Làm thế nào để tạo ra những con tàu vũ trụ du hành liên hành tinh?

Với việc càng ngày càng có nhiều hành tinh ngoài Hệ mặt trời được phát hiện, ta càng ngày càng khó chịu hơn khi chẳng thể đặt chân lên chúng được. Sau cùng, hiểu biết của ta về những hành tinh trong chính hệ mặt trời cũng rất chi là hạn hẹp, cũng chỉ để dành cho những thiết bị thăm dò vũ trụ mà ta đưa lên để khám phá chúng.

Vấn đề nằm ở chỗ ngay cả ngôi sao gần nhất cũng cực kì xa xôi, và sẽ phải cần một nỗ lực nghiên cứu khổng lồ để có thể đi tới nơi trong khoảng thời gian thực tế với chúng ta. Nhưng với những nghiên cứu trong các phạm trù như tổng hợp hạt nhân và công nghệ nano đang phát triển chóng mặt, ta có lẽ sẽ không xa vời với chuyện dựng lên những thiết bị thăm dò không gian nhỏ gọn, đủ nhanh để di chuyển qua các vì sao như ta vẫn nghĩ.

Vấn đề khoa học và xã hội

Có rất nhiều điều phải lo ngại. Nếu ta có thể tìm được bằng chứng về sự tồn tại của sự sống trên một hành tinh quay xung quanh ngôi sao gần nhất, ta chắc chắn sẽ cần phải tới đó để lấy được những minh chứng rõ ràng nhất cũng như học hỏi thêm về sinh hóa cơ bản và lịch sử phát triển tại đó. Và sẽ cần phải đưa được những thiết bị nghiên cứu khoa học tinh vi tới đó.

Nhưng cũng có những nguyên do khác, ví dụ như những thành quả văn hóa mà ta có thể nhận được từ cuộc mở rộng trải nghiệm không ngờ tới của loài người. Và liệu ta có nhận ra rằng sự sống là một thứ hiếm hoi trong thiên hà này, và đây chính là cơ hội để loài người có thể chinh phục những chân trời khác. Điều này cũng khiến ta có thể mở rộng và đa dạng hóa khắp vũ trụ, tăng cường cực đại khả năng tồn tại lâu dài của giống loài Homo sapiens cũng như những hậu duệ tiến hóa sau này.

Năm tàu vũ trụ - Pioneers 10 and 11, Voyagers 1 and 2, và New Horizons – giờ đã rời khỏi Hệ mặt trời để đi vào không gian liên sao. Tuy nhiên, chúng sẽ khó mà vận hành trong nhiều thiên niên kỷ trước khi tới được ngôi sao khác, và chắc gì chúng đã tới được một trong số đó.

Rõ ràng, nếu tàu du hành vũ trụ có thể trở thành hiện thực, chúng sẽ cần phải dựa trên công nghệ động cơ đẩy năng lượng tân tiến hơn rất nhiều so với tên lửa hóa học và lợi dụng trọng lực giữa các hành tinh khổng lồ mà ta vẫn đang sử dụng.

Để có thể tới được một ngôi sao gần nhất trong khoảng thời gian thập kỷ chứ không phải thiên niên kỷ, một tàu vũ trụ cần phải di chuyển với một tốc độ đáng kể - lí tưởng nhất là khoảng 10% - tốc độ ánh sáng (Tàu Voyager đang di chuyển với tốc độ khoảng 0,005% C). Tốc độ như vậy về nguyên tắc là có thể đạt được – và ta cũng chẳng cần phải phát minh ra những công nghệ mới như “bẻ cong không-thời gian”, một công nghệ giả tưởng để có thể di chuyển nhanh hơn anh sáng, hay qua những “lỗ sâu” trong không gian như trong bộ phim Interstellar.

Nhứng ứng cử viên hàng đầu trong thiết kế tên lửa

Hình ảnh concept của tàu vũ trụ Project Orion vận hành bởi lực đẩy hạt nhân.

Hàng năm, các nhà khoa học đã nghiên cứu hàng loạt các thiết kế động cơ đẩy có thể tăng tốc tàu vũ trụ lên được vận tốc mong muốn kia. Trong khi hàng loạt các thiết kế vốn rất khó để có thể thực hiện được hiện nay, và với việc công nghệ nano ngày càng phát triền và trọng tải khoa học ngày càng nhỏ và nhẹ hơn, năng lượng cần thiết để tăng tốc tới tốc độ yêu cầu sẽ ngày càng giảm.

Phương án du hành liên sao khả thi nhất chính là tên lửa hạt nhân, sử dụng năng lượng giải phóng khi tổng hợp hay phân rã hạt nhân nguyên tử cho động cơ đẩy.

Tàu vũ trụ sử dụng công nghệ “light-sails” hay Cánh buồm mặt trời, được đẩy đi bằng laser, cũng là một phương án. Tuy nhiên, để có được trọng tải khoa học hữu ích, sẽ cần những tia laser tập trung năng lượng nhiều hơn công suất phát điện trên toàn thế giới. Ta cũng sẽ cần dựng lên những tấm năng lượng mặt trời khổng lồ để thu thập năng lượng cần thiết để phóng laser.

Một thiết kế được đề xuất khác là tên lửa phản vật chất. Mỗi hạt hạ nguyên tử đều có một phản vật chất song hành gần như giống hệt, chỉ trái dấu về điện tích. Khi một hạt và phản hạt gặp nhau, chúng sẽ triệt tiêu lẫn nhau đồng thời giải phóng ra một nguồn năng lượng khổng lồ mà có thể sử dụng cho động cơ đẩy. Tuy nhiên, hiện tại ta vẫn chưa thể làm ra và lưu trữ đủ lượng phản vật chất cho việc này.

Tàu vũ trụ ramjet.

Động cơ phản lực dòng thẳng (ramjet), tên lửa nhiệt hạch sử dụng trường điện từ khổng lồ để thu thập và nén hydro cho động cơ nhiệt hạch cũng là một phương án, nhưng chúng vẫn rất khó để chế tạo.

Đề án được phát triển khả thi nhất cho du hành liên sao tốc độ cao là tên lửa hạt nhân được mô tả tại nghiên cứu Project Daedalus, tiến hành bởi Hội liên hành tinh Anh vào cuối những năm 1970. Tên lửa này có thể đẩy tải trọng 450 tấn lên tới 12% tốc độ ánh sáng (có thể tới ngôi sao gần nhất trong vòng 36 năm). Thiết kế này hiện đang được tái hiện và cập nhật bởi nghiên cứu Project Icarus. Không giống như Daedalus, Icarus sẽ được thiết kể để giảm tốc khi đến gần mục tiêu, cho phép các thiết bị khoa học có thể đưa ra những đo đạc chính xác về ngôi sao và hành tinh mục tiêu.

Tất cả các mẫu tàu vũ trụ này đều được thiết để để dựng lên trong vũ trụ. Chúng quá lớn và tiềm tàng những nguy cơ khi phóng tại Trái đất. Hơn nữa, để có đủ năng lượng đẩy chúng, ta sẽ phải tìm cách khai thác và quản lý một lượng lớn ánh sáng mặt trời hay các mỏ đồng vị hạt nhân hiếm cho phản ứng hạt nhân từ các hành tinh khác. Nghĩa là du hành liên sao dường như chỉ trở thành hiện thực khi mà nhân loại trở thành một giống loài chính phục vũ trụ.

Con đường dẫn tới các vì sao có thể cắt đầu từ đây – bằng cách dần dần phát triển năng lực của mình. Ta sẽ cần bắt đầu từ Trạm vũ trụ ISS để dựng lên những tiền đồn và thuộc địa trên Mặt Trăng và Sao hỏa. Và ta cũng sẽ cần bắt đầu khai thác nhiên liệu trên các tiểu hành tinh. Rồi, có chăng vào khoảng giữa thế kỷ 22, ta có thể phải chuẩn bị cho bước nhảy vọt vĩ đại trong không gian giữa các vì sao và gặt hái những thành quả khoa học và văn hóa sắp thành hiện thực.

Tổng hợp.