Đại công trình được Forbes ví là "ISS dưới biển sâu": Có cổng Mặt trời hồ Mặt trăng, nhưng thứ quý nhất lại không nhìn thấy

Công trình được tạp chí lừng danh Forbes ví là "trạm ISS dưới biển sâu" này có tên Proteus, một trung tâm nghiên cứu dưới nước mà con người có thể sống được như trên mặt đất.

Sau một quá trình dài thai nghén, kêu gọi tài trợ, hiện thực hóa ý tưởng… thì đến nay Fabien Cousteau đã chính thức tạo dựng lên được hình hài khả thi của một công trình đầu tiên trên thế giới mô phỏng khả năng con người sống dưới đáy biển. Tạp chí lừng danh Forbes ví von trạm nghiên cứu của Fabien Cousteau là “trạm vũ trụ ISS dưới biển sâu”.

Nhưng thứ quý giá nhất, là giá trị cốt lõi, “linh hồn” của đại công trình Proteus lại không phải những vẻ hào nhoáng bên ngoài, với vẻ đẹp lộng lẫy của các bản vẽ, thiết kế. Mà "linh hồn" của Proteus chính là truyền thống gia đình của Fabien Cousteau. Fabien chính là cháu trai của nhà thám hiểm dưới biển nổi tiếng thế giới người Pháp, Jacques-Yves Cousteau.

Vậy nên, nếu hỏi rằng động lực nào khiến Fabien Cousteau và cộng sự làm nên điều “điên rồ” này, thì câu trả lời rất đơn giản: Chỉ là ông đang “phát dương quang đại” di sản của gia đình mình.

Nhà thám hiểm dưới biển nổi tiếng người Pháp Jacques-Yves Cousteau (phải) và cháu trai Fabien Cousteau.

Để bạn đọc dễ hình dung, trạm ISS quốc tế ngoài mục tiêu nghiên cứu khoa học còn có vai trò chính trị quan trọng trong việc kết thúc Chiến tranh lạnh. Sau khi Xô viết tan rã, Nga không thể đáp ứng đủ nguồn tài chính, tài nguyên, các phương tiện kỹ thuật và nhân công để duy trì chương trình trạm vũ trụ riêng của mình mang tên Hòa Bình hay Mir. Điều này khiến Nga buộc phải bắt tay với Mỹ để thực hiện nhiệm vụ trong chương trình Mir. Sau đó các đối tác vũ trụ toàn cầu (Mỹ, châu Âu,..) chính thức đảm bảo cho Nga tham gia chương trình ISS. Thiết lập quan hệ mới giữa Nga và các nước khác. ISS không chỉ đơn thuần mang sứ mệnh không gian.

Vai trò chính trị và ngoại giao của công trình cũng quan trọng như chính tham vọng khoa học của nó. Valerie Neal, nhà sử học của Bảo tàng Không gian Quốc gia ở Washington đã từng nói "Nó là biểu tượng khẳng định những thứ mà các quốc gia có công nghệ tiên tiến và tham vọng có thể làm".

Trong khi đó, việc xây dựng Proteus chỉ thuần túy là một bước kế thừa truyền thống của gia đình Cousteau trong công cuộc nghiên cứu đại dương vĩ đại. Tiếp nối 3 trạm thế hệ đầu Conshelf 1, 2, 3 là hợp tác giữa ông nội Jacques Couteau với một công ty hóa dầu của Pháp để nghiên cứu khả năng tồn tại của con người khi xuống nước khoan dầu, người cháu Fabien Cousteau tin rằng đã đến lúc phải thành lập một trung tâm nghiên cứu dưới nước hiện đại và đầy đủ hơn để tiến hành nghiên cứu mọi lĩnh vực và ngành học có liên quan đến biển.

Sylvia Earle, nhà nữ hải dương học tiên phong về khả năng tồn tại của con người trong các môi trường nước, tỏ ra lạc quan với tầm nhìn của Fabien: “Proteus là một bước tiến đầy hứa hẹn trong việc truyền tải thông điệp bảo vệ đại dương. Viễn cảnh sống trên các rạn san hô đang dần thành hiện thực, khi đó chúng ta không còn là khách mà đã trở thành công dân của biển cả”.

Dự án được đặt tên theo Proteus, vị thần biển nguyên thủy của Hy Lạp, được biết đến là người gìn giữ và chia sẻ mọi kiến thức về biển cả; ông có thể có biến đổi bản thân thành nhiều hình dạng khác nhau. Ông là vị thần mà dự án lấy cảm hứng vì phần lớn các đại dương vẫn bí ẩn và chưa được con người khám phá.

Thời gian sử dụng

Có thể nói ISS là công trình của quá khứ và hiện tại còn Proteus là dự án của tương lai.

Trạm vũ trụ (không gian) Quốc tế ISS là tổ hợp công trình quốc tế nhằm nghiên cứu không gian được lắp ráp trên quỹ đạo tầm thấp của Trái đất với sự hợp tác của 05 cơ quan không gian: NASA (Mỹ), RKA (Nga), JAXA (Nhật), CSA (Canada) và 10/17 nước châu Âu. Vệ tinh đầu tiên của trạm được phóng vào năm 1998 và được dự đoán là sẽ vận hành đến 2028.

Proteus dù cũng là một công trình quốc tế nhưng nó phi lợi nhuận, được thực hiện và kêu gọi vốn bởi 2 cá nhân kiệt xuất là Fabien Cousteau và Yves Béhar. Nếu họ kêu gọi vốn thành công thì việc lập bản đồ địa điểm dự kiến hoàn thành trong năm 2020 và trạm sẽ đi vào hoạt động vào năm 2023.

Hiện tại trung tâm nghiên cứu san hô Aquarius, có nhiều đặc điểm giống như Proteus, vẫn đang hoạt động ổn định kể từ năm 1986, nên giới khoa học có lý do để tin tưởng rằng Proteus sẽ thực hiện tốt sứ mệnh của mình trong ít nhất 35 năm.

Mục tiêu nghiên cứu

ISS là một Skylab.

Trên ISS đa phần nghiên cứu về không gian như vật lý, hóa học hoặc có liên quan đến không gian như y học, sinh học. Về lý hóa, con người hiểu hoàn toàn chất lỏng trong môi trường vi trọng lực, và các nhà nghiên cứu muốn tìm ra mô hình chính xác của chất lỏng trong tương lai; họ cũng quan tâm đến việc nghiên cứu sự kết hợp của những chất lỏng không có tính pha trộn tốt khi thực hiện ở Trái đất vì chất lỏng trong môi trường vi trọng lực có thể kết hợp gần như hoàn toàn bất chấp tỷ trọng; và bằng việc nghiên cứu những phản ứng được làm chậm bởi trọng lực và nhiệt độ thấp, những nhà khoa học cũng hy vọng tìm kiếm được sự hiểu biết mới sâu sắc hơn liên quan đến những trạng thái của vật chất (đặc biệt trong hiện tượng siêu dẫn).

Về y sinh, giới khoa học muốn nâng cao sự hiểu biết về ảnh hưởng lâu dài của môi trường không trọng lực đến cơ thể người; những vấn đề như teo cơ, loãng xương, những thay đổi về chất lỏng được nghiên cứu để phục vụ cho con người sống trong không gian và du lịch vũ trụ dài ngày; những ảnh hưởng của tình trạng mất trọng lượng trong tiến hóa và tăng trưởng; những cách mới để điều trị các căn bệnh; những phương pháp hiệu quả hơn trong sản xuất vật chất như những tinh thể protein đặc biệt có thể được hình thành trong không gian…

Đồng thời, các nhà khoa học cũng hy vọng nghiên cứu sự cháy trong môi trường trọng lực bé hơn ở Trái đất. Bất kỳ kết quả tìm kiếm nào liên quan đến hiệu quả của sự đốt cháy hay tạo thành những sản phẩm phụ đều có thể cải thiện quá trình sản xuất năng lượng, mà đây là vấn đề được quan tâm hàng đầu trong ngành kinh tế và môi trường. Kế hoạch của các nhà khoa học là sử dụng ISS để nghiên cứu khí dung, ôzôn, hơi nước và ôxi trong bầu khí quyển của Trái đất cũng như tia vũ trụ, bụi vũ trụ, phản vật chất và vật chất tối trong vũ trụ

Proteus là một Sealab.

Trong chiều ngược lại, Proteus chuyên nghiên cứu sâu về đại dương từ hóa học, sinh học cho đến dược phẩm và biến đổi khí hậu… Tuy nhiên mối quan tâm đặc biệt của dự án là khuyến khích nghiên cứu dược phẩm và khám phá thuốc. Hiện tại đã đến lúc con người cần lắng nghe thiên nhiên vì khi Trái đất ấm lên, vi khuẩn, vi rút và nấm đại dương phát triển mạnh, khiến sinh vật biển và con người dễ phơi nhiễm với các bệnh mới.

Khả năng lấy mẫu và tiếp cận với nhiều loại sinh vật biển là rất quan trọng để xác định các hợp chất tiềm năng mới sẽ giải quyết các mối đe dọa này trong tương lai. Các nhà sinh học và hóa học cần được tiếp cận với các công cụ và phương tiện phục vụ nghiên cứu không thể thiếu để mở ra những khám phá mới và đẩy nhanh các giải pháp.

Theo giáo sư Alejandro Mayer khoa dược Đại học Midwestern ở Illinois, FDA đã phê duyệt 12 loại thuốc có nguồn gốc biển từ 1969, bao gồm các hợp chất điều trị ung thư, đau và mụn rộp có nguồn gốc từ nhiều loại cá, bọt biển và động vật biển khác. Hiện có thêm 20 dược phẩm có nguồn gốc biển đang được phát triển lâm sàng.

Nghiên cứu giai đoạn đầu về dược phẩm sinh học thường được giao cho các nhà khoa học tại các trường thu thập và kiểm tra hàng nghìn mẫu từ đại dương, thách thức lớn nhất là các mẫu sinh vật sẽ phản ứng mạnh, hoặc thay đổi chất lượng hoặc có thể chết đi khi được đưa ra khỏi đại dương do áp suất và nhiệt độ thay đổi.

Giáo sư Brian Helmuth ở Northeastern, cộng tác viên khoa học trong dự án cho biết, Proteus sẽ cho phép các nhà nghiên cứu thiết lập các thùng container chứa cả bên trong và bên ngoài cơ sở cho phép các nhà khoa học “quan sát thực vật và các cộng đồng sinh vật nguyên vẹn, không bị áp suất ảnh hưởng”. Ông nhấn mạnh "Đây là mức độ hiểu biết mà chúng ta không nhận ra được khi chúng ta di chuyển, liên tục trong khí quyển của mình".

William Fenical, giáo sư xuất sắc về khoa học hải dương học và dược phẩm tại Viện Hải dương học Scripps ở California, nhưng không tham gia vào dự án cũng cho biết là môi trường sống trong Proteus là đóng góp rất nhiều cho việc khám phá thuốc từ đại dương, nhưng không phải là quan trọng nhất. Theo ông, chính sự tự do di chuyển ra vào môi trường nước mà Proteus tạo ra mới điểm mấu chốt, vì việc phát hiện ra thuốc dựa trên số lượng và sự đa dạng của nguyên vật liệu để thử nghiệm.

Proteus còn là một trung tâm đào tạo truyền cảm hứng.

Không chỉ nghiên cứu, một khía cạnh khác của truyền thống gia đình Couteau là đào tạo và truyền cảm hứng. Vậy nên Proteus sẽ bao gồm một cơ sở sản xuất video, có khả năng phát sóng live stream từ đại dương ở độ phân giải 16K. Fabien hy vọng đây sẽ là phiên bản hiện đại của chương trình truyền hình đặc biệt mà ông của anh đã đi tiên phong, truyền cảm hứng cho nhiều thế hệ nhà thám hiểm biển tham gia lĩnh vực này.

Thiết kế

ISS là dự án phối hợp quốc tế nên do các nhà thiết kế đến từ nhiều quốc gia khác nhau còn Proteus được Yves Béhar thiết kế tại fuseproject, và Yves đã thiết kế mọi thứ cho Proteus, từ thiết bị đeo được đến loa bassinet thông minh đến robot an ninh...

Về mặt cấu trúc, ISS và Proteus đều là những tuyệt tác và có nhiều điểm tương tự: đó là cấu trúc module để thuận tiện cho việc vận hành, bảo trì và nâng cấp trong tương lai.

Thiết kế của Proteus.

Những hệ thống chính trên cả hai trung tâm gồm có: (1) Hệ thống cung cấp năng lượng, (2) Hệ thống hỗ trợ sự sống, (3) Hệ thống định vị không gian và (4) Hệ thống module nghiên cứu:

1. Hệ thống cung cấp năng lượng

ISS đương nhiên dùng điện năng từ ánh sáng Mặt Trời chuyển đổi thành điện qua những tấm pin. Ban đầu, nguồn năng lượng duy nhất là từ pin mặt trời của Nga, về sau bộ phận mô-đun Science Power Platform của Nga bị hủy bỏ và gắn thêm Pin của Mỹ nên năng lượng được chia sẻ giữa 2 khu vực trên trạm qua những bộ biến đổi.

Proteus nằm dưới biển nên được cung cấp năng lượng hoàn toàn khác. Phòng thí nghiệm biển của tương lai này sẽ được cung cấp năng lượng kết hợp giữa năng lượng nhiệt đại dương (các quá trình chuyển đổi năng lượng nhiệt trong các đại dương), năng lượng hải lưu, năng lượng gió và một ít từ năng lượng mặt trời. Ở độ sâu đó, gần như không thấy Mặt Trời nên các nhà thiết kế cố gắn xây dựng càng nhiều cửa sổ (cổng Mặt Trời) càng tốt. Theo thiết kế ban đầu thì có tổng cộng 9 cổng để cố gắng thu thập càng nhiều ánh sáng càng tốt.

2. Hệ thống hỗ trợ sự sống và kiểm soát môi trường (Environmental Control and Life Support System - ECLSS)

Để hỗ trợ sự sống, ISS sẽ cung cấp và kiểm soát những yếu tố như áp suất không khí, mức ôxi, nước, phòng cháy chữa cháy, và vài thứ khác. Ưu tiên cao nhất là cung cấp không khí và hệ thống Elektron sinh ra oxi trên trạm và những hệ thống khác sẽ kiểm soát mức tiêu dùng các yếu tố như nước và không khí từ phi hành đoàn, đồng thời tái chế lại nước và không khí thải ra. Hệ thống chất lỏng sẻ xử lý nước sau khi tắm rửa, tiểu tiện, v.v… và ngưng tụ lại thành nước. Hệ thống lọc bằng than hoạt tính sẽ xử lý khí thải sau khi con người hô hấp.

Proteus không cách con người quá xa như ISS, lại nằm dưới biển nên hệ thống hỗ trợ sự sống không quá phức tạp. Hệ thống sẽ điện phân nước biển để tạo khí Oxy, và lọc nước biển để lấy nước ngọt. Chất lỏng con người thải ra sẽ được xử lý cơ bản để không gây ô nhiễm cho môi trường nước. Ở phần thân dưới đáy cấu trúc là “hồ Mặt Trăng”, tức là bể bơi lắp kính, cho phép thợ lặn ra vào thông qua một buồng điều áp. Không giống như trong trạm vũ trụ hay trong tàu ngầm, áp suất không khí bên trong các cấu trúc dưới nước được giữ bằng với áp suất nước bên ngoài nhằm ngăn ngừa nước biển lọt vào bên trong.

Cơ chế này giúp thợ lặn trượt ra ngoài để tiến hành nghiên cứu thông qua kỹ thuật “lặn bão hòa”, giúp làm giảm nguy cơ mắc các bệnh do giảm áp. Hồ Mặt Trăng cũng tạo điều kiện để nước và sinh vật biển xung quanh dễ dàng hòa nhập. Đây cũng sẽ là nhà kính dưới nước đầu tiên để cư dân trồng rau (rong biển), bù đắp lại phần nào việc không thể nấu ăn bằng bếp lửa thông thường. (Dưới đáy đại dương, “bạn thèm thức ăn tươi”, ”Fabien nói.)

3. Hệ thống định vị không gian

Do ISS lơ lửng trong không gian nên việc định hướng là vô cùng quan trọng và ISS gọi hệ thống này là hệ thống điều hướng dựa trên nguyên tắc con quay hồi chuyển. Hai hệ thống điều hướng của Nga và Mỹ sẽ hỗ trợ nhau khi có hiện tượng bão hòa xảy ra và hướng đi của trạm vẫn được duy trì ổn định.

Proteus thì hoàn toàn khác, trạm nghiên cứu này nằm cố định trong đại dương nên điều cần nhất là khả năng trụ vững và thăng bằng. Proteus có cấu tạo khá đặc biệt; thân chính là một tòa nhà gồm 2 tầng hình trụ, được xây dựng bằng kim loại bền vững và vật liệu composite; hai tầng liên kết với nhau bằng một hành lang đường ống đặc biệt hình xoắc ốc; nhờ vậy các nhà khoa học có thể thoải mái đi dạo bên trong.

Một hệ thống gồm 5 chân trụ sẽ giúp nó đứng vững và cân bằng ở bất kỳ địa hình nào dưới đáy biển, thiết kế lớp vỏ giúp chịu được áp suất nước ở độ sâu lên tới 100m. Có nhiều mô đun được gắn vào thân chính, là nơi ăn uống, nghỉ ngơi, nuôi trồng, nghiên cứu.

4. Hệ thống nghiên cứu khoa học

Mô-đun phòng thí nghiệm Destiny của NASA - Mỹ là phương tiện nghiên cứu chính hiện thời trên trạm ISS. Cơ quan vũ trụ châu Âu (ESA) cũng có mô-đun nghiên cứu Columbus. Cơ quan thám hiểm không gian Nhật (JAXA) thì có Kibō. Cơ quan Vũ trụ Liên bang Nga (RKA) thì có Nauka. Tất cả các phòng thí nghiệm này đều có thể lắp ráp hay tháo rời linh hoạt để thuận tiện cho việc nghiên cứu khoa học.

Tương tự ISS, Proteus có rất nhiều phòng theo cấu trúc mô đun hình nhộng; một số phòng là nơi ăn uống, nghỉ ngơi, nhưng đa số các phòng còn lại dành cho nghiên cứu khoa học. Có phòng dành cho thí nghiệm, có phòng dành cho nghiên cứu y tế (khám chữa bệnh), có phòng dành cho nghiên cứu nông nghiệp thủy sinh, và đặc biệt là có phòng studio video, nơi thông tin liên lạc với các nhà khoa học, các trung tâm nghiên cứu khắp nơi trên thế giới, những người hâm mộ hay quan tâm đến đại dương có thể tương tác trực tiếp với các thành viên ở trong trạm…

Quy mô

Do ISS là kết quả hợp tác giữa rất nhiều quốc gia hùng mạnh, vừa mang tính khoa học vừa mang tính chính trị, nên rất hoành tráng với nhiều tham vọng. Tuy nhiên số vốn đầu tư và chi phí vận hành ISS cực kỳ lớn mà hiệu quả và tính đóng góp cho khoa học không phải lúc nào cũng tương xứng với số tiền đã bỏ ra.

Cho đến thời điểm hiện tại, tổng chi phí đầu tư cho ISS ước tính vào khoảng 150 tỷ USD và chi phí vận hành hàng năm vào khoảng 3-4 tỷ USD. Kích thước của ISS rất lớn, tương đương một sân bóng đá của Mỹ với các phòng thí nghiệm, khu nhà ở, nút không khí, trạm đỗ tàu. Bên trong ISS còn rộng lớn hơn cả máy bay Boeing 747.

Proteus, như đã nói ở trên, dù cũng là một công trình quốc tế nhưng phi lợi nhuận. Đó là kế hoạch của 2 cá nhân, ý tưởng ban đầu là của Fabien Cousteau và thiết kế là do Yves Béhar nên quy mô lẫn chi phí (đầu tư và vận hành) đều khiêm tốn hơn nhiều. Proteus có cấu trúc hai tầng rộng, dự kiến nằm ở dưới đáy biển Caribbean ngoài khơi Curacao, mặt nước khoảng 60 feet (18 mét), rộng khoảng 4.000 feet vuông (372 m2), tương đương kích thước của một ngôi nhà lớn và có thể chứa tối đa 12 nhà khoa học nghiên cứu cùng một lúc.

Fabien và Yves đang huy động khoản ngân sách 135 triệu USD để xây dựng và hoạt động trong 3 năm đầu tiên. Sau khi xây xong, ước tính Proteus sẽ có chi phí hoạt động hàng năm vào khoảng 3 triệu USD (chi phí ba năm đầu hoạt động được tính vào con số 135 triệu USD). Chi phí đó sẽ được bù đắp bởi các nhà nghiên cứu, trường đại học và tập đoàn “thuê” môi trường sống để tiến hành nghiên cứu khoa học về bất cứ điều gì ngoại trừ những nghiên cứu liên quan đến chiến tranh.

Thử thách

Bất kỳ một kế hoạch đầy tham vọng nào cũng đi kèm với vô vàn thử thách.

Với ISS, thử thách đến từ ba nguyên nhân chủ yếu: chính trị, tài chính, và hạn chế của khoa học công nghệ.

Về chính trị, ISS là nơi thể hiện tham vọng quốc gia, nơi các nước lớn muốn khẳng định sức mạnh quân sự hay kỹ thuật công nghệ nên việc hợp tác giữa các nước không phải lúc nào cũng suông sẻ và khi chính phủ có nước có dự định khác về mục tiêu nghiên cứu chủ đạo thì kinh phí cho ISS lại bị ảnh hưởng.
Về tài chính, do chi phí đầu tư và vận hành quá lớn nên ISS luôn là đề tài nóng bỏng trong báo cáo tài chính hàng năm của các nước thành viên và luôn bị đe dọa cắt giảm ngân sách; để giải quyết vấn đề này thì NASA và các tổ chức thành viên đang kêu gọi tư nhân hóa một phần để duy trì nguồn vốn cho ISS.
Về hạn chế của khoa học công nghệ, những mối nguy hiểm tự nhiên bên ngoài khí quyển Trái đất có thể là vấn đề nghiêm trọng, khó giải quyết như: Bức xạ đến từ mặt trời thường xuyên đe dọa các phi hành gia khi họ ở trong không gian và môi trường không trọng lực trong thời gian dài khiến cơ thể người mất đi tế bào máu và giảm lượng canxi trong xương, đẩy nhanh tốc độ lão hóa; các thí nghiệm với các cặp song sinh giống hệt nhau, một người ở Trái đất, người kia trải qua một nhiệm vụ dài trong không gian, cho thấy khi du hành vũ trụ, có những thay đổi ở cấp độ tế bào và di truyền.