Thiết kế động cơ đẩy hạt nhân cho tàu vũ trụ, bay từ trái đất lên sao Hỏa chỉ mất 3 tháng

Học viện đào tạo trực tuyến Thứ Hai, 26 tháng 10, 2020 0 No comments

Đơn vị có trụ sở tại Seattle, Ultra Safe Nuclear Technologies (USNC-Tech) vừa thiết kế bản vẽ của một loại động cơ đẩy bằng nhiệt tạo ra từ phản ứng hạt nhân và giao thành quả nghiên cứu của họ cho NASA. Theo USNC-Tech, động cơ tàu vũ trụ hạt nhân của họ an toàn và bền hơn nhiều so với những thiết kế động cơ phản lực nhiệt hạt nhân (Nuclear Thermal Propulsion) trước đó, còn tỷ suất vận hành cao hơn nhiều so với tên lửa đẩy dùng nhiên liệu hóa học. Bản thân công nghệ động cơ hạt nhân cũng có thể biến phim khoa học viễn tưởng thành hiện thực, tạo ra cuộc cách mạng trong ngành khám phá không gian, giảm thời gian di chuyển từ trái đất lên sao Hỏa trên lý thuyết, quãng đường 67 triệu km chỉ còn có 3 tháng thay vì 9 tháng như ước tính của NASA bây giờ.

Bản thân tên lửa sử dụng nhiên liệu hóa học, kể cả thể rắn lẫn thể lỏng đều đã đạt đến giới hạn vận hành lý thuyết, còn động cơ đẩy sử dụng năng lượng điện thì chưa tạo ra lực đẩy cần thiết, các kỹ sư vẫn luôn tìm cách tạo ra những động cơ mạnh hơn, hiệu quả hơn sử dụng nguồn năng lượng từ phản ứng phân hạch của hạt nhân nguyên tử. Nếu được thiết kế một cách hợp lý, tàu vũ trụ trang bị động cơ hạt nhân sẽ hoạt động hiệu quả hơn nhiều lần so với động cơ tên lửa đẩy dùng nhiên liệu hóa học. Vấn đề chỉ là tạo ra một lò phản ứng hạt nhân đủ nhẹ và đủ an toàn để sử dụng ngoài bầu khí quyển trái đất, đặc biệt là lúc tàu có thành viên phi hành đoàn.

Theo tiến sỹ Michael Eades, kỹ sư trưởng tại USNC-Tech, ý tưởng động cơ mới vừa bền hơn những thiết kế NTP trước, mà tỷ suất vận hành của thiết kế mới cao gấp đôi so với tên lửa dùng nhiên liệu đốt.

Để hoàn thiện ý tưởng, USNC-Tech sử dụng nhiên liệu FCM (Fully Ceramic Micro-encapsulated) cho lò phản ứng. Loại nhiên liệu này dựa trên Uranium làm giàu từ 5% đến 20%, cao hơn nhiên liệu hạt nhân dùng trong ngành điện dân sự, nhưng thấp hơn so với những thanh nhiên liệu trong tàu ngầm. Những thanh nhiên liệu này được bọc trong lớp vỏ mạ zirconium carbide. Theo USNC-Tech, loại nhiên liệu hạt nhân này bền hơn so với nhiên liệu hạt nhân dân sự, và có thể thực hiện phản ứng phân hạch an toàn ở nhiệt độ cao. Từ đó thiết kế lò phản ứng an toàn hơn, đạt được lực đẩy mạnh và tỷ suất vận hành cao, thứ mà trước đây chỉ đạt được với Uranium giàu. Thêm nữa, FCM có thể dễ dàng sản xuất trên dây chuyền và chuỗi cung ứng hiện giờ.

Vậy biến năng lượng nhiệt từ phản ứng phân hạch thành lực đẩy như thế nào? Anh em xem trong hình cover sẽ thấy động cơ hạt nhân có hai phần. Phần đầu tiên là lò phản ứng hạt nhân, và phần thứ hai là buồng hydrogen lỏng chạy qua hệ thống ống dẫn nhiệt tạo ra từ phản ứng phân hạch ở phần đầu của động cơ. Hydrogen lỏng sẽ có nhiệt độ và áp suất rất cao, đủ để tạo lực đẩy giúp tàu vũ trụ di chuyển về phía trước.

Giờ mới là ý tưởng, còn đến khi trở thành hiện thực, con người bay "khứ hồi" từ Trái đất lên sao Hỏa rồi ngược về Trái đất vẫn còn là một quãng đường dài nghiên cứu và thử nghiệm.

Theo NewAtlas

---