Tên lửa plasma có thể đưa con người tới sao Hỏa

Tên lửa nhiên liệu plasma chế tạo bằng vật liệu tự sửa chữa có tuổi thọ gấp nhiều lần thời gian cần thiết để bay tới sao Hỏa sẽ là phương tiện "bất tử" đưa con người tới hành tinh Đỏ.

Theo Science Alert, tên lửa Saturn V được sử dụng để đưa con người lên Mặt Trăng trước đây sử dụng hai loại động cơ. Đầu tiên là các vụ nổ phản ứng hóa học xảy ra để đẩy tàu vũ trụ lên quỹ đạo, sau đó là khoảng 3,7 triệu lít nhiên liệu các loại đã được sử dụng để đưa tàu Apollo tới Mặt Trăng.

Khoảng cách từ Trái Đất tới sao Hỏa gấp khoảng 100 lần tới Mặt Trăng, nên nếu sử dụng cùng một công nghệ như trên, cần phải có ít nhất hàng chục tên lửa Saturn V.

Theo tính toán của các nhà khoa học, hiện vẫn chỉ có các vụ nổ hóa học có thể tạo ra lực đẩy đủ lớn cho tàu vũ trụ thắng được lực hút Trái Đất. Nhưng sau khi đã lên quỹ đạo, có thể sử dụng tên lửa nhiên liệu plasma để thay thế, với ưu điểm tiết giảm được khoảng 90% khối lượng nhiên liệu, đồng nghĩa với việc có thể mang thêm gấp 10 lần khối lượng dụng cụ máy móc nghiên cứu.

Đây là tên lửa công nghệ mới, có thể chuyển nhiên liệu thành các hạt mang điện, còn gọi là plasma, phun ra ngoài để đẩy tàu vũ trụ về phía trước.

Minh họa tàu vũ trụ Dawn sử dụng tên lửa plasma. (Ảnh: NASA).

Tên lửa này đã được sử dụng trong tàu vũ trụ Dawn, được Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) phóng lên vào năm 2007 để nghiên cứu hai thành viên lớn nhất của vành đai tiểu hành tinh Vesta và hành tinh lùn Ceres.

Nhược điểm chính của loại tên lửa này là lực đẩy nó tạo ra khá yếu nên tốc độ của tàu khá chậm. Tên lửa plasma mạnh nhất hiện nay đang bay trong không gian, Hall Thruster chỉ đủ sức thắng lực hấp dẫn của Trái Đất tác động lên một tờ giấy.

Tuy nhiên đây chưa phải là vấn đề lo ngại chính. Nhiên liệu plasma, hay các ion mang điện dương, có xu hướng phá hủy bất kỳ thứ gì tiếp xúc với chúng. Lực hút giữa các điện tích âm trên thành tàu vũ trụ với các ion dương sẽ làm các ion này lao vào thành tàu với tốc độ rất lớn. Quá trình này lặp lại trong một thời gian dài sẽ dần phá hủy thành tàu làm động cơ ngừng hoạt động.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đang thử nghiệm loại thành tàu có khả năng tự sửa chữa. Nguyên lý tự sửa chữa của loại thành tàu này đến từ hai hiện tượng. Hiện tượng thứ nhất xảy ra với các bề mặt vi mô có dạng gai hoặc cột nhô lên. Khi các ion dương va chạm với thành tàu làm các hạt của thành tàu bật ra, nhờ cấu trúc bề mặt này, một số sẽ được giữ lại. Số bật ra không quay trở lại sẽ được xử lý nhờ hiện tượng thứ hai.

Các hạt khi bật ra từ thành tàu trung hòa về điện, nhưng do môi trường plasma xung quanh, chúng sẽ nhanh chóng bị ion hóa và trở thành các hạt mang điện dương, bị thành tàu tích điện âm hút trở lại. Hiện tượng này gọi là tái lắng đọng plasma, có thể điều khiển được bằng cách thay đổi mật độ và nhiệt độ plasma.

Vào năm 2014, một nhóm nghiên cứu của Đại học California, Mỹ đã tiến hành thử nghiệm hiện tượng thứ nhất. Họ chế tạo một bề mặt với các tính chất vi mô như trên và điều chỉnh để không xảy ra hiện tượng tái lắng đọng plasma và đạt được kết quả là giảm độ hư hỏng của thành tàu đi 20%. Nhóm hy vọng bằng cách cải thiện bề mặt vi mô, có thể đạt được kết quả 50%. Nghiên cứu đã được đăng tải trên tạp chí Plasma Sources Science and Technology (Khoa học và công nghệ nguồn Plasma) vào tháng 3/2014.

Bước tiếp theo, nhóm sẽ thử nghiệm cả hai hiện tượng cùng lúc để xem thực sự mức độ hư hại được giảm đến đâu. Khi tên lửa Plasma ngày càng mạnh hơn trong tương lai, mức độ gây hại cho thành tàu cũng sẽ tương ứng tăng lên, càng nhấn mạnh tầm quan trọng của nghiên cứu tự sửa chữa của thành tàu.

Mục tiêu của các nhà nghiên cứu là thiết kế được một tên lửa đẩy với các vật liệu có tuổi thọ gấp 10 lần thời gian bay tới sao Hỏa, có thể coi như "bất tử".