NASA và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đang chờ các cơ quan có thẩm quyền chấp thuận đề xuất xây một nhà máy năng lượng Mặt trời trên Mặt trăng và sao Hỏa, phục vụ những dự án khám phá không gian trong tương lai. Đầu tiên, họ muốn xây dựng một hệ thống năng lượng phân hạch trên bề mặt Mặt trăng, sau đó sẽ là hệ thống hỗ trợ du hành không gian, bãi đáp và lò phản ứng. NASA mong muốn có một hệ thống vận hành ổn định vào năm 2026 nhằm hậu thuẫn những dự án sắp tới.
Anthony Calomino, trưởng nhóm công nghệ hạt nhân của NASA nói rằng kế hoạch của họ là phát triển hệ thống cung cấp năng lượng bề mặt thuộc có công suất 10 kilowatt; họ mong muốn hệ thống sẽ chứng minh được thực lực của mình vào cuối thập kỷ này. Cơ sở năng lượng sẽ được sản xuất và lắp ráp tại Trái đất, sẽ chỉ lên Mặt trăng khi vượt qua bài thử nghiệm gắt gao và hoạt động ổn định.
Hình minh hoạt của NASA vẽ lò phản ứng phân hạch đầu tiên trên bề mặt Mặt trăng.
Thiết bị sẽ được gắn lên thiết bị đáp xuống bề mặt Mặt trăng, quay vài vòng quanh quỹ đạo rồi từ từ đáp xuống bề mặt. Ngay khi chạm đất, hệ thống có thể đi vào hoạt động luôn. Dự kiến, NASA sẽ thử nghiệm trong vòng 1 năm, kiểm chứng khả năng duy trì lâu dài các sứ mệnh Mặt trăng và Sao Hỏa của các phi hành gia tương lai.
“Một khi chứng minh được công nghệ này là khả thi, các hệ thống tương lai sẽ có quy mô lớn hơn nữa, có thể được tận dụng trong nhiều sứ mệnh dài hơn, trên cả Mặt trăng và Sao Hỏa”, ông Calomino nói. “Với tổng cộng bốn hệ thống, mỗi thiết bị cung cấp 10 kilowatt điện, chúng sẽ cung cấp đủ năng lượng để vận hành các trạm tiền tuyến trên Mặt trăng hay Sao Hỏa”.
NASA đang cộng tác với Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho (INL), một cơ quan nghiên cứu năng lượng hạt nhân nhằm hiện thực hóa mong ước đưa lò phân hạch lên Vũ trụ. Liệu kế hoạch này có thực tế không với chỉ 6 năm chuẩn bị, thử nghiệm và tiến hành?
Steve Johnson, giám đốc Ban Năng lượng Hạt nhân Không gian và Công nghệ Đồng vị thuộc INL, trả lời là “Có”.
Bề mặt Mặt trăng chụp bởi tàu Beresheet của SpaceIL.
“Chúng tôi có thể tận dụng nhiều năm kinh nghiệm nghiên cứu và phát triển nhiên liệu, vật liệu tiên tiến và cả những cách thức vận chuyển hàng hóa thương mại quy mô không gian để giảm tỷ lệ rủi ro, nhằm hiện thực hóa được mốc thời gian 2026”, ông Johnson nói. “Chúng tôi thực sự muốn tạo ra những đổi mới trong ngành năng lượng hạt nhân thương mại, sẵn sàng làm việc với NASA và những cơ quan hàng không vũ trụ khác nữa để tận dụng những công nghệ có sẵn”.
Ông Calomino nói rằng công nghệ là yếu tố tối quan trọng trong dự án này: lò phản ứng hạt nhân, thiết bị chuyển dạng năng lượng, thiết bị tản nhiệt và công nghệ du hành không gian đều là những mảnh ghép thiết yếu tạo nên được bức tranh toàn cảnh.
Nhà máy hạt nhân sẽ hoạt động ra sao?
Theo lời trưởng nhóm công nghệ hạt nhân Anthony Calomino: “Một dạng nhiên liệu hạt nhân ít được làm giàu sẽ cung cấp sức mạnh cho lõi hạt nhân. Lò phản ứng nhỏ sẽ sinh nhiệt, cho nhiệt đi vào hệ thống chuyển đổi dạng năng lượng. Hệ thống này sẽ bao gồm những động cơ được thiết kế để vận hành với nhiệt từ lò phản ứng chứ không phải bởi nhiên liệu đốt trong. Những động cơ này biến nhiệt thành năng lượng điện để truyền vào các thiết bị của phi hành gia trên Mặt trăng và Sao Hỏa. Công nghệ tản nhiệt cũng rất quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ hoạt động ổn định”.
Ông Johnson nói rằng bên cạnh việc nghiên cứu và phát triển trải dài nhiều thập kỷ vừa qua, cơ sở hạ tầng ta đang có sẽ đủ để tạo ra lò phản ứng hạt nhân, thiết bị chuyển dạng năng lượng, thiết bị tản nhiệt và công nghệ du hành không gian kịp thời hạn 2026.
Việc INL và Bộ Năng lượng hợp tác sẽ đẩy nhanh tiến độ dự án lên nhiều. INL sẽ lãnh trách nhiệm lên hợp đồng liên quan tới các hệ thống năng lượng phân hạch trên bề mặt Mặt trăng, bao gồm lò phản ứng và lớp chắn bảo vệ, hệ thống chuyển dạng năng lượng, hệ thống tản nhiệt, hệ thống kiểm soát và điều phối năng lượng điện. Dự kiến, lò phản ứng Mặt trăng sẽ có tuổi thọ 10 năm, với công suất 10 kilowatt vốn đủ để cung cấp cho từ 5-8 hộ gia đình lớn.
Nhà máy năng lượng hạt nhân tại Bỉ.
Ông Calomino nói phòng thí nghiệm của họ đã nêu yêu cầu cung cấp thông tin dự án nhằm câu kéo sự chú ý của các ngành công nghiệp và mong muốn nhận thêm về các thiết kế tối ưu hơn. Tính tới thời điểm hiện tại, họ đã nhận tổng cộng 22 lời hồi đáp từ các công ty lớn nhỏ, tất cả đều tới từ mảng hàng không vũ trụ, năng lượng hạt nhân và chuyển dạng năng lượng.
Họ không công bố tên của những công ty trên, chỉ nói rằng họ đều có chuyên môn cao, đều cung cấp những công ty thiết yếu cho dự án này. Calimino nói thêm về kế hoạch hợp tác giữa NASA và Bộ Năng lượng nhằm tìm một doanh nghiệp có thể cung cấp công nghệ phân hạch hạt nhân hiệu quả. Chưa rõ giá trị của hợp đồng này là bao nhiêu.
Lò phản ứng ngoài Trái đất liệu có đủ an toàn?
Với đại đa số quần chúng, ý tưởng này nghe chừng rất mạo hiểm. Nhưng trong nhận định của Andre Crabtree, nhà sáng lập trung tâm tuyển dụng nhân lực cho ngành năng lượng hạt nhân, về những thứ đáng lo ngại với một “lò hạt nhân không gian”, yếu tố an toàn không nằm trong danh sách đó.
“Năng lượng hạt nhân đã từng được đưa lên không gian nhiều lần rồi”, ông Crabtree nói. “Năng lượng nguyên tử đã có trên Mặt trăng từ tháng Mười một năm 1969, khi tàu Apollo 12 duy trì thành công trạng thái ổn định trong nhiều điều kiện nhiệt độ khác nhau. Chính Apollo 12 đánh dấu mốc lần đầu tiên hệ thống năng lượng điện hạt nhân hoạt động được trên Mặt trăng”.
Bạn cũng không cần phải lo lắng tới yếu tố ô nhiễm. Gần như toàn bộ các sứ mệnh thám hiểm Vũ trụ nhân loại từng thực hiện đều sử dụng máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ, với nguồn điện là đồng vị Plutonium-238 - thứ vốn vẫn được gọi là “con ngựa thồ của chương trình không gian”. Plutonium-238 bắn phóng xạ nhanh hơn ít nhất 250 lần plutonium dùng trong chế tạo bom hạt nhân. Khi nguyên tử phân rã, chúng phóng ra hạt alpha - từng cụm nhỏ các hạt hạt nhân - với lượng năng lượng rất lớn. Đó chính là nguồn nhiệt và nguồn năng lượng vận hành các thiết bị có trên tàu khảo sát bề mặt hành tinh cũng như các tàu thăm dò hành tinh từ trên quỹ đạo.
Một hạt đồng vị Plutonium-238 ửng đỏ do chính nhiệt lượng nó tỏa ra.
Shel Horowitz, chuyên gia tư vấn các yếu tố kinh tế liên quan tới năng lượng sạch, lại cho rằng không cần xây lò phản ứng hạt nhân trên Mặt trăng. Trong tình hình giá thành năng lượng sạch từ Mặt Trời, gió và các hệ thống thủy điện quy mô nhỏ ngày càng thấp, ta không cần tới một hệ thống phức tạp như năng lượng hạt nhân.
Ông Calomino đáp rằng dự án hệ thống phân hạch này không khác mấy những nguồn năng lượng tái tạo mà Horowitz nêu lên. Sẽ có những thử nghiệm trong tương lai phải cần tới năng lượng hạt nhân, khi mà năng lượng tái tạo không thể phát huy công dụng trong những điều kiện cụ thể. Khi khám phá những vùng tối, những khu vực bị khói bụi che phủ, những hố thiên thạch va chạm bị bóng đen phủ quanh năm, năng lượng hạt nhân sẽ phát huy vai trò của mình.
Vẫn có những người khác bất đồng với dự án năng lượng hạt nhân ngoài Trái đất, cho rằng rủi ro quá lớn. Calomino nhấn mạnh vào sự cẩn trọng của NASA xuyên suốt quá trình nghiên cứu và phát triển dự án, và rằng dự án đã và đang chuẩn bị được thông qua do đã đáp ứng đủ các tiêu chuẩn an toàn cần thiết. Bên cạnh đó, lò sẽ không hoạt động cho đến khi yên vị trên bề mặt Mặt trăng.
Ngay cả khi thời hạn 10 năm tới, NASA cũng đã có kế hoạch cho lò hạt nhân “về hưu” một cách an toàn. “Ở giai đoạn cuối đời, hệ thống sẽ tự tắt, mức độ bức xạ sẽ giảm dần tới mức an toàn, cho phép con người tiếp cận và xử lý. Hệ thống sẽ được đưa về nơi lưu trữ, sẽ không thể gây hại cho phi hành đoàn và môi trường”.
Hình minh họa căn cứ sao Hỏa trong tương lai.
Theo lời giáo sư Jose Morey, chuyên gia y tế công tác tại Liberty BioSecurity, thì một tai nạn nhà máy hạt nhân trên Mặt trăng không ảnh hưởng nhiều tới Trái đất, nhờ có lớp khí quyển vốn bảo vệ được Đất Mẹ khỏi những bức xạ xấu tới từ ngoài không gian.
Dù dự án mới đang trong giai đoạn đầu, nó vẫn mở ra cơ hội cho ngành năng lượng hạt nhân khai phá chân trời mới. Bản thân công nghệ hạt nhân vẫn gây nhiều tranh cãi, nhưng giáo sư Morey tin vào những cơ sở vững chẳng đẩy mạnh nỗ lực khám phá không gian của nước Mỹ.
“Năng lượng hạt nhân vẫn luôn tồn tại ở dạng sạch và cực kỳ hiệu quả”, giáo sư Morey nhận định. “Thực tế, nó sẽ là yếu tố then chốt trong việc khám phá không gian, và quan trọng hơn, cho phép nhân loại trở thành giống loài liên hành tinh. Buổi bình minh mới của khám phá không gian sẽ khơi lại tiềm năng của ngành năng lượng hạt nhân cho tới khi ta tìm được một nguồn năng lượng khác sạch và hiệu quả hơn nữa”.