Orbital Matter in kết cấu cứng đầu tiên trong chân không vũ trụ

Orbital Matter in 3D thanh dầm cứng đầu tiên trong chân không vũ trụ

Vệ tinh Replicator-2 của startup Đức Orbital Matter vừa in 3D thành công một thanh dầm dài nửa mét bằng vật liệu nhựa tùy chỉnh ngay trong quỹ đạo. Theo ban lãnh đạo công ty, đây là lần đầu tiên một tàu vũ trụ bay tự do thực hiện được việc này, đánh dấu bước tiến tới khả năng xây dựng các cấu trúc lớn ngoài không gian.

Thành tựu này có ý nghĩa đặc biệt bởi các tàu vũ trụ tương lai sẽ cần tạo ra nhiều điện năng hơn và tản nhiệt nhiều hơn vào môi trường chân không, nhất là khi chúng được dùng làm trung tâm dữ liệu trên quỹ đạo. Nếu có thể tự chế tạo thiết bị ngay trên quỹ đạo, bài toán về năng lượng và tản nhiệt sẽ trở nên dễ giải quyết hơn nhiều.

Công nghệ in 3D trong chân không hoạt động ra sao

Replicator-2 được phóng trong một sứ mệnh chia sẻ tên lửa (rideshare) của SpaceX vào mùa hè năm nay, mang theo bốn máy in 3D của công ty. Mỗi máy có thể tạo ra một thanh dầm hình trụ cứng bằng cách đùn các cuộn nhựa resin rồi làm đông cứng bằng tia cực tím (UV) — cơ chế mà công ty ví như xi măng kết hợp với nước.

Trước đây, các nỗ lực in 3D trong môi trường vi trọng lực (microgravity) chỉ giới hạn trong môi trường có áp suất trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). Việc in được trong chân không, trên một vệ tinh bay tự do, là điểm khác biệt cốt lõi.

Hai trong số bốn máy in được thiết kế để triển khai một tấm pin mặt trời dạng mềm, nhưng một sự cố bất thường đã khiến một máy in bị hỏng. Dù vậy, thanh dầm được tạo ra vẫn triển khai thành công tấm pin mặt trời và trở thành một bằng chứng khái niệm (proof of concept) quan trọng.

"Đó là lý do chúng tôi đưa nhiều máy in lên cùng một vệ tinh. Chúng tôi thà học hỏi ngay trên quỹ đạo và điều chỉnh phần mềm khi cần, còn hơn lãng phí nhiều năm thử nghiệm mọi khả năng dưới mặt đất," Robert Ihnatisin, CTO của Orbital Matter, cho biết.

Tham vọng từ nửa mét tới 100 mét

Chiều dài thanh dầm hiện bị giới hạn bởi lượng nhựa resin mang theo trên vệ tinh. Tuy nhiên, các kỹ sư công ty tin rằng những thanh dầm dài 100 mét là khả thi. Để so sánh, các vệ tinh Starlink V2 Mini của SpaceX — một trong những vệ tinh sản xuất hàng loạt mạnh nhất trên quỹ đạo — dùng tấm pin mặt trời dài 20 mét.

Các cấu trúc lớn trong không gian hiện nay đều là những "dự án origami": pin mặt trời hoặc gương kính viễn vọng lớn được gấp lại rồi bung ra trên quỹ đạo. Đây là bài toán kỹ thuật đầy thách thức, nên ý tưởng chế tạo và lắp ráp các cấu trúc đó ngay trong không gian rất hấp dẫn. NASA từng tài trợ một số nỗ lực theo hướng này, đáng chú ý là sứ mệnh với công ty Redwire in 3D các thanh dầm kết cấu trong một buồng chân không năm 2023, nhưng chưa từng được bay lên quỹ đạo.

"Replicator 2 là bằng chứng đầu tiên cho thấy chúng ta có thể xây dựng tấm pin mặt trời ngay trong không gian, với bất kỳ kích thước nào mà sứ mệnh yêu cầu," Jakub Stojek, CEO và đồng sáng lập Orbital Matter, nói.

Bước tiến tiếp theo

Orbital Matter được đồng sáng lập năm 2022 bởi Ihnatisin — từng làm tại hãng in 3D FormLabs — và Stojek, và đã gọi được 3 triệu USD vòng hạt giống (seed round). Công ty đang hợp tác với Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) và Thales Alenia, một nhà sản xuất vệ tinh hàng đầu châu Âu, đơn vị đã phối hợp trong dự án Replicator 2.

Hiện công ty đang chuẩn bị một sứ mệnh trình diễn khác, dự kiến phóng vào năm 2028, nhằm thử nghiệm phiên bản máy in lớn hơn trên một vệ tinh lớn hơn. Mục tiêu là triển khai tấm pin mặt trời có thể tạo ra 5 kW điện năng. Đây sẽ là "bàn đạp" hướng tới các triển khai lớn hơn với hơn 100 kW mỗi cánh vào năm 2030.

Công ty cũng đang làm việc với các nhà sản xuất vệ tinh đang cân nhắc tích hợp hệ thống PADS (printer-assisted deployment system — hệ thống triển khai có hỗ trợ in 3D) vào tàu vũ trụ của họ để mở rộng tấm pin mặt trời, ăng-ten hoặc các linh kiện khác.

Góc nhìn

Với các kỹ sư và doanh nghiệp Việt Nam theo dõi lĩnh vực công nghệ vũ trụ, thành tựu của Orbital Matter cho thấy hướng đi mới: thay vì chế tạo mọi thứ dưới mặt đất rồi phóng lên với kích thước bị giới hạn bởi nắp tên lửa, vệ tinh có thể tự "mọc" ra cấu trúc ngay trên quỹ đạo. Cách tiếp cận này gợi ý rằng phần mềm điều khiển quá trình in, vật liệu nhựa chuyên dụng và khả năng thích ứng linh hoạt sẽ là những năng lực cốt lõi, không kém phần quan trọng so với phần cứng.

Việc công ty chọn in nhiều máy cùng lúc để "học ngay trên quỹ đạo" thay vì thử nghiệm kéo dài dưới mặt đất cũng là bài học về chiến lược phát triển sản phẩm công nghệ cao: chấp nhận rủi ro có kiểm soát để rút ngắn vòng lặp học hỏi. Dù còn xa mới tới giai đoạn thương mại, những thử nghiệm như thế này đang định hình lại cách con người xây dựng hạ tầng trong không gian.