Vì sao tàu vũ trụ bay cả trăm năm không hết nhiên liệu?

Nhờ vào nhiên liệu Pu-238, các con tàu vũ trụ có thể tự vận hành và bay mãi đến những nơi xa xôi trong hàng trăm năm.
Vì sao tàu vũ trụ bay cả trăm năm không hết nhiên liệu?

Chính phủ Mỹ cho biết một con robot có thể giúp tạo ra nguồn cung plutonium-238 (Pu-238) lâu dài và đáng tin cậy cho các tàu thăm dò không gian của NASA.

Đây là vật liệu phóng xạ dùng để cung cấp năng lượng nhiệt điện cho các con tàu, đặc biệt là những tàu đi cực xa như New Horizons (đã qua khỏi sao Diêm Vương), Voyagers (hai tàu đã vượt ra khỏi Hệ mặt trời và đi vào không gian liên sao), Cassini (đang ở vành đai sao Thổ).

Năng lượng phóng xạ đáng tin cậy

Khi Pu-238 bán rã và sinh ra nhiệt năng, một thiết bị gọi là “Máy phát nhiệt điện bức xạ” sẽ thu nhận nhiệt năng của Pu-238 và chuyển thành điện năng nhờ vào quá trình nhiệt điện.

Vì sao tàu vũ trụ bay cả trăm năm không hết nhiên liệu? ảnh 1

Một khối plutonium-238 dioxide đang phát sáng do nhiệt độ cao. Ảnh: Wikipedia.

Do Pu-238 mất nhiều thế kỉ mới nguội trở lại, nhiệt năng của nó là nguồn năng lượng lâu dài cho những tàu thăm dò đi rất xa, đến những nơi mà ánh mặt trời không vươn tới nổi khiến các tấm pin mặt trời trở nên vô dụng.

Pu-238 là vật liệu nhân tạo, cũng là một trong những chất liệu quý hiếm nhất Trái đất. Trên thực tế, người ta đã ngừng sản xuất nó kể từ thời Chiến tranh lạnh bởi sự chấm dứt chạy đua hạt nhân. Do đó NASA chỉ còn đủ nhiên liệu cho 3 tàu thăm dò.

NASA đã lo ngại việc cạn kiệt nguồn cung Pu-238 từ những năm 1990, nhưng họ không thể kêu gọi đầu tư đủ để chế tạo một máy gia tốc lớn để sản xuất.

Đến 2012, với nguồn đầu tư 20 triệu USD mỗi năm, các đối tác của NASA đã hoàn tất giai đoạn nghiên cứu quá trình sản xuất Pu-238 mới, không cần đến các máy gia tốc khổng lồ và tốn kém như thời chiến tranh. Bộ năng lượng Mỹ hy vọng sẽ đáp ứng được nhu cầu 1,5 kg Pu-238 mỗi năm của NASA với chu trình mới bằng các robot hiện đại.

Vì sao tàu vũ trụ bay cả trăm năm không hết nhiên liệu? ảnh 2

Một công nhân đang nạp 3 lõi nhiệt điện bức xạ vào tàu Cassini. Ảnh: NASA.

Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge ở Tennessee cho biết họ đã chứng minh được tính hiệu quả của phương pháp mới, có thể nâng cao năng lực sản xuất lên gấp 8 lần so với trước đây nhờ vào một robot tự động.

Khó khăn trong sản xuất Pu-238

Oak Ridge đã sản xuất ra Plutonium cho NASA từ 2015, nhưng chỉ với một lượng nhỏ, khoảng 50 gram. Tuy vậy điều này chứng minh phòng thí nghiệm đã tạo ra công thức và các công cụ có thể chế tạo Pu-238.

Phòng thí nghiệm này cũng đưa ra một tuyên cáo báo chí rằng họ sẵn sàng để sản xuất 400 gram mỗi năm, gấp 8 lần trước đây.

Một tấm Pu-238 cần từ 28 - 36 tháng để sản xuất với nguồn nguyên liệu đầu vào là Neptunium-237. Neptunium-237 được nén thành viên trong các ống nhôm, đưa vào một lò phản ứng hạt nhân đặc biệt tại Oak Ridge tên gọi Lò phản ứng đồng vị thông lượng cao (High Flux Isotope Reactor - HFIR).

Sau vài tháng chịu tác động bởi dòng neutron của lõi lò phản ứng, một phần Neptunium-237 chuyển hóa thành Pu-238 (Pu-239 là nguyên liệu sản xuất bom hạt nhân, nhưng Pu-238 thì không).

Sau khi để vật liệu nguội lại trong nước vài tháng, người ta hòa tan chúng vào acid để tách ra bằng phương pháp hóa học, cuối cùng tinh lọc Pu-238 và thu hồi Neptunium-237 để tái sử dụng.

Tuy nhiên, một phần nhỏ Neptunium-237 phân rã trở thành Protactinium-233. Chất này hoạt động phóng xạ cực mạnh, phóng ra các tia gamma gây chết người. Do đó, thời gian làm việc của công nhân bị giới hạn, chỉ có vài kỹ sư đủ trình độ lẫn kĩ năng để sản xuất Pu-238.

Vì sao tàu vũ trụ bay cả trăm năm không hết nhiên liệu? ảnh 3

Bên trong lò phản ứng đồng vị thông lượng cao tại Oak Ridge. Ảnh: Oak Ridge National Laboratory.

Ngoài ra, sản xuất công nghiệp Pu-238 sẽ cần đến 20.000 - 25.000 viên nén Neptunium mỗi năm. Chưa kể việc làm đi làm lại một công việc tẻ nhạt trong bộ đồ bảo hộ nóng nực khiến người ta có thể phát điên.

Tăng tốc sản xuất

Để sản xuất nhiều hơn, các nhà khoa học đã chế tạo ra một robot tự động làm những việc con người bị giới hạn về cả thể chất và tinh thần.

Con robot được trang bị nhiều cánh tay đa năng giúp tăng tốc độ làm việc và an toàn hơn nhiều so với con người. Nó được thiết kế chuyên dụng để tiếp xúc và nén viên Neptunium-237, các công nhân chỉ việc đưa các viên nén này vào lò phản ứng.

Tuy khả năng sản xuất của phòng thí nghiệm vẫn chưa đáp ứng đủ cho NASA, các nhà khoa học tin rằng họ đang đi đúng hướng.

Với việc xây dựng thêm nhiều lò phản ứng tiên tiến phục vụ dân sự, bộ năng lượng Mỹ hy vọng có thể sản xuất 5 kg Pu-238 mỗi năm. Lượng nhiên liệu này là hành trang không thể thiếu cho những tàu thăm dò không gian xa xôi nhất mà loài người sẽ gửi đi trong tương lai.

Theo Zing
TIN LIÊN QUAN
Hướng về nhân dân, lấy người dân làm trung tâm
Hướng về nhân dân, lấy người dân làm trung tâm
(Ngày Nay) - Đại hội đại biểu toàn quốc Mặt trận Tổ quốc (MTTQ) Việt Nam lần thứ XI (diễn ra từ 11-13/5/2026) đã nhận được nhiều ý kiến tâm huyết của các đại biểu đến từ các địa phương, khẳng định vai trò quan trọng của Mặt trận trong việc chăm lo an sinh xã hội, củng cố niềm tin của nhân dân và xây dựng khối đại đoàn kết trong điều kiện mới.
Đồng loạt triển khai chống hàng giả, xâm phạm sở hữu trí tuệ tại Thủ đô
Đồng loạt triển khai chống hàng giả, xâm phạm sở hữu trí tuệ tại Thủ đô
(Ngày Nay) - Thực hiện chỉ đạo của Bộ Công Thương, UBND Thành phố và Sở Công Thương Hà Nội về việc tăng cường kiểm tra, xử lý nghiêm các vụ việc xâm phạm quyền sở hữu trí tuệ theo Công điện số 38/CĐ-TTg ngày 5/5/2026 của Thủ tướng Chính phủ, lực lượng quản lý thị trường thành phố đang đồng loạt triển khai nhiều biện pháp đấu tranh, ngăn chặn.
TS. Trần Hoài, Trưởng bộ môn Di sản học, Khoa Công nghiệp Văn hoá & Di sản, Trường Khoa học liên ngành và Nghệ thuật, Đại học Quốc gia Hà Nội. (Ảnh: NVCC)
Ứng dụng thực tế ảo: Mở rộng trải nghiệm nhưng không thay thế di sản thật
(Ngày Nay) - Sự phát triển nhanh của công nghệ thực tế ảo đang góp phần làm thay đổi cách công chúng tiếp cận di sản theo hướng sinh động, tương tác hơn; tuy nhiên, việc ứng dụng công nghệ này cũng đặt ra yêu cầu cân bằng giữa tính hấp dẫn và tính xác thực, giữa trải nghiệm số và giá trị nguyên bản của không gian di tích, bảo tàng.
Giá dầu tăng vọt sau khi Mỹ từ chối đề xuất của Iran
Giá dầu tăng vọt sau khi Mỹ từ chối đề xuất của Iran
(Ngày Nay) - Thị trường năng lượng ghi nhận đà tăng mạnh trong phiên giao dịch ngày 11/5, một ngày sau khi Tổng thống Mỹ Donald Trump tuyên bố phản hồi của Iran đối với đề xuất từ phía Mỹ là "không thể chấp nhận được". Động thái trên đã làm dấy lên những lo ngại về nguồn cung trong bối cảnh eo biển Hormuz vẫn đóng cửa trên diện rộng, khiến thị trường toàn cầu tiếp tục duy trì trạng thái thắt chặt.