Trung Quốc thử nghiệm thành công công nghệ in 3D kim loại tại rìa vũ trụ: Bước đệm cho kỷ nguyên sản xuất ngoài không gian

[Khánh Vân]

Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) vừa chính thức công bố một cột mốc quan trọng trong lịch sử công nghệ vũ trụ của nước này vào ngày 24/1. Lần đầu tiên, các nhà khoa học Trung Quốc đã thực hiện thành công thí nghiệm in 3D kim loại trong môi trường vi trọng lực ngoài không gian. Thí nghiệm đột phá này được thực hiện trên tàu vũ trụ thương mại Lihong-1, đánh dấu sự chuyển dịch chiến lược từ giai đoạn nghiên cứu lý thuyết trên mặt đất sang kiểm chứng kỹ thuật thực tế trên quỹ đạo, mở ra triển vọng to lớn cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng trong vũ trụ tương lai.

Hành trình vượt đường Karman và quy trình in tự động

Sứ mệnh này được thực hiện bởi CAS Space, một công ty thương mại thuộc Viện Hàn lâm, sử dụng tàu vũ trụ Lihong-1 được phóng từ Trung tâm phóng vệ tinh Tửu Tuyền ở phía Tây Bắc Trung Quốc vào giữa tháng này. Thiết bị in 3D, trái tim của thí nghiệm, là sản phẩm do Viện Cơ khí thuộc CAS phát triển riêng biệt để hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt.

Khi tàu Lihong-1 bay lên độ cao khoảng 120 km, vượt qua đường Karman – ranh giới vật lý được quốc tế công nhận giữa khí quyển Trái Đất và không gian vũ trụ – bộ thiết bị đã tự động kích hoạt quy trình in các bộ phận kim loại. Tại độ cao này, môi trường vi trọng lực (microgravity) bắt đầu xuất hiện, tạo ra những điều kiện vật lý hoàn toàn khác biệt so với mặt đất. Sự thành công của quá trình in tự động này chứng minh khả năng kiểm soát chính xác và ổn định của thiết bị trong môi trường không trọng lượng, một thách thức kỹ thuật mà các cường quốc vũ trụ đều đang theo đuổi.

Vượt qua rào cản vật lý của sản xuất bồi đắp

Sản xuất bồi đắp (in 3D) kim loại trên Trái Đất vốn đã là một kỹ thuật phức tạp, nhưng việc thực hiện nó ngoài không gian còn khó khăn hơn gấp bội. Trong môi trường trọng lực bình thường, trọng lực giúp định hình vật liệu nóng chảy và cố định các lớp in. Tuy nhiên, trong môi trường vi trọng lực, kim loại lỏng có xu hướng trôi nổi và khó kiểm soát hình dạng.

Nhóm nghiên cứu của CAS đã phải giải quyết hàng loạt bài toán hóc búa, bao gồm việc vận chuyển và cấp liệu ổn định, kiểm soát động học của vùng nóng chảy (melt pool) và đảm bảo quá trình đông đặc diễn ra đúng theo thiết kế hình học. Việc làm chủ quy trình khép kín và phối hợp nhịp nhàng giữa thiết bị in với hệ thống điều khiển của phương tiện phóng là chìa khóa để tạo ra các sản phẩm có độ chính xác cao và đặc tính cơ học vượt trội.

Thu hồi dữ liệu quý giá và triển vọng thương mại

Sau khi hoàn thành nhiệm vụ, khoang chở hàng của Lihong-1 đã hạ cánh an toàn xuống mặt đất nhờ hệ thống dù và được đội cứu hộ thu hồi nhanh chóng. Các mẫu vật kim loại in 3D cùng dữ liệu thực nghiệm thu được đang được các nhà khoa học phân tích kỹ lưỡng. Những dữ liệu này bao gồm thông tin về quá trình vận chuyển vật liệu, sự kết tinh đồng đều của cấu trúc kim loại khi không chịu tác động của trọng lực và độ chính xác hình học của thành phẩm. Môi trường vi trọng lực được cho là giúp vật liệu kết tinh hoàn hảo hơn, loại bỏ các khiếm khuyết thường gặp do trọng lực gây ra trên Trái Đất.

Về phương tiện phóng, đại diện CAS Space cho biết tàu Lihong-1 sở hữu ưu điểm chi phí thấp và tính linh hoạt cao. Tàu có khả năng cung cấp môi trường thử nghiệm vi trọng lực kéo dài hơn 300 giây, lý tưởng cho các thí nghiệm vật liệu và sinh học. Đáng chú ý, Lihong-1 được thiết kế để có thể tái sử dụng nhiều lần.

Ông Wang Yingcheng, phó thiết kế trưởng của dự án, tiết lộ rằng nhóm đang tiến hành các thử nghiệm sâu rộng để bổ sung hệ thống hỗ trợ sự sống và công nghệ thoát hiểm khẩn cấp cho tàu. Mục tiêu dài hạn là nâng cấp Lihong-1 trở thành phương tiện phục vụ du lịch vũ trụ thương mại và các sứ mệnh khoa học cận quỹ đạo có người lái với chi phí hợp lý, khẳng định tham vọng của Trung Quốc trong cuộc đua thương mại hóa vũ trụ.