NASA đang chuẩn bị đưa con người trở lại Mặt Trăng với chương trình Artemis, một sứ mệnh đầy tham vọng nhằm thiết lập sự hiện diện lâu dài của con người trên bề mặt vệ tinh tự nhiên của Trái Đất .
Khác với những chuyến thám hiểm Apollo trước đây, Artemis không chỉ hướng đến những khu vực xích đạo ôn hòa mà sẽ đưa các phi hành gia đến các vùng cực lạnh giá, nơi nhiệt độ có thể xuống tới -223 độ C. Đây là một trong những môi trường khắc nghiệt nhất trong Hệ Mặt trời, đòi hỏi sự chuẩn bị kỹ lưỡng và cải tiến công nghệ để đảm bảo an toàn cho con người.
Một trong những yếu tố quan trọng nhưng ít được chú ý trong công tác chuẩn bị chính là đôi giày mà các phi hành gia sẽ sử dụng. Nếu như trong các sứ mệnh Apollo, giày chỉ cần đảm bảo chức năng bảo vệ cơ bản, thì nay, với điều kiện môi trường mới, NASA cần một thiết kế hoàn toàn khác để bảo vệ sức khỏe của phi hành gia và hỗ trợ họ trong những chuyến đi bộ kéo dài trên địa hình hiểm trở.
Các nhà khoa học tại Đại học North Dakota, nơi đang thực hiện nghiên cứu về cơ sinh học và tác động của môi trường khắc nghiệt lên con người, đã chỉ ra rằng một đôi giày không phù hợp có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng.
Việc di chuyển trên Mặt Trăng không đơn giản như đi bộ trên Trái Đất . Trọng lực chỉ bằng một phần sáu, địa hình đầy những lớp bụi mịn và đá sắc nhọn, cộng với nhiệt độ cực thấp khiến việc thiết kế một đôi giày đạt yêu cầu trở thành một thách thức lớn.
Giày của phi hành gia phải vừa đảm bảo giữ nhiệt, vừa bảo vệ bàn chân khỏi những tác động cơ học, nhưng đồng thời cũng không được quá cứng nhắc để tránh làm ảnh hưởng đến cơ chế chuyển động tự nhiên của cơ thể.
Và một trong những vấn đề lớn nhất của giày Mặt Trăng hiện tại là việc sử dụng tấm tản nhiệt cứng, được tích hợp vào đế giày nhằm giúp giữ ấm cho bàn chân của phi hành gia trong môi trường cực lạnh. Tuy nhiên, chính tấm tản nhiệt này lại khiến giày mất đi độ linh hoạt cần thiết. Khác với giày thông thường, loại giày này không thể uốn cong theo chuyển động tự nhiên của bàn chân, đặc biệt là tại khớp MTP – khớp nối giữa ngón chân cái và bàn chân. Đây là một trong những khớp quan trọng nhất trong việc tạo lực đẩy khi đi bộ hoặc chạy. Khi bị hạn chế chuyển động, khớp này sẽ không thể hoạt động bình thường, khiến phi hành gia dễ bị đau hoặc chấn thương khi di chuyển trên bề mặt Mặt Trăng .
Trong nghiên cứu về dáng đi của con người, các nhà khoa học đã xác định một cơ chế quan trọng gọi là “cơ chế tời gió”. Khi ngón chân cái duỗi ra trong mỗi bước đi, cơ chế này sẽ giúp bàn chân chuyển từ trạng thái linh hoạt (khi tiếp đất) sang trạng thái cứng chắc (khi đẩy người về phía trước). Điều này cho phép con người di chuyển một cách hiệu quả mà không gây quá nhiều áp lực lên các khớp khác của cơ thể.
Trên Trái Đất , cơ chế này hoạt động một cách tự nhiên, nhưng trong điều kiện trọng lực thấp, nó có thể bị ảnh hưởng đáng kể. Nếu giày của phi hành gia quá cứng và không cho phép khớp MTP hoạt động bình thường, họ có thể mất thăng bằng hoặc phải thay đổi cách đi để thích nghi. Điều này về lâu dài có thể gây ra những tác động tiêu cực đến các bộ phận khác trên cơ thể.
Theo nguyên lý “chuỗi động học” trong cơ sinh học, một chấn thương nhỏ ở bàn chân có thể dẫn đến những vấn đề nghiêm trọng hơn ở các bộ phận khác. Khi bàn chân không thể hoạt động bình thường, phi hành gia có thể phải thay đổi tư thế hoặc cách đi để bù đắp, từ đó làm tăng áp lực lên đầu gối, hông và thậm chí là cột sống.
Trong môi trường trọng lực thấp, những thay đổi này càng nguy hiểm hơn vì cơ thể dễ bị mất thăng bằng, làm tăng nguy cơ té ngã và chấn thương. Nếu một phi hành gia bị thương trong quá trình làm nhiệm vụ, việc điều trị trong môi trường Mặt Trăng sẽ vô cùng khó khăn và có thể ảnh hưởng đến toàn bộ sứ mệnh.
Trước những thách thức này, NASA và các đối tác công nghệ đang thử nghiệm nhiều giải pháp khác nhau để cải thiện thiết kế giày cho chương trình Artemis. Một số phương án đang được nghiên cứu bao gồm việc sử dụng vật liệu linh hoạt hơn để thay thế tấm tản nhiệt cứng, giúp giày vừa giữ ấm tốt vừa đảm bảo khả năng uốn cong theo chuyển động tự nhiên của bàn chân.
Ngoài ra, các nhà thiết kế cũng đang xem xét việc tích hợp đế giày có thể điều chỉnh độ linh hoạt, cho phép phi hành gia điều chỉnh mức độ cứng hoặc mềm của giày tùy theo nhu cầu. Một số ý tưởng còn hướng đến việc áp dụng công nghệ giảm chấn tiên tiến, giúp phân phối áp lực đồng đều hơn khi di chuyển để giảm thiểu nguy cơ chấn thương.
Sự trở lại của con người trên Mặt Trăng không chỉ là một cuộc hành trình mang tính biểu tượng mà còn là bước khởi đầu cho những sứ mệnh dài hạn hơn, bao gồm cả việc thiết lập căn cứ thường trực và xa hơn nữa là thám hiểm sao Hỏa.
Để đạt được mục tiêu này, NASA phải giải quyết hàng loạt vấn đề kỹ thuật, từ hệ thống sinh tồn, tàu đổ bộ, đến bộ đồ bảo hộ và giày dép. Dù có thể chỉ là một chi tiết nhỏ trong toàn bộ sứ mệnh, nhưng một đôi giày phù hợp có thể tạo ra sự khác biệt lớn trong việc bảo vệ sức khỏe của phi hành gia và giúp họ thực hiện nhiệm vụ một cách hiệu quả hơn.
Những công nghệ được phát triển trong quá trình này không chỉ giúp con người đặt chân lên Mặt Trăng mà còn có thể mở đường cho các chuyến thám hiểm không gian trong tương lai. Một đôi giày tốt không chỉ giúp con người đi xa hơn mà còn giúp họ khám phá những chân trời mới trong vũ trụ bao la.
