TẦM QUAN TRỌNG CỦA NCCB TRONG CHINH PHỤC KHÔNG GIAN: TỪ MÔ PHỎNG FSI (2013) ĐẾN THÀNH CÔNG CỦA ARTEMIS II (2026)

PGS. TS. Bùi Quốc Tính

Thành viên Hội Cơ học Tính toán Nhật bản

Phó Chủ tịch Hội Cơ học Việt nam

Phó Chủ tịch Hội đồng Quỹ Nghiên cứu Cơ bản Nafosted về Cơ-Kỹ Thuật

Giám đốc, Viện Nghiên cứu Tính toán Kỹ thuật Duy Tân (DTRICE), Đại học Duy Tân

Giáo sư Kiêm nhiệm, Đại học Chulalongkorn, Thái Lan

Phó Giáo sư, Đại học Công nghệ Tokyo, Nhật bản

Emails: tinh.buiquoc@gmail.com; buiquoctinh@duytan.edu.vn

(Ngày 19 Tháng 5 năm 2026)

Dưới đây là bài tham luận ngắn về vai trò của nghiên cứu Khoa học Cơ bản (KHCB), cụ thể là công trình khoa học về Cơ học Tính toán của Kenji Takizawa và Tayfun E. Tezduyar, trong việc đảm bảo sự thành công cho sứ mệnh Artemis II của tàu Orion sau 13 năm chờ đợi. Mục đích bài tham luận muốn đưa ra một dẫn chứng cụ thể trong việc ứng dụng một công trình thuộc NCCB vào quá trình chinh phục không gian đầy thử thách.

Mở đầu: Thành quả sau 13 năm kiên trì

Vào ngày 10 tháng 4 năm 2026, khoang tàu Orion của NASA đã hạ cánh an toàn xuống Thái Bình Dương, đánh dấu một cột mốc quan trọng của sứ mệnh Artemis II. Để có được cú "splashdown" hoàn hảo này, hệ thống ba dù (3-parachuts cluster) của con tàu đã đóng vai trò quyết định trong việc giảm tốc độ và ổn định quỹ đạo rơi. Ít ai biết rằng, nền tảng khoa học cốt lõi cho hệ thống này đã được nhóm nghiên cứu của Giáo sư Tayfun E. Tezduyar (Đại học Rice, Mỹ) và Kenji Takizawa (Đại học Waseda, Nhật bản) hoàn thiện từ năm 2013, tức là hơn 13 năm trước khi nhiệm vụ thực tế diễn ra. Toàn bộ công trình nghiên cứu về hệ thống 3 dù (3-parachuts cluster), xem Hình 1 và 2, của Takizawa  và  Tezduyar  đăng  trên  tạp  chí  chuyên  ngành  về  Cơ  học  Tính  toán (Computational Mechanics) năm 2013.

Hình 1: Hệ thống 3 dù (3-parachuts cluster), của Takizawa và Tezduyar.

Hình 2: Hệ thống 3 dù NASA (thực tế).

Thách thức Khoa học Cơ bản:

Công trình nghiên cứu cơ bản đăng trên tạp chí Cơ học Tính toán (Computational Mechanics) của Takizawa & Tezduyar tập trung vào một vấn đề vật lý cực kỳ phức tạp: Tương tác rắn – lỏng (Fluid–Structure Interaction - FSI). Sự phụ thuộc hai chiều, đó là trong hệ thống dù không gian, khí động học (dòng khí) phụ thuộc vào hình dạng của dù, nhưng hình dạng và sự biến dạng của vải dù lại phụ thuộc vào lực khí động học. Sự mất ổn định là vô cùng quan trọng. Ở đây, nếu không tính toán chính xác sự tương tác này, dù có thể bị dao động về đường kính, dẫn đến sự thay đổi lực cản và tốc độ rơi không ổn định, gây nguy hiểm cho phi hành đoàn.

Giải pháp tính toán mô phỏng số trong Cơ học Tính toán

Nhóm nghiên cứu của Takizawa & Tezduyar đã làm việc với nhau trong một thời gian dài, Takizawa là học trò NCS Tiến sỹ của GS Tezduyar. Họ ứng dụng các kỹ thuật tính toán mô phỏng số và phương pháp số hiện đại, tiên tiến, trong Cơ học Tính toán, để giải quyết các thách thức mà các phương pháp truyền thống không thể vượt qua:

• Kỹ thuật SSTFSI (Stabilized Space–Time FSI): Đây là công nghệ cốt lõi giúp mô phỏng chính xác dòng chảy quanh các cấu trúc di động và biến dạng lớn như dù.
• Mô hình HMGP (Homogenized Modeling of Geometric Porosity): Kỹ thuật này cho phép xử lý hàng trăm khe hở và vết cắt nhỏ trên bề mặt dù (thiết kế ringsail) mà không cần phải lưới hóa cực kỳ chi tiết, giúp tiết kiệm tài nguyên tính toán nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác.
• Thuật toán SENCT (Surface-Edge-Node Contact Tracking): Được sử dụng để xử lý các va chạm vật lý giữa các dù trong một cụm dù khi chúng hoạt động sát nhau.
• Độ xốp hình học sửa đổi (Modified Geometric Porosity): Nhóm đã nghiên cứu việc loại bỏ một số bảng (panel) và cánh buồm (sail) để tạo ra các "cửa sổ" và khe hở rộng hơn, giúp tăng hiệu suất khí động học và giảm góc bay ra ngoài của cụm dù.

Giá trị thực tiễn

Công trình nghiên cứu cơ bản này không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà đã hỗ trợ trực tiếp cho thiết kế và thử nghiệm thực tế của NASA. Như trong email mà GS Tezduyar đã viết tới Hội Cơ học Tính toán Nhật bản, ông đã kiên nhẫn chờ đợi một thời gian rất dài của việc ứng dụng hệ 3 dù (3-parachuts cluster) này vào thực tế từ NASA:

• Việc tính toán mô phỏng số giúp giảm thiểu chi phí đáng kể: Thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào các bài thử nghiệm thả rơi (drop tests) tốn kém và chịu ảnh hưởng của thời tiết, các mô phỏng FSI cho phép các kỹ sư đánh giá ảo hàng loạt cấu hình dây treo và hình dáng vòm dù.