Động cơ nhiệt hạt nhân: ‘Cánh cửa’ đưa con người đặt chân lên sao Hỏa chỉ sau 3 tháng

Công ty Công nghệ Hạt nhân Siêu an toàn (Ultra Safe Nuclear Corporation - USNC), một trong những công ty tư nhân lớn nhất thế giới hoạt động trong lĩnh vực vật lý hạt nhân, vừa đưa ra một tuyên bố gây sốc trong cộng đồng nghiên cứu vật lý - thiên văn. Cụ thể, công ty này cho biết đã thiết kế thành công một hệ thống động cơ hạt nhân nhiệt hoàn toàn mới sở hữu hiệu năng cực kỳ ấn tượng: Có thể đưa các phi hành gia lên sao Hỏa chỉ trong vòng ba tháng — và quay trở lại Trái đất với cùng một khoảng thời gian tương tự.

Đáng chú ý, bằng cách sử dụng nhiên liệu uranium làm giàu thấp (HALEU), hệ thống đẩy nhiệt hạt nhân (NTP) của USNC không chỉ cho hiệu năng tốt hơn (giảm 1/2 thời gian bay tới sao Hỏa), khả năng vận hành bền bỉ hơn, mà còn an toàn hơn nhiều lần so với các công nghệ hiện nay.

"Vấn đề khó khăn nhất nằm ỏ chỗ chúng ta phải tạo ra một lò phản ứng hạt nhân đủ nhẹ và đủ an toàn để sử dụng ở môi trường bên ngoài bầu khí quyển của Trái đất - đặc biệt nếu tàu vũ trụ đang chở một phi hành đoàn", đại diện USNC cho biết.

Sử dụng hệ thống hạt nhân nhiệt làm động cơ đẩy trên thực tế không phải là ý tưởng mới. Yếu tố cốt lõi ở đây là lợi dụng sức nóng cực lớn do phản ứng hạt nhân tạo ra để đẩy tên lửa với tốc độ siêu nhanh, và khả năng hoạt động bền bỉ. Công nghệ của USNC được phát triển thành công chỉ vài tháng sau khi Elon Musk gợi ý rằng động cơ hạt nhân có thể là chìa khóa để đưa các phi hành gia lên sao Hỏa. Đối với CEO SpaceX, mối quan tâm hàng đầu trong mọi sứ mệnh không gian là sức khỏe và sự an toàn của phi hành gia. Chuyến đi đến sao Hỏa càng dài, các phi hành gia càng phải tiếp xúc lâu với bức xạ vũ trụ bất thường. Do đó việc tạo ra các loại động cơ đẩy mới hiệu quả hơn nhằm rút ngắn thời gian sẽ là nhiệm vụ then chốt.

Về nguyên lý vận hành cơ bản, hệ thống NTP của USNC lấy năng lượng từ quá trình phân hạch hạt nhân, hoạt động bằng cách bơm nhiên liệu đẩy lỏng qua một lõi lò phản ứng hạt nhân, nơi xảy ra phản ứng phân tách nguyên tử và sản sinh nhiệt. Nhìn chung, lò phản ứng “mini” trong động cơ đẩy nhiệt hạt nhân của USNC có thiết kế khá giống với thiết kế của các hệ thống lò phản ứng siêu nhỏ đang được nhiều quốc gia nghiên cứu hiện nay. Nhưng lò phản ứng của USNC sử dụng nhiên liệu HALEU và công nghệ vỏ gốm vi nang Fully Ceramic Microencapsulated (FCM) cho mức an toàn vượt trội ở nhiệt độ cực cao.

"Chìa khóa trong thiết kế của USNC là sự “chồng chéo có ý thức” giữa công nghệ lò phản ứng trên cạn và không gian", Giám đốc điều hành USNC-Tech Paolo Venneri cho biết trong một tuyên bố. "Điều này cho phép chúng tôi tận dụng những tiến bộ trong công nghệ hạt nhân và cơ sở hạ tầng từ các hệ thống dưới mặt đất và áp dụng chúng cho các lò phản ứng hoạt động trên vũ trụ của chúng tôi".

USNC cho biết động cơ của họ cung cấp lực đẩy gấp đôi so với động cơ hóa học thông thường, đồng thời sử dụng ít nhiên liệu được làm giàu nên hoạt động ổn định hơn hẳn so với các thiết kế nhiệt lò phản ứng hạt nhân trước đây. Hệ thống NTP hứa hẹn giúp làm giảm đáng kể thời gian thực hiện các chuyến đi trong vũ trụ, và cho phép mang theo lượng hàng hóa lớn hơn nhiều so với những loại tên lửa hóa học tối tân nhất hiện nay.

USNC cho biết đã gửi ý tưởng thiết kế cho NASA để tiếp tục tẩm định và tiến tới đi thử nghiệm thức tế chuyên sâu hơn.