Với giấc mơ về sao Hỏa trong tâm trí của cả NASA và tỉ phú Elon Musk, các sứ mệnh đường dài xuyên không gian đang đến gần. Nhưng bạn có thể ngạc nhiên khi biết rằng tên lửa hiện đại không nhanh hơn nhiều so với tên lửa trong quá khứ.
Tờ The Conversation dẫn bài viết của giáo sư Iain Boyd, Khoa Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ, Đại học Colorado Boulder, cho biết, có rất nhiều lý do cho thấy tàu vũ trụ nhanh hơn là tàu tốt hơn và tên lửa chạy bằng năng lượng hạt nhân là một cách để làm điều này.
Tại sao cần tốc độ?
Bước đầu tiên của hành trình không gian bao gồm việc sử dụng tên lửa đẩy để phóng tàu vũ trụ vào quỹ đạo. Khi tàu đến không gian, mọi thứ trở nên thú vị. Để thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái đất và đến các điểm đến không gian sâu, tàu cần tăng tốc. Đây là lúc các hệ thống hạt nhân phát huy tác dụng.
Có hai lý do khiến tên lửa nhanh hơn tốt hơn cho việc du hành vũ trụ đường dài: An toàn và thời gian.
Các phi hành gia trong chuyến du hành tới sao Hỏa sẽ phải tiếp xúc với lượng bức xạ rất cao có thể gây ra các vấn đề sức khỏe lâu dài nghiêm trọng như ung thư và vô sinh. Tấm che chắn bức xạ có thể có hiệu quả, nhưng nó vô cùng nặng, và sứ mệnh càng dài thì càng cần phải che chắn nhiều hơn. Một cách tốt hơn để giảm tiếp xúc với bức xạ đơn giản là đến nơi nhanh hơn.
Nhưng sự an toàn của con người không phải là lợi ích duy nhất. Khi thăm dò xa hơn ra ngoài không gian, điều quan trọng là phải lấy dữ liệu từ các sứ mệnh không người lái càng sớm càng tốt. Voyager-2 đã mất 12 năm chỉ để đến được sao Hải Vương, nơi nó chụp được một số bức ảnh đáng kinh ngạc khi bay ngang qua. Nếu Voyager-2 có một hệ thống đẩy nhanh hơn, các nhà thiên văn học có thể đã có những bức ảnh này và thông tin mà chúng chứa đựng trong nhiều năm trước đó.
Tốc độ là tốt. Nhưng tại sao các hệ thống hạt nhân lại nhanh hơn?
Hệ thống ngày nay
Khi một con tàu đã thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái đất, có 3 khía cạnh quan trọng cần xem xét khi so sánh bất kỳ hệ thống đẩy nào là: Lực đẩy, hiệu suất khối lượng và mật độ năng lượng.
Ngày nay, các hệ thống động cơ phổ biến nhất được sử dụng là động cơ đẩy hóa học - tức là tên lửa đốt nhiên liệu thông thường - và hệ thống đẩy điện chạy bằng năng lượng mặt trời.
Hệ thống đẩy hóa học cung cấp rất nhiều lực đẩy, nhưng không đặc biệt hiệu quả và nhiên liệu tên lửa không đậm đặc năng lượng như vậy. Tên lửa Saturn V đưa các phi hành gia lên Mặt trăng tạo ra lực 35 triệu Newton khi cất cánh và mang theo 950.000 gallon nhiên liệu. Mặc dù phần lớn nhiên liệu được sử dụng để đưa tên lửa vào quỹ đạo, nhưng những hạn chế rõ ràng là: Cần rất nhiều nhiên liệu nặng để đi đến bất cứ đâu.
Trong khi đó, hệ thống tạo ra lực đẩy bằng cách sử dụng điện năng được sản xuất từ các tấm pin mặt trời tạo ra lực đẩy ít hơn nhiều.
Một trong những lý do khiến tên lửa chạy bằng năng lượng hạt nhân có triển vọng là vì chúng mang lại mật độ năng lượng đáng kinh ngạc. Nhiên liệu uranium được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân có mật độ năng lượng cao hơn 4 triệu lần so với hydrazine - một loại thuốc phóng tên lửa hóa học điển hình. Việc đưa một lượng nhỏ uranium lên vũ trụ dễ dàng hơn nhiều so với hàng trăm nghìn gallon nhiên liệu.
Tại sao vẫn chưa có tên lửa chạy bằng năng lượng hạt nhân?
Hệ thống đẩy nhiệt hạt nhân đã được nghiên cứu từ những năm 1960 nhưng vẫn chưa bay trong không gian. Các quy định lần đầu tiên được áp dụng ở Mỹ vào những năm 1970 về cơ bản yêu cầu kiểm tra từng trường hợp và phê duyệt bất kỳ dự án vũ trụ hạt nhân nào từ nhiều cơ quan chính phủ và sự chấp thuận rõ ràng của tổng thống.
Tất cả đã thay đổi khi chính quyền cựu Tổng thống Donald Trump ban hành bản ghi nhớ vào tháng 8.2019, cho phép thực hiện các nhiệm vụ hạt nhân với lượng vật liệu hạt nhân thấp hơn mà không cần quy trình phê duyệt của nhiều cơ quan.
Cùng với việc sửa đổi các quy định này, NASA cũng đã nhận được ngân sách năm 2019 để phát triển động cơ đẩy nhiệt hạt nhân.
Sau 60 năm đình trệ, có khả năng một tên lửa chạy bằng năng lượng hạt nhân sẽ bay vào vũ trụ trong vòng một thập kỷ. Thành tựu thú vị này sẽ mở ra một kỷ nguyên khám phá không gian mới. Mọi người sẽ lên sao Hỏa và các thí nghiệm khoa học sẽ tạo ra những khám phá mới trên khắp hệ Mặt trời của chúng ta và hơn thế nữa.
