Động cơ ion mạnh hơn cả động cơ kỷ lục của NASA sắp được mang lên vũ trụ thử nghiệm

Để thêm gia vị cho cuộc đua lên Sao Hỏa đang ngày một gay cấn, một nhà khoa học tên lửa vũ trụ Úc vừa lắp thành công mẫu thử của một động cơ ion, có khả năng cung cấp năng lượng cho chuyến hành trình khứ hồi lên Sao Hỏa. Điểm đáng nói là động cơ này sẽ sử dụng nhiên liệu là rác thải vũ trụ tái chế.

Tiến sĩ mới tốt nghiệp Paddy Neumann đã vượt qua mốc kỉ lục tiết kiệm nhiên liệu của NASA với động cơ ion của mình năm ngoái và trong tuần trước, anh đã kí hợp đồng với công ty hàng không vũ trụ lớn nhất Châu Âu, Airbus Defence & Space để phóng thử nghiệm động cơ này lên trạm ISS.

Tại Hội nghĩ Vũ Trụ Quốc tế diễn ra tại Mexico tuần vừa rồi, kế hoạch hợp tác này đã chính thức được triển khai, đánh dấu lần đầu tiên hãng Airbus bắt tay với một khách hàng tư nhân để triển khai nghiên cứu và lên kế hoạch lên trạm ISS. Dự kiến, kế hoạch sẽ được tiến hành vào cuối năm 2018.

“Chúng tôi đã cho thử nghiệm trên Trái Đất trong một môi trường chân không giống như trong vũ trụ vậy, nhưng hệ thống vẫn mới chỉ được thử nghiệm trên quy mô nhỏ. Đây sẽ là cơ hội thử nghiệm đầu tiên trên môi trường không gian thực sự với một hệ thống điều khiển tiên tiến”, đồng tác giả nghiên cứu của anh Neumann tại Đại học Sydney, Marcela Bilek nói.

Động cơ ion này, hay có người gọi là động cơ Neumann, được công bố hồi tháng 9 vừa rồi bởi anh Neumann, đi kèm với tuyên bố rằng động cơ này sẽ có thể sánh ngang hàng với những nỗ lực tốt nhất của NASA để tạo động cơ vũ trụ tại thời điểm ấy.

Nếu có thể hoạt động trơn tru và hiệu quả, thì động cơ ion sẽ cách mạng hóa toàn bộ ngành khám phá vũ trụ trong cả quy mô Hệ Mặt Trời cũng như vượt ra xa hơn nữa, bởi lẽ động cơ ion không cần một lượng nhiên liệu vận hành khổng lồ.

Cho dễ hình dung hơn, tên lửa Saturn V được NASA sử dụng hồi năm 1966 tới năm 1973 cần tới 2.076.545 kg nhiên liệu, thế hệ tên lửa Falcon 9 của SpaceX hiện tại cần khoảng 409.500 kg nhiên liệu, tất cả chỉ để có thể lên được vũ trụ.

Tưởng tượng xem ta sẽ cần lượng nhiên liệu lớn tới mức nào khi lên Sao Hỏa và quay về.

Nhưng hệ thống động cơ ion này sẽ khác, thay bằng việc sử dụng công nghệ tạo sức đẩy bằng phản ứng hóa học đốt cháy như hiện nay, nó sẽ có một hệ thống đẩy sử dụng trường điện từ để phóng ra những hạt ion hóa (những hạt mang điện) với một tốc độ cực cao về một hướng, tạo ra lực đẩy tiến về phía trước.

Những hạt ion hóa ấy ban đầu sẽ chỉ là kim loại rắn, sau khi chúng được đốt nóng bằng điện, chúng sẽ biến thành plasma. Câu hỏi đã được đặt ra rằng kim loại nào sẽ là lý tưởng cho việc sản xuất những hạt ion hóa này và những thử nghiệm của Neumann và đồng nghiệp đã tìm ra được kim loại ấy là magiê.

Và ta đã có sẵn một nguồn magiê cực kì dồi dào trên không gian, đó chính là rác thải vũ trụ.

Theo như các bản báo cáo so sánh, thì lực đẩy kỉ lục của NASA, được tính toán theo tỉ lệ độ lớn của nhiên liệu với sức đẩy của động cơ, là hệ thống động cơ đẩy sử dụng năng lượng điện cực lớn (HiPEP) với 9.600 ( /- 200) giây lực đẩy. Mẫu thử động cơ ion của anh Neumann đã đạt tới con số 14.690 ( /- 2.000) giây.

Kỷ lục ấy đã khiến động cơ của anh Neumann trở nên nổi tiếng, nhưng một trong những nhà kỹ sư cấp cao về công nghệ động cơ ion của NASA, ông Mike Patterson chỉ ra rằng đó mới chỉ là mẫu thử lý thuyết, tất cả đều sẽ không là gì nếu như anh Neumann không chứng minh được rằng nó hoạt động ngoài thực địa.

“Việc đạt được ‘kỉ lục lực đẩy mạnh nhất’ không có ý nghĩa gì cả, và tôi chắc chắn rằng anh ấy cũng biết được điều đó”, ông Patterson nói.

NASA cũng không kém cạnh trong lĩnh vực này, kỹ sư Patterson cũng đang tiến hành nghiên cứu chế tạo Động cơ đẩy Xenon (NEXT), với sức mạnh mà theo như ông Patterson nói là sẽ tiết kiệm nhiên liệu gấp 2 lần so với động cơ Neumann.

Dù trong cuộc đua này ai là người chiến thắng, thì chúng ta vẫn là những người hưởng lợi. Xét tới việc rau củ có thể trồng trên được đất Sao Hỏa, kèm theo cả kế hoạch đưa người lên Sao Hỏa định cư của Elon Musk nữa, chắc chắn ta sẽ không phải chờ lâu để con người có một bước tiến vĩ đại: loài người trở thành giống loài sống liên hành tinh.

Tham khảo ScienceAlert