Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Langley của NASA ở Hampton, Virginia, đang phát triển một công nghệ lắp ráp tự động bộ tản nhiệt cho tên lửa sử dụng hệ thống đẩy điện hạt nhân trong không gian, giúp tối ưu hóa việc thiết kế tên lửa và có thể hỗ trợ tích cực cho các sứ mệnh lên Sao Hỏa trong tương lai.
Công nghệ này, có tên gọi Bộ Tản Nhiệt Lắp Ráp theo Module cho Phương Tiện Đẩy Điện Hạt Nhân (Modular Assembled Radiators for Nuclear Electric Propulsion Vehicles – MARVL), nhằm tách một thành phần quan trọng của hệ thống đẩy điện hạt nhân – hệ thống tản nhiệt – thành các bộ phận nhỏ hơn có thể được lắp ráp tự động và bằng robot trong không gian.
“Bằng cách đó, chúng ta loại bỏ việc phải nhồi toàn bộ hệ thống vào một vỏ đầu tên lửa (rocket fairing),” Amanda Stark, kỹ sư truyền nhiệt tại NASA Langley và là chuyên gia thẩm định chính của MARVL, chia sẻ. “Điều này cho phép chúng ta thoải mái hơn trong thiết kế và thực sự tối ưu hóa nó.”
Việc nới lỏng thiết kế là chìa khóa, bởi như Stark cho biết, các ý tưởng trước đây yêu cầu toàn bộ hệ thống tản nhiệt phải nằm gọn dưới phần vỏ mũi tên lửa – phần bao bọc và bảo vệ tải trọng. Khi được mở ra hoàn toàn, mạng lưới tản nhiệt sẽ có kích thước tương đương một sân bóng đá. Bạn có thể hình dung thử thách mà các kỹ sư sẽ gặp phải khi gấp gọn một hệ thống lớn như vậy bên trong đầu tên lửa.
Công nghệ MARVL mở ra vô số khả năng mới. Thay vì nhồi nhét toàn bộ hệ thống vào một tên lửa hiện có, công nghệ này sẽ mang lại sự linh hoạt cho các nhà nghiên cứu khi gửi các phần của hệ thống lên không gian theo cách hợp lý nhất, sau đó lắp ráp tất cả trên không gian.
Khi đã ở trong không gian, robot sẽ kết nối các tấm tản nhiệt của hệ thống đẩy điện hạt nhân, và chất làm mát bằng kim loại lỏng, chẳng hạn như hợp kim natri-kali, sẽ lưu thông bên trong.
Dù đây vẫn là một thách thức kỹ thuật, nhưng đó chính là kiểu thách thức mà các chuyên gia lắp ráp trong không gian tại NASA Langley đã làm việc trong nhiều thập kỷ. Công nghệ MARVL có thể đánh dấu một cột mốc quan trọng đầu tiên. Thay vì chỉ là một phần bổ sung cho một công nghệ hiện có, thành phần lắp ráp trong không gian sẽ mang lại lợi ích và ảnh hưởng đến thiết kế của chính con tàu vũ trụ mà nó phục vụ.
“Các phương tiện hiện tại chưa từng xem xét việc lắp ráp trong không gian trong quá trình thiết kế, vì vậy chúng ta có cơ hội ở đây để nói, ‘Chúng ta sẽ xây dựng phương tiện này trong không gian. Làm thế nào để làm điều đó? Và phương tiện này sẽ trông như thế nào nếu chúng ta làm vậy?’ Tôi nghĩ điều này sẽ mở rộng cách chúng ta nghĩ về đẩy hạt nhân,” Julia Cline, cố vấn của dự án tại Ban Giám đốc Nghiên cứu của NASA Langley, chia sẻ. Bà từng dẫn dắt sự tham gia của trung tâm vào kế hoạch phát triển công nghệ đẩy điện hạt nhân, tiền đề cho MARVL. Kế hoạch phát triển công nghệ này được điều hành bởi dự án Đẩy Hạt Nhân Không Gian của NASA tại Trung tâm Bay Vũ trụ Marshall ở Huntsville, Alabama.
Ban Giám đốc Sứ mệnh Công nghệ Không gian của NASA đã trao tài trợ cho dự án MARVL thông qua Sáng kiến Đầu tư Sớm, cho phép nhóm có hai năm để phát triển ý tưởng này. Stark và các đồng đội của mình đang làm việc với đối tác bên ngoài là Boyd Lancaster, Inc. để phát triển hệ thống quản lý nhiệt. Nhóm cũng bao gồm các kỹ sư thiết kế tản nhiệt từ Trung tâm Nghiên cứu Glenn của NASA ở Cleveland và các kỹ sư chất lỏng từ Trung tâm Vũ trụ Kennedy của NASA ở Florida. Sau hai năm, nhóm hy vọng sẽ chuyển thiết kế MARVL sang một bản thử nghiệm trên mặt đất ở quy mô nhỏ.
Ý tưởng về việc xây dựng hệ thống đẩy hạt nhân trong không gian bằng robot đang khơi dậy trí tưởng tượng.
“Một trong những cố vấn của chúng tôi đã nhận xét, ‘Đây là lý do tại sao tôi muốn làm việc tại NASA, vì những dự án như thế này,’” Stark chia sẻ, “và điều đó thật tuyệt vời vì tôi rất vui được tham gia, và tôi cũng cảm thấy như vậy.”
Dự án MARVL cũng nhận được sự hỗ trợ bổ sung từ dự án Đẩy Hạt Nhân Không Gian của NASA. Những nỗ lực hiện tại của dự án tập trung vào việc phát triển công nghệ (maturing technologies) phục vụ hoạt động quanh Mặt Trăng và khám phá gần Trái Đất, và các sứ mệnh khoa học không gian sâu bằng công nghệ đẩy điện hạt nhân và đẩy nhiệt hạt nhân.
Cũng cần phải nói thêm đôi chút về công nghệ đẩy điện hạt nhân. Công nghệ này sử dụng lò phản ứng hạt nhân để tạo ra điện, và điện này sẽ ion hóa, hay tạo điện tích dương, và tăng tốc điện cho các chất đẩy khí để tạo lực đẩy cho tàu vũ trụ.
Với công nghệ này, chuyến đi đến sao Hỏa và quay trở về – vốn không dành cho những người yếu tim (the faint of heart) khắc khoải đợi chờ vì nó diễn ra không chỉ vài ngày, vài tuần hay vài tháng – có thể được thực hiện trong khoảng thời gian tương đối ngắn là hai năm cho một chuyến bay khứ hồi có phi hành đoàn.
Bộ Tản Nhiệt Lắp Ráp Module cho Phương Tiện Đẩy Điện Hạt Nhân (MARVL) nhằm tách hệ thống tản nhiệt của công nghệ đẩy điện hạt nhân thành các bộ phận nhỏ hơn, có thể được lắp ráp bằng robot và tự động trong không gian. Ảnh: NASA.
