Trung Quốc đang sử dụng 'quang hợp nhân tạo' để tạo ra nhiên liệu tên lửa và oxy trong không gian

Các phi hành gia trên trạm vũ trụ Thiên Cung của Trung Quốc vừa thực hiện một thử nghiệm khoa học mang tính đột phá, lần đầu tiên sử dụng công nghệ "quang hợp nhân tạo" để tạo ra oxy và nhiên liệu tên lửa trong không gian. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc tối ưu hóa nguồn tài nguyên trên các sứ mệnh không gian dài hạn và có thể đóng vai trò then chốt trong kế hoạch xây dựng căn cứ Mặt Trăng của Trung Quốc trong tương lai.

Thí nghiệm này được thực hiện bởi phi hành đoàn tàu Thần Châu-19 trên trạm vũ trụ Thiên Cung, nơi đã hoạt động ổn định trên quỹ đạo Trái Đất từ tháng 11/2022. Công nghệ quang hợp nhân tạo này sử dụng một thiết bị đơn giản có thiết kế giống như một ngăn kéo, kết hợp với một chất xúc tác bán dẫn, để chuyển đổi carbon dioxide và nước thành oxy cũng như các hợp chất có thể làm nhiên liệu tên lửa. Nguyên lý của nó tương tự như quá trình quang hợp ở thực vật, nhưng thay vì tạo ra glucose, phản ứng này tạo ra hydrocarbon ethylene, một loại nhiên liệu có thể sử dụng cho tên lửa.

Các nhà nghiên cứu tin rằng bằng cách thay đổi chất xúc tác, hệ thống này có thể sản xuất ra nhiều hợp chất khác nhau như khí methane (một loại nhiên liệu tên lửa phổ biến), hay axit formic (một hợp chất có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và y học, bao gồm bảo quản thực phẩm, kháng khuẩn và sản xuất đường).

Theo Đài Truyền hình Trung ương Trung Quốc (CCTV), công nghệ này mô phỏng quá trình quang hợp tự nhiên bằng các phương pháp kỹ thuật, vật lý và hóa học để tận dụng nguồn tài nguyên carbon dioxide trong không gian hạn chế hoặc môi trường ngoài Trái Đất nhằm sản xuất oxy và nhiên liệu. Đây là một bước tiến có thể hỗ trợ đắc lực cho việc sinh tồn và mở rộng khám phá vũ trụ của con người trong tương lai.

Giải pháp tiết kiệm năng lượng cho môi trường không gian

Hiện tại, Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) đang sử dụng công nghệ điện phân để tách nước thành oxy và hydro nhằm cung cấp dưỡng khí cho phi hành gia. Tuy nhiên, quá trình này tiêu thụ một lượng điện năng rất lớn – theo một nghiên cứu năm 2023, công nghệ điện phân chiếm đến một phần ba tổng công suất điện của ISS. So với phương pháp truyền thống này, công nghệ quang hợp nhân tạo của Trung Quốc tiêu thụ ít năng lượng hơn nhiều nhưng vẫn mang lại hiệu suất cao.

Các nhà nghiên cứu Trung Quốc hiện tại vẫn chưa tiết lộ toàn bộ chi tiết về công nghệ này, nhưng những thử nghiệm ban đầu đã cho thấy tiềm năng to lớn của nó. Đây cũng là một trong những loạt thử nghiệm quan trọng trên trạm Thiên Cung, sau các nghiên cứu trước đó về trồng rau diếp và cà chua, hay thậm chí là thử nghiệm đốt diêm trong môi trường vi trọng lực.

Ứng dụng trong kế hoạch xây dựng căn cứ Mặt Trăng

Một trong những mục tiêu lớn nhất của công nghệ quang hợp nhân tạo là hỗ trợ cho kế hoạch xây dựng căn cứ trên Mặt Trăng của Trung Quốc. Theo kế hoạch, căn cứ này sẽ được xây dựng gần cực nam của Mặt Trăng vào khoảng năm 2035. Nếu công nghệ này được triển khai thành công, nó sẽ giúp các phi hành gia tại đây sản xuất oxy để hô hấp và nhiên liệu tên lửa để quay trở lại Trái Đất, từ đó giảm bớt khối lượng tài nguyên cần mang theo từ Trái Đất và tối ưu hóa việc khai thác tài nguyên sẵn có trên Mặt Trăng.

Những nghiên cứu trước đây cho thấy Mặt Trăng có thể chứa nước dưới dạng băng ở các miệng hố gần cực nam. Nếu nước này có thể được khai thác và sử dụng cùng với công nghệ quang hợp nhân tạo, việc tự cung tự cấp oxy và nhiên liệu cho các sứ mệnh dài hạn sẽ trở thành hiện thực. Điều này cũng sẽ mở ra cơ hội cho các chuyến thám hiểm xa hơn đến sao Hỏa hoặc các thiên thể khác trong Hệ Mặt Trời.

Bước tiến lớn trong cuộc đua khám phá không gian

Trung Quốc hiện là một trong những quốc gia có chương trình vũ trụ tham vọng nhất thế giới. Cùng với kế hoạch đưa người lên Mặt Trăng vào năm 2030, Trung Quốc cũng đang hợp tác với Nga để phát triển căn cứ Mặt Trăng chung, nơi có thể sử dụng một lò phản ứng hạt nhân thu nhỏ do robot xây dựng để cung cấp điện.

Trong khi đó, NASA đang lên kế hoạch đưa con người trở lại Mặt Trăng thông qua sứ mệnh Artemis vào năm 2026, nhưng những thách thức kỹ thuật và tài chính đã khiến kế hoạch này nhiều lần bị trì hoãn. Điều này có thể tạo cơ hội cho Trung Quốc trở thành quốc gia đầu tiên thiết lập sự hiện diện ổn định của con người trên Mặt Trăng.

Bên cạnh đó, Trung Quốc cũng đang phát triển một mẫu tên lửa tái sử dụng cỡ lớn có khả năng mang theo các vật liệu cần thiết cho việc xây dựng căn cứ trên Mặt Trăng. Tên lửa này dự kiến sẽ được phóng thử lần đầu tiên vào cuối năm nay.