Lò phản ứng hạt nhân đã giúp tạo ra năng lượng trên Trái Đất trong vòng hơn 70 năm qua. Sẽ khó khăn đến mức nào để đặt một lò phản ứng lên Mặt Trăng để cung cấp năng lượng dồi dào, liên tục trong suốt những đêm dài, tối tăm kéo dài hai tuần liên tục của Mặt Trăng? Và liệu điều đó có thể thực hiện được trong vòng chưa đến 5 năm như kế hoạch hiện tại của NASA?
Bộ trưởng Sean Duffy
Sean Duffy, Bộ trưởng Giao thông Vận tải, kiêm Quyền giám đốc NASA, đã kêu gọi điều đó vào tuần trước: Tạo ra, và đem lên mặt trăng một lò phản ứng tạo ra ít nhất 100 kilowatt điện, tương đương lượng đủ để cung cấp năng lượng cho khoảng 80 hộ gia đình ở Mỹ, và dự kiến sẽ được đem lên Mặt Trăng trước năm 2030.
Công nghệ lò phản ứng hạt nhân sẽ chuyển đổi khả năng di chuyển và sinh sống của nhân loại trong hệ mặt trời. Nhiều tàu thăm dò robot của NASA ngày nay hoạt động ở mức năng lượng tương đương chỉ vài cái bóng đèn sợi đốt. Giới hạn công suất này cản trở số lượng những thiết bị phục vụ nghiên cứu khoa học mà các phi hành gia có thể mang vào không gian.
Bộ trưởng Sean Duffy
Sean Duffy, Bộ trưởng Giao thông Vận tải, kiêm Quyền giám đốc NASA, đã kêu gọi điều đó vào tuần trước: Tạo ra, và đem lên mặt trăng một lò phản ứng tạo ra ít nhất 100 kilowatt điện, tương đương lượng đủ để cung cấp năng lượng cho khoảng 80 hộ gia đình ở Mỹ, và dự kiến sẽ được đem lên Mặt Trăng trước năm 2030.
Tại sao lại cần mang lò phản ứng hạt nhân vào không gian?
Công nghệ lò phản ứng hạt nhân sẽ chuyển đổi khả năng di chuyển và sinh sống của nhân loại trong hệ mặt trời. Nhiều tàu thăm dò robot của NASA ngày nay hoạt động ở mức năng lượng tương đương chỉ vài cái bóng đèn sợi đốt. Giới hạn công suất này cản trở số lượng những thiết bị phục vụ nghiên cứu khoa học mà các phi hành gia có thể mang vào không gian.
Trạm Vũ trụ Quốc tế hiện tại lấy năng lượng từ các tấm pin mặt trời, nhưng điều đó không thể bắt chước cho các khu định cư của con người trên Mặt Trăng, nơi đêm tối kéo dài hai tuần liên tục, hoặc trên Sao Hỏa, nơi mặt trời ở xa hơn và cường độ ánh sáng thấp hơn.
Lò phản ứng hạt nhân cũng sẽ cho phép các hệ thống động cơ đẩy của tàu vũ trụ vận hành nhanh hơn và hiệu quả hơn. Bản thân NASA cũng đang hợp tác cùng vài doanh nghiệp và đơn vị nghiên cứu để thiết kế động cơ đẩy bằng năng lượng hạt nhân.
Việc sử dụng các nguồn năng lượng phóng xạ trong không gian không phải là điều bất thường. Các tàu thăm dò Voyager 1 và Voyager 2, vẫn đang hoạt động sau khi phóng năm 1977, được cung cấp năng lượng bằng plutonium, chuyển đổi nhiệt của quá trình phân rã phóng xạ tự nhiên thành điện. Ban đầu, nhiệt từ quá trình phân rã plutonium tạo ra 470W. Vài chục năm sau, công suất đã giảm xuống còn khoảng 225W.
Tuy nhiên, nguồn năng lượng từ lò phản ứng plutonium trên tàu Voyager giống như những cục pin, chứ không giống như các nhà máy điện hạt nhân trên Trái Đất. Phân hạch, sự chia tách chuỗi phản ứng của các nguyên tử như uranium, giải phóng nhiều năng lượng hơn nhiều so với các tấm pin mặt trời và các nguồn năng lượng trên tàu Voyager.
Đây là điều mà chỉ thị của bộ trưởng Duffy nhắm đến.
Quảng cáo
"Ngài bộ trưởng đã rất rõ ràng trong vai trò Quyền giám đốc NASA, rằng chúng ta cần phải làm lớn hơn và táo bạo hơn những gì chúng ta đã làm với chương trình Apollo. Mọi thứ đều cần năng lượng," một quan chức cấp cao của NASA nói.
Một lò phản ứng và 1 kg nhiên liệu uranium có thể tạo ra "nhiều năng lượng như một đoàn tàu chở đầy than," Bhavya Lal, cựu trợ lý giám đốc về Công nghệ, Chính sách và Chiến lược tại NASA cho biết. Tiến sĩ Lal và Roger Myers, cựu điều hành tại Aerojet Rocketdyne, gần đây đã viết một báo cáo nghiên cứu, kêu gọi thực hiện một lò phản ứng hạt nhân trong không gian trước năm 2030. “Điều đó thay đổi hoàn toàn cách tiếp cận vấn đề.”
Lò phản ứng hạt nhân trên Mặt Trăng sẽ hoạt động như thế nào?
Một lò phản ứng trên Mặt Trăng sẽ không thể hoạt động giống như một lò phản ứng trên Trái Đất.
Đầu tiên, nó phải đủ nhỏ và nhẹ để vừa trong một tên lửa đẩy. Các biện pháp phòng ngừa an toàn sẽ bao gồm cả việc không bật lò phản ứng cho đến khi nó đến được Mặt Trăng.
Trên Mặt Trăng, không có nước hoặc không khí. Nhiệt độ trên bề mặt của nó dao động giữa 121 độ C vào ban ngày, và âm 240 độ C vào ban đêm. Điều này gây khó khăn cho việc quản lý nhiệt độ của lò phản ứng để giữ cho nó hoạt động hiệu quả. Các thiết kế lò phản ứng Mặt Trăng thường bao gồm các bộ tản nhiệt lớn để tiêu tán nhiệt.
Quảng cáo
Kevin Au, phó chủ tịch phụ trách thăm dò Mặt Trăng tại Lockheed Martin cho biết, thách thức lớn nhất của một lò phản ứng công suất cao là phát triển vật liệu có thể chịu được nhiệt độ cao hơn để chuyển đổi nhiệt thành điện.
Các chuyên gia trong ngành đều cho biết, trên lý thuyết, việc xây dựng một nguồn năng lượng như vậy nằm trong những điều có thể thực hiện được. “Đây không phải là khoa học viễn tưởng. Điều này hoàn toàn khả thi,” theo lời của Sebastian Corbisiero, quản lý cấp cao tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho, người dẫn đầu chương trình lò phản ứng trong không gian của Bộ Năng lượng.
Kế hoạch lò phản ứng Mặt Trăng khả thi đến mức nào?
Tuy nhiên, việc xây dựng một lò phản ứng và phóng nó vào năm 2030 dường như là không thực tế đối với một số chuyên gia bên ngoài các cơ quan thuộc chính phủ Mỹ. Họ cũng cho rằng điều này khá khó hiểu vì NASA hiện không có kế hoạch gì trên bề mặt Mặt Trăng với quy mô đủ để đòi hỏi sự hiện diện của lò phản ứng hạt nhân ở thời điểm 2030.
"Đây là một thời gian biểu có phần quá lạc quan, nói một cách thẳng thắn là không thực tế," lời của Kathryn Huff, cựu quan chức về năng lượng hạt nhân tại Bộ Năng lượng, hiện là giáo sư ngành kỹ thuật hạt nhân, plasma và bức xạ tại Đại học Illinois. “Theo hiểu biết của tôi, mục đích của nó là cung cấp năng lượng cho một tiền đồn của Mỹ trên Mặt Trăng. Vì vậy, đem lò phản ứng lên mà không có sẵn một căn cứ trên Mặt Trăng nghe có vẻ hơi ngớ ngẩn.”
Ngoài khối lượng công việc cần thiết để thiết kế và xây dựng một lò phản ứng Mặt Trăng, việc điều hướng phê duyệt quy định cho việc đưa lò phản ứng vào vũ trụ sẽ mất vài năm, Tiến sĩ Huff nói.
Một quan chức của NASA cho biết thời hạn năm 2030 nhằm tạo ra sự tập trung và động lực cho các nhà nghiên cứu và các nhà quản lý. Chỉ thị của bộ trưởng Duffy cũng có đề cập đến kế hoạch của Trung Quốc và Nga để xây dựng một lò phản ứng hạt nhân cho một căn cứ trên Mặt Trăng gần cực nam của Mặt Trăng. Lo ngại ở đây là, một khu vực bị hạn chế xung quanh lò phản ứng có thể hạn chế những gì Mỹ có thể làm trên Mặt Trăng.
Vị quan chức này từ chối tiết lộ số tiền sẽ được dành cho chương trình là bao nhiêu, nhưng cho biết có thể lên tới hàng trăm triệu, hoặc hơn một tỷ USD.
Ai có thể xây dựng lò phản ứng hạt nhân cho NASA?
Năm 2022, NASA cùng với Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho đã trao hợp đồng cho các nghiên cứu thiết kế ban đầu cho một lò phản ứng Mặt Trăng, dự kiến tạo ra công suất 40 kilowatt. Những nỗ lực quy mô nhỏ này do Lockheed Martin dẫn đầu. Westinghouse, một cái tên nổi tiếng trong ngành công nghiệp năng lượng hạt nhân cũng đã đề xuất thiết kế lò phản ứng. NASA cũng đã có sự hợp tác với hai startup non trẻ hơn so với hai cái tên kia, Intuitive Machines và X-energy.
Cả ba dự án kể trên hiện đều không thể đưa thiết kế lò phản ứng của họ vào mục tiêu là cân nặng dưới 6 tấn. "Công nghệ để làm điều đó hiện giờ không tồn tại," Vincent Bilardo nói. Ông là giám đốc điều hành chương trình không gian hạt nhân tại Intuitive Machines, công ty đã phóng thành công hai tàu vũ trụ nhỏ lên Mặt Trăng. "Đó là một hệ thống nặng từ 9 đến 10 tấn ở mức công suất 40 kilowatt."
Một hệ thống phân hạch tạo ra công suất 100 kilowatt chắc chắn sẽ có khối lượng lớn hơn. Đối với bản thân thiết kế cơ bản của lò phản ứng, “không có sự thay đổi lớn,” John Kennedy, người dẫn đầu chương trình không gian hạt nhân tại X-energy, cho biết. Nhưng các bộ phận khác như lá chắn bức xạ và thiết bị chuyển đổi nhiệt thành điện phải lớn hơn, Tiến sĩ Kennedy cho biết.
Chỉ thị của ông Duffy cho biết tàu đổ bộ đưa lò phản ứng lên bề mặt sẽ có khả năng chở hàng là 15 tấn. Nhưng hiện tại không có tàu vũ trụ nào như vậy, nhưng các phiên bản chở hàng của hai tàu đổ bộ đang được phát triển để đưa các phi hành gia lên bề mặt Mặt Trăng, Starship của SpaceX và Blue Moon của Blue Origin, sẽ đáp ứng yêu cầu của bộ trưởng.
Theo The New York Times
