Động cơ đẩy hạt nhân mới giúp tới Sao Hỏa trong 60 ngày

Công ty Pulsar Fusion có trụ sở tại Vương quốc Anh đã nghiên cứu loại động cơ tên lửa đẩy phân hạch hạt nhân trong 10 năm qua. Theo thiết kế, buồng nhiệt hạch dài 9,8 mét và khi nó vận hành, nhiệt độ bên trong động cơ sẽ cao hơn nhiệt độ ở trung tâm Mặt Trời.

Hiện tại, dự án đang trong giai đoạn 3, kế hoạch thực hiện các thử nghiệm tĩnh đầu tiên sẽ diễn ra vào năm tới và trên quỹ đạo vào năm 2027.

Điều kiện cần để cung cấp năng lượng cho chuyển động tốc độ cao của tàu vũ trụ chính là buồng nhiệt hạch phải đạt đến nhiệt độ hàng trăm triệu độ C, đây là một thông số thiết yếu cho các phản ứng nhiệt hạch hạt nhân. 

Nhiệt độ này cao hơn nhiệt độ ở trung tâm Mặt Trời và buồng đốt của nó sẽ trở thành nơi nóng nhất trong Hệ Mặt Trời của chúng ta. Năng lượng được giải phóng bởi động cơ nhiệt hạch có thể khiến tên lửa đạt tốc độ 110-350 km/giây trong không gian. 

Nếu mọi thứ diễn ra theo đúng kế hoạch, Pulsar Fusion có thể cách mạng hóa du hành vũ trụ, thời gian di chuyển từ Trái Đất đến sao Hỏa sẽ chỉ mất 2-3 tháng thay vì 6-8 tháng, đến Sao Thổ khoảng 4 năm.

Vụ nổ 100 newton

Động cơ được phát triển bởi Pulsar Fusion sử dụng phản ứng nhiệt hạch trực tiếp. Đây là một công nghệ mới cho phép đẩy nhiệt hạch vĩnh viễn thu được thông qua một lò phản ứng hạt nhân nhỏ gọn, các hạt tích điện trực tiếp tạo ra lực đẩy thay vì chuyển đổi năng lượng nguyên tử thành điện.

Phản ứng này làm cho động cơ nhiệt hạch hiệu quả hơn động cơ sử dụng nhiên liệu lỏng, do nó được cung cấp năng lượng bởi các đồng vị. Ngoài ra, không có nhiều tải trọng nhiên liệu nên động cơ nhẹ hơn vài chục tấn so với các loại động cơ thông thường. 

Lực đẩy từ động cơ này có thể đạt đến 101 newton và năng lượng cũng sẽ cung cấp điện cho các thiết bị điện tử trên tàu vũ trụ. 

Do đó, công nghệ này có thể cung cấp khả năng khám phá không gian trong thời gian ngắn trên một khoảng cách xa, giảm tỷ lệ tải trọng của tên lửa và mang lại lực đẩy cực kỳ cao.

Các phản ứng nhiệt hạch hạt nhân cũng dễ thực hiện trong không gian hơn trên Trái Đất do chúng có môi trường lạnh và chân không khiến phản ứng hạt nhân dễ dàng xảy ra hơn. 

Giống như phản ứng tổng hợp diễn ra bên trong Mặt Trời, phản ứng tổng hợp hạt nhân bao gồm việc giữ lại plasma siêu nóng liên tục trong một trường điện từ mạnh. 

Tuy nhiên, công ty khởi nghiệp vẫn phải đối mặt với một thách thức lớn cho đến ngày nay bao gồm cả việc ổn định các phản ứng tại buồng nhiệt hạch. 

Theo James Lambert, Giám đốc Tài chính của Pulsar Fusion, chúng tôi sẽ gặp khó khăn trong việc học cách giữ lại và hạn chế plasma siêu nóng trong trường điện từ.

Plasma trong buồng đốt rất khó đoán, đặc biệt là cách đưa nó lên hàng trăm triệu độ. Hiện tượng thủy động lực học và điện quay hồi chuyển của plasma khiến nó đặc biệt dễ bị thay đổi trạng thái. 

Pulsar Fusion đang phải tìm cách ổn định của plasma trong một trường điện từ, vừa khổng lồ vừa bị giới hạn trong một khu vực rất hạn chế và phải diễn ra trong một thời gian dài. 

Bước này là rất cần thiết để cho phép plasma mật độ cao thu được cung cấp năng lượng cần thiết cho động cơ.

Để vượt qua thách thức này, các kỹ sư Pulsar Fusion đã dựa vào máy học để xác định các thông số ổn định tối ưu.

Trước tiên họ đã trích xuất dữ liệu từ lò phản ứng cấu hình trường đảo ngược Princeton (PFRC), tích hợp chúng vào mô phỏng máy tính nhằm dự đoán tốt hơn trạng thái của plasma dưới sự ngăn chặn điện từ. 

PFRC là một phần trong một loạt các thí nghiệm vật lý plasma để đánh giá cấu hình tối ưu cho các lò phản ứng nhiệt hạch mạnh. Ngoài du hành vũ trụ, công nghệ mà Pulsar Fusion cũng có thể được áp dụng cho một số hệ thống tổng hợp hạt nhân thử nghiệm hiện tại.