Nội dung chính của kế hoạch SR-1
Space Reactor-1 Freedom, gọi tắt là SR-1, là tàu liên hành tinh được NASA thiết kế để dùng điện từ lò phản ứng hạt nhân vận hành động cơ ion. Theo MIT Technology Review, nhiệm vụ thử nghiệm không người lái dự kiến khởi hành cuối năm 2028, tới Sao Hỏa trong năm 2029 và kéo dài khoảng một năm.
NASA công bố kế hoạch chế tạo SR-1 ngay trước chuyến bay vòng quanh Mặt Trăng của phi hành đoàn Artemis II vào tháng 4/2026. Cơ quan này dự kiến dành 2 tỷ USD cho chương trình di chuyển liên hành tinh bằng năng lượng hạt nhân.
Nếu thành công, SR-1 có thể giúp các tàu vũ trụ duy trì lực đẩy hiệu quả trong thời gian dài và rút ngắn một số hành trình. Thời gian di chuyển ngắn hơn đặc biệt quan trọng với chuyến bay có người lái vì phi hành gia sẽ tiếp xúc với bức xạ vũ trụ trong thời gian ngắn hơn trên đường tới Sao Hỏa và các điểm xa hơn.
Simon Middleburgh, đồng giám đốc Viện Tương lai Hạt nhân tại Đại học Bangor ở xứ Wales, cho biết thông báo của NASA khiến ông phấn khởi. Sự hào hứng không đến từ một ý tưởng hoàn toàn mới, mà từ khả năng một công nghệ được nghiên cứu lâu năm cuối cùng có thể bước sang giai đoạn bay thử.
Vì sao động cơ hạt nhân vẫn chưa được triển khai?
Động cơ hạt nhân chưa được triển khai rộng rãi vì chi phí thử nghiệm cao, yêu cầu an toàn phức tạp và sự cạnh tranh về giá từ tên lửa thông thường. Theo MIT Technology Review, trong 75 năm qua, Mỹ đã khởi động rồi chấm dứt nhiều chương trình nghiên cứu loại động cơ này, gần nhất là dự án DRACO kết thúc năm 2025.
Đưa một lò phản ứng hạt nhân vào không gian không phải ý tưởng chưa từng được thực hiện. Liên Xô từng đưa hàng chục lò phản ứng lên quỹ đạo, phần lớn để cấp điện cho vệ tinh do thám. Philip Metzger, nhà nghiên cứu kỹ thuật bay vũ trụ tại Viện Không gian Florida, nhận định công nghệ đẩy hạt nhân khả thi và hoan nghênh việc kế hoạch được thúc đẩy trở lại.
DRACO là dự án hợp tác giữa NASA và Bộ Quốc phòng Mỹ. Dự án bị hủy vì chi phí thử nghiệm cao, không thể cạnh tranh về giá với động cơ tên lửa truyền thống và gặp khó khăn trong việc bảo đảm các thử nghiệm trên mặt đất diễn ra an toàn, hiệu quả.
Quá trình thử nghiệm phải kiểm soát một phản ứng hạt nhân có công suất lớn trước khi thiết bị được phép rời Trái Đất. Yêu cầu này khiến việc chứng minh độ an toàn và tính kinh tế của động cơ hạt nhân khó hơn so với các hệ thống đẩy thông thường.
NASA đặt cược 2 tỷ USD vào phương án nào?
NASA chọn động lực điện hạt nhân cho chương trình trị giá 2 tỷ USD. Lò phản ứng không trực tiếp nung nóng và đẩy nhiên liệu ra ngoài. Thay vào đó, lò phản ứng tạo điện để ion hóa khí, sau đó từ trường đẩy khí ra khỏi tàu và tạo lực đẩy nhỏ nhưng duy trì được lâu.
Trong hệ thống này, phản ứng phân hạch nguyên tử urani tự duy trì tạo ra neutron, nhiệt và cuối cùng là điện. Dòng điện ion hóa một loại khí trước khi từ trường đẩy khí ra khỏi tàu.
Sebastian Corbisiero, giám đốc kỹ thuật quốc gia phụ trách các chương trình lò phản ứng không gian của Bộ Năng lượng Mỹ, mô tả hệ thống có lực đẩy rất thấp nhưng hiệu suất cao. Đặc tính đó cho phép động cơ hoạt động trong thời gian dài.
Cách tiếp cận này phù hợp với hành trình liên hành tinh, nơi động cơ không cần tạo lực đẩy lớn tức thời như lúc phóng khỏi mặt đất. Tàu có thể duy trì lực đẩy nhỏ trong một khoảng thời gian dài để tích lũy thay đổi vận tốc.
SR-1 sẽ có hình dạng ra sao?
Thiết kế được NASA trình bày cho thấy SR-1 có thể giống một mũi tên lớn với các cánh tản nhiệt dọc thân. Phần đuôi chứa hệ thống điện và động lực, còn lò phản ứng urani nằm ở đầu tàu. Cấu trúc kéo dài giúp tàu phát tán nhiệt trong môi trường chân không.
Bản trình bày của Steve Sinacore, giám đốc chương trình SR-1 tại NASA, cho thấy con tàu có thể trông giống một mũi tên khổng lồ có cánh ổn định.
Lò phản ứng của SR-1 có công suất tối thiểu 20 kilowatt. Một nhà máy điện hạt nhân thông thường trên Trái Đất mạnh hơn khoảng 50.000 lần. Những cánh lớn dọc thân tàu vừa tạo nên hình dáng khác thường, vừa làm mát lò phản ứng bằng cách phát tán nhiệt vào không gian.
Cấu trúc này phải chịu được quá trình phóng bằng tên lửa trước khi vận hành. Middleburgh lưu ý thiết bị sẽ bị rung lắc mạnh trong lúc phóng, vì vậy khả năng vượt qua giai đoạn này an toàn là một thách thức đáng kể.
Lò phản ứng chỉ hoạt động khi tàu đã rời xa Trái Đất
NASA dự kiến bật lò phản ứng khoảng hai ngày sau khi phóng, khi SR-1 đã ở đủ xa Trái Đất. Việc trì hoãn khởi động nhằm hạn chế rủi ro từ chất thải phóng xạ nếu tên lửa gặp sự cố trong những giai đoạn đầu của chuyến bay.
Bản thân urani chưa qua vận hành không quá nguy hiểm, nhưng các chất thải hình thành sau khi lò phản ứng bắt đầu hoạt động lại là vấn đề khác. Vì vậy, NASA không dự kiến khởi động lò phản ứng trên bệ phóng hoặc khi tàu còn ở gần Trái Đất.
Nếu SR-1 hoạt động đúng thiết kế, hành trình tới Sao Hỏa sẽ kéo dài khoảng một năm. Đây là nhiệm vụ thử nghiệm không người lái nhằm kiểm chứng cách lò phản ứng, hệ thống phát điện và động cơ ion phối hợp trong môi trường không gian.
Mốc năm 2029 có khả thi không?
Theo MIT Technology Review, NASA và Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho đang hướng tới lần phóng SR-1 vào cuối năm 2028, sau đó tàu có thể tới Sao Hỏa trong năm 2029. Các bộ phận chính đã bước vào quá trình mua sắm, nhưng lịch trình vẫn gấp vì NASA còn phải tích hợp và thử nghiệm khối điện, động lực cùng lò phản ứng.
Steve Sinacore cho biết Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho, đơn vị chế tạo lò phản ứng cho SR-1, đang đạt tiến độ hướng tới lần phóng dự kiến. Công việc tích hợp khối điện và động lực cũng đang tiến triển.
Lindsey Holmes, phó chủ tịch phụ trách các dự án tiên tiến tại công ty hàng không vũ trụ Analytical Mechanics Associates ở bang Virginia, cho rằng động lực thúc đẩy chương trình có thể một phần đến từ tham vọng hạt nhân không gian sâu của Trung Quốc và Nga.
Trung Quốc và Nga đã nói tới kế hoạch đặt một lò phản ứng trên bề mặt Mặt Trăng vào giữa thập niên 2030 để cấp điện cho căn cứ chung. Chương trình Artemis của NASA cũng đặt mục tiêu bắt đầu xây nền móng cho một căn cứ tại cực nam Mặt Trăng vào cuối thập niên này.
SR-1 còn mở đường cho lò phản ứng trên Mặt Trăng
Quá trình phát triển SR-1 có thể cung cấp dữ liệu cho kế hoạch đặt lò phản ứng trên Mặt Trăng, ngay cả khi chuyến bay gặp trục trặc. Hai dự án phải giải quyết những yêu cầu tương tự về phát điện, tản nhiệt và vận hành lò phản ứng trong môi trường chân không.
Nếu tàu liên hành tinh có thể phát điện, tản nhiệt và vận hành ổn định trong chuyến đi tới Sao Hỏa, phần lớn nền tảng cần thiết cho một lò phản ứng trên Mặt Trăng cũng sẽ được kiểm chứng. Vì vậy, ý nghĩa của SR-1 vượt ra ngoài một chuyến bay thử đơn lẻ.
Các chương trình như SR-1 cho thấy công nghệ không gian ngày càng gắn chặt với bài toán năng lượng. Danh sách 10 công ty công nghệ khí hậu năm 2026 cung cấp thêm bối cảnh về các hướng phát triển năng lượng mới. Ở một hướng nghiên cứu xa hơn, lộ trình liên sao tới Alpha Centauri cho thấy quy mô của những bài toán mà ngành vũ trụ đang cố giải quyết.
MIT Technology Review chấm SR-1 ở mức tiến triển 6 và nhận định phần lớn công nghệ cần thiết đã tồn tại. Thử thách còn lại là ghép các thành phần thành một hệ thống hoàn chỉnh, đưa hệ thống qua quá trình phóng và kiểm tra khả năng vận hành ngoài không gian.
Hãy tiếp tục theo dõi Sine để cập nhật hành trình của SR-1 từ bản thiết kế tới chuyến bay dự kiến vào cuối năm 2028.
