đề trầm cảm cho các sứ mạng nửa chừng cách Trái đất hàng triệu dặm đường.

Giả sứ mạng

Đang có những cách thức nhằm ước lượng chính xác sứ mạng nào sẽ hoạt động tốt nhất. Các môi trường mô phỏng như HERA và HI-SEAS đang hướng giúp các nhà nghiên cứu vào trong những tòa nhà hình tàu vũ trụ trong nhiều tuần hay thậm chí nhiều tháng, trong khi đó các nhà nghiên cứu ở Nam Cực sẽ gửi báo cáo tiến độ hoạt động của họ. 

PGS Emmanuel Urquieta đã tham gia vào mô phỏng HERA trong suốt 30 ngày, ông ở trong chiếc tàu vũ trụ cho một sứ mảng giả mô phỏng nhằm giúp khám phá các tác động về thể chất và tâm thần. 

Thứ làm cho ông Urquieta cảm thấy hạnh phúc là ông có thể mang theo những đồ dùng cá nhân cũng như tương tác thời gian thực với bạn bè và gia đình dưới Trái đất - mặc dù các cuộc gọi thông qua Skype sẽ không có sẵn cho các sứ mạng nhiều năm bay tới sao Hỏa. Trong suốt 6 tháng sứ mạng tại HI-SEAS, các nhà nghiên cứu có thể chịu đựng với những cảm xúc khó chịu trong con tàu giả mô phỏng.

Nhưng nếu chuyến bay kéo dài tới 8 tháng hay 12 tháng thì việc thiếu cách âm hay không có không gian cá nhân riêng tư sẽ khó mà khiến các phi hành gia có thể chịu đựng được. GS Jay Buckey cho rằng: "Trong vũ trụ, các phi hành gia sẽ chăm chỉ làm việc, vì thế sự thiếu thốn cơ sở vật chất cũng sẽ để lại một chút căng thẳng. Do vậy cần phải có cửa sổ để mở ra". 

PGS Allison Anderson quả quyết: "Nếu quý vị có một nhóm đội ngũ cùng làm việc ăn ý với nhau thì các trục trặc trên tàu sẽ không thể xảy ra. Rất nhiều vấn đề kỹ thuật mà các sứ mạng đưa con người lên Mặt trăng hay sao Hỏa đều có thể giải quyết được. Tôi nghĩ rằng yếu tố con người và làm thế nào để giúp các phi hành gia làm việc hạnh phúc và khỏe mạnh trong các sứ mạng bay dài ngày vẫn còn là một ẩn số lớn".