Slingatron - giải pháp "ném" hàng hóa lên quỹ đạo với chi phí thấp
bk9sw
8 nămBình luận: 61
slingatron.jpg

Kể từ thập niên 40 đến nay, con người đã không ngừng phóng vệ tinh ra ngoài không gian nhưng tất cả đều phụ thuộc vào tên lửa đẩy. Chi phí của loại hình vận tải này không hề rẻ, cụ thể là giá để đưa mỗi pound hàng lên quỹ đạo thường trên dưới 2000 USD/lb. Lý do lớn nhất ảnh hưởng đến giá thành là hầu hết tên lửa đẩy sau khi hoàn thành nhiệm vụ hoặc bị phá hủy hoặc không thể tái sử dụng. Loại phương tiện tái sử dụng như SpaceX Grasshopper sẽ là một giải pháp nhằm làm giảm chi phí nhưng chưa phải là duy nhất. Mới đây, công ty HyperV Technologies Corp có trụ sở tại Chantilly, Virginia đang nuôi hy vọng có thể "ném" hàng hóa vào không gian mà không cần rocket bằng việc sử dụng một "máy gia tốc khối lượng siêu tốc vận hành cơ học" có tên gọi slingatron.

Được phát minh bởi Derek Tidman vào những năm 1990, slingatron sử dụng cùng một cơ chế như chiếc ná quăng đá được người xưa dùng làm công cụ săn bắn và chiến đấu. Ná quăng đá không giống như loại ná chữ Y mà chúng ta vẫn thường chơi khi còn bé. Nó chỉ đơn giản là một sợi dây da có phần giữa hơi rộng để nẹp viên đá. Khi quăng, người ta nắm 2 đầu sợi dây da chụm vào nhau và quay thật nhanh trên đầu trước khi thả ra. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ bay của viên đá là cánh tay người quăng ná và độ chắc của sợi dây da.

slingatron_01.png

Trở lại với slingatron, nếu cả cỗ máy quay đủ nhanh để phóng một vật thể vào không gian, lực tạo ra có thể xé slingatron thành từng mảnh. Vì vậy, như tên gọi "máy gia tốc khối lượng siêu tốc cơ học", slingatron sử dụng kết hợp giữa nguyên lý cơ học của ná quăng đá và máy gia tốc hạt cyclotron.

Cyclotron là một trong những loại máy gia tốc hạt cơ bản nhất. Hệ thống gồm một xylanh kim loại dạng dẹp, bên trong là môi trường chân không và các cặp đĩa từ tính hay đĩa tĩnh điện mang điện tích trái dấu. Một hạt nguyên tử chẳng hạn như proton sẽ được đưa vào tâm của cyclotron và được đính lên đĩa điện tích âm. Sự phân cực của các đĩa từ tính sẽ đẩy proton đi từ đĩa này sang đĩa khác. Khi tần số đẩy gia tăng, proton bắt đầu di chuyển nhanh hơn trong một loạt đường ống trôn ốc nối tiếp nhau cho đến khi đến vòng ngoài cùng của trôn ốc và được bắn ra với vận tốc cực cao mặc dù cả hệ thống vẫn đứng yên.

Quảng cáo



slingatron_02.png

Slingatron đạt được kết quả tương tự một cách cơ học. Tức là thay vì sử dụng các đĩa mang điện tích như cyclotron, nó sử dụng một đường ống hình trôn ốc và cả hệ thống này xoay tròn trên một trục. Tương tự như khi chúng ta lắc đảo rượu trong một chiếc ly, rượu xoay xung quanh ly mặc dù chiếc ly không hề xoay. Nếu chiếc ly được lắc ở tần số thấp, rượu sẽ xoay chậm chậm nhưng nếu tăng tần số, rượu sẽ nhanh chóng xoay lên thành ly và nếu lắc mạnh hơn, rượu sẽ tràn ra ngoài miệng ly.

Bên trong slingatron là một đường ống trôn ốc hay một loạt các ống hình trôn ốc nối với nhau tùy thuộc vào thiết kế. Hệ thống hồi chuyển trên các bánh đà được đặt dọc theo chiều dài ống. Khi slingatron hồi chuyển, một vật thể được đặt vào ống và lực hướng tâm sẽ kéo vật thể xuống. Khi vật thể trượt đến các vòng lớn hơn của trôn ốc, lực hướng tâm gia tăng khi tần số hồi chuyển tăng đến 60 vòng/giây. Khi vật thể được phóng ra tại vòng ngoài cùng của đường ống trôn ốc, vận tốc của nó đã đạt vài km/s.

Ma sát hiển nhiên là một vấn đề đối với slingatron nhưng nó đã được giảm thiểu ngay từ đầu nhờ lớp phủ Teflon bên trong đường ống và riêng vật thể được bao bọc bởi một lớp vỏ có nhiệt độ sôi thấp như polycarbonate. Khi vật thể xoay bên trong đường ống, vật liệu bọc ngoài sẽ bốc hơi và hình thành một lớp khí không ma sát. Thêm vào đó, không giống như các kiện hàng bình thường được đưa lên không gian bằng tên lửa đẩy, kiện hàng gởi đi từ slingatron cần phải có một lớp chống nhiệt khi xâm nhập bầu khí quyển.

slingatron_04.jpg
Hình ảnh mô phỏng một hệ thống slingatron hoàn chỉnh với đường kính 200 - 300 m.

Mục tiêu của HyperV Tech là chế tạo một cỗ máy slingatron đủ lớn để bắn kiện hàng đi ở tốc độ 7 km/s (25.000 km/h). Trên thực tế, kiện hàng cần phải bay nhanh hơn nữa khi thoát khỏi miệng đường ống bởi lẽ vận tốc của kiện hàng sẽ giảm đi đôi chút do ma sát khí quyển. Đồng thời, kiện hàng sẽ cần đến một tên lửa đẩy cỡ nhỏ tích hợp để xâm nhập quỹ đạo trong giai đoạn cuối và điều chỉnh hướng bay. Qua đây, điểm mạnh và điểm yếu của ý tưởng slingatron đã được xác định.

Với ưu điểm như thời gian giữa các lần phóng được rút ngắn và có thể thực hiện hàng ngàn lần phóng mỗi năm trong khi tất cả hệ thống phóng đều nằm lại trên Trái Đất, các nhà phát triển cho biết slingatron hứa hẹn sẽ giảm thiểu rất nhiều chi phí tải hàng lên quỹ đạo. Tuy nhiên, gia tốc trọng trường mà vật thể phải đối mặt có thể gấp 60.000 lần lực hấp dẫn.

Vì vậy, liệu có hệ thống rocket nào có thể sống sót dưới áp lực trên và slingatron chắc chắn không thể được sử dụng với các sứ mạng có con người bởi nó sẽ nhồi nát phi hành gia. Chỉ có những vệ tinh rắn nhất và bền nhất được bảo vệ bên trong một lớp vỏ hình đầu đạn mới có khả năng sống sót. Các nhà nghiên cứu cho biết hệ thống slingatron quy mô lớn sẽ giảm lực nhưng cho dù có giảm đến một phần 10.000 lực nén thì nó vẫn là một thử thách đối với những kiện hàng cứng nhất. Vì vậy, hệ thống slingatron chỉ thực sự hấp dẫn đối với những vật liệu thô, chẳng hạn như nhiên liệu, nước, vật liệu chắn bức xạ v.v…

slingatron_03.jpg
Hình ảnh mô phỏng Slingatron 5 đường kính 5 m.

Quảng cáo


Hiện tại, có 3 nguyên mẫu slingatron đã được chế tạo với kích thước từ một hệ thống trình diễn để trên bàn cho đến một thiết kế bán mô-đun với khả năng bắn một vật thể nặng 226 g ở tốc độ 100 m/s. HyperV Technologies Corp. đã vừa phát hành một chiến dịch gây quỹ trên trang Kickstarter nhằm thu được 250.000 USD để chế tạo mô-đun Slingatron 5, đường kính 5 m. Nó được thiết kế để có thể phóng vật thể nặng 113 g ở tốc độ 1 km/s và sau đó được nâng cấp để phóng vật thể nặng 453 g ở tốc độ 2 km/s. Sau cùng, nhóm phát triển hy vọng rằng họ sẽ hoàn tất phiên bản hoàn chỉnh của hệ thống slingatron với khả năng phóng một kiện hàng vào quỹ đạo.

Bên cạnh Slingatron 5, các nhà phát triển dự kiến sẽ tổ chức hội nghị Slingatron Applications Workshop để thảo luận về các ứng dụng tiếp theo của công nghệ và các chủ đề liên quan. Dưới đây là video mô tả hoạt động của slingatron.


61 bình luận
cũng là 1 cách hay, nhưng cũng có nhiều điểm yếu
Cái này mà phóng con người vào quỹ đạo thì đầu vào sẽ là 1phi hành gia, đầu ra sẽ là 1 viên thịt băm rán 😃
Ngay cả những vật liệu cơ bản thì cũng khó thành hiện thực vì áp lực quá lớn. Đó là chưa kể điều kiện thời tiết sẽ ảnh hưởng tới đích của vật cần phóng, mặc dù có tên lửa nhỏ hỗ trợ.
@KeVoDanh nhìu vòng xoắn vậy để áp suất tăng từ từ rồi mà :v
tuyệt...1 sản phẩm công nghệ mới...
1. Thiên thạch còn bốc cháy với gia tốc của trọng lực tác dụng lên nó với ma sát của không khí.
Với vận tốc đủ lớn để đưa một kiện hàng thoát ra khỏi trọng lực và bay vào bầu khí quyển thì gia tốc của nó sẽ biến kiện hàng thành pháo hoa.
2. Điều kiện thời tiết, tốc độ gió, mỗi tầng khí quyển khác nhau sẽ có những luồng gió thổi theo hướng khác nhau.
3. Nơi nhận kiện hàng là ngoài không gian, có vùng thiết quản nhỏ, nếu sai sót toạ độ và còn chở người nữa thì... "See you again" sao?
@mrdrg10 1--> Nhìn thì cũng thấy cái trong bé hơn cái ngoài^^ (máy gia tốc thì mình cũng biết rồi) nhưng mà tính đơn giản thôi, sai số 50% cũng ko sao mà^^, ít vòng thì gia tốc sẽ lớn hơn (so sánh với cái giá trị 60k lần g như trong bài báo).
2--> Mình không nói nhiệt sinh ra phụ thuộc gia tốc????
mrdrg10
TÍCH CỰC
8 năm
@congthang89 1. Nếu để đơn giản hoá thì mình không bình luận. Bạn lấy 2 vòng mình nghĩ bạn có sự nhầm lẫn vì điểm xuất phát rất gần tâm.
Hơn nữa, gia tốc lớn là do tốc độ phóng ra phải lớn hơn nhiều so với 7.9km/s chứ không phải ảnh hưởng chính do quãng đường đi.
2. Mình đang bảo bạn trên nhầm gia tốc với vận tốc, nếu không cùng ý với bạn ấy thì bạn quote bài mình rồi lấy dẫn chứng gia tốc để làm gì?
@mrdrg10 Lại liên quan đến mình rồi!
Mình không bàn đến việc gia tốc hay vận tốc làm "cháy" kiện hàng! Bạn Wishskys ở #5 có nói 1 đoạn là "Thiên thạch còn bốc cháy với gia tốc của trọng lực tác dụng lên nó với ma sát của không khí...."
Rồi mình quote bài của bạn này và nói "Gia tốc chỉ lớn khi nó còn trong ống". cuối cùng bạn tự dưng quote bài mình và làm 1 câu "
Vận tốc lớn chứ ko phải gia tốc lớn...." .
Mình vừa học xong Vật lí lớp 10! 😁
mrdrg10
TÍCH CỰC
8 năm
@DoanLinh100 Rồi mình hiểu. Khi quote lại bài bạn mình nghĩ có 2 khả năng thế này:
1. Bạn biết rằng vật thể bị cháy là do vận tốc chứ không phải gia tốc: nhưng nếu biết vậy sao bạn không nói cho bạn bên trên hiểu rõ mà lại phải nói "gia tốc chỉ lớn khi vật ở trong ống"?
Thực sự mình không (muốn) nghĩ theo hướng này nên đã nghĩ theo hướng 2.
2. Bạn không biết do vận tốc hoặc tưởng nhầm do gia tốc: mình nghĩ theo hướng này nên quote cho bạn biết thôi :D

Vài dòng giải thích cho đỡ hiểu lầm nhau. Nếu lần sau bạn biết thì cứ giải thích cho người ta rõ ra chứ đừng lao vào lỗi sai làm gì :D
Thôi mình không tranh luận cái lạc đề này nữa, có vấn đề gì liên quan đến bài viết thì bàn luận tiếp. Mình thích tranh luận thẳng thắn.
với áp lực của lực quán tính quá cao như vậy thì phạm vi danh mục hàng hóa có thể sử dụng phương pháp này mà vẫn còn nguyên là vẫn quá ít, hy vọng nó có thể không thành công rực rỡ nhưng sẽ là một bước đệm quan trọng cho những phát minh vĩ đại hơn trong tương lai ...😁 Khoa học thật tuyệt ^^
Mấy bố cm trên không biết kiến thức được bao nhiêu mà cm như thánh :p
@0obimbimcayo0
Người ta nói sai cái gì nào, cái thể loại cmt như này mới là ko biết gì
Ai đọc xong ko hiểu like phát 😕
em là em chán cái thể loại thánh khoe kiến thức, người ta bỏ ra nhiều và rất nhiều tiền thì ít ra cũng có tính toán thí nghiệm này nọ với nhiều kỹ sư ăn học tới nơi tới chốn có kinh nghiệm😃 cũng hơn mấy thánh bàn phím
Hiểu 😁 Nhưng vẫn có nhiều bất cập.
redberry
ĐẠI BÀNG
8 năm
Một dạng vũ khí mới! Nếu cái này bắn ra 1 viên đạn và được định hướng chuẩn nó sẽ trở nên nguy hiểm!
@redberry chính xác thì hải quân mĩ đang nghiên cứu để bắn đi 1 viên bi sắt ...thay vì tàu chiến phải chở đạn thì nó sẽ chở bi để bắn
nqhuy229
ĐẠI BÀNG
8 năm
các bác phán như nhà khoa học =)) có khác gì trong bài viết đâu :v
ZeusFate
TÍCH CỰC
8 năm
Từ khi ném Slingatron các nhà điểu học phát hiện số lượng chim chết tăng đột biến và xác chúng được tìm thấy trên ISS
@ZeusFate Bác này hài quá, ka ka, cười chết thui. Món chim này sẽ là đặc sản của vũ trụ cho phi hành gia.
RicherT
ĐẠI BÀNG
8 năm
Xài động cơ đẩy Ion có lẽ vẫn là cái hay nhất, dù chưa phổ biển và chưa có mẫu thử bay vào không gian nhưng các nhà khoa học khẳng định đó sẽ là tương lai của ngành khoa học vũ trụ.

Trong phim khoa học viễn tưởng ví dụ như Prometheus, cái phi thuyền xài động cơ đẩy ion đấy. Thực tế thì các nhà khoa học đã tạo được động cơ thử nghiệm rồi. Giờ chỉ còn cải tiến, nâng cấp tối ưu hoá...và đưa vào thực tế nữa là xong, tuy nhiên còn mất rất nhiều thơi gian nữa mới hoàn thiện được.
BruceWayne
TÍCH CỰC
8 năm
@RicherT Mình nhớ không nhầm thì động cơ này chỉ dùng được sau khi tàu đi vào không gian thôi mà. Lực đẩy yếu, gia tốc yếu... động cơ này thậm chí không nâng được phi thuyền lên khỏi mặt đất ý chứ 😃
phuongbigbig
ĐẠI BÀNG
8 năm
@RicherT Mình nghĩ là nên áp dụng thêm cả lò phản ứng hồ quang Arc reactor của Iron Man nữa bác nhỉ :p
ngi ngờ khả năng ứng dụng vào thực tế
ussh999
TÍCH CỰC
8 năm
Ý tưởng dùng lực ly tâm để đưa vật thể ra không gian có từ trước khi động cơ phản lực được chế tạo. Thế nhưng chưa bao giờ có giải pháp kỹ thuật thích hợp.
Dường như giai đoạn kinh tế khó khăn này cũng khiến cho các nhà khoa học bị bế tắc.
máy bắn đá khổng lồ=> bắn chim to
liệu chế cái này quất máy bay được k nhỉ 😁
sirnvad
TÍCH CỰC
8 năm
Mấy bác Mỹ sẽ chuyển cái này qua thành máy phóng tên lửa ICBM. Bắn vừa nhanh vừa dễ bảo trì.
Đọc cứ như phim viễn tưởng nhẩy








  • Chịu trách nhiệm nội dung: Trần Mạnh Hiệp
  • © 2021 Công ty Cổ phần MXH Tinh Tế
  • Địa chỉ: 209 Đường Nam Kỳ Khởi Nghĩa, Phường 7, Quận 3, TP.HCM
  • Số điện thoại: 02862713156
  • MST: 0313255119
  • Giấy phép thiết lập MXH số 11/GP-BTTTT, Ký ngày: 08/01/2019