Động cơ đẩy hạt nhân mới giúp bay đến sao Hỏa chỉ trong 3 tháng

Có rất nhiều cách để du hành vũ trụ nhưng hầu hết đều khá tốn thời gian. Kể cả khi một tàu không gian đã được tối ưu hóa tiến độ khởi hành thì cũng phải mất hơn 6 tháng để cất cánh từ trạm không gian và đáp xuống quỹ đạo của sao Hỏa. Đó là lý do khiến Mỹ tìm đến phương án sử dụng nhiệt hạt nhân để làm động cơ đẩy cho các tàu vũ trụ.

Hàng thế kỷ qua, các nhà khoa học vẫn không ngừng nghiên cứu, phát triển để ứng dụng lò phản ứng hạt nhân vào động cơ đẩy cho tên lửa. Đây được coi là cách tiết kiệm thời gian để đến sao Hỏa và các hành tinh khác trong hệ Mặt trời.

Ultra Safe Nuclear Technologies (USNC-Tech), công ty có trụ sở ở Seattle (Mỹ), vừa thiết kế bản vẽ của động cơ đẩy nhiệt hạt nhân (NTP) cho các chuyến bay vào vũ trụ. USNC-Tech đã chuyển giao ý tưởng của mình cho Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA).

Các hệ thống NTP được cung cấp năng lượng bởi một quá trình được gọi là phân hạch hạt nhân - sự phân tách các nguyên tử. Các hệ thống này hoạt động bằng cách bơm chất đẩy lỏng qua lõi lò phản ứng hạt nhân, nơi các nguyên tử bị phân tách, tạo ra nhiệt. Quá trình này làm nóng chất đẩy, chuyển nó thành khí và tạo ra lực đẩy.

Hệ thống này cung cấp nhiều năng lượng hơn và hiệu quả hơn tên lửa hóa học tiêu chuẩn. Các kỹ sư sử dụng một biện pháp được gọi là “xung lực cụ thể” để đánh giá hiệu suất của các hệ thống đẩy khác nhau. Đó là lượng lực đẩy mà một thiết kế có thể tạo ra từ một lượng chất đẩy cụ thể, đánh giá này càng cao thì thiết kế càng tốt.

Michael Eades, kỹ sư trưởng của USNC-Tech, cho biết 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 trước đó, còn “xung lực cụ thể” hơn gấp đôi so với tên lửa đẩy dùng nhiên liệu hóa học. “Chúng tôi muốn dẫn đầu trong việc mở ra các biên giới mới trong không gian, đồng thời thực hiện điều đó một cách nhanh chóng và an toàn”, Eades nói.

Hệ thống NTP hứa hẹn sẽ giảm đáng kể thời gian di chuyển trong không gian và mang theo trọng tải nặng hơn so với tên lửa hóa học tiên tiến nhất hiện nay. Tuy nhiên, chúng không được thiết kế để đưa tên lửa vào quỹ đạo và sẽ chỉ được sử dụng sau khi phóng.

Ví dụ, những động cơ này có thể giảm một nửa thời gian hành trình thông thường đến sao Hỏa - hiện tại là khoảng 7 tháng. Điều này sẽ có lợi cho NASA trong các sứ mệnh của phi hành đoàn lên Mặt trăng và hành tinh đỏ.

USNC-Tech cho biết khái niệm mới của họ kết hợp các thiết kế từ các lò phản ứng hạt nhân được sử dụng để cung cấp năng lượng trên mặt đất.

“Chìa khóa cho thiết kế của USNC-Tech là sự kết hợp giữa công nghệ lò phản ứng trên cạn và không gian. Điều này cho phép chúng tôi tận dụng những tiến bộ trong công nghệ hạt nhân và cơ sở hạ tầng từ các hệ thống trên mặt đất và áp dụng chúng vào các lò phản ứng vũ trụ”, Giám đốc điều hành USNC-Tech Paolo Venneri cho biết.

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.

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 được làm giàu. Thêm nữa, FCM có thể dễ dàng sản xuất trên dây chuyền và chuỗi cung ứng hiện tại.