Một cột mốc mới của ngành hàng không vũ trụ vừa được thiết lập khi SpaceX phóng thành công vệ tinh thương mại đầu tiên trên thế giới sử dụng công nghệ năng lượng hạt nhân lên quỹ đạo.
Sự kiện không chỉ đánh dấu bước tiến quan trọng trong lĩnh vực cung cấp năng lượng cho tàu vũ trụ mà còn mở ra triển vọng cho các sứ mệnh khám phá Mặt Trăng, không gian sâu và những khu vực mà pin Mặt Trời gần như không thể phát huy hiệu quả.
Vệ tinh mang tên BOHR (Betavoltaic Orbital High-Reliability) do công ty City Labs có trụ sở tại bang Florida (Mỹ) phát triển đã được đưa vào quỹ đạo trong sứ mệnh chia sẻ tải trọng Transporter-17 của SpaceX vào sáng ngày 7/7.
Tên lửa Falcon 9 cất cánh từ Căn cứ Lực lượng Không gian Vandenberg ở bang California, mang theo tổng cộng 81 tải trọng thuộc nhiều khách hàng khác nhau. Chỉ khoảng 50 phút sau khi rời bệ phóng, tên lửa bắt đầu lần lượt triển khai các vệ tinh đến những quỹ đạo đã được xác định trước.
Công nghệ hạt nhân hoàn toàn mới cho các vệ tinh cỡ nhỏ
BOHR là vệ tinh CubeSat thử nghiệm nhằm đánh giá khả năng hoạt động của nguồn điện vi mô NanoTritium, công nghệ độc quyền do City Labs phát triển. Đây là lần đầu tiên hệ thống năng lượng hạt nhân kiểu betavoltaic của công ty được thử nghiệm trong môi trường không gian.
Khác với các hệ thống phát điện đồng vị phóng xạ (RTG) từng được NASA sử dụng trên những tàu thăm dò nổi tiếng như Voyager, vốn tạo ra điện từ nhiệt lượng phát ra khi plutonium phân rã, NanoTritium hoạt động theo nguyên lý khác.
Thiết bị này khai thác các hạt beta sinh ra trong quá trình phân rã phóng xạ của tritium – đồng vị phóng xạ của hydro. Những hạt beta sau đó được chất bán dẫn chuyển đổi trực tiếp thành điện năng mà không cần thông qua quá trình tạo nhiệt rồi mới phát điện.
Nhờ vậy, hệ thống có cấu trúc nhỏ gọn hơn, phù hợp với các vệ tinh cỡ nhỏ hoặc những thiết bị cần nguồn điện liên tục trong thời gian rất dài.
Theo CEO Peter Cabauy của City Labs, đây là cột mốc lịch sử đối với ngành năng lượng hạt nhân thương mại trong không gian, chứng minh rằng các giải pháp điện hạt nhân quy mô nhỏ đã sẵn sàng bước vào giai đoạn ứng dụng thực tế.
Mặc dù BOHR vẫn sử dụng các tấm pin Mặt Trời để vận hành phần lớn hệ thống trên vệ tinh, lõi NanoTritium đóng vai trò là công nghệ trình diễn nhằm chứng minh tính khả thi của nguồn điện hạt nhân thế hệ mới.
Mục tiêu lâu dài của City Labs là tạo ra các nguồn điện có thể hoạt động liên tục trong nhiều năm mà không phụ thuộc vào ánh sáng Mặt Trời. Đây là yếu tố đặc biệt quan trọng đối với các sứ mệnh phải làm việc tại những khu vực luôn chìm trong bóng tối, chẳng hạn các hố va chạm ở hai cực của Mặt Trăng.
Những nơi này gần như không bao giờ nhận được ánh sáng Mặt Trời, khiến các tấm pin năng lượng truyền thống trở nên kém hiệu quả. Nếu công nghệ betavoltaic chứng minh được độ bền và độ tin cậy trong môi trường không gian, nó có thể trở thành giải pháp lý tưởng cho các robot thám hiểm hoặc các trạm quan trắc hoạt động dài hạn.
Một trong những ưu điểm lớn nhất của việc sử dụng tritium là mức bức xạ phát ra thấp hơn đáng kể so với nhiều loại vật liệu phóng xạ khác.
Sự an toàn này được xem là yếu tố then chốt để công nghệ hạt nhân có thể được triển khai rộng rãi trên các vệ tinh thương mại trong tương lai.
Mở đường cho các căn cứ trên Mặt Trăng và sứ mệnh không gian sâu
Trong những năm gần đây, cực Nam của Mặt Trăng đã trở thành mục tiêu ưu tiên trong chương trình Artemis của NASA. Các quan sát cho thấy khu vực này chứa lượng lớn băng nước tồn tại bên trong những miệng hố luôn bị bóng tối bao phủ.
Nguồn băng này được kỳ vọng có thể cung cấp nước sinh hoạt, oxy để hô hấp, thậm chí tách thành hydro và oxy làm nhiên liệu cho tên lửa, tạo nền tảng cho sự hiện diện lâu dài của con người trên Mặt Trăng.
Để hiện thực hóa mục tiêu đó, NASA đang đầu tư phát triển các lò phản ứng hạt nhân cỡ nhỏ nhằm cung cấp nguồn điện ổn định cho các căn cứ tương lai.
City Labs cho rằng BOHR chính là lời giải thương mại đầu tiên cho bài toán này. Mặc dù NanoTritium hiện nay chưa đủ khả năng tạo ra lượng điện lớn để vận hành cả một căn cứ trên Mặt Trăng, công ty tin rằng công nghệ này có thể tiếp tục được mở rộng quy mô trong tương lai để đáp ứng những nhu cầu năng lượng lớn hơn.
Dự án BOHR nhận được sự hỗ trợ từ NASA, Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Không quân Mỹ cùng nhiều cơ quan thuộc Chính phủ Mỹ.
Việc BOHR được đưa lên quỹ đạo không chỉ là thành công của riêng City Labs mà còn được xem là bước khởi đầu cho một kỷ nguyên mới của công nghệ năng lượng hạt nhân thương mại trong không gian.
Nếu các thử nghiệm trên quỹ đạo đạt kết quả như kỳ vọng, công nghệ này có thể trở thành nền tảng cho thế hệ tàu vũ trụ tương lai phục vụ nghiên cứu khoa học, thám hiểm không gian trong nhiều thập kỷ tới.
(Theo Space, Interesting Engineering)
Bước ngoặt thập kỷ tới: con người sẽ sinh sống trên Mặt Trăng?Các sứ mệnh Artemis tiếp theo sẽ thiết lập một căn cứ lâu dài trên Mặt Trăng và đặt ra mục tiêu lớn hơn: đưa con người lên sao Hỏa.
.svg){kind=icon}
