NASA chế tạo tàu vũ trụ chạy bằng năng lượng hạt nhân để bay tới Sao Hỏa

NASA vừa công bố kế hoạch chế tạo Space Reactor-1 Freedom (SR-1) — tàu vũ trụ liên hành tinh đầu tiên trên thế giới sử dụng lò phản ứng hạt nhân. Dự án được kỳ vọng sẽ mở ra kỷ nguyên bay vũ trụ hiệu quả hơn, giúp rút ngắn hành trình tới Sao Hỏa và giảm rủi ro bức xạ vũ trụ cho phi hành gia.

Minh họa tàu vũ trụ chạy bằng năng lượng hạt nhân

Tuyên bố gây chấn động trước thềm Artemis II

Chỉ ít lâu trước khi phi hành đoàn Artemis II bắt đầu hành trình quanh Mặt Trăng hồi tháng 4, NASA đã công bố kế hoạch xây dựng SR-1. Con tàu này dự kiến thực hiện sứ mệnh không người lái tới Sao Hỏa vào cuối năm 2028 và cập bến vào năm 2029.

Nếu thành công, đây sẽ là cột mốc mở ra thời kỳ bay vũ trụ hiệu quả hơn, có thể nhanh hơn đáng kể — tiết kiệm thời gian cho phi hành gia và cắt giảm thời gian họ phải tiếp xúc với bức xạ vũ trụ có hại trên hành trình tới Hành tinh Đỏ và xa hơn nữa.

"Bạn thức dậy với thông báo đó và nó khiến bạn nở nụ cười thật tươi", Simon Middleburgh, đồng giám đốc Viện Tương lai Hạt nhân tại Đại học Bangor (Xứ Wales), chia sẻ.

Vì sao chuyện này khó nhưng không phải bất khả thi

Vận hành lò phản ứng hạt nhân trong không gian nghe có vẻ điên rồ, nhưng thực tế không phải vậy. Liên Xô từng đưa hàng chục lò phản ứng lên quỹ đạo, thường để cấp điện cho vệ tinh do thám. Giới chuyên gia cho rằng không có trở ngại kỹ thuật lớn nào ngăn cản việc hiện thực hóa động cơ đẩy hạt nhân trong không gian.

"Tôi nghĩ đây là công nghệ hoàn toàn khả thi. Tôi rất vui khi thấy họ cuối cùng cũng làm điều này", Philip Metzger, nhà nghiên cứu kỹ thuật bay vũ trụ tại Viện Vũ trụ Florida, nhận định.

Dù vậy, quá trình phát triển động cơ đẩy bằng lò phản ứng diễn ra rất chậm chạp. Trong 75 năm qua, Mỹ đã khởi động rồi chấm dứt nhiều chương trình nghiên cứu. Nạn nhân mới nhất là DRACO — dự án hợp tác giữa NASA và Bộ Quốc phòng, bị hủy năm 2025 do chi phí thử nghiệm cao, khó cạnh tranh về giá với động cơ tên lửa thông thường và khó đảm bảo thử nghiệm mặt đất an toàn, hiệu quả.

Công nghệ đẩy điện hạt nhân hoạt động ra sao?

Sau nhiều lần do dự, NASA dường như đã sẵn sàng đặt cược 2 tỷ USD vào du hành liên hành tinh bằng năng lượng hạt nhân. Cơ quan này theo đuổi phương pháp đẩy điện hạt nhân — dùng neutron sinh ra từ phản ứng phân hạch uranium tự duy trì để tạo nhiệt và cuối cùng là điện năng.

Lượng điện này được dùng để ion hóa một loại khí, sau đó khí bị đẩy ra khỏi tàu nhờ từ trường, tạo ra lực đẩy.

"Cách tiếp cận này có lực đẩy rất thấp nhưng hiệu suất rất cao. Vì vậy bạn có thể dùng nó trong thời gian dài", Sebastian Corbisiero, giám đốc kỹ thuật quốc gia về các chương trình lò phản ứng vũ trụ của Bộ Năng lượng Mỹ, giải thích.

Con tàu trông như thế nào?

Theo phần trình bày của Steve Sinacore, giám đốc chương trình SR-1 của NASA, các bản vẽ ý tưởng cho thấy con tàu trông như một mũi tên khổng lồ có lông vũ. Phần đuôi chứa hệ thống năng lượng và động cơ đẩy, trong khi phần mũi chứa lò phản ứng hạt nhân chứa uranium với công suất tối thiểu 20 kilowatt (để so sánh, một nhà máy hạt nhân điển hình trên Trái Đất mạnh hơn khoảng 50.000 lần).

Các "lông vũ" trên SR-1 thực chất là những cánh tản nhiệt lớn giúp làm mát lò phản ứng bằng cách bức xạ nhiệt ra không gian.

Thách thức về an toàn và lộ trình

Giống nhiều thiết bị vũ trụ khác, lò phản ứng cần được kiểm tra kỹ lưỡng trên mặt đất trước khi đủ điều kiện cho chuyến bay rung lắc dữ dội vào không gian.

"Vượt qua giai đoạn phóng an toàn sẽ là một thách thức. Bạn sẽ bị rung, lắc và xóc", Middleburgh nói.

Vì lý do an toàn, lò phản ứng sẽ chỉ được khởi động khoảng hai ngày sau khi phóng, khi tàu đã ở khoảng cách an toàn với Trái Đất. Bản thân uranium không nguy hiểm lắm, nhưng các sản phẩm thải sinh ra khi lò phản ứng hoạt động thì khác. Nếu SR-1 vận hành đúng kế hoạch, hành trình tới Sao Hỏa sẽ mất khoảng một năm.

Liệu có kịp tới Sao Hỏa vào năm 2029?

Điều này hoàn toàn có thể. NASA cho biết Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho — đơn vị chế tạo lò phản ứng của SR-1 — đang đạt tiến độ và hướng tới mục tiêu phóng vào cuối năm 2028.

"Việc mua sắm các linh kiện chính đang được triển khai, và công tác tích hợp hệ thống năng lượng và động cơ đẩy đang tiến triển đều đặn", Sinacore nói với MIT Technology Review.

Triển vọng sẽ càng sáng sủa hơn nếu chương trình Artemis — nhằm đặt nền móng cho một căn cứ ở cực nam Mặt Trăng vào cuối thập kỷ này — giữ đúng tiến độ đầy tham vọng của mình.

Tuy nhiên, giới chuyên gia vẫn tỏ ra thận trọng:

"Đây là một tiến độ rất tham vọng", Lindsey Holmes, phó chủ tịch phụ trách dự án tiên tiến tại Analytical Mechanics Associates (công ty hàng không vũ trụ ở Virginia, Mỹ), nhận xét.

Bà Holmes cho rằng áp lực một phần đến từ tham vọng hạt nhân vũ trụ của Trung Quốc và Nga. Hai nước này từng nói về kế hoạch đặt lò phản ứng lên bề mặt Mặt Trăng vào giữa thập niên 2030 để cấp điện cho một căn cứ Mặt Trăng do hai bên cùng vận hành.

Dù SR-1 thành công hay thất bại trong không gian, quá trình phát triển của nó vẫn sẽ giúp NASA đặt lò phản ứng lên Mặt Trăng, bởi công nghệ của hai dự án tương đối giống nhau — bề mặt Mặt Trăng cũng là môi trường chân không như không gian vũ trụ. Nếu tàu vũ trụ liên hành tinh chạy bằng hạt nhân hoạt động được, thì một lò phản ứng trên Mặt Trăng cũng sẽ hoạt động được.

Phần lớn công nghệ của SR-1 đã tồn tại; thách thức nằm ở việc lắp ghép tất cả lại và xem nó vận hành thế nào trong không gian thực tế.