Hiện nay các tên lửa dùng trong những sứ mệnh không gian đều trang bị động cơ sử dụng nhiên liệu lỏng hoặc rắn. Một số ví dụ bao gồm động cơ Merlin trên tên lửa Falcon 9 và động cơ RS-25 của Hệ thống phóng không gian (SLS).
Nhưng loại động cơ này có nhiều hạn chế về hiệu suất và cấu tạo thì phức tạp, vì vậy người ta đang phát triển động cơ đẩy nhiệt hạt nhân (NTP) để tăng hiệu suất và rút ngắn thời gian di chuyển trong không gian. Ý tưởng này đã được đề ra từ năm 1944 và bắt đầu thử nghiệm năm 1955, nhưng tới nay chưa có động cơ nào như vậy xuất hiện.
Tâm điểm của động cơ NTP là lò phản ứng, sử dụng một loại nhiên liệu dựa trên uranium. Khi lò hoạt động, phản ứng phân hạch hạt nhân sẽ tạo ra nhiệt lượng và nhiệt này được truyền cho một chất đẩy (thường là hydro) ở dạng lỏng. Lõi lò làm nóng hydro, biến nó thành khí và thoát ra khỏi lõi. Cuối cùng hydro được dẫn qua một vòi phun và bị đẩy ra ngoài với tốc độ cao, giúp tàu vũ trụ di chuyển.
Cách hoạt động của động cơ NTP.
Nhưng loại động cơ này có nhiều hạn chế về hiệu suất và cấu tạo thì phức tạp, vì vậy người ta đang phát triển động cơ đẩy nhiệt hạt nhân (NTP) để tăng hiệu suất và rút ngắn thời gian di chuyển trong không gian. Ý tưởng này đã được đề ra từ năm 1944 và bắt đầu thử nghiệm năm 1955, nhưng tới nay chưa có động cơ nào như vậy xuất hiện.
Tâm điểm của động cơ NTP là lò phản ứng, sử dụng một loại nhiên liệu dựa trên uranium. Khi lò hoạt động, phản ứng phân hạch hạt nhân sẽ tạo ra nhiệt lượng và nhiệt này được truyền cho một chất đẩy (thường là hydro) ở dạng lỏng. Lõi lò làm nóng hydro, biến nó thành khí và thoát ra khỏi lõi. Cuối cùng hydro được dẫn qua một vòi phun và bị đẩy ra ngoài với tốc độ cao, giúp tàu vũ trụ di chuyển.
Cách hoạt động của động cơ NTP.
Hồi tháng 1, công ty con của General Atomics là General Atomics Electromagnetic Systems (GA-EMS) cùng với NASA đã thử nghiệm thành công loại nhiên liệu sẽ dùng trong lò phản ứng của động cơ NTP, khi chúng cho thấy có thể chịu được nhiệt độ lên tới hơn 2.700°C.
Đây là một dạng uranium được đặc chế để chịu được nhiệt độ cao. Nó hơi giống những thanh nhiên liệu dùng trong lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân, nhưng các thanh nhiên liệu của nhà máy điện chỉ chịu được mức nhiệt thấp hơn nhiều, vào khoảng 1.000°C.
Tại Trung tâm bay Marshall ở Alabama, GA-EMS chuẩn bị sẵn các thanh nhiên liệu mẫu và cho chúng trải qua 6 chu kỳ nhiệt độ. Để mô phỏng môi trường của lò phản ứng NTP thì trong mỗi chu kỳ, họ đưa khí hydro nóng đi qua các mẫu thử để làm nóng nhanh chúng đến 2.327°C và mức nhiệt này được giữ nguyên trong 20 phút. Tiếp đó các thanh nhiên liệu được làm nguội trước khi bắt đầu chu kỳ tiếp theo.
Thiết kế lò phản ứng của General Atomics.
Đó cũng là những gì mà các thanh nhiên liệu sẽ trải qua trong một chuyến bay trong không gian, khi nó cứ nóng lên rồi nguội đi không ngừng. Trong 1 phép thử khác không dùng hydro, GA-EMS thậm chí còn cho chúng tiếp xúc với nhiệt độ lên tới 2.727 độ C và thấy nó vẫn hoạt động tốt.
Thời gian dài đằng đẵng của các chuyến đi trong không gian là động lực chính để NASA làm động cơ NTP. Chúng sẽ giúp các phi hành gia đi nhanh hơn nhiều động cơ sử dụng nhiên liệu hóa học hiện nay. Thí dụ, thường phải mất 3 ngày để tới được Mặt trăng và 7 tháng đối với Sao Hỏa, nhưng nếu có động cơ NTP thì chỉ mất chừng 1 ngày để lên Mặt trăng và 45 ngày cho Sao Hỏa.
Thời gian du hành ngắn sẽ bớt đi các trang bị cần đem theo và giảm thời gian họ phải hứng chịu bức xạ vũ trụ. Hồi năm 2023, NASA cho biết đang nghiên cứu động cơ tên lửa NTP và hy vọng đưa vào thử nghiệm năm 2027. Với thành công của lần thử nghiệm nhiên liệu này thì ngày động cơ NTP trở thành hiện thực sẽ càng gần hơn nữa.
Theo Space, General Atomics.
Quảng cáo
