Pulsar Fusion - Công ty hàng không vũ trụ đầy tham vọng của Vương quốc Anh vừa có tuyên bố gây chấn động giới khoa học thiên văn khi vừa bắt tay chế tạo động cơ tên lửa tổng hợp hạt nhân, hứa hẹn mở ra kỷ nguyên khám phá vũ trụ hoàn toàn mới cho nhân loại khi có thể rút ngắn thời gian du hành liên hành tinh trong Thái Dương Hệ.

Pulsar Fusion hy vọng, với Động cơ tên lửa truyền động nhiệt hạch trực tiếp (DFD), tên lửa sản xuất mới này sẽ đạt được tốc độ siêu khủng 805.000 km/giờ (tương đương 223.611 mét/giây); cũng như sở hữu mức nhiệt nóng nhất trong Hệ Mặt Trời - nghĩa là động cơ của tên lửa này có khả năng tạo ra nhiệt độ nóng hơn cả lõi Mặt Trời hàng trăm lần (cụ thể bên dưới).

Nếu thử nghiệm thành công, tên lửa sở hữu động cơ DFD của Anh sẽ trở thành tên lửa đẩy nhanh nhất lịch sử, vượt xa cả Mỹ, Trung Quốc. Cụ thể, NASA cho biết siêu tên lửa đẩy SLS mới nhất của Mỹ có tốc độ tối đa là 9.700 mét/giây. Trong khi, tên lửa đẩy mạnh nhất của Trung Quốc hiện nay là Trường Chinh 5 có tốc độ tối đa đạt 7.777 mét/giây - Time Magazine thông tin.

Để đạt được những mục tiêu đột phá đó, Pulsar Fusion sẽ khai thác sức mạnh từ phản ứng tổng hợp hạt nhân, một phản ứng cung cấp năng lượng cho Mặt Trời của chúng ta.

Giới khoa học cho hay, công nghệ đẩy phản ứng tổng hợp hạt nhân có khả năng cách mạng hóa du hành vũ trụ về cả tốc độ và mức sử dụng nhiên liệu.

Các loại phản ứng tương tự phản ứng tạo năng lượng cho Mặt Trời có thể giúp nhân loại giảm một nửa thời gian di chuyển tới sao Hỏa; hoặc thực hiện hành trình tới sao Thổ và các mặt trăng của nó chỉ mất 2 năm thay vì 8 năm.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân hợp nhất hai nguyên tử với nhau để giải phóng một lượng lớn năng lượng. Các nhà khoa học tin rằng quá trình này có thể tạo ra năng lượng vô tận, không carbon để thay thế nhiên liệu hóa thạch. 

Richard Dinan, Giám đốc điều hành, kiêm sáng lập Pulsar Fusion cho biết: "Nhân loại có khát vọng rất lớn về động cơ đẩy nhanh hơn trong bối cảnh nền kinh tế vũ trụ đang phát triển rực rỡ, và phản ứng tổng hợp hạt nhân cung cấp sức mạnh cho động cơ tên lửa mạnh gấp 1.000 lần so với các động cơ đẩy ion thông thường hiện đang được sử dụng trên quỹ đạo".

Kỳ quan động cơ: Tái tạo Mặt Trời bên trong tên lửa!

Điều đó cực kỳ thú vị, nhưng không phải ai cũng tin rằng nó sẽ hiệu quả, vì: Công nghệ này cần nhiệt độ và áp suất cực cao để hoạt động. 

Chìa khóa của năng lượng nhiệt hạch là tạo ra nhiệt bền vững. Động cơ tên lửa truyền động nhiệt hạch trực tiếp (DFD) mới của Pulsar Fusion - đang được chế tạo tại một cơ sở thử nghiệm ở Bletchley, Vương quốc Anh - hứa hẹn sẽ đạt tới vài trăm triệu độ, tạo ra nhiệt độ nóng hơn cả lõi Mặt Trời hàng trăm lần.

[Nhiệt độ bề mặt của Mặt Trời vào khoảng 5.537 độ C, trong khi đó nhiệt độ bên trong lõi của Mặt Trời khoảng 15 triệu độ C].

Các kỹ sư cho biết, buồng nhiệt hạch dài khoảng 8 mét, dự kiến bắt đầu cùng tên lửa khai hỏa vào năm 2027.

Buồng phản ứng nhiệt hạch tạo ra năng lượng, tạo ra plasma gồm các hạt tích điện. Những hạt năng lượng đó được chuyển đổi thành lực đẩy bằng cách sử dụng từ trường quay. Nhưng giới hạn plasma siêu nóng bằng trường điện từ là một thách thức lớn. 

Để hiểu rõ hơn về plasma phức tạp, công ty đang sử dụng máy học AI (ML - Machine learning) để nghiên cứu dữ liệu từ lò phản ứng nhiệt hạch PFRC-2 của Mỹ. Các mô phỏng sẽ đánh giá hiệu suất của plasma tổng hợp hạt nhân đối với lực đẩy khi nó thoát ra khỏi động cơ tên lửa, thải ra các hạt khí thải với tốc độ hàng trăm km một giây. Nói cách khác, AI sẽ giúp tối ưu hóa các từ trường cần thiết để hạn chế plasma hợp hạch và cung cấp năng lượng cho động cơ tên lửa.

Việc tái tạo Mặt Trời nhân tạo bên trong một tên lửa không hề dễ dàng. Tại trung tâm của buồng phản ứng tổng hợp hạt nhân là một plasma cực nóng, bị khóa bên trong trường điện từ, và các nhà khoa học đang tiếp tục tìm ra cách thực hiện điều này một cách ổn định và an toàn.

Tiến sĩ James Lambert, Giám đốc tài chính của Pulsar Fusion, nói với Space Daily: "Khó khăn là học cách giữ và giới hạn plasma siêu nóng trong trường điện từ. Plasma hoạt động giống như một hệ thống thời tiết, cực kỳ khó dự đoán bằng các kỹ thuật thông thường. Các nhà khoa học đã không thể kiểm soát plasma hỗn loạn vì nó được nung nóng đến hàng trăm triệu độ và luôn thay đổi. Đặc điểm 'không thể đoán trước' này là do trạng thái của plasma luôn thay đổi."

Cuộc cách mạng đưa loài người rời khỏi Thái Dương Hệ

Dù còn nhiều thách thức, nhưng những bước đột phá gần đây đã đưa hành trình tái tạo Mặt Trời nhân tạo đến gần hơn với thực tế. Đơn cử, vào tháng 12/2022, các nhà khoa học đã tạo ra phản ứng nhiệt hạch đầu tiên tạo ra nhiều năng lượng hơn mức cần thiết để bắt đầu cho phản ứng. Cột mốc này được ca ngợi là "một trong những kỳ tích khoa học ấn tượng nhất của thế kỷ 21."

Tại Pulsar Fusion, hy vọng càng được thắp sáng bởi những tiến bộ mới trong AI. Pulsar Fusion đang tích cực hợp tác với Hệ thống vệ tinh Princeton (Mỹ) để sử dụng mô phỏng siêu máy tính nhằm hiểu rõ hơn plasma sẽ hoạt động như thế nào dưới sự giam cầm điện từ.

"Động cơ tên lửa truyền động nhiệt hạch trực tiếp (DFD) thực sự là một công nghệ thay đổi cuộc chơi cho phép chúng tôi tiếp cận các điểm đến trong không gian sâu nhanh hơn nhiều và với lượng điện năng khổng lồ, chúng tôi còn có thể thực hiện nhiều nghiên cứu khoa học hơn khi chạm đến các hành tinh khác" - Stephanie Thomas, Phó chủ tịch của Princeton Satellite Systems cho biết.

Bước tiếp theo sẽ là một cuộc trình diễn trên quỹ đạo, khi đó, dự kiến vào năm 2027, Pulsar Fusion sẽ lần đầu tiên phóng một hệ thống đẩy chạy bằng năng lượng tổng hợp hạt nhân vào không gian.

Vào năm 2027, Pulsar Fusion có kế hoạch chứng minh rằng tên lửa của họ có thể đạt được nhiệt độ nhiệt hạch. Nếu các thử nghiệm thành công, công ty sẽ tiến một bước gần hơn tới việc tạo ra động cơ dựa trên phản ứng tổng hợp thương mại đầu tiên trên thế giới.

Richard Dinan, ông chủ của Pulsar Fusion đang từng bước hiện thực hóa khát vọng trao quyền cho loài người rời khỏi Thái Dương Hệ một ngày không xa. "Nếu chúng ta muốn rời khỏi Hệ Mặt Trời trong vòng một đời người, thì không có công nghệ nào khác mà chúng ta biết có thể làm được điều đó, ngoài công nghệ này" - Richard Dinan tin tưởng.

Cùng với việc làm cho các chuyến du hành vũ trụ ngắn hơn nhiều, phản ứng tổng hợp hạt nhân cũng hứa hẹn cung cấp năng lượng sạch, gần như không giới hạn cho sự sống ở đây trên Trái Đất.

Bài viết sử dụng nguồn: Techcrunch, Theengineer.co.uk, Popularmechanics, Sciencealert