Bùi Minh Nhật
Intern Writer
Động cơ hạt nhân là tương lai của du hành vũ trụ, nhưng loại nào vẫn còn đang được tranh luận.
Nhân loại nợ ơn các tên lửa hóa học đã phóng vệ tinh, phi hành gia và toàn bộ trạm vũ trụ vào không gian. Nhưng nếu chúng ta có bất kỳ hy vọng nào về việc định cư đáng tin cậy trên các hành tinh khác, những động cơ đó có thể sẽ cần phải được hoán đổi bằng động cơ hạt nhân.
Hoa Kỳ rất nhận thức rõ về tương lai hạt nhân của du hành vũ trụ hay ít nhất là trước đây. NASA và Cơ quan các dự án nghiên cứu quốc phòng tiên tiến (DARPA) đã phóng một tên lửa nhiệt hạt nhân (NTR) chạy bằng urani rắn vào năm 2027 có tên là Tên lửa trình diễn cho các hoạt động Cislunar nhanh nhẹn, hay DRACO , nhưng chương trình đó hiện đã bị hủy bỏ theo Chính quyền Trump.
Trong khi tương lai của NTR vẫn chưa chắc chắn, thiết kế của tàu vũ trụ này không phải là con ngựa duy nhất trong cuộc đua du hành vũ trụ. Một mặt, có một loại động cơ đẩy hạt nhân hoàn toàn khác được gọi là NEP, chuyển đổi nhiệt hạt nhân thành điện để cung cấp năng lượng cho các động cơ đẩy ion. Nhưng ngay cả trong gia đình NTR, vẫn chưa có sự chắc chắn tuyệt đối về diện mạo của những tên lửa này trong tương lai gần.
Trong khi DRACO là người tiên phong cho công nghệ này, một bài báo mới được công bố trên tạp chí Acta Astronautica nêu chi tiết những thách thức kỹ thuật tiềm tàng mà một khái niệm NTR đối thủ phải đối mặt, được gọi là tên lửa nhiệt hạt nhân ly tâm, hay CNTR. Đúng như tên gọi của nó, động cơ này sử dụng máy ly tâm để giữ urani nóng chảy (tức là chất lỏng), sau đó tạo bọt qua hydro để cuối cùng tạo ra lực đẩy.
Một trong những lợi thế chính của nó so với các thiết kế NTR khác là hiệu quả của nó. Theo Universe Today , thiết kế của DRACO sử dụng urani rắn có độ phân tích cao làm giàu thấp (HALEU) để tạo ra nhiều nhiệt biến hydro từ dạng lỏng thành dạng khí (và do đó tạo ra lực đẩy ), cung cấp xung lực riêng trong khoảng 900 giây. Không đi sâu vào vấn đề này (suy cho cùng, đây là khoa học tên lửa), xung lực riêng mô tả mức độ hiệu quả của động cơ chuyển đổi nhiên liệu thành lực đẩy.
Ngược lại, CNTR có thể tạo ra xung lực riêng là 1.500 giây một sự cải thiện đáng kể.
“Thiết kế lò phản ứng bong bóng có nhiên liệu lò phản ứng được quay với tốc độ cao để duy trì một lớp nhiên liệu lỏng xung quanh bề mặt hình trụ bên trong thấm hydro”, các tác giả viết. “Khi nhiên liệu đẩy hydro được thổi qua nhiên liệu lỏng này, nó được làm nóng đến nhiệt độ của nhiên liệu lỏng , thoát ra khỏi động cơ qua vòi phun để tạo ra lực đẩy”.
Tất nhiên, có một lý do khiến chương trình DRACO ban đầu không áp dụng cách tiếp cận trò chơi này cho động cơ đẩy hạt nhân của riêng mình nói thì dễ hơn làm. Trong bài báo, các nhà khoa học từ Đại học Alabama ở Huntsville và Đại học bang Ohio chỉ nói qua một vài thách thức về kỹ thuật ở phía trước. Một vấn đề là một số nguyên tố không mong muốn (như xenon và samarium) sẽ cần phải liên tục loại bỏ khỏi hệ thống và các nhà nghiên cứu lưu ý rằng việc mô hình hóa tương tác của hydro bong bóng là vô cùng khó khăn.
Nhưng như Universe Today cũng lưu ý, vấn đề lớn là đảm bảo rằng chỉ có hydro thoát ra khỏi vòi đẩy, chứ không phải nhiên liệu uranium. Nếu uranium thoát ra, phản ứng hạt nhân sẽ chậm lại, và hiệu suất của động cơ cũng vậy.
Mặc dù các nhà khoa học đã nghiên cứu thiết kế động cơ CNTR trong nhiều năm, những cỗ máy ly tâm này vẫn đang trong giai đoạn mô hình hóa và có thể phải mất nhiều năm nữa mới có thể tạo mẫu. Đến lúc đó, động cơ đẩy hạt nhân có thể sẽ bay vèo vèo khắp Hệ Mặt trời. Nhưng cũng giống như tên lửa V-2 vẫn còn lâu mới đạt đến đỉnh cao của động cơ đẩy hóa học, tàu vũ trụ đầu tiên được trang bị NTR sẽ còn lâu mới là từ cuối cùng trong chương tiếp theo của chuyến bay vũ trụ của con người .
www.popularmechanics.com
Nhân loại nợ ơn các tên lửa hóa học đã phóng vệ tinh, phi hành gia và toàn bộ trạm vũ trụ vào không gian. Nhưng nếu chúng ta có bất kỳ hy vọng nào về việc định cư đáng tin cậy trên các hành tinh khác, những động cơ đó có thể sẽ cần phải được hoán đổi bằng động cơ hạt nhân.
Hoa Kỳ rất nhận thức rõ về tương lai hạt nhân của du hành vũ trụ hay ít nhất là trước đây. NASA và Cơ quan các dự án nghiên cứu quốc phòng tiên tiến (DARPA) đã phóng một tên lửa nhiệt hạt nhân (NTR) chạy bằng urani rắn vào năm 2027 có tên là Tên lửa trình diễn cho các hoạt động Cislunar nhanh nhẹn, hay DRACO , nhưng chương trình đó hiện đã bị hủy bỏ theo Chính quyền Trump.
Trong khi tương lai của NTR vẫn chưa chắc chắn, thiết kế của tàu vũ trụ này không phải là con ngựa duy nhất trong cuộc đua du hành vũ trụ. Một mặt, có một loại động cơ đẩy hạt nhân hoàn toàn khác được gọi là NEP, chuyển đổi nhiệt hạt nhân thành điện để cung cấp năng lượng cho các động cơ đẩy ion. Nhưng ngay cả trong gia đình NTR, vẫn chưa có sự chắc chắn tuyệt đối về diện mạo của những tên lửa này trong tương lai gần.
Trong khi DRACO là người tiên phong cho công nghệ này, một bài báo mới được công bố trên tạp chí Acta Astronautica nêu chi tiết những thách thức kỹ thuật tiềm tàng mà một khái niệm NTR đối thủ phải đối mặt, được gọi là tên lửa nhiệt hạt nhân ly tâm, hay CNTR. Đúng như tên gọi của nó, động cơ này sử dụng máy ly tâm để giữ urani nóng chảy (tức là chất lỏng), sau đó tạo bọt qua hydro để cuối cùng tạo ra lực đẩy.
Một trong những lợi thế chính của nó so với các thiết kế NTR khác là hiệu quả của nó. Theo Universe Today , thiết kế của DRACO sử dụng urani rắn có độ phân tích cao làm giàu thấp (HALEU) để tạo ra nhiều nhiệt biến hydro từ dạng lỏng thành dạng khí (và do đó tạo ra lực đẩy ), cung cấp xung lực riêng trong khoảng 900 giây. Không đi sâu vào vấn đề này (suy cho cùng, đây là khoa học tên lửa), xung lực riêng mô tả mức độ hiệu quả của động cơ chuyển đổi nhiên liệu thành lực đẩy.
Ngược lại, CNTR có thể tạo ra xung lực riêng là 1.500 giây một sự cải thiện đáng kể.
“Thiết kế lò phản ứng bong bóng có nhiên liệu lò phản ứng được quay với tốc độ cao để duy trì một lớp nhiên liệu lỏng xung quanh bề mặt hình trụ bên trong thấm hydro”, các tác giả viết. “Khi nhiên liệu đẩy hydro được thổi qua nhiên liệu lỏng này, nó được làm nóng đến nhiệt độ của nhiên liệu lỏng , thoát ra khỏi động cơ qua vòi phun để tạo ra lực đẩy”.
Tất nhiên, có một lý do khiến chương trình DRACO ban đầu không áp dụng cách tiếp cận trò chơi này cho động cơ đẩy hạt nhân của riêng mình nói thì dễ hơn làm. Trong bài báo, các nhà khoa học từ Đại học Alabama ở Huntsville và Đại học bang Ohio chỉ nói qua một vài thách thức về kỹ thuật ở phía trước. Một vấn đề là một số nguyên tố không mong muốn (như xenon và samarium) sẽ cần phải liên tục loại bỏ khỏi hệ thống và các nhà nghiên cứu lưu ý rằng việc mô hình hóa tương tác của hydro bong bóng là vô cùng khó khăn.
Nhưng như Universe Today cũng lưu ý, vấn đề lớn là đảm bảo rằng chỉ có hydro thoát ra khỏi vòi đẩy, chứ không phải nhiên liệu uranium. Nếu uranium thoát ra, phản ứng hạt nhân sẽ chậm lại, và hiệu suất của động cơ cũng vậy.
Mặc dù các nhà khoa học đã nghiên cứu thiết kế động cơ CNTR trong nhiều năm, những cỗ máy ly tâm này vẫn đang trong giai đoạn mô hình hóa và có thể phải mất nhiều năm nữa mới có thể tạo mẫu. Đến lúc đó, động cơ đẩy hạt nhân có thể sẽ bay vèo vèo khắp Hệ Mặt trời. Nhưng cũng giống như tên lửa V-2 vẫn còn lâu mới đạt đến đỉnh cao của động cơ đẩy hóa học, tàu vũ trụ đầu tiên được trang bị NTR sẽ còn lâu mới là từ cuối cùng trong chương tiếp theo của chuyến bay vũ trụ của con người .
A New Type of Propulsion Could Revolutionize Space Travel
Nuclear engines are the future of spaceflight, but exactly which kind is still up for debate.
www.popularmechanics.com
