Nga-Mỹ trong cuộc đua tàu kéo không gian

Lò phản ứng sẽ được làm mát bằng máy lạnh tản nhiệt kiểu nhỏ giọt. Tàu sẽ được trang bị động cơ đẩy ion ID-500 có công suất 32-35 kW và các động cơ cơ động.

Việc phát triển nhà máy điện hạt nhân để tạo ra một tàu kéo liên quỹ đạo đã được thực hiện từ những năm 1970 bởi Tập đoàn tên lửa vũ trụ “Energia” cùng với một số doanh nghiệp.

Năm 2009, công việc được tăng cường dưới sự bảo trợ của Dmitry Medvedev, vào năm 2019, mô hình tàu kéo không gian lần đầu tiên được trưng bày tại Triển lãm Hàng không Vũ trụ Nga.

Nga không phải là nước duy nhất đang phát triển theo hướng này. Vào tháng 9 năm 2020, Mỹ cũng đã công bố kế hoạch tạo ra một hệ thống đẩy hạt nhân cho các chuyến bay gần vũ trụ.

Cơ quan phụ trách các dự án nghiên cứu trong tương lai của Bộ Quốc phòng Mỹ (DARPA) đã phân bổ 14 triệu đô la cho công ty Gryphon Technologies để xây dựng một tên lửa trình diễn. Tên lửa mới sẽ cho phép quân đội Mỹ vận hành các tàu vũ trụ trong không gian đến quỹ đạo của mặt trăng.

Ngoài ra, cách đây một tháng, Tổng công ty General Atomics Electromagnetic Systems đã công bố một dự án tương tự cho một tên lửa chạy bằng năng lượng hạt nhân để chuẩn bị cho một chuyến bay có người lái đến sao Hỏa.

Điều gì ẩn sau cuộc đua tàu kéo ngoài không gian, và liệu Nga có giành được chiến thắng?

Ông Vasily Petrov, nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý Hạt nhân Đại học Quốc gia Moscow, phó chủ nhiệm thiết kế tổ hợp thiết bị khoa học, nhận xét:

- Ở Liên Xô, việc phát triển các động cơ điện hạt nhân không gian đã được thực hiện trong những năm 1970, mặc dù không chắc chắn vào thời điểm đó có phải Liên Xô là nước đi đầu trong những phát triển này.

Cần lưu ý rằng ở Liên Xô và sau này là Nga, những nghiên cứu đó đã bị khép lại và cho đến nay vẫn còn rất ít thông tin về chúng. Nhưng Hoa Kỳ đã giải mật một số tài liệu trong đó nêu: người Mỹ cũng đã thử nghiệm hoạt động của các cơ sở hạt nhân khác nhau trong không gian.

Có một vấn đề trong các thử nghiệm như vậy là, nếu phóng các phương tiện có lắp động cơ hạt nhân ở gần hơn để dễ dàng xử lý cấu trúc thì luôn có nguy cơ chúng sẽ rơi xuống Trái đất.

Ưu điểm chính của động cơ không gian hạt nhân là chúng cung cấp khá tốt năng lượng trong quỹ đạo. Trong trường hợp này, không cần đến các tấm pin mặt trời dài hàng km. Còn nhược điểm của chúng là: các động cơ đó sẽ rất nóng và chúng cần phải được làm mát.

Việc lắp đặt động cơ hạt nhân chắc không có vấn đề gì vì trình độ công nghệ của Nga trong lĩnh vực này có lẽ là hàng đầu thế giới. Nhưng phần còn lại của các hệ thống tàu kéo không gian sẽ là thách thức lớn. Chắc chắn các kỹ sư có thể đối phó được, nhưng câu hỏi duy nhất là họ sẽ mất bao nhiêu thời gian và công sức cho việc này.

Tại sao lại cần phải có tàu kéo liên quỹ đạo? Là vì các con tàu vũ trụ di chuyển tích cực trong không gian rất tốn nhiên liệu. Việc đưa nhiên liệu vào quỹ đạo là rất khó khăn và tốn kém. Do đó, đối với các vệ tinh tồn tại lâu dài cần điều chỉnh vị trí của chúng - đối với các vệ tinh liên lạc trong quỹ đạo địa tĩnh - người ta sử dụng cái gọi là động cơ plasma.

Trong những động cơ như vậy, mức tiêu thụ nhiên liệu để tạo ra một xung lực cụ thể là rất thấp. Nhiên liệu là các loại khí nặng như xenon, chất khí bị ion hóa cao và tăng tốc trong điện trường. Do đó, động cơ đẩy plasma cần rất nhiều điện.

Một vệ tinh địa tĩnh không có vấn đề gì về năng lượng. Nó không cần đến động cơ liên tục, lượng tiêu dùng chính của nó là thiết bị vô tuyến truyền tải được cung cấp bởi các tấm pin mặt trời. Nếu vệ tinh cần di chuyển, thiết bị sẽ tắt và động cơ plasma bật lên.

Nhưng nếu cần phải di chuyển xa và ở một nơi nào đó trong thời gian dài - ví dụ, như lên Mặt trăng hoặc sao Hỏa – thì cần phải bằng cách nào đó cung cấp nhiên liệu cho động cơ.

Ngoài ra, nếu các con tàu thường xuyên bay lên mặt trăng và quay lại thì hiệu suất của pin mặt trời cũng tương đương nhau, nhưng nếu bay đến sao Hỏa - cách xa Mặt trời - thì hiệu suất của pin sẽ giảm xuống.

Do đó, đối với các nhiệm vụ liên hành tinh đường dài, người ta luôn sử dụng thiết bị hạt nhân. Điều này được thực hiện trên các trạm liên hành tinh Pioneer và Voyager của Mỹ.

Vấn đề là lò phản ứng hạt nhân là một thứ rất nặng. Nó luôn cần được bảo vệ và có hệ thống làm mát. Do đó, con tàu vũ trụ sẽ trở nên cồng kềnh và nặng nề. Một thiết bị như vậy rất thuận tiện để sử dụng để vận chuyển một lượng hàng hóa hữu ích từ quỹ đạo của hành tinh này sang quỹ đạo của hành tinh khác.

Để biện minh cho một tàu kéo như vậy về mặt kinh tế, cần phải có các vật nặng thường xuyên để tàu kéo vận chuyển qua lại.

Ví dụ, nếu người ta khai thác khoáng chất trên Mặt trăng, tàu kéo có thể cung cấp dịch vụ vận chuyển hàng hóa từ quỹ đạo gần Mặt trăng đến quỹ đạo gần Trái đất - và ngược lại.

Nghiên cứu Mặt trăng dường như vẫn là dự án hợp lý nhất cho nhu cầu của tàu kéo. Còn nói về Sao Kim thì một tàu kéo hạt nhân nặng nề làm phương tiện chở hàng là một vấn đề đang còn nghi ngờ. Hầu hết các vấn đề thực tế trong nghiên cứu về Sao Kim đều có thể được giải quyết với những con tàu có trọng lượng nặng vài tấn.

“Roskosmos” hiện đang đề xuất sử dụng tàu kéo như là "xe tuyến cỡ nhỏ" trong không gian vào năm 2030: đưa các phương tiện lên Mặt Trăng, Sao Kim và vệ tinh của Sao Mộc trong một chuyến bay. Có lẽ điều này khả thi hơn về mặt kinh tế, nhưng ở đây lại nảy sinh những khó khăn khác.

Tuy nhiên, bất kỳ nhiệm vụ không gian nào tạm thời cũng chỉ là nhiệm vụ một lần duy nhất, được tiếp cận riêng lẻ. Trong trường hợp của tàu kéo, không chắc nó có thể liên kết một số dự án quy mô lớn và phức tạp như nhiệm vụ khám phá Mặt trăng, khám phá sao Kim, khám phá hành tinh "bên ngoài" của hệ mặt trời. Việc liên kết các dự án như vậy thành một chuyến bay vũ trụ sẽ là một vấn đề rất lớn.

Nếu Nga thực hiện và triển khai được một tàu kéo như vậy, nó sẽ rất hiệu quả. Miễn là, phải tạo ra được một hệ thống làm mát hiệu quả có khả năng loại bỏ lượng nhiệt lớn trong không gian, hoặc giải quyết vấn đề bảo vệ chống lại bức xạ.

Ngay cả những giải pháp này thôi cũng sẽ cực kỳ hữu ích cho việc khám phá không gian. Đó là lý do người ta không coi việc chi phí cho một tàu kéo không gian là vô nghĩa.