Máy đẩy điện có công suất kỷ lục đưa sao Hỏa đến gần hơn với thực tế

Một nhóm từ Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA (JPL), hợp tác với các nhà nghiên cứu từ Đại học Princeton và Trung tâm Glenn ở Cleveland, đã bắn thành công một nguyên mẫu máy đẩy điện mạnh hơn 25 lần so với bất kỳ máy đẩy nào được thử nghiệm trước đây ở Hoa Kỳ. Hệ thống từ huyết động học (MPD) hoạt động ở mức công suất đạt 120 kilowatt, vượt qua tất cả các máy đẩy điện hiện đang hoạt động trên tàu vũ trụ của cơ quan. Sự tiến bộ đánh dấu một bước quyết định hướng tới các sứ mệnh của con người trong tương lai tới Sao Hỏa.

Thử nghiệm diễn ra vào tháng 2 năm 2026 tại Cơ sở chân không chất đẩy kim loại ngưng tụ (CoMeT) ​​​​của JPL, một phòng thí nghiệm quốc gia duy nhất có khả năng thử nghiệm an toàn các hệ thống sử dụng chất đẩy hơi kim loại. Nguyên mẫu sử dụng hơi kim loại lithium làm chất đẩy và đạt nhiệt độ vượt quá 2.800 độ C trên điện cực vonfram trong 5 lần đánh lửa được thực hiện.

Công nghệ hoạt động ngoài mong đợi

Bộ đẩy MPD khác với các hệ thống điện thông thường ở chỗ sử dụng dòng điện cao để tương tác với từ trường và tăng tốc điện từ cho plasma lithium. Cách tiếp cận sáng tạo này tạo ra lực đẩy đáng kể và liên tục, không phụ thuộc hoàn toàn vào năng lượng mặt trời như các thế hệ máy đẩy điện trước đây.

James Polk, nhà khoa học nghiên cứu cấp cao tại JPL, nhấn mạnh tầm quan trọng của kết quả này. “Chúng tôi không chỉ chứng minh được rằng chất đẩy hoạt động mà còn đạt được mức công suất mà chúng tôi đặt ra”. Dữ liệu được thu thập cung cấp cho các nhà nghiên cứu nền tảng vững chắc để đối mặt với những thách thức trong việc mở rộng quy mô sản xuất. Việc xây dựng và thiết kế nguyên mẫu mất hai năm làm việc căng thẳng.

Công nghệ MPD không phải là mới. Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu nó từ những năm 1960 nhưng chưa bao giờ hoạt động ở công suất cao như vậy ở Hoa Kỳ. Một khía cạnh quan trọng của sự phát triển là nhiên liệu đẩy chạy bằng lithium “chưa bao giờ hoạt động” trước những cuộc thử nghiệm này, khiến đây trở thành một cột mốc quan trọng thực sự đối với kỹ thuật hàng không vũ trụ.

Hiệu quả mang tính cách mạng so với tên lửa thông thường

Máy đẩy điện mang lại lợi thế kinh tế và kỹ thuật đáng kể so với tên lửa hóa học truyền thống. Theo nhóm JPL, các hệ thống này có thể sử dụng lượng nhiên liệu đẩy ít hơn tới 90% so với tên lửa công suất cao được sử dụng để thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái đất. Việc giảm đáng kể mức tiêu thụ nhiên liệu này giúp giảm đáng kể chi phí cho các sứ mệnh không gian.

Động cơ điện hoạt động dựa trên nguyên lý cơ bản khác với động cơ hóa học. Thay vì đốt nhiên liệu để tạo lực đẩy ngay lập tức, nó thu thập năng lượng và sử dụng năng lượng đó để tăng tốc một lượng nhỏ nhiên liệu đẩy bị ion hóa. Việc thoát khí chậm và liên tục này tạo ra lực đẩy bền bỉ, nếu có đủ thời gian, sẽ đạt tốc độ lớn hơn nhiều so với tốc độ của tên lửa thông thường. Tàu vũ trụ Psyche của NASA, được trang bị động cơ đẩy điện ít mạnh hơn, đã chứng minh khả năng này bằng cách di chuyển với tốc độ hơn 200.000 km/h bằng một lực nhỏ nhưng không đổi.

Các nhà nghiên cứu cho biết máy đẩy MPD chạy bằng lithium có khả năng hoạt động ở mức năng lượng cao, sử dụng nhiên liệu đẩy với hiệu suất vượt trội và cung cấp lực đẩy lớn hơn đáng kể so với các hệ thống đang hoạt động hiện nay. Kết hợp với nguồn năng lượng hạt nhân, những động cơ đẩy này có thể giảm khối lượng phóng của tàu vũ trụ và duy trì tải trọng cần thiết để đưa con người lên sao Hỏa.

Leia Também

Olivia Rodrigo tiết lộ ngày lưu diễn xuyên Bắc Mỹ và Châu Âu cho đến năm 2027

Keanu Reeves: Tập trung vào sự chú ý có thể mang lại những thành tựu và mục đích to lớn

Người tạo phim hoạt hình Pokémon mất kênh YouTube sau khi có khiếu nại từ Nintendo

Những thách thức kỹ thuật và các bước tiếp theo

Nhóm nghiên cứu đã xác định được một trở ngại quan trọng: nhiệt độ cao phát ra từ động cơ đẩy MPD trong quá trình vận hành đòi hỏi các bộ phận có khả năng chịu được nhiệt độ cực cao. Việc cung cấp các vật liệu bền chắc phù hợp sẽ là “thách thức quan trọng” trong những năm phát triển sắp tới.

Các nhà nghiên cứu đặt ra những mục tiêu mới đầy tham vọng:

• Đạt được công suất từ ​​500 kilowatt đến 1 megawatt mỗi cánh quạt
• Phát triển vật liệu có thể chịu được nhiệt độ trên 2.800 độ C
• Đảm bảo hoạt động liên tục trong hơn 23 nghìn giờ
• Tích hợp nhiều máy đẩy vào một tàu vũ trụ
• Kết hợp các nguồn năng lượng hạt nhân cho các sứ mệnh lên sao Hỏa

Một sứ mệnh có người lái tới Sao Hỏa sẽ cần từ 2 đến 4 megawatt năng lượng để đến được hành tinh này trong thời gian khả thi. Để đáp ứng nhu cầu này, tàu vũ trụ cuối cùng có thể kết hợp một số động cơ đẩy MPD hoạt động đồng thời trong hơn 23 nghìn giờ trong gần ba năm mà không bị gián đoạn.

Định vị là ưu tiên chiến lược

Quản trị viên NASA Jared Isaacman gọi cuộc thử nghiệm này là “lần đầu tiên” mang tính lịch sử. Ông nói: “Đây là lần đầu tiên ở Hoa Kỳ có một hệ thống động cơ điện hoạt động ở mức công suất cao như vậy”. Cuộc thử nghiệm là một phần của chương trình Sức đẩy hạt nhân không gian (SNP) của cơ quan, một sáng kiến ​​nhằm củng cố việc khám phá các công nghệ tiên tiến cho các sứ mệnh trong tương lai.

Isaacman tái khẳng định cam kết của NASA đối với mục tiêu lâu dài là đưa phi hành gia người Mỹ lên sao Hỏa. “Tại NASA, chúng tôi đang làm nhiều việc cùng một lúc và không để mất dấu sao Hỏa. Chúng tôi sẽ tiếp tục thực hiện các khoản đầu tư chiến lược để thúc đẩy bước nhảy vọt lớn tiếp theo này.” Cuộc thử nghiệm thành công chứng tỏ “tiến bộ thực sự” hướng tới mục tiêu đầy tham vọng này.

Lịch sử của động cơ đẩy điện tại NASA bắt nguồn từ sứ mệnh Bình minh và Không gian sâu-1, nơi các nhà nghiên cứu như James Polk áp dụng kiến ​​thức vào hệ thống động cơ đẩy. Kinh nghiệm đó đã cung cấp cơ sở kỹ thuật cần thiết cho sự phát triển của động cơ đẩy MPD chạy bằng lithium hiện đang được thử nghiệm.