Trung Quốc xây dựng thành công lò phản ứng hạt nhân vũ trụ quy mô megawatt

Gần đây, trang web "Space News" của Mỹ đã báo cáo một thành tựu lớn trong ngành hàng không vũ trụ của Trung Quốc: Một lò phản ứng hạt nhân được sử dụng để cung cấp năng lượng và động cơ đẩy trong không gian vũ trụ đã vượt qua bài đánh giá hiệu suất toàn diện quốc tế.

Theo thông tin từ Space News công bố, lò phản ứng hạt nhân công suất lớn này do Học viện Khoa học Trung Quốc thiết kế, nó có thể tạo ra 1 megawatt điện để cung cấp năng lượng cho động cơ đẩy tàu vũ trụ. Tuy nhiên, báo cáo không cung cấp chi tiết kỹ thuật của hệ thống điện hạt nhân này, cũng như không tiết lộ kế hoạch ứng dụng trong tương lai. Theo tờ South China Morning Post, dự án này được khởi động vào năm 2019 và một thiết kế nguyên mẫu đã được hoàn thành vào năm ngoái.

Ý nghĩa của lò phản ứng hạt nhân không gian quy mô megawatt này là rất lớn: nó là một trong những công nghệ cần thiết cho các hoạt động của con người trong không gian sâu. Đặc biệt là đối với các nhiệm vụ như xây dựng căn cứ trên sao Hỏa, nếu các tên lửa năng lượng hóa học hiện có được sử dụng, Long March 5 - phương tiện phóng hạng nặng lớn nhất của Trung Quốc sẽ có thể phóng khoảng 6 tấn hàng hóa lên sao Hỏa cùng một lúc. Điều này là do, đối với các nhiệm vụ không gian sâu, xung lực cụ thể của tên lửa quan trọng hơn lực đẩy. Xung cụ thể càng cao thì càng cần ít nhiên liệu và xung cụ thể càng thấp, thì năng lượng sẽ phải tiêu tốn càng nhiều.

Theo một bài báo đăng trên tạp chí học thuật "Khoa học và Công nghệ Năng lượng Nguyên tử" của Trung Quốc vào năm 2019, quốc gia này đang phát triển một hệ thống đẩy điện Hall công suất cao dựa trên nguồn điện hạt nhân 1 megawatt. Thông thường động cơ hydro-oxy chỉ có xung cụ thể tối đa dưới 400 giây, trong khi xung cụ thể của động cơ đẩy điện Hall công suất cao được phát triển ở Trung Quốc là gần 4.000 giây.

Theo mô tả của tờ báo này, việc gửi 30 tấn hàng hóa lên sao Hỏa sẽ chỉ tiêu tốn 3,9 tấn nhiên liệu, thấp hơn rất nhiều so với công nghệ hiện tại. Một trong những đặc điểm của lực đẩy điện là xung cụ thể lớn và lực đẩy nhỏ, lực đẩy do công suất 1Mw tạo ra chỉ có 25-50N.

Trung Quốc đang phát triển một hệ thống đẩy điện Hall công suất cao dựa trên nguồn điện hạt nhân 1 megawatt.

Theo tính toán của bài báo, cần 203 ngày để tàu đẩy Hall đi từ Trái đất đến sao Hỏa. Thời gian từ khi phóng tàu Tianwen 1 của Trung Quốc đến khi đi vào quỹ đạo sao Hỏa là 202 ngày, và về cơ bản sự khác biệt về thời gian của cả hai loại động cơ không khác biệt nhau nhiều, nhưng sự khác biệt về nhiên liệu là rất lớn. Và khoảng cách càng xa thì sức đẩy điện càng lớn, nếu bạn muốn khám phá những hành tinh xa hơn trong tương lai thì động cơ điện gần như là lựa chọn duy nhất. Năm ngoái, Trung Quốc đã công bố một kế hoạch dài hạn cho việc khám phá quỹ đạo của sao Hải Vương bằng cách sử dụng sơ đồ đẩy này.

Điện hạt nhân vũ trụ không phải là một khái niệm mới, Mỹ và Liên Xô cũ đã có nhiều tìm tòi và ứng dụng vào điện hạt nhân vũ trụ, nhưng giải pháp của họ có công suất cực đại chỉ vài chục kilowatt.

Lộ trình của Trung Quốc đang đi chính là tạo ra những lò phản ứng hạt nhân không gian.

Theo trình độ phát triển khoa học của nhân loại hiện có, có hai lộ trình kỹ thuật để cung cấp điện hạt nhân trong không gian: một là sử dụng sản xuất nhiệt điện bằng đồng vị phóng xạ và công suất nhỏ (trên thực tế, đây chính là pin), từ hàng chục đến hàng trăm watt. Các giải pháp này đã được sử dụng rộng rãi ở Hoa Kỳ. Tàu vũ trụ "Thỏ ngọc II" của Trung Quốc và robot tự hành nó mang theo cũng được trang bị một máy phát nhiệt điện đồng vị (pin) dựa trên plutonium 238; Và thứ hai là sử dụng nguồn điện từ lò phản ứng hạt nhân, Liên Xô cũ và Nga đã sử dụng nguồn điện từ lò phản ứng hạt nhân từ rất lâu, nhưng công suất tối đa chỉ hàng chục kilowatt.

Hiện tại, Trung Quốc đang đi theo lộ trình thứ hai, chính là tạo ra những lò phản ứng hạt nhân không gian. Vào cuối năm ngoái, Tổng công ty Công nghiệp tàu thủy Trung Quốc đã công bố sản xuất thành công động cơ Stirling công suất lớn - 300Kw, và nói rằng công suất sẽ được nâng lên mức MW trong tương lai.

Còn nhiều vấn đề cần giải quyết trong ứng dụng thực tế của lò phản ứng hạt nhân ngoài không gian.

Tất nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết trong ứng dụng thực tế của lò phản ứng hạt nhân ngoài không gian, chẳng hạn như làm thế nào để ngăn chặn ô nhiễm bầu khí quyển và bề mặt Trái đất do nhiên liệu hạt nhân gây ra do sự cố trong quá trình phóng. Vào ngày 24 tháng 1 năm 1978, vệ tinh chạy bằng năng lượng hạt nhân "Cosmos" 954 của Liên Xô bị trục trặc, rơi dần vào bầu khí quyển và bốc cháy. Vào tháng 1 năm 1983, một sự cố tương tự đã xảy ra trên vệ tinh năng lượng hạt nhân "Cosmos" 1402, và mô-đun lò phản ứng hạt nhân đã bị đốt cháy hoàn toàn khi nó quay trở lại bầu khí quyển trên Nam Đại Tây Dương.

Đây là vấn đề cần phải giải quyết khi chúng ta khởi động các lò phản ứng hạt nhân vũ trụ trong tương lai, vì so với những lò phản ứng hạt nhân thu nhỏ ở Liên Xô cũ với công suất cực đại chỉ vài chục watt thì lò phản ứng hạt nhân 1 megawatt này của Trung Quốc đòi hỏi nhiều nhiều nhiên liệu hạt nhân hơn. Tuy nhiên, với sự tiến bộ của công nghệ, độ tin cậy của tàu vũ trụ sẽ ngày càng lớn, và xác suất tai nạn sẽ giảm xuống mức có thể chấp nhận được.