Đã từng có một giấc mơ về những đô thị giữa vũ trụ — những khu định cư hình trụ khổng lồ, tự cung tự cấp, là nơi sinh sống của hàng triệu người nhìn xuống Trái Đất từ tầm cao vời vợi. Những thành phố ấy có thể trông giống như trạm không gian trong bộ phim 2001: A Space Odyssey. Nhưng giấc mơ viễn tưởng ấy đã tan vỡ trước một thực tế rất khác biệt.

Vào thập niên 1970, một nhà khoa học nghiêm túc tin rằng vào khoảng năm 2025, giấc mơ định cư quy mô lớn của con người trong không gian có thể trở thành hiện thực. Đó là giáo sư vật lý Gerard K. O’Neill của Đại học Princeton. Trong vài năm, tầm nhìn về cuộc sống ngoài không gian của ông đã biến ông thành cái tên quen thuộc trong công chúng. Ông xuất hiện trên truyền hình, viết một cuốn sách bán chạy và được mời điều trần trước Quốc hội Mỹ để chia sẻ về viễn cảnh tương lai mà ông hình dung.

Nhưng thực tế của năm 2025 thì khác xa. Chỉ có rất ít người từng được sống ngoài không gian — khoảng 290 phi hành gia từng đặt chân lên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS), cùng một số ít khác từng làm việc trên các trạm không gian đơn giản hơn như Mir của Nga hay Thiên Cung (Tiangong) của Trung Quốc.

Tầm nhìn của O’Neill được mô tả rõ nhất trong cuốn sách “The High Frontier” (Biên Giới Cao) xuất bản năm 1976. Trong đó, ông dự đoán rằng từ năm 1990 đến 2005, con người sẽ có thể xây dựng những thành phố khổng lồ tại điểm Lagrange L5 – nơi lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt trăng cân bằng. Mỗi khu định cư sẽ là mái nhà của hàng triệu người. Ý tưởng này được yêu thích đến mức xuất hiện hẳn một câu lạc bộ mang tên Hiệp hội L5 (L5 Society), với khẩu hiệu: “L5 by ’95!” (tạm dịch: “Đến L5 vào năm 1995!”).

Một trong những yếu tố then chốt của ý tưởng là chuyển động quay – tạo ra lực ly tâm giả lập trọng lực trên bề mặt trong của hình trụ. O’Neill tưởng tượng ra nhiều mô hình khu định cư hình cầu và hình trụ khác nhau (trong đó có biến thể hình vòng được gọi là Stanford Torus, tương tự trạm không gian hình bánh xe trong 2001: A Space Odyssey). Mô hình lớn nhất của ông, mang tên “Đảo số Ba” (Island Three), được thiết kế rộng 6,4 km và dài 32 km, với tổng diện tích bề mặt sinh sống bên trong lên tới 1.294 km² — đủ cho nhà ở, công viên, sông ngòi và khu giải trí.

Người hâm mộ thể loại khoa học viễn tưởng có thể thấy mô tả này quen thuộc — đó chính là cảm hứng cho trạm không gian Babylon 5, cũng sử dụng chuyển động quay để tạo trọng lực nhân tạo.

Cuộc sống trong những khu định cư không gian ấy được O’Neill mô tả là sạch sẽ và có tổ chức. Công nghiệp và nông nghiệp sẽ được bố trí trong các hình trụ nhỏ hơn, nằm gần khu dân cư chính. Việc di chuyển giữa các khu sẽ chỉ mất vài phút, thông qua các “quả cầu di chuyển (commuterspheres)” chạy dọc theo dây cáp bằng động cơ điện — với chi phí, theo O’Neill, chỉ khoảng 50 xu mỗi hành khách (theo giá thập niên 1970).

Nghe thật hoành tráng, nhưng sau nhiều thập kỷ thất vọng và mất dần khát vọng chinh phục không gian, những gì O’Neill vẽ ra có lẽ nay đã trở nên xa vời và phi thực tế. Tuy nhiên, ông không phải người viển vông. Ông chỉ sống trong một thời kỳ khác — khi thế giới vẫn còn đầy niềm tin vào tương lai du hành vũ trụ, sau những thành tựu vang dội của chương trình Apollo.

O’Neill vốn yêu thích khoa học viễn tưởng, nên ý tưởng về trạm không gian không xa lạ với ông. Nhưng “biên giới cao” (high frontier) thực sự được hình thành khi ông bắt đầu giảng dạy vật lý nhập môn tại Princeton năm 1969. Dù chương trình Apollo đang ở đỉnh cao, nhưng sự thất vọng vì cuộc chiến tranh tại Việt Nam khiến nhiều sinh viên hoài nghi về tương lai nghề nghiệp trong khoa học và công nghệ, lo sợ bị cuốn vào guồng máy quân sự – công nghiệp. Cùng lúc đó, nhận thức về môi trường đang trỗi dậy mạnh mẽ nhờ những tác phẩm như “Mùa xuân im lặng” (Silent Spring) của Rachel Carson.

Nhận ra thách thức trong việc truyền cảm hứng cho sinh viên, O’Neill bắt đầu thiết kế các bài tập kỹ thuật kết hợp cả yếu tố kinh tế và xã hội, để khơi gợi tư duy sáng tạo. Câu hỏi đầu tiên ông đặt ra cho sinh viên là: “Bề mặt một hành tinh có phải là nơi tốt nhất để một xã hội công nghệ sinh sống không?”

O’Neill tin rằng không. Nhưng điều ông đưa ra không chỉ là giấc mơ khoa học viễn tưởng. Những ý tưởng trong The High Frontier phần nào là phản ứng trước báo cáo gây tranh cãi “Giới hạn của tăng trưởng” (Limits to Growth) của Câu lạc bộ Rome năm 1972 — bản dự báo ảm đạm về tương lai nhân loại, với tình trạng bùng nổ dân số, suy thoái môi trường và cạn kiệt tài nguyên. Báo cáo kết luận rằng trái đất đang bị khai thác vượt quá sức chịu đựng.

Không rõ nếu còn sống đến hôm nay, các tác giả của bản báo cáo ấy sẽ nghĩ gì về tình trạng của Trái Đất hiện tại.

Tuy nhiên, báo cáo “Giới hạn của tăng trưởng” không phải không có người phản đối. Nhiều nhà phê bình cho rằng báo cáo đã bỏ qua khả năng của công nghệ trong việc giảm thiểu ít nhất một phần các vấn đề mà nó dự báo. O’Neill đặc biệt lập luận rằng, nếu Trái Đất đã vượt quá khả năng chịu tải của nó, thì tại sao con người không mở rộng ra ngoài Trái Đất? Không gian cung cấp dồi dào nguồn nguyên liệu, năng lượng Mặt Trời, không gian sống, và cả nơi để đặt các ngành công nghiệp gây ô nhiễm mà không làm tổn hại môi trường Trái Đất.

O’Neill tin rằng những năm 1970 đã có, hoặc gần như đã có đủ công nghệ cần thiết để xây dựng các khu định cư ngoài không gian. Trong The High Frontier, ông viết: “Đảo số Ba đủ hiệu quả trong việc sử dụng vật liệu để có thể được xây dựng vào những năm đầu của thế kỷ 21.”

Ý tưởng

Phần lớn nguyên liệu thô sẽ được khai thác từ Mặt Trăng và các tiểu hành tinh gần Trái Đất, sau đó vận chuyển đến điểm L5 để lắp ráp thông qua một công nghệ có tên là “máy phóng khối lượng” (mass driver).

Máy phóng khối lượng là một dạng ná điện từ. Nó hoạt động bằng năng lượng Mặt Trời, sử dụng chất siêu dẫn dọc theo đường ray để tạo ra trường điện từ, giúp gia tốc hàng hóa đạt đến vận tốc thoát ly từ bề mặt Mặt Trăng hoặc tiểu hành tinh. Vì không cần dùng nhiên liệu, các lần phóng có thể được tiến hành liên tục như băng chuyền vận chuyển hàng hóa.

Công nghệ này cũng xuất hiện trong Babylon 5, nhưng trong phim, nó được dùng làm vũ khí ném các tiểu hành tinh xuống hành tinh.

Cuộc sống trong không gian

Sống trong không gian không chỉ là trôi nổi trong những khoang kim loại không cửa sổ. Như đã đề cập, việc xoay để mô phỏng trọng lực là một bước quan trọng. Các thí nghiệm ly tâm trên Trái Đất cho thấy, hầu hết con người có thể chịu được tốc độ quay từ 1–3 vòng mỗi phút, nhưng nếu vượt quá 4 vòng/phút, hệ thống tiền đình trong tai sẽ bị rối loạn, khiến con người buồn nôn và chóng mặt. Tốc độ quay này ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước của các khu định cư, nếu mục tiêu là tái tạo trọng lực tương đương trên Trái Đất.

Để đảm bảo sự ổn định, mỗi khu định cư sẽ gồm hai hình trụ quay ngược chiều nhau và được nối ở hai đầu. Ngoài ra, cần có chu kỳ ngày – đêm vì sinh học Trái Đất đã tiến hóa hơn 4 tỷ năm dựa trên nhịp điệu này. Nếu tách khỏi chu kỳ đó, sự sống sẽ gặp vấn đề trong dài hạn. Do đó, các khu định cư phải mô phỏng được ánh sáng và bóng tối tự nhiên.

O’Neill hình dung rằng mỗi hình trụ được chia thành sáu phần: ba khu vực có cửa sổ xen kẽ với ba “thung lũng sinh sống”, hai đầu được bịt bằng nắp hình bán cầu. Một hệ thống gương di động bên ngoài cửa sổ sẽ phản chiếu ánh sáng Mặt Trời sao cho mặt trời trông như đứng yên dù hình trụ đang quay.

Độ dài của ngày và các mùa có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi góc nghiêng của gương so với Mặt Trời, theo hướng trục dài của hình trụ.

Lượng ánh sáng là yếu tố then chốt để tạo ra một sinh quyển trong các khu định cư. O’Neill muốn các “quốc gia không gian” của mình tự cung tự cấp, nhưng tái tạo một sinh quyển ổn định là phần khó khăn nhất của toàn bộ kế hoạch.

Để nuôi sống hàng triệu người, thủy canh đơn thuần là chưa đủ. Một sinh quyển bền vững phụ thuộc vào lớp đất, vốn là hệ sinh thái phức tạp được hình thành qua hàng triệu năm cùng với sự tiến hóa của vi sinh vật, thực vật và động vật.

Tái tạo quá trình đó chỉ trong vài năm — và đảm bảo các phản ứng sinh hóa diễn ra chính xác — là một nhiệm vụ khổng lồ. Nó sẽ đòi hỏi vô số thử nghiệm, và nhiều khả năng sẽ gặp thất bại với các môi trường chết, không thể duy trì sự sống. Điều này chắc chắn sẽ làm chậm tiến độ xây dựng và dân cư hóa các khu định cư không gian.

Tuy nhiên, nếu thành công, phần bề mặt trong của các hình trụ giữa các khung cửa sổ có thể được biến thành công viên, rừng cây và sông suối, giống như trong các tác phẩm khoa học viễn tưởng — chẳng hạn bên trong trạm Babylon 5 hay kết cấu Nauvoo/Behemoth trong loạt phim The Expanse.

“Vì thế, có vẻ như không gian có thể mang lại điều kiện lý tưởng cho một nền nông nghiệp hiệu quả cao, tái chế hoàn toàn và không còn bị chi phối bởi thời tiết hay khí hậu,” O’Neill viết trong The High Frontier (Biên Giới Cao).

Những vấn đề nảy sinh

Vậy điều gì đã khiến kế hoạch của O’Neill thất bại? Rốt cuộc, không có gì là bất khả thi về mặt vật lý trong việc xây dựng những nơi cư trú như vậy. Điều khiến khái niệm này hấp dẫn đối với O’Neill là nó không đòi hỏi công nghệ “thần kỳ” nào cả — chỉ cần giải quyết hàng loạt vấn đề kỹ thuật đầy thách thức.

Tuy nhiên, một điểm dễ nhận thấy là O’Neill đã quá tin tưởng vào công nghệ và kỹ thuật cần thiết. Thành tựu lớn nhất mà con người từng xây dựng trong không gian cho đến nay chỉ là Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). Những công nghệ cần cho các cấu trúc như “Đảo Ba” (Island Three), hoặc thậm chí những mô hình nhỏ hơn và đơn giản hơn như “Đảo Một” hay “Đảo Hai” hình cầu, vẫn chưa từng được kiểm chứng cho đến tận bây giờ. Với sự quyết tâm cùng nguồn vốn và tài nguyên đủ lớn, nhân loại có thể dần hoàn thiện kỹ năng, nhưng điều đó cần thời gian — đây không phải là dự án có thể làm vội vàng.

Một vấn đề khác là thất bại của chương trình tàu con thoi. Khi mới được đề xuất, kế hoạch là có hàng trăm chuyến phóng mỗi năm, qua đó tạo năng lực cần thiết để xây dựng cơ sở hạ tầng trong không gian — cho phép khai thác Mặt Trăng hoặc đưa hàng triệu người lên quỹ đạo. Thế nhưng, từ chuyến bay đầu tiên năm 1981 đến chuyến cuối cùng năm 2011, sáu tàu con thoi chỉ thực hiện được tổng cộng 135 chuyến bay.

Chi phí xây dựng một khu cư trú trong không gian dài 32 km cũng khá mơ hồ: O’Neill ước tính khoảng 200 tỷ USD tính theo tiền thập niên 1970, tương đương khoảng 1,1 nghìn tỷ USD vào năm 2025 sau khi điều chỉnh theo lạm phát.

Ngoài ra, còn những lo ngại về mặt xã hội. Nếu mục tiêu là giảm tình trạng quá tải dân số trên Trái Đất, thì các khu cư trú ngoài không gian không phải là giải pháp. Dù có hàng chục triệu người sống ngoài không gian, con số đó vẫn chẳng đáng kể so với hơn 8 tỷ người đang sống trên hành tinh này.

Một câu hỏi khác cũng đáng suy nghĩ: ai sẽ được sống trong “thiên đường” ngoài không gian, tránh xa khí hậu suy thoái, chiến tranh, thiên tai và môi trường ô nhiễm của Trái Đất? Dù những nhà tiên phong như O’Neill có ý định tốt đẹp, lịch sử các thành phố và nền văn minh nhân loại cho thấy nhiều khả năng chính người giàu mới có thể chi trả cho việc di cư và sinh sống trong không gian. Dĩ nhiên, một thành phố có hàng triệu cư dân sẽ cần thợ thủ công, giáo viên, cảnh sát, nhân viên hành chính, kỹ sư môi trường… — tất cả những người cần thiết cho một xã hội vận hành — và những người này có thể không giàu, nhưng liệu họ có đến từ các quốc gia giàu hơn?

Nếu đúng như vậy, các khu cư trú ngoài không gian có thể chỉ khiến khoảng cách giàu nghèo giữa các quốc gia thêm sâu sắc. Người dân ở các nước đang phát triển có được cơ hội công bằng để sinh sống trong không gian không? Thiết kế một cơ chế tiếp cận bình đẳng với không gian có lẽ còn khó hơn cả việc thiết kế và xây dựng những khu cư trú ấy.

Mặt tích cực là các khu cư trú trong không gian có thể giúp nhân loại tránh khỏi thảm họa xảy ra trên Trái Đất, qua đó giảm nguy cơ tuyệt chủng của con người. Có thể nói, việc đảm bảo sự tồn tại lâu dài là lý do chính đáng nhất để loài người bước ra ngoài không gian.

Ngoài ra, còn một lý do trừu tượng hơn khiến chúng ta nên tiếc nuối trước sự thất bại của tầm nhìn O’Neill.

Khái niệm về khu cư trú không gian thập niên 1970 thể hiện một tầm nhìn táo bạo mà nhân loại từng có về công nghệ và chính bản thân mình — một tầm nhìn mà dường như đã phai nhạt theo năm tháng. Từ góc nhìn của những năm 1970, thế kỷ 21 được kỳ vọng là kỷ nguyên xa xôi của hy vọng, giàu có và kỳ quan công nghệ. Thế nhưng, trong thế kỷ 21 thực tại — giữa chiến tranh, chủ nghĩa độc tài và khủng hoảng môi trường ngày càng trầm trọng — chúng ta phải tự hỏi: phải chăng chính chúng ta đã phụ lòng tương lai, hay tương lai đã phụ lòng chúng ta?

Hình minh họa của NASA từ thập niên 1970 mô tả hai khu cư trú dạng hình trụ, với gương phản chiếu và cửa sổ lớn. Ảnh: NASA

O’Neill hình dung rằng mỗi hình trụ được chia thành sáu phần: ba khu vực có cửa sổ xen kẽ với ba “thung lũng sinh sống”, và hệ thống gương di động bên ngoài cửa sổ sẽ phản chiếu ánh sáng Mặt Trời. Ảnh: NASA

Trạm không gian hư cấu Babylon 5 được lấy cảm hứng từ mô hình hình trụ của O’Neill.
Ảnh: Warner Bros