Apollo 11 Bước chân nhỏ và cỗ máy khổng lồ phía sau

Trong những phút cuối trước khi mô-đun Eagle chạm xuống Mặt Trăng, máy tính liên tiếp phát cảnh báo, nhiên liệu chỉ còn đủ cho vài chục giây và bãi đáp dự kiến hiện ra đầy những tảng đá nguy hiểm. Neil Armstrong phải trực tiếp can thiệp vào quá trình điều khiển để đưa con tàu vượt qua vùng địa hình hiểm trở. Đằng sau cú hạ cánh tưởng như chỉ phụ thuộc vào bản lĩnh của một phi công là tên lửa lớn nhất từng bay, một hệ thống máy tính tiên phong, phòng điều khiển chật kín chuyên gia và công sức của khoảng 400.000 con người.

“1202” Mã báo động giữa đường xuống Mặt Trăng

Ngày 20 tháng 7 năm 1969, mô-đun Mặt Trăng Eagle tách khỏi tàu mẹ Columbia và bắt đầu hạ thấp quỹ đạo. Bên trong khoang tàu nhỏ hẹp, Neil Armstrong giữ vai trò chỉ huy, còn Buzz Aldrin liên tục đọc độ cao, vận tốc, góc nghiêng và dữ liệu dẫn đường.

Phía dưới họ là Biển Tĩnh Lặng, tên tiếng Latin là Mare Tranquillitatis. Nhưng cảnh tượng trong buồng lái lúc ấy không hề “tĩnh lặng”.

Khi Eagle đang ở độ cao hàng nghìn mét, máy tính dẫn đường đột ngột hiển thị mã 1202. Ít lâu sau, cảnh báo lại xuất hiện, xen kẽ với mã 1201. Armstrong và Aldrin không thể biết ngay liệu máy tính có sắp ngừng hoạt động hay không. Trong một chuyến bay thử trên Trái Đất, phi công có thể hủy thao tác rồi quay về căn cứ. Trên Mặt Trăng, lựa chọn chỉ có hai: tiếp tục hạ cánh hoặc lập tức hủy bỏ và khởi động động cơ tầng bay lên.

Tại Houston, kỹ sư Jack Garman nhận ra ý nghĩa của cảnh báo. Máy tính đang bị quá tải bởi những tín hiệu dư thừa liên quan đến radar gặp lại, nhưng hệ thống vẫn có thể duy trì các nhiệm vụ quan trọng nhất. Garman báo cho chuyên viên dẫn đường Steve Bales; Bales chuyển đánh giá tới giám đốc chuyến bay Gene Kranz; phi hành gia Charlie Duke, người giữ vai trò liên lạc trực tiếp với phi hành đoàn, truyền lên Eagle quyết định ngắn gọn: tiếp tục hạ cánh.

Đó là một quyết định được đưa ra trong vài giây, nhưng phía sau nó là hàng nghìn giờ mô phỏng, kiểm thử và học thuộc các mã lỗi. Không ai ở Houston đoán mò. Họ đã chuẩn bị để một ngày nào đó phải trả lời chính câu hỏi này.

Rắc rối vẫn chưa kết thúc. Khi Armstrong nhìn qua cửa sổ, ông nhận ra hệ thống tự động đang đưa Eagle về phía một khu vực có nhiều hố và đá lớn quanh miệng hố West. Ông chuyển sang chế độ cho phép phi công trực tiếp điều chỉnh quỹ đạo, giữ Eagle lướt ngang trên bề mặt để tìm một khoảng đất bằng hơn. Việc bay thêm khiến nhiên liệu tiếp tục giảm.

Charlie Duke lần lượt báo còn 60 giây, rồi 30 giây nhiên liệu dự trữ. Con số này cũng không hoàn toàn chính xác, bởi sai số của cảm biến và dữ liệu đo từ xa khiến thời gian thực tế có thể chênh lệch khoảng 20 giây. Cuối cùng, một trong các que dò dưới chân đáp chạm đất. Aldrin báo “đèn tiếp xúc”, Armstrong tắt động cơ và thông báo: “Eagle đã hạ cánh”.

Thời điểm chạm đất được xác định là 20 giờ 17 phút 40 giây UTC ngày 20 tháng 7 năm 1969. NASA cho biết khi ấy Eagle chỉ còn lượng nhiên liệu dự trữ tính bằng vài chục giây.

Từ một lời cam kết đến chương trình công nghiệp khổng lồ

Tám năm trước cuộc hạ cánh, Hoa Kỳ vẫn đang ở thế bất lợi trong cuộc chạy đua không gian. Liên Xô đã phóng vệ tinh Sputnik, đưa Yuri Gagarin trở thành người đầu tiên bay vào không gian và chứng minh rằng họ đang dẫn trước trong một lĩnh vực có ý nghĩa lớn về khoa học, quân sự và uy tín quốc gia.

Ngày 25 tháng 5 năm 1961, Tổng thống John F. Kennedy phát biểu trước Quốc hội Hoa Kỳ, đề nghị đất nước cam kết đưa con người lên Mặt Trăng và đưa họ trở về an toàn trước khi thập niên 1960 kết thúc. Đó không chỉ là một câu khẩu hiệu. Kennedy đã đặt ra mục tiêu cụ thể, thời hạn cụ thể và một phép thử mà cả thế giới có thể quan sát được.

Năm 1962, trong bài phát biểu tại Đại học Rice, Kennedy tiếp tục giải thích vì sao Hoa Kỳ lựa chọn Mặt Trăng. Mục tiêu ấy được lựa chọn không phải vì dễ, mà chính vì nó khó, đủ khó để buộc đất nước tập trung năng lực khoa học, công nghiệp và tổ chức vào một hướng chung.

NASA khi ấy mới được thành lập chưa lâu. Không có sẵn tên lửa đủ mạnh, tàu vũ trụ phù hợp, máy tính đáng tin cậy hay quy trình điều hành cho một chuyến bay kéo dài gần 800.000 kilômét cả đi lẫn về. Mỗi bộ phận của Apollo đều phải được thiết kế, thử nghiệm, phá hỏng, sửa chữa và thử lại.

Ở thời kỳ cao điểm, chương trình Apollo huy động khoảng 400.000 người cùng hơn 20.000 doanh nghiệp, trường đại học và tổ chức công nghiệp. Thành tựu thường được ghi lại bằng hình ảnh ba phi hành gia, nhưng lực đẩy thật sự của Apollo là cả một xã hội công nghiệp thu nhỏ.

Saturn V Tòa tháp biết bay

Để thoát khỏi lực hút Trái Đất và đưa tàu Apollo hướng tới Mặt Trăng, NASA cần một phương tiện chưa từng tồn tại. Kết quả là Saturn V, tên lửa ba tầng cao khoảng 111 mét, tương đương một tòa nhà 36 tầng.

Khi được nạp đầy nhiên liệu, Saturn V nặng khoảng 2,8 triệu kilôgam. Năm động cơ F-1 ở tầng thứ nhất tạo ra lực đẩy xấp xỉ 34 triệu newton, nâng cả khối kim loại khổng lồ khỏi bệ phóng trong biển lửa, hơi nước và tiếng động có thể làm rung chuyển mặt đất quanh Trung tâm Không gian Kennedy.

Saturn V không bay nguyên vẹn đến Mặt Trăng. Mỗi tầng tên lửa chỉ hoạt động trong một giai đoạn nhất định rồi được tách bỏ. Tầng thứ nhất đưa con tàu vượt qua phần khí quyển dày đặc nhất. Tầng thứ hai tiếp tục gia tốc. Tầng thứ ba hoàn thành việc đưa tàu vào quỹ đạo Trái Đất, sau đó khởi động lại để thực hiện cú đẩy hướng Apollo 11 về phía Mặt Trăng.

Vào lúc 9 giờ 32 phút sáng ngày 16 tháng 7 năm 1969 theo giờ miền Đông Hoa Kỳ, Saturn V rời bệ phóng 39A. Chỉ khoảng 12 phút sau, Apollo 11 đã vào quỹ đạo Trái Đất. Một cỗ máy cao hơn nhiều tháp chuông nhà thờ đã biến phần lớn thân mình thành khí nóng và những tầng tên lửa rỗng chỉ để đưa một khoang tàu nhỏ bé lên đường.

Columbia, Eagle và nghệ thuật chia nhỏ một bài toán lớn

Tàu Apollo không phải một chiếc phi thuyền duy nhất. Đó là một tổ hợp gồm nhiều phương tiện, mỗi phương tiện được thiết kế cho một nhiệm vụ riêng.

Mô-đun chỉ huy Columbia là nơi ba phi hành gia sinh hoạt trong phần lớn hành trình. Đây cũng là bộ phận duy nhất trở về xuyên qua khí quyển và đáp xuống đại dương. Phía sau Columbia là mô-đun phục vụ, chứa động cơ chính, điện năng, ôxy và nhiều hệ thống hỗ trợ khác.

Mô-đun Mặt Trăng Eagle được chế tạo riêng cho môi trường không có khí quyển. Nó không cần hình dáng khí động học, vì trên Mặt Trăng không có không khí để tạo lực cản. Bởi vậy, Eagle trông giống một tổ hợp chân nhện, lá kim loại và các khối thiết bị được ghép lại hơn là hình ảnh “tàu vũ trụ” thường thấy trong điện ảnh.

Eagle có hai tầng. Tầng hạ xuống mang động cơ đáp, chân đáp, nhiên liệu và thiết bị khoa học. Tầng bay lên chứa khoang phi hành đoàn và động cơ đưa Armstrong cùng Aldrin trở lại quỹ đạo. Phần chân đáp được để lại trên Mặt Trăng, còn tầng trên bay lên gặp Columbia.

Cách thiết kế này xuất phát từ phương án gặp nhau trên quỹ đạo Mặt Trăng. Thay vì đưa toàn bộ con tàu khổng lồ xuống bề mặt rồi kéo nó bay trở lên, NASA chỉ cho một phương tiện nhỏ hạ cánh. Phương án ấy tiết kiệm một lượng khổng lồ nhiên liệu và khối lượng, nhưng đòi hỏi hai tàu phải tách ra rồi gặp lại nhau cách Trái Đất hàng trăm nghìn kilômét. Chỉ cần động cơ tầng bay lên của Eagle không hoạt động hoặc việc ghép nối thất bại, không có đội cứu hộ nào có thể đến.

Michael Collins: Người giữ con đường trở về

Khi Armstrong và Aldrin hạ xuống Mặt Trăng, Michael Collins ở lại trên Columbia, tiếp tục bay quanh Mặt Trăng một mình.

Vai trò của Collins đôi khi bị che khuất vì ông không bước xuống bề mặt. Nhưng Columbia chính là phương tiện đưa cả ba người trở về Trái Đất. Collins phải theo dõi hệ thống, duy trì quỹ đạo, chuẩn bị cho cuộc gặp với Eagle và sẵn sàng thực hiện các thao tác ghép nối. Trong những khoảng thời gian Columbia bay qua mặt sau Mặt Trăng, Collins hoàn toàn mất liên lạc với Trái Đất.

Trong kiến trúc Apollo, Armstrong và Aldrin có thể đặt chân lên Mặt Trăng vì Collins giữ chiếc cầu dẫn về nhà. Ông không phải nhân vật đứng ngoài chiến công, mà là một mắt xích không được phép hỏng. NASA xác định Collins là phi công mô-đun chỉ huy, trong khi Armstrong là chỉ huy chuyến bay và Aldrin là phi công mô-đun Mặt Trăng.

Buzz Aldrin: Tiếng nói của dữ liệu trong Eagle

Trong những phút hạ cánh, Armstrong phải nhìn ra ngoài và điều khiển con tàu. Aldrin đảm nhiệm việc đọc dữ liệu từ máy tính và các thiết bị, thông báo độ cao, vận tốc ngang, vận tốc rơi cùng lượng nhiên liệu.

Những câu đọc số đều đặn của Aldrin tạo thành chiếc cầu nối giữa con người, máy tính và địa hình bên ngoài. Armstrong không thể vừa quan sát bãi đáp, vừa theo dõi toàn bộ bảng điều khiển. Sự phối hợp giữa hai người biến Eagle thành một hệ thống chung, trong đó một người nhìn ra Mặt Trăng còn người kia nhìn vào những con số.

Sau Armstrong, Aldrin trở thành người thứ hai bước xuống Mặt Trăng. Trong hơn hai giờ hoạt động bên ngoài Eagle, hai phi hành gia chụp ảnh, lắp đặt thiết bị khoa học, thu thập mẫu đất đá và ghi lại đặc điểm bề mặt. Apollo 11 mang về Trái Đất gần 22 kilôgam vật chất Mặt Trăng để nghiên cứu.

Margaret Hamilton và chiếc “phi hành gia” làm bằng phần mềm

Máy tính dẫn đường Apollo thường được nhắc đến bằng phép so sánh rằng nó yếu hơn điện thoại hiện đại. So sánh ấy đúng về một số chỉ số phần cứng, nhưng dễ làm lu mờ điều quan trọng hơn: đây là một hệ thống thời gian thực được chế tạo để thực hiện chính xác những nhiệm vụ sống còn, trong điều kiện sai sót có thể khiến con người mắc kẹt trên một thiên thể khác.

Phần mềm cho máy tính Apollo được phát triển tại Phòng thí nghiệm Thiết bị của Viện Công nghệ Massachusetts. Margaret Hamilton lãnh đạo bộ phận kỹ thuật phần mềm chịu trách nhiệm về chương trình trên mô-đun chỉ huy và mô-đun Mặt Trăng. NASA ghi nhận bà là một nhân vật quan trọng trong lịch sử phần mềm Apollo và trong việc phổ biến khái niệm “kỹ thuật phần mềm”.

Giá trị của hệ thống ấy được thể hiện rõ trong các cảnh báo 1201 và 1202. Máy tính không đơn giản “treo” rồi ngừng làm việc. Nó nhận ra khối lượng xử lý đã vượt quá khả năng, loại bỏ những tác vụ có mức ưu tiên thấp và tiếp tục thực hiện các nhiệm vụ thiết yếu, chẳng hạn điều khiển động cơ hạ cánh và cập nhật thông tin cho phi hành đoàn.

Nói cách khác, phần mềm được thiết kế để thất bại có trật tự. Khi không thể làm tất cả, nó biết việc nào nhất định phải tiếp tục. Chính nguyên tắc ưu tiên ấy giúp Eagle không mất khả năng dẫn đường giữa những giây căng thẳng nhất.

Margaret Hamilton không một mình “viết phần mềm đưa con người lên Mặt Trăng”, cũng như Armstrong không một mình thực hiện Apollo 11. Nhưng công việc của bà và nhóm kỹ sư cho thấy phần mềm đã trở thành một bộ phận thiết yếu của phương tiện bay. Bên cạnh động cơ, nhiên liệu và kết cấu kim loại, Apollo còn cần những dòng lệnh đủ tin cậy để được giao sinh mạng con người.

Houston Nơi hàng trăm quyết định hội tụ

Trong phòng điều khiển tại Houston, mỗi chuyên viên chỉ phụ trách một nhóm hệ thống nhất định: dẫn đường, động cơ, điện năng, liên lạc, quỹ đạo, máy tính hoặc điều kiện sinh tồn. Không ai có thể nắm toàn bộ con tàu một cách chi tiết. Sức mạnh của Mission Control nằm ở việc tổng hợp kiến thức phân tán thành một quyết định chung.

Trong cuộc hạ cánh, đội White Team do Gene Kranz chỉ huy trực tiếp theo dõi Eagle. Steve Bales chịu trách nhiệm về hệ thống dẫn đường; Jack Garman hỗ trợ giải mã cảnh báo máy tính; Charlie Duke làm CapCom, người duy nhất truyền các quyết định chính thức từ phòng điều khiển lên phi hành đoàn.

Khi Eagle phát báo động, cả dây chuyền ấy hoạt động trong vài giây. Garman nhận diện lỗi, Bales đánh giá tác động, Kranz giữ quyền quyết định và Duke truyền lệnh. Không có bài diễn văn hùng hồn nào trong thời khắc ấy, chỉ có các câu nói cực ngắn, chính xác và đã được luyện tập đến mức gần như phản xạ.

Mission Control vì thế không phải căn phòng của những người “ngồi xem phi hành gia bay”. Nó là một bộ não tập thể, nơi dữ liệu từ con tàu được phân tích liên tục và nơi mọi quyết định đều có người chịu trách nhiệm rõ ràng.

Apollo 1 và cái giá của những bài học

Con đường tới Apollo 11 không chỉ được lát bằng thành công.

Ngày 27 tháng 1 năm 1967, một đám cháy bùng phát trong mô-đun chỉ huy Apollo 1 khi ba phi hành gia Virgil “Gus” Grissom, Edward White và Roger Chaffee đang tham gia một cuộc thử nghiệm trên bệ phóng. Cả ba người thiệt mạng.

Tai nạn buộc NASA phải kiểm tra lại thiết kế khoang tàu, hệ thống dây điện, vật liệu, cửa thoát hiểm và quy trình thử nghiệm. Chương trình bị chậm lại, nhưng sự chậm trễ ấy là cần thiết. Apollo 11 không thành công vì NASA chưa từng sai, mà vì tổ chức này buộc phải nhìn thẳng vào sai lầm, xác định nguyên nhân và thay đổi hệ thống.

Đó là mặt ít hào nhoáng nhưng quan trọng nhất của khoa học và kỹ thuật. Thành tựu không mọc lên từ một khoảnh khắc thiên tài đơn độc. Nó được tích lũy qua hồ sơ thử nghiệm, những linh kiện bị phá hỏng, các cuộc mô phỏng thất bại và đôi khi là những mất mát không thể bù đắp.

Bước chân của một người, công trình của hàng trăm nghìn người

Khoảng sáu giờ rưỡi sau khi Eagle hạ cánh, Armstrong mở cửa khoang, bò ra hiên nhỏ rồi bắt đầu trèo xuống chiếc thang gắn bên hông mô-đun. Vào lúc 2 giờ 56 phút UTC ngày 21 tháng 7 năm 1969, bàn chân trái của ông chạm lên bề mặt Mặt Trăng.

Theo giờ miền Đông Hoa Kỳ, khi ấy vẫn là tối ngày 20 tháng 7. Bởi vậy, ngày 20 tháng 7 thường được ghi nhớ tại Hoa Kỳ như ngày con người lần đầu đặt chân lên Mặt Trăng, trong khi theo giờ UTC, cú hạ cánh diễn ra ngày 20 và bước chân đầu tiên diễn ra vào ngày 21.

Hình ảnh Armstrong bước xuống Mặt Trăng được truyền tới hàng trăm triệu người trên thế giới. Nhưng bên ngoài khung hình còn có Aldrin trong Eagle, Collins trên quỹ đạo, Kranz tại Houston, Hamilton cùng đội phần mềm, các công nhân lắp ráp tên lửa, thợ hàn, chuyên viên vật liệu, nhân viên trạm theo dõi, thủy thủ đoàn cứu hộ và hàng trăm nghìn người không bao giờ xuất hiện trước ống kính.

Ngày 21 tháng 7, tầng bay lên của Eagle rời bề mặt, gặp lại Columbia trên quỹ đạo Mặt Trăng. Sau khi Armstrong và Aldrin chuyển sang tàu mẹ, Eagle được tách bỏ. Columbia đưa ba phi hành gia trở về, đáp xuống Thái Bình Dương ngày 24 tháng 7 năm 1969.

Ngày nay, mô-đun Columbia được lưu giữ trong bộ sưu tập của Bảo tàng Hàng không và Không gian Quốc gia thuộc Smithsonian. Bề mặt cháy sẫm của nó là dấu vết của lần xuyên trở lại khí quyển, khép lại hành trình đã biến một lời cam kết chính trị thành một sự kiện của lịch sử nhân loại.

Di sản lớn hơn một lá cờ trên Mặt Trăng

Apollo 11 thường được kể như một chiến thắng của Hoa Kỳ trong Chiến tranh Lạnh. Điều đó đúng, nhưng chưa đủ. Giá trị lâu dài của chuyến bay còn nằm ở những phương pháp được phát triển trong quá trình thực hiện: quản lý một dự án cực kỳ phức tạp, chế tạo hệ thống có độ tin cậy cao, sử dụng máy tính thời gian thực, phân chia trách nhiệm rõ ràng và xây dựng văn hóa kiểm tra chéo.

Bài học đáng nhớ nhất của Apollo 11 không phải rằng con người có thể làm mọi điều chỉ cần có ước mơ. Ước mơ không thể tự đốt cháy nhiên liệu, tính quỹ đạo hay giải mã báo động 1202. Ước mơ chỉ trở thành hiện thực khi được chuyển thành thiết kế, ngân sách, thời hạn, trách nhiệm, thử nghiệm và hàng triệu công việc nhỏ được hoàn thành đúng chuẩn.

Bước chân của Armstrong quả thật nhỏ. Cỗ máy phía sau nó thì khổng lồ, không chỉ là Saturn V, Columbia hay Eagle, mà là cả một hệ thống con người biết hợp tác, tranh luận, kiểm tra và tin cậy lẫn nhau.

Bởi vậy, khi học sinh nhìn thấy dấu chân trên lớp bụi Mặt Trăng, điều các em nên nhớ không chỉ là tên người bước đi đầu tiên. Đằng sau dấu chân ấy là hàng trăm nghìn bàn tay.

Nguồn tham khảo chính: NASA; Cơ quan Lưu trữ Quốc gia Hoa Kỳ; Bảo tàng Hàng không và Không gian Quốc gia Smithsonian.