Bước đột phá trong ngành công nghệ này giành được sự chú ý của NASA 2 năm trước và hiện giờ, số phận nó ra sao?
Đâu là những điều mà NASA muốn?
Vậy thì tại sao NASA lại đưa ra quyết định cuối cùng là muốn xem ông Chang-Díaz và đội ngũ của mình làm được gì? Có những người nghi ngờ rằng khoản đầu tư hồi năm 2015 chỉ là vì "tình xưa nghĩa cũ", chẳng qua là giám đốc NASA năm 2015, ông Charles Bolden là phi hành gia cùng phi đoàn với ông Chang-Díaz nên ông mới làm vậy mà thôi.
Nhưng vẫn có những người tin tưởng vào động cơ tên lửa plasma này. Một trong số đó là Jason Crusan, giám đốc Hệ thống Thám hiểm Tiên tiến của NASA, người quản lý bản hợp đồng với Ad Astra.
Jason Crusan.
Ông Crusan nói rằng NASA muốn đưa công nghệ đẩy sử dụng điện trở thành một công nghệ áp dụng được cho những sứ mệnh Sao Hỏa sắp tới. Rất có thể, đây sẽ là sự kết hợp giữa tên lửa đốt truyền thống và tên lửa điện và cuối cùng, ta sẽ lại có một tên lửa điện mạnh mẽ hơn nữa.
Hiện tại, ta chưa rõ họ sẽ thử nghiệm như thế nào, nhưng rõ ràng là NASA muốn hợp tác để tạo ra loại tên lửa kết hợp kia, trước khi những bản kế hoạch lên Sao Hỏa cụ thể và chi tiết được chính thức ra mắt.
Nếu như dự án được hoàn thành trọn vẹn, thì tên lửa đẩy sử dụng điện sẽ giảm thiểu chi phí mà ta bỏ ra nếu muốn lên Sao Hỏa. NASA đã có nhiều kinh nghiệm trong việc thử nghiệm tên lửa nhiên liệu đốt cũng như lực đẩy trên môi trường Vũ trụ, nhưng những sứ mệnh vũ trụ xa như Sao Hỏa sẽ cần một lượng nhiên liệu khổng lồ. Một động cơ điện sử dụng năng lượng một cách khiêm tốn sẽ cực kì lý tưởng cho sứ mệnh đặt chân lên Hành tinh Đỏ của ta.
Nếu như dự án được hoàn thành trọn vẹn, thì tên lửa đẩy sử dụng điện sẽ giảm thiểu chi phí mà ta bỏ ra nếu muốn lên sao Hỏa.
Dù công nghệ kia có lý tưởng tới đâu, thì cơ quan vũ trụ này cũng đã đưa ra một yêu cầu cụ thể cho ông Chang-Díaz và những đồng nghiệp phải tới trước khi cái lý tưởng bước ra thành sự thực: một động cơ có sức mạnh 100 kW đốt liên tục trong 100 giờ, hạn chót là giữa năm 2018.
"Ở thời điểm này, hoặc là bạn thành công hoặc là không", ông Crusan nói. "Điều này sẽ xóa bỏ mọi sự mơ hồ hay yếu tố may mắn của một công nghệ tiềm năng, bởi lẽ bạn không thể liều lĩnh thử nghiệm một bài thử dài 100 tiếng được".
Một chiếc xe tải chở hàng trên vũ trụ
Mười năm trước, sau khi rời NASA, ông Chang-Díaz dựng nên một khu nghiên cứu nhỏ gần Hồ Clear, chỉ cách Trung tâm Vũ trụ Johnson vài km. Những món tiền đầu tư từ NASA đã cho phép cơ sở Ad Astra được nâng cấp lên chút đỉnh.
Số tiền 9 triệu USD được sử dụng vào việc cải tiến khoang chân không cùng với hệ thống loại bỏ nhiệt khỏi động cơ – quả là một điều không hề dễ dàng, khi mà động cơ phát plasma với nhiệt độ lên tới 3,5 triệu độ C. Hiện tại, các kĩ sư tin rằng Ad Astra cũng đã tạo ra một mẫu thử có thể đốt liên tục trong 100 giờ liên tiếp.
Công ty đã đạt được mọi mốc thử mà NASA đặt ra. Họ đã tiến hành thử nghiệm máy tạo plasma mới và bắt đầu khởi động đốt hệ thống đẩy rồi. Ông Chang-Díaz nói rằng phiên bản mới này của động cơ hoạt động tốt với lượng nhiệt mà plasma tạo ra.
Bài thử 100 tiếng kia đang hiện hữu rõ ràng hơn bao giờ hết, và nhà phi hành gia vừa bước sang tuổi 66 này rất kì vọng vào sự thành công của nó. Ở tuổi này, ông vẫn duy trì một dáng người chuẩn cũng như một tinh thần sắc sảo, dường như ông sẵn sàng bay lại một lần nữa nêu như NASA cần tới kinh nghiệm của một phi hành gia lão làng.
Ông Franklin Chang-Díaz.
Việc giữ cho công ty vẫn duy trì hoạt động là một thử thách cực kì khó khăn với ông Chang-Díaz. Nhưng trong gần 10 năm vừa rồi, Ad Astra đã gây được lượng quỹ khoảng 30 triệu USD từ nhiều tổ chức đầu tư nhỏ lẻ. Và giờ, mục tiêu phát triển một động cơ 300 kW của NASA đang song hành một cách đầy hợp lý với những kế hoạch ngắn hạn của Ad Astra.
Công ty đề xuất động cơ VASIMR như một thứ công nghệ nền tảng của một hệ thống xe tải không gian, vận chuyển hàng ở phạm vi gần Trái Đất. "Những nhà đầu tư của chúng tôi coi VASIMR như một thứ động cơ cung cấp sức mạnh cho những chuyến hàng giữa Trái Đất, Mặt Trăng và xa hơn nữa", ông Chang-Díaz nói.
Trong cuộc đua này, Ad Astra không phải là kẻ tham gia duy nhất. Vẫn còn đó một nhà thách thức khác với một động cơ tên lửa nhiên liệu đốt khác. Đó là United Launch Alliance, một công ty sản xuất tên lửa lớn mạnh được hậu thuẫn bởi Boeing và Lockheed Martin, đang sản xuất một mẫu động cơ tên lửa mang tên ACES.
United Launch Alliance.
Không như những động cơ cùng chủng loại khác, chúng có thể đốt nhiên liệu một cách nhanh chóng và có thể được bơm nhiên liệu sau khi dùng hết. Theo dự tính, ACES sẽ vận chuyển hàng lên Mặt Trăng, sau đó quay trở lại quỹ đạo Trái Đất để được nạp nhiên liệu, sẵn sàng cho những chuyến tiếp theo.
Đây cũng là một ý tưởng mang tính cách mạng, nhất là khi ACES có thể đóng một vai trò chủ chốt trong một hệ thống vận chuyển xoay vòng giữa Trái Đất và các địa điểm khác. Nhưng Ad Astra nói rằng họ nắm trong tay một điểm lợi mấu chốt, hơn hẳn ACES: đó là yếu tố tiết kiệm nhiên liệu đặc trưng của tên lửa chạy điện.
Mô phỏng việc phóng tên lửa ACES của ULA.
Ông Chang-Díaz đã đưa ra một ví dụ rõ ràng để so sánh động cơ tên lửa đốt hóa học và động cơ của ông, một ví dụ về một con thuyền nhỏ như một con tàu vũ trụ giữa không guan. "Tưởng tượng bạn đang ngồi giữa hồ trên một con thuyền nhỏ, nhưng bạn không có cái mái chèo nào. Thay vào đó, bạn có một đống bóng bowling. Bạn cứ ném từng quả bóng một, tạo ra một lực đẩy để đưa thuyền đi".
Một ví dụ nực cười làm cho chính tác giả của nó cũng không thể kiềm chế, ông Chang-Díaz cười lớn và tiếp tục câu chuyện. "Bạn có thể đưa thuyền đi bằng cách đó, nhưng bạn sẽ cần một lượng bóng bowling rất lớn. Hoặc bạn có thể có trong tay một khẩu súng máy mạnh mẽ với ít đạn, và bạn bắn súng để đưa thuyền đi. Bạn không cần phải có quá nhiều đạn".
"Nếu bạn là một chuyên gia thiết kế tên lửa, bạn sẽ được quyền chọn mình sẽ dùng loại động cơ đẩy nào. Sử dụng nhiều nhiên liệu để đạt được tốc lực nhỏ, hay sử dụng ít nhiên liệu để đạt được tốc lực lớn".
Tốc lực mà một lực đẩy thoát lực hấp dẫn từ một động cơ tên lửa đốt hóa học thuộc loại tốt nhất là 5 km/s. Với tên lửa VASIMR, tốc lực để thoát lực hấp dẫn lên tới 50 km/s. Vì thế, thay vì mang một đống bóng bowling lên vũ trụ, tại sao không mang vài thùng đạn lên?
Sứ mệnh Sao Hỏa chỉ trong có 39 ngày
Đúng là ở thời điểm hiện tại, việc người ta tỏ ra nghi ngờ động cơ của Ad Astra là hoàn toàn có thể hiểu được. Gần như mọi đầu báo đều giới thiệu công ty này với động cơ plasma với một con số cực kì ấn tượng: họ sẽ đưa con người lên Sao Hỏa trong 39 ngày.
Ông Chang-Díaz tính ra rằng một hệ thống năng lượng điện Mặt Trời đủ lớn có thể cung cấp được tới 1 megawatt năng lượng cho việc tạo ra lực đẩy bằng điện.
Con số ấy, trên lý thuyết, thì hoàn toàn khả thi với một động cơ VASIMR lớn hơn, mạnh mẽ hơn nhưng có một điểm khiến ai cũng đặt dấu hỏi: đó là họ CẦN phải có một lò phản ứng hạt nhân đặt trên tàu để có thể tạo ra loại năng lượng đưa con người lên Sao Hỏa trong có 1 tháng 10 ngày như vậy.
Bản thân NASA cũng đã nghĩ tới việc phát triển khía cạnh này, một trong số đó là dự án Prometheus – phát triển năng lượng hạt nhân cho công nghệ đẩy cho tên lửa. Nhưng những yếu tố nhạy cảm xoay quanh hai từ "hạt nhân" đã khiến NASA từ bỏ dự án này.
Dựa trên công nghệ hiện tại, ông Chang-Díaz tính ra rằng một hệ thống năng lượng điện Mặt Trời đủ lớn có thể cung cấp được tới 1 megawatt năng lượng cho việc tạo ra lực đẩy bằng điện. Tuy nhiên, đó mới chỉ là năng lượng hấp thụ được khi hệ thống được đặt tại Trái Đất. Khi tới Sao Hỏa, ánh sáng Mặt Trời sẽ yếu đi nhiều, đồng nghĩa với việc năng lượng không còn lớn như trước nữa. Vì thế, những khoảng không vũ trụ nằm ngoài Sao Hỏa là những địa điểm nằm ngoài khả năng hiện tại.
Động cơ VASIMIR mang trên mình một lò hạt nhân - Tương lai của ngành vũ trụ phải gắn với hạt nhân.
Kể cả với năng lượng hóa học gần như vô tận mà những động cơ tên lửa hạt nhân cung cấp, ta cũng sẽ mất vài tháng để tới được Sao Hỏa. Quãng thời gian dài ấy sẽ yêu cầu tới nhiều thực phẩm cho phi hành gia hơn, thậm chí tăng nguy cơ nhiễm phóng xạ của phi hành đoàn. Cũng vì thế mà những địa điểm xa hơn Sao Hỏa cũng là những điểm đến chưa khả thi.
Nhưng khi hướng về tương lai của việc thám hiểm vũ trụ, ông Chang-Díaz tin rằng việc khám phá Hệ Mặt Trời trong tương lai cần một hệ thống cung cấp lực đẩy hiệu quả hơn, nhanh hơn và gần như chắc chắn rằng ta sẽ phải cần tới năng lượng hạt nhân.
"Dần dần, khi mà công nghệ hạt nhân chín muồi, khi mà ta có những lò phản ứng hạt nhân đặt tại các cơ sở vũ trụ, ta sẽ có một thứ động cơ sẵn sàng hoạt động đưa ra đi rất xa", ông nói. "Bạn sẽ có một quả tên lửa năng lượng hạt nhân sẵn sàng cất cánh".
Có lẽ, một ngày nào đó, ta sẽ hiện thực hóa được giấc mơ ấy.
Thời điểm này, NASA mong muốn một quả tên lửa nhỏ bé hơn, được cung cấp năng lượng sạch từ Mặt Trời và có thể được đốt cháy liên tục mà không bị quá nhiệt. Không hay ho gì cái cảnh tượng phi hành đoàn bị kẹt ngoài khoảng không vũ trụ với một động cơ bị tan chảy bởi plasma quá nóng.