Thám hiểm vực Mariana
4/2012THÁM HIỂM VỰC MARIANA
Trần-Đăng Hồng, PhD
Thành công khi trồi lên mặt nước
Ngày 25/3/2012 (giờ GMT, hay ngày 26/3 theo giờ địa phương ở Guam), Ông James Cameron, giám đốc đạo diễn phim “Titanic", "Aliens", "Avatar”, v. v , người đoạt giải Oscar của Hollywood, đã phá kỷ lục lặn một mình xuống vực thẩm sâu nhất địa cầu – vực Challenger Deep thuộc Mariana gần Đảo Guam ở Thái Bình Dương.
Ông Cameron, nay 57 tuổi, đã từng lặn 72 lần xuống biển sâu với máy lặn, trong số này 33 lần lặn quan sát chiếc tàu Titanic bị đấm để đạo diễn thực hiện phim nổi danh này. Năm 6 tuổi, ông từng đam mê và hâm mộ chiếc tàu lặn Trieste thám hiểm tới đáy đại dương Mariana. Giấc mơ của ông đã trở thành hiện thực ngày 26/3 vừa qua. Thám hiểm này được tổ chức và bảo trợ tài chính bởi chính ông, cùng với Hiệp Hội Địa Lý Quốc Gia (National Geographic Society), Rolex và Paul Allen của Microsoft.
52 năm trước, ngày 23/1/1960, Jacques Piccard và Trung Úy Hải quân Don Walsh dùng máy lặn Trieste lặn tới đáy vực Challenger Deep ở độ sâu 10.911 m (đọc Thám hiểm biển sâu – Phần 2: máy lặn biển sâu). Vì thiếu dụng cụ khoa học hiện đại vào nửa thế kỷ trước, và chỉ trong 20 phút quan sát, đáy đại dương vẫn còn đầy bí ẩn.
Như vậy, Cameron là người đơn độc đầu tiên, và là người thứ ba lặn tới vực sâu nhất địa cầu.
Chuyến thám hiểm của James Cameron trong tuần qua với dụng cụ hiện đại, trong 3 giờ đồng hồ, ông đã quan sát, lấy mẫu vật, chụp ảnh, quay phim, v.v. những tài liệu quí giá và mới mẻ nhất của đáy đại dương.
TÀU LẶN DEEPSEA CHALLENGER
Khác với các tàu lặn thông thường có thân nằm ngang, Deapsea Challenger có hình dạng của một thủy lôi thẳng đứng, nhờ vậy có khả năng rẽ nước khi lặn sâu hay trồi lên mặt nước nhanh chóng.
Sơ đồ tàu lặn Deapsea Challenger DCV1
Tàu lặn Deepsea Challenger được đóng bí mật tại Úc. Tham gia vào việc nghiên cứu, thiết kế, đóng tàu, và chương trình thám hiểm gồm Học viện Hải Dương Scripps, Phòng thí nghiệm Lực Đẩy (Jet Propulsion Laboratory), Công Ty Viễn Thông Testa Úc Đại Lợi, Đại Học Hawaii, công ty Acheron Project Pty Ltd ở Sydney, vật liệu đóng tàu do Công Ty Finite Elements ở Tasmania đảm nhiệm.
Phòng chỉ huy nơi ông Cameron ngồi làm việc là một hình cầu đường kính 1,1 m (xem hình Pilot sphere), vừa đủ cho một người ngồi (không đủ chiều cao để đứng). Khối cầu có tường thép dày 64 mm, thử nghiệm độ vững chắc ở Đại Học Pennsylvania State University cho biết tàu chịu đựng được áp xuất 114 MPa (16,500 psi, pounds per square inch; hay 1125 atm) vẫn không hề hấn gì (trong khi ở đáy vực có áp xuất nước 16,000 psi).
Khối cầu phòng chỉ huy này đặt trên mặt đáy của tàu nặng 11,8 tấn. Chiếc tàu có hình dạng một thủy lôi thẳng đứng, cao 7,3 m, vận chuyển bằng động cơ điện, với lực đẩy 12 thrusters, vận tốc di chuyển 3 knotts, và thời gian lặn 56 giờ.
Để giúp tàu lặn xuống vực thẩm, thân tàu mang một khối thép nặng 500 kg. Khối thép này mang từ tính, dính chặt vào thân tàu để giúp lặn nhanh xuống đáy đại dương. Khi muốn trồi lên mặt nước, chiếc tàu thả khối thép xuống đáy biển qua một nút kiểm soát từ tính nam-châm-điện. Nếu khối thép không nhả ra khỏi thân tàu, chiếc tàu sẽ vĩnh viễn nằm trong đáy đại dương, không trồi lên mặt nước được. Để tránh hiểm họa này, các kỹ sư thiết kế nhiều biện pháp:
·Nếu hệ thống điện hỏng, hay nam châm điện hết điện, khối thép tự động rời khỏi thân tàu.
·Nhóm hổ trợ trên tàu mẹ ở mặt nước truyền lệnh khối thép rơi ra qua một máy ra lệnh bằng âm thanh.
·Một loại dây kim loại đặc biệt cột khối thép với thân tàu. Dây này sẽ bị rỉ sét và đứt trong vòng 11-13 giờ đồng hồ trong nước biển.
·Nếu mọi biện pháp trên đều thất bại, ông Cameron xử dụng một máy gọi là “frangibolt” đun nóng các đinh ốc đính khối thép vào thân tàu bung ra.
Tàu lặn Deepsea Challenger có trọng lượng (11,8 T) chỉ bằng 1/10 tàu lặn Trieste của 50 năm trước, lặn và trồi lên mặt nhanh hơn, thời gian lặn ở đáy biển lâu hơn, và được trang bị với nhiều dụng cụ khoa học tân kỳ.
Thân tàu được cấu tạo bằng một vật liệu rất nhẹ để giúp tàu nỗi trên mặt nước, nhưng phải đủ rắn chắc chịu đựng áp xuất trên 16,000 psi ở đáy đại dương. Khoảng 70% thể tích thân tàu được cấu tạo bởi một vật liệu đặc biệt. Đó là hợp chất nhân tạo bằng kính (glass) có hàng triệu lỗ trống bọng nhỏ li ti được tráng nhựa epoxy (syntactic foam), rất nhẹ nhưng rất rắn chắc. Khi thử nghiệm sức chịu đựng, vật liệu nhân tạo syntactic foam có bán trên thị trường hiện nay không đủ độ vững chắc, ở áp xuất cao thân tàu bị rạn nức, mất khả năng làm phao nỗi. Chương trình đóng tàu phải đình chỉ. Viên kỷ sư chánh của chương trình là Ron Allum phải mất 18 tháng để nghiên cứu và biến chế một loại syntactic foam mới mang tên ISOFLOATTM có sức chịu đựng gấp đôi loại syntactic foam thông thường. Nhờ vật liệu mới này, thân tàu Deapsea Challenger có sức chịu đựng được ở áp xuất nước sâu 11 km mà vẫn giữ được độ nỗi tuyệt hảo. Tàu lặn được trang bị với nhiều máy thâu-hình-3-chiều (3D camera), xử dụng ánh sáng từ một tháp đèn LED cao 2,4 m, ánh sáng rạng rỡ như ở phim trường. Nếu nước trong vắt, ánh sáng rọi xa 30 m. Con tàu cũng có các cánh tay robot thu nhặt các mẩu đất đá và sinh vật đáy đại dương.
Điện là yếu tố quan trọng trong suốt thời gian lặn. Dung tích điện trong tàu lặn đủ khả năng chạy 3 máy xe hơi chạy điện. Có tới 3 hệ thống bình điện, hễ hệ thống này hư, còn có 2 hệ thống kia. Nếu 2 hư, xử dụng hệ thống 3 để trồi lên mặt nước.
Bên trong thân tàu, hơn 180 hệ thống tân kỳ được ráp để theo dõi và điều khiển, như hệ thống bình điện, máy đẩy, hổ trợ sự sống, máy ghi ảnh 3 chiều (3-D cameras), đèn LED. Một hệ thống khác lúc nào cũng tường trình lên màng ảnh về điện, khí oxy, áp xuất và nhiệt độ bên trong phòng điều khiển, và bên ngoài, v.v.
Màng ảnh trong phòng điều khiển
Một hệ thống khác xử dụng cần lái (joysticks) điều khiển bộ phận đẩy, xác đinh vị trí con tàu, độ sâu cách mặt nước và cách đáy biển, vận tốc, điều khiển các máy lấy mẩu vật, v.v.
Chỉ cần nhấn một nút điều khiển, con tàu sẽ đứng yên một chỗ ở một vị trí cố định trên đáy đại dương, hay cần di chuyển với một tốc độ cố định theo hướng mong muốn để quay phim hay lấy mẩu vật.
Vì đơn độc trong phòng điều khiển, ông Cameron dùng nhiều thì giờ để tường trình quan sát qua hệ thống ghi âm, ghi hình, liên lạc với tàu mẹ bên trên qua nhiều hệ thống viễn thông, đặc biệt với hệ thống liên lạc tầm xa 30 km dưới mặt nước. Chiếc tàu mẹ Mermaid Sapphire ở trên mặt nước, và một tàu phao nổi Prime RHIB đường kính 9 m, mỗi tàu có hai hệ thống đài chuyển tin, một ở trên boong tàu, một gắn ở đầu một dây cable thòng vào biển ở độ sâu 100 m. Chiếc tàu lặn Deapsea Challenger cũng có một hệ thống âm thanh truyền tin để liên lạc lúc lặn sâu.
LẶN THỬ NGHIỆM
Sau khi tàu lặn Deapsea Challenger hoàn thành, Cameron phải nhiều lần lặn thử để làm quen cách điều khiển đồng thời thử nghiệm con tàu.
Cuối tháng Giêng 2012, Cameron trải qua 3 giờ lặn thử tại biển Sydney ở độ sâu gần mặt nước.
Ngày 21/2, dự tính lặn tới độ sâu 1000 m, nhưng sau 1 giờ đành hủy bỏ vì hệ thống cameras và hệ thống bảo trì sự sống trục trặc.
Ngày 23/2, ngoài khơi Đảo New Britain Island thành công lặn tới đáy biển ở độ sâu 991 m, cùng lúc với một máy lặn không người lái ROV.
Ngày 28/2, trong 7 giờ lặn, Cameron trải qua 6 giờ ở độ sâu 3700 m, con tàu chao đảo vì gặp một dòng nước ngầm chảy mạnh không biết trước.
Ngày 4/3, ở Vực New Britain Trench, ông lặn một mình phá kỹ lục ở độ sâu 7260 m, tuy nhiên ông phải trồi lên mặt nước vì hệ thống máy đẩy có vấn đề.
Ngày 5/3, khi hệ thống máy đẩy sửa chửa xong, ông lặn được tới đáy biển ở độ sâu 8221 m. Ông quan sát thấy phù sa đáy biển, anemones, sứa, và môi trường đáy biển rát biến thiên.
THÁM HIỂM VỰC CHALLENGER DEEP
Ngày 18/3/2012, chiếc tàu mẹ Mermaid Sapphire chở tàu lặn Deepsea Challenger đến cặp bến Apra Harbor, đảo Guam, để tái khám, sửa chửa, và chờ đợi thời tiết tốt.
Ngày 24/3, tàu mẹ rời cảng để đến Challenger Deep. Ngày 26/3/2012 theo giờ địa phương (tức ngày 25/3/2012 theo giờ GMT), tàu Deepsea Challenger lặn tới đáy do James Cameron thực hiện.
James Cameron là người đơn độc đầu tiên lặn tới vực thẳm Challenger Deep ở độ sâu 11 km, trải thời gian lâu nhất (3 giờ) ở đáy biển (so với 20 phút 52 năm trước). Deepsea Challenger là tàu lặn có người lái thứ hai sau tàu Trieste năm 1960 do 2 người lái là Jacques Piccard và Don Walsh, và là tàu lặn thứ 4 lặn tới đáy Challenger Deep: (1) Trieste ngày 23/1/1960, (2) Năm 1995, máy lặn-không-người-lái Kaiko của Nhật xuống tới đáy, nhưng không trồi lên được, (3) Tàu Nereus không-người-lái xuống tới đáy và trồi lên được ngày 31/5/2009, và (4) Deapsea Challenger ngày 26/3/2012.
TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH
1. Deepsea Challenger.
http://en.wikipedia.org/wiki/Deepsea_Challenger
http://en.wikipedia.org/wiki/Deepsea_Challenger
2. Deepsea Challenge: System & Technology.
http://deepseachallenge.com/the-sub/systems-technology/
http://deepseachallenge.com/the-sub/systems-technology/
Reading 3/2012
Trần-Đăng Hồng, PhD