NASA đang tài trợ một dự án phát triển các robot bay hình cầu có khả năng hoạt động theo đàn để khám phá những hang động và hố sụt trên Titan, vệ tinh lớn nhất của sao Thổ.
Dự án mang tên SPARK, viết tắt của Solid-state Propulsion for Autonomous Reconnaissance of Karst (Động cơ đẩy thể rắn cho hoạt động trinh sát địa hình karst tự động), được lựa chọn trong chương trình Innovative Advanced Concepts (NIAC) của NASA dành cho các công nghệ ở giai đoạn đầu.
Nhóm nghiên cứu do Daniel Drew, trợ lý giáo sư tại Đại học Hawaii ở Mānoa, dẫn đầu, sẽ phát triển những robot bay nhỏ gọi là Aerobot, sử dụng động cơ ion điện thủy động lực học thay cho cánh quạt hoặc động cơ truyền thống.
Titan được xem là một trong những thiên thể giống Trái Đất nhất trong Hệ Mặt Trời. Vệ tinh này có sông, hồ và biển chứa methane, ethane, đồng thời sở hữu địa hình karst với các hố sụt và hang động ngầm. Điều kiện địa hình khiến xe tự hành khó di chuyển, trong khi phương tiện bay có thể tiếp cận những khu vực này thuận lợi hơn.
“Titan có một số đặc điểm địa chất rất thú vị, nhưng nhiều khu vực sẽ cực kỳ khó tiếp cận bằng xe tự hành,” Drew nói với Space.com.
Theo nhà nghiên cứu, hệ thống động cơ ion của SPARK có thể giúp robot hoạt động bền bỉ và cơ động trong điều kiện gần mức cực lạnh trên Titan, đồng thời hạn chế nhiễu động do luồng khí gây ra đối với các lớp hydrocarbon có giá trị khoa học.
Công nghệ động cơ ion
SPARK hiện mới bắt đầu Giai đoạn 1 của chương trình NIAC, kéo dài khoảng 9 tháng. Nếu tiếp tục được lựa chọn, dự án có thể bước vào Giai đoạn 2 kéo dài tối đa hai năm để phát triển và kiểm chứng sâu hơn công nghệ.
Drew cho biết nhóm của ông bắt đầu nghiên cứu động cơ đẩy điện thủy động lực học từ thời còn học sau đại học tại Đại học California, Berkeley. Công nghệ này tạo lực đẩy bằng cách gia tốc các ion trong điện trường thay vì sử dụng cánh quạt hoặc động cơ đốt nhiên liệu.
Nhóm nghiên cứu trước đây đã phát triển các robot bay kích thước centimet sử dụng động cơ ion trong khí quyển. Drew cho biết nhóm cũng đã chế tạo một thiết bị “ionocraft” có thể cất cánh và mang tải trọng.
Một nghiên cứu gần đây của nhóm về thiết kế và quá trình cất cánh của một micro-hovercraft sử dụng động cơ ion đã được đăng trên máy chủ tiền ấn phẩm arXiv.
Công nghệ EHD có một số ưu điểm như cấu tạo đơn giản, gần như không gây tiếng ồn và có khả năng mở rộng. Tuy nhiên, hiệu suất thấp vẫn là hạn chế lớn.
“Nếu không có một đột phá lớn, nó sẽ không thể thực sự cạnh tranh với những phương thức đẩy truyền thống như cánh quạt và động cơ phản lực trong phần lớn các ứng dụng trên Trái Đất”, Drew nói.
Robot bay theo đàn
Trong giai đoạn đầu của dự án, nhóm nghiên cứu sẽ thiết kế các thí nghiệm, đánh giá những hệ thống cần ưu tiên như nguồn điện và mô phỏng tác động nhiệt đối với hệ thống năng lượng.
Một trong những mục tiêu dài hạn là phát triển các Aerobot có thể hoạt động theo đàn, qua đó mở rộng phạm vi khảo sát trong những khu vực mà một phương tiện đơn lẻ khó tiếp cận.
Drew kỳ vọng SPARK có thể đóng vai trò tương tự trực thăng Ingenuity trên sao Hỏa, vốn ban đầu chỉ được thiết kế cho một nhiệm vụ trình diễn công nghệ nhưng cuối cùng đã thực hiện 72 chuyến bay.
Ngoài Titan, công nghệ EHD còn có thể được ứng dụng cho máy bay chạy hoàn toàn bằng điện, drone hoạt động trong nhà và các đàn robot bay siêu nhỏ.
Tuy nhiên, trước mắt, mục tiêu của SPARK vẫn là chứng minh liệu một hệ thống động cơ ion thể rắn có thể trở thành giải pháp khả thi để đưa các robot bay vào những hang động lạnh giá và khó tiếp cận của Titan hay không.
Hình ảnh tổng hợp Titan ở bước sóng hồng ngoại do tàu Cassini của NASA chụp và hình ảnh mô phỏng các Aerobot SPARK do Daniel Drew thuộc Đại học Hawaii phát triển. Ảnh: NASA/JPL
