Tập đoàn Năng lượng Nguyên tử Nhà nước Nga (Rosatom) gần đây đã phát triển một động cơ tàu vũ trụ mới với các thông số kỹ thuật ấn tượng. Nó vượt xa khả năng của động cơ tên lửa hóa học truyền thống, có khả năng tạo ra lực đẩy ít nhất 6 N và xung lực riêng ít nhất 100 km/s.
Alexey Voronov, Phó Tổng giám đốc thứ nhất về Khoa học tại Viện Nghiên cứu Rosatom, giải thích: "Hiện tại, một chuyến bay tới Sao Hỏa bằng động cơ thông thường có thể mất gần một năm một chiều, điều này rất nguy hiểm cho các phi hành gia do bức xạ vũ trụ và phơi nhiễm phóng xạ. Sử dụng động cơ plasma có thể rút ngắn thời gian của nhiệm vụ xuống còn 30-60 ngày, có nghĩa là có thể đưa một phi hành gia lên Sao Hỏa và trở về."
Động cơ hoạt động theo một nguyên tắc khác biệt cơ bản so với tên lửa truyền thống. Nhà nghiên cứu trẻ tuổi Egor Biriulin giải thích rằng động cơ tên lửa plasma là một hệ thống đẩy điện với hai điện cực. Khi các hạt tích điện di chuyển giữa chúng và một điện áp cao được đặt vào, một dòng điện sẽ tạo ra một từ trường. Trường này đẩy các hạt ra khỏi động cơ, tạo cho plasma một chuyển động có hướng tạo ra lực đẩy.
Cách tiếp cận này có công suất đầu ra khoảng 300 kW, cho phép đạt được tốc độ chưa từng có. Trong khi các động cơ truyền thống có vận tốc dòng vật chất tối đa khoảng 4,5 km/s do điều kiện đốt cháy nhiên liệu, động cơ plasma mới tăng tốc các hạt tích điện – electron và proton – lên tốc độ 100 km/s (62 dặm/giây).
Các kỹ sư sẽ thử nghiệm công nghệ này bằng cách sử dụng một giá thử nghiệm quy mô lớn được lắp ráp ở Troitsk. Thiết bị chính của giá thử là một buồng chân không có đường kính bốn mét và chiều dài 14 mét. Rosatom sẽ trang bị cho thiết bị thử nghiệm các hệ thống bơm chân không hiệu suất cao và tản nhiệt, cho phép các nhà khoa học mô phỏng các điều kiện của không gian sâu.
Một ưu điểm đáng chú ý của thiết kế động cơ mới này là hiệu quả của nó. Biriulin lưu ý rằng plasma không cần phải được làm nóng mạnh, có nghĩa là các bộ phận và thành phần của động cơ không bị quá tải nhiệt độ. Ngoài ra, động cơ chuyển đổi gần như tất cả năng lượng điện được tạo ra thành chuyển động.
Việc phóng ban đầu của tàu vũ trụ vào quỹ đạo vẫn sẽ dựa vào tên lửa hóa học truyền thống. Tuy nhiên, động cơ plasma sẽ tiếp quản khi nó đạt đến quỹ đạo được chỉ định. Việc du hành vũ trụ trong tương lai có thể tích hợp công nghệ này vào các tàu kéo không gian để vận chuyển hàng hóa giữa các hành tinh.
Trước khi quá phấn khích, cần lưu ý rằng nghiên cứu đi kèm với một số cảnh báo. Thứ nhất, động cơ vẫn đang trong giai đoạn nguyên mẫu và vẫn còn nhiều công việc phát triển đáng kể trước khi Rosatom có thể sử dụng nó trong các sứ mệnh không gian có người lái. Ngoài ra, mặc dù nhóm nghiên cứu tuyên bố rằng các ước tính về khả năng của động cơ là "hợp lý" thông qua hơn 2400 giờ thử nghiệm, điều này có thể là lạc quan vì Rosatom chưa thử nghiệm động cơ trong điều kiện giống như không gian trong thời gian dài.
Ngoài ra, việc sử dụng tàu kéo không gian để vận chuyển hàng hóa giữa các hành tinh ở giai đoạn này vẫn còn là suy đoán. Điều quan trọng cần nhớ là đây là một công nghệ giai đoạn đầu và việc giảm đáng kể thời gian di chuyển đến Sao Hỏa nên được xem là một mục tiêu dài hạn tiềm năng chứ không phải là một thực tế sắp xảy ra.
Việc phát triển động cơ plasma này là một phần trong sáng kiến rộng lớn hơn của Rosatom nhằm thúc đẩy các công nghệ khám phá không gian. Công ty cũng tham gia vào việc phát triển các nhà máy điện hạt nhân mới cho các ứng dụng không gian khác nhau, các hệ thống trên tàu, và các hệ thống điều khiển và điều hướng tự động cho tàu vũ trụ.
Alexey Voronov, Phó Tổng giám đốc thứ nhất về Khoa học tại Viện Nghiên cứu Rosatom, giải thích: "Hiện tại, một chuyến bay tới Sao Hỏa bằng động cơ thông thường có thể mất gần một năm một chiều, điều này rất nguy hiểm cho các phi hành gia do bức xạ vũ trụ và phơi nhiễm phóng xạ. Sử dụng động cơ plasma có thể rút ngắn thời gian của nhiệm vụ xuống còn 30-60 ngày, có nghĩa là có thể đưa một phi hành gia lên Sao Hỏa và trở về."
Động cơ hoạt động theo một nguyên tắc khác biệt cơ bản so với tên lửa truyền thống. Nhà nghiên cứu trẻ tuổi Egor Biriulin giải thích rằng động cơ tên lửa plasma là một hệ thống đẩy điện với hai điện cực. Khi các hạt tích điện di chuyển giữa chúng và một điện áp cao được đặt vào, một dòng điện sẽ tạo ra một từ trường. Trường này đẩy các hạt ra khỏi động cơ, tạo cho plasma một chuyển động có hướng tạo ra lực đẩy.
Cách tiếp cận này có công suất đầu ra khoảng 300 kW, cho phép đạt được tốc độ chưa từng có. Trong khi các động cơ truyền thống có vận tốc dòng vật chất tối đa khoảng 4,5 km/s do điều kiện đốt cháy nhiên liệu, động cơ plasma mới tăng tốc các hạt tích điện – electron và proton – lên tốc độ 100 km/s (62 dặm/giây).
Các kỹ sư sẽ thử nghiệm công nghệ này bằng cách sử dụng một giá thử nghiệm quy mô lớn được lắp ráp ở Troitsk. Thiết bị chính của giá thử là một buồng chân không có đường kính bốn mét và chiều dài 14 mét. Rosatom sẽ trang bị cho thiết bị thử nghiệm các hệ thống bơm chân không hiệu suất cao và tản nhiệt, cho phép các nhà khoa học mô phỏng các điều kiện của không gian sâu.
Một ưu điểm đáng chú ý của thiết kế động cơ mới này là hiệu quả của nó. Biriulin lưu ý rằng plasma không cần phải được làm nóng mạnh, có nghĩa là các bộ phận và thành phần của động cơ không bị quá tải nhiệt độ. Ngoài ra, động cơ chuyển đổi gần như tất cả năng lượng điện được tạo ra thành chuyển động.
Việc phóng ban đầu của tàu vũ trụ vào quỹ đạo vẫn sẽ dựa vào tên lửa hóa học truyền thống. Tuy nhiên, động cơ plasma sẽ tiếp quản khi nó đạt đến quỹ đạo được chỉ định. Việc du hành vũ trụ trong tương lai có thể tích hợp công nghệ này vào các tàu kéo không gian để vận chuyển hàng hóa giữa các hành tinh.
Trước khi quá phấn khích, cần lưu ý rằng nghiên cứu đi kèm với một số cảnh báo. Thứ nhất, động cơ vẫn đang trong giai đoạn nguyên mẫu và vẫn còn nhiều công việc phát triển đáng kể trước khi Rosatom có thể sử dụng nó trong các sứ mệnh không gian có người lái. Ngoài ra, mặc dù nhóm nghiên cứu tuyên bố rằng các ước tính về khả năng của động cơ là "hợp lý" thông qua hơn 2400 giờ thử nghiệm, điều này có thể là lạc quan vì Rosatom chưa thử nghiệm động cơ trong điều kiện giống như không gian trong thời gian dài.
Ngoài ra, việc sử dụng tàu kéo không gian để vận chuyển hàng hóa giữa các hành tinh ở giai đoạn này vẫn còn là suy đoán. Điều quan trọng cần nhớ là đây là một công nghệ giai đoạn đầu và việc giảm đáng kể thời gian di chuyển đến Sao Hỏa nên được xem là một mục tiêu dài hạn tiềm năng chứ không phải là một thực tế sắp xảy ra.
Việc phát triển động cơ plasma này là một phần trong sáng kiến rộng lớn hơn của Rosatom nhằm thúc đẩy các công nghệ khám phá không gian. Công ty cũng tham gia vào việc phát triển các nhà máy điện hạt nhân mới cho các ứng dụng không gian khác nhau, các hệ thống trên tàu, và các hệ thống điều khiển và điều hướng tự động cho tàu vũ trụ.
