Tàu vũ trụ có thể bay mãi không hết nhiên liệu nhờ điều này

Một loại động cơ xuất hiện trong khoa học viễn tưởng nay đã chứng minh được tính khả thi, đưa giấc mộng du hành liên sao không cần năng lượng của chúng ta gần hơn bao giờ hết.

Nếu là một fan của tựa phim kinh dị khoa học viễn tưởng "Quái vật không gian" (tên tiếng Anh "Alien: Covenant") của Mỹ do Ridley Scott đạo diễn, bạn hẳn sẽ biết đến con tàu vũ trụ Covenant đưa các thành viên phi hành đoàn tới hành tinh mới, thử nghiệm vùng đất di cư cho con người.

Covenant dùng công nghệ pin Mặt trời để thực hiện việc di chuyển trong không gian. Ngay từ năm 1976, nhà thiên văn vĩ đại Carl Sagan cũng chia sẻ về một động cơ cho tàu vũ trụ gọi là buồm Mặt trời. Bốn thập kỷ sau, Hiệp hội Hành tinh (The Planetary Society) trụ sở tại Mỹ chính thức chứng minh công nghệ này khả thi trong thực tế.

Tốn 10 năm với chi phí 7 triệu USD, tàu vũ trụ phi lợi nhuận Society's LightSail 2 trở thành con tàu đầu tiên sử dụng ánh sáng Mặt trời làm lực đẩy ngoài không gian.

Các thiết bị sử dụng năng lượng Mặt trời trên Trái Đất muốn tạo lực đẩy như cánh quạt đòi hỏi phải có vật chất xung quanh (không khí hoặc nước), nên hoàn toàn vô dụng ngoài không gian. Dùng nhiên liệu đốt để tạo ra luồng phản lực đẩy vẫn là cách làm từ trước đến nay trong công nghệ tàu vũ trụ.

Tàu Covenant cũng dùng các tấm "buồm Mặt trời" để tận dụng nguồn năng lượng từ Mặt trời. (Ảnh: Pinterest).

“Chúng tôi phấn khởi tuyên bố sứ mệnh LightSail 2 đã thành công”, Bruce Betts, quản lý dự án cho biết.

"Chúng tôi muốn chứng minh buồm Mặt trời có thể dùng trong CubeSat. Chúng tôi đã thay đổi quỹ đạo tàu vũ trụ chỉ bằng áp lực ánh sáng Mặt trời, điều chưa từng được thực hiện trước đây" (CubeSat là chương trình quốc tế giúp các trường đại học, cao đẳng và công ty tư nhân đưa những vệ tinh nhỏ, nghiệp dư vào không gian với chi phí thấp).

Bước tiến lớn từ thành tựu cũ

Tàu vũ trụ LightSail 2 đã lên quỹ đạo được hơn một tháng, mở cánh buồm lần đầu tiên vào tuần trước. Trong hơn 8 ngày, con tàu này tăng quỹ đạo lên 1,7 km, sử dụng lực đẩy từ các photon của Mặt trời.

Sau dự án cánh buồm Mặt trời IKAROS của Nhật Bản ra mắt năm 2010, LightSail 2 là nỗ lực thành công thứ hai trong việc triển khai công nghệ lực đẩy vũ trụ sử dụng ánh sáng. Tuy nhiên, không giống IKAROS, tàu LightSail 2 có thể dùng cánh buồm của nó để thực sự thay đổi quỹ đạo.

Minh hoạ quỹ đạo tàu LightSail 2 đã tăng lên. (Ảnh: Planetary).

Theo Giám đốc dự án Dave Spencer, LightSail 2 đang được điều khiển tự động bằng thuật toán trên tàu. Cứ sau 50 phút, con tàu sẽ xoay 90 độ, so với IKAROS chỉ có thể xoay khoảng bốn hoặc năm độ.

Thuật toán này vẫn đang được cập nhật và tinh chỉnh. Một trong những thách thức lớn nhất đến nay là tinh chỉnh động lượng của tàu vũ trụ, được điều khiển bởi một bánh đà.

Bánh xe động lượng (bánh đà) được sử dụng để hiệu chỉnh góc xoay của tàu. Khi cánh buồm Mặt trời tạo ra quá nhiều lực đẩy, cần có một lực đối kháng lại để làm chậm tốc độ quay. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng các thanh mô-men xoắn điện từ, điều hướng tàu vũ trụ dùng từ trường của Trái Đất.

“Chúng tôi học được rất nhiều kinh nghiệm từ việc điều khiển tàu LightSail 2”, Bill Nye, CEO Planetary Society cho biết, “Dù sứ mệnh đã thành công, chúng tôi vẫn đang học cách điều khiển con tàu hiệu quả hơn trong tương lai”.

Ứng dụng vô tận từ công nghệ mới

Khó để dự đoán chính xác con tàu có thể nâng cao quỹ đạo thêm bao xa chỉ với ánh sáng Mặt Trời. Trên thực tế, Light Sail 2 đã tăng độ rộng quỹ đạo thêm khoảng 900 mét chỉ trong một ngày. Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn đang điều khiển con tàu đi xa nhất có thể để xem giới hạn của công nghệ mới.

Ứng dụng cho công nghệ buồm Mặt trời là vô hạn. Các nhà khoa học đã đề xuất sử dụng nó trong việc tìm kiếm sự sống ngoài hành tinh, theo dõi thời tiết trên Mặt trời và trang bị hệ thống cảnh báo các tiểu hành tinh sắp va vào Trái Đất.

LightSail 2 trong không gian. (Ảnh: Planetary).

Thậm chí, nếu có thể chế tạo loại vật liệu chịu được nhiệt độ và bức xạ cực cao, một tàu vũ trụ chạy bằng năng lượng Mặt trời có thể đến rất gần Mặt trời để nhận lực đẩy cực lớn từ bức xạ ánh sáng, cho phép nó di chuyển xa hơn với tốc độ cao hơn.

“Công nghệ này cho phép chúng ta đi xa hơn, ra khỏi Hệ Mặt trời, thậm chí là vô tận”, Nye cho biết, ”Bởi bạn không còn lo về nhiên liệu. Các hệ thống kiểm soát nhiên liệu cũng không cần thiết, tàu sẽ nhẹ hơn, những trạm tiếp liệu cũng không còn cần cho một cao tốc liên hành tinh”.

Tàu thăm dò Near-Earth Asteroid Scout của NASA dự kiến phóng vào giữa năm 2020 có thể được trang bị công nghệ này. Sứ mệnh trên có thể là nền tảng cho những con tàu có người lái trang bị buồm Mặt trời trong tương lai.

Ý tưởng về buồm Mặt trời trước đây có trong truyện giả tưởng, vì những con tàu cần cánh buồm cực lớn mới có thể có đủ lực đẩy. Tuy nhiên, cuối cùng những con tàu cực nhỏ lại tiên phong trong chứng minh buồm Mặt trời là khả thi. Khoa học và công nghệ đã biến truyện giả tưởng trở thành hiện thực nhanh đến mức chúng ta không kịp nhận ra.