Nga ‘chơi lớn’ với sứ mạng phóng tàu vũ trụ hạt nhân từ Mặt trăng tới sao Mộc

Thiết kế tàu kéo không gian mang theo lò phản ứng hạt nhân Zeus công suất dự kiến 500kW của Nga.

Cơ quan vũ trụ liên bang Nga Roscosmo thông báo "tàu kéo không gian" - thuật ngữ chỉ tàu vũ trụ vận chuyển phi hành gia hoặc thiết bị từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác - dự kiến sẽ thực hiện một sứ mệnh liên hành tinh vào năm 2030.

Theo đó, mô-đun năng lượng của tàu vũ trụ có tên "Zeus" được thiết kế tạo ra đủ năng lượng để đẩy hàng hóa nặng vào không gian sâu trong vũ trụ. Về bản chất nó là một nhà máy điện hạt nhân di động.

Một số quốc gia đã để mắt đến công nghệ tương tự như một cách để rút ngắn các chuyến đi trong không gian. Hiện tại, tàu vũ trụ vẫn lệ thuộc năng lượng Mặt trời hoặc lực hấp dẫn để tăng tốc. Nhưng điều đó có nghĩa là có thể mất hơn 3 năm để các phi hành gia thực hiện chuyến bay vòng quanh sao Hỏa. Trong khi đó, NASA ước tính một tàu vũ trụ chạy bằng năng lượng hạt nhân có thể rút ngắn mốc thời gian đó một năm.

Tàu vũ trụ không người lái Juno của NASA sử dụng pin năng lượng Mặt trời để thực hiện hành trình thám hiểm Sao Mộc. Ảnh: NASA

Mỹ hy vọng sẽ đưa một nhà máy điện hạt nhân – chính xác là một lò phản ứng 10 kilowatt tích hợp với tàu đổ bộ - lên Mặt trăng sớm nhất là vào năm 2027. Tuy nhiên, cho đến nay, NASA mới chỉ đưa một lò phản ứng hạt nhân lên vũ trụ, trên một vệ tinh vào năm 1965. Các tàu vũ trụ khác, như tàu thám hiểm sao Hoả Curiosity và Perseverance, cũng chạy bằng năng lượng hạt nhân, nhưng chúng không sử dụng lò phản ứng.

Trong khi đó, Nga đã đưa hơn 30 lò phản ứng lên không gian. Những nỗ lực đó sẽ được đẩy xa hơn nữa khi mô-đun "Zeus" sử dụng một lò phản ứng hạt nhân 500 kilowatt để tự đẩy nó từ hành tinh này sang hành tinh khác.

Xem video mô hình tàu kéo không gian (space tug) của Nga được công bố năm 2020 (Nguồn: ETF News):

Theo kế hoạch được thông báo trên hãng tin quốc gia Nga Sputnik, tàu vũ trụ Zeus sẽ tiếp cận Mặt trăng trước, sau đó tiến về phía Sao Kim. Từ đây nó có thể sử dụng lực hấp dẫn của hành tinh để chuyển hướng về điểm đến cuối cùng, Sao Mộc. Điều đó sẽ giúp tiết kiệm nhiên liệu phóng.

Theo ông Alexander Bloshenko, Giám đốc điều hành các chương trình dài hạn và khoa học của Roscosmos, toàn bộ sứ mệnh sẽ kéo dài 50 tháng (hơn 4 năm). Trong một buổi thuyết trình tại Moskva hôm 22/5, ông Bloshenko cho biết Roscosmos và Viện Hàn lâm Khoa học Nga vẫn đang nghiên cứu để tính toán quỹ đạo của chuyến bay, cũng như khối lượng nó có thể mang theo.

Xa hơn nữa, sứ mệnh này có thể là tiền đề cho một biên giới mới của vũ trụ Nga. Sputnik đưa tin rằng Nga đang thiết kế một trạm vũ trụ sử dụng công nghệ chạy bằng năng lượng hạt nhân tương tự.

Tên lửa Soyuz phóng tàu vũ trụ lên Trạm Quỹ đạo Quốc tế (ISS) từ Baikonur, Kazakhstan. Ảnh: Getty Images

Năng lượng hạt nhân có lợi thế hơn năng lượng Mặt trời 

Hầu hết các tàu vũ trụ lấy năng lượng từ một số nguồn như: Mặt trời, pin, hoặc các nguyên tử không ổn định được gọi là đồng vị phóng xạ.

Ví dụ, tàu vũ trụ không người lái Juno của NASA tại Sao Mộc sử dụng các tấm pin Mặt trời để tạo ra điện. Năng lượng Mặt trời cũng có thể được sử dụng để sạc pin trong tàu vũ trụ, nhưng nguồn năng lượng này trở nên kém hiệu quả hơn khi tàu vũ trụ ngày càng xa Mặt trời. Ngoài ra, pin lithium có thể cung cấp năng lượng cho các sứ mạng ngắn hơn. Chẳng hạn, tàu thăm dò Huygens đã sử dụng pin để hạ cánh trong thời gian ngắn trên Mặt trăng Titan của sao Thổ vào năm 2005.

Thiết kế một tàu vũ trụ của NASA sử dụng động cơ đẩy nhiệt hạt nhân. Ảnh: NASA 

Tàu vũ trụ Voyager của NASA sử dụng đồng vị phóng xạ (còn được gọi là "pin hạt nhân") để tồn tại trong môi trường khắc nghiệt bên ngoài Hệ Mặt trời và không gian giữa các vì sao, nhưng điều đó không giống như mang một lò phản ứng hạt nhân lên tàu.

Việc trang bị lò phản ứng hạt nhân cho tàu vũ trụ mang lại một số ưu điểm: Chúng có thể tồn tại trong các vùng tối, lạnh của Hệ Mặt trời mà không cần ánh sáng Mặt trời. Chúng cũng ổn định, đáng tin cậy trong thời gian dài. Chẳng hạn lò phản ứng hạt nhân Zeus được thiết kế để tồn tại từ 10 đến 12 năm. Thêm vào đó, với năng lượng mạnh mẽ, chúng có thể đẩy tàu vũ trụ đến các hành tinh khác trong thời gian ngắn hơn.

Nhưng điện hạt nhân cũng có những thách thức riêng. Chỉ một số loại nhiên liệu nhất định, như uranium được làm giàu cao, mới có thể chịu được nhiệt độ cực cao của lò phản ứng - và chúng có thể không an toàn để sử dụng. Vào tháng 12/2020, Mỹ đã cấm sử dụng uranium được làm giàu cao để đẩy các vật thể vào không gian nếu sứ mệnh đó có thể thực hiện được với các nguồn nhiên liệu hạt nhân hoặc năng lượng phi hạt nhân khác.

Nga chuẩn bị xây dựng trạm vũ trụ chạy năng lượng hạt nhân

Phi hành gia Nga Sergey Kud-Sverchkov trở về từ ISS hạ cánh xuống một vùng hẻo lánh tại Kazakhstan ngày 17/4/2021. Ảnh: Reuters

Các kỹ sư Nga đã bắt đầu phát triển mô-đun Zeus vào năm 2010 với mục tiêu đưa nó lên quỹ đạo Trái đất trong vòng hai thập kỷ. Và họ đang đi đúng hướng để đạt được mốc đó.

Công nghệ này có thể hỗ trợ Nga phát triển một trạm vũ trụ mới vào năm 2025. Hồi tháng 4, BBC đưa tin rằng Nga có kế hoạch ngừng hợp tác với Trạm vũ trụ quốc tế (ISS), mà họ hiện chia sẻ với Mỹ, Nhật Bản, châu Âu và Canada - vào năm đó.

Nga đã hợp tác với Mỹ phóng trạm ISS vào năm 1998. Tuy nhiên, Phó Thủ tướng Nga Yury Borisov phát biểu với kênh truyền hình nhà nước Russia 1 vào tháng trước rằng tình trạng của ISS "còn nhiều điều mong muốn chưa đạt được". Thậm chí gần đây, trạm quỹ đạo này đã xảy ra rò rỉ không khí và sự cố hệ thống cung cấp oxy.

NASA từng công bố rằng ISS sẽ hoạt động đến ít nhất là năm 2028, tuy nhiên, cơ quan này có thể sẽ duy trì trạm trong vòng 10-15 năm tới.