Trung Quốc đang nghiên cứu cách chế tạo tàu vũ trụ cực lớn với chiều dài lên tới 1 km. Nhưng mức độ khả thi của ý tưởng này như thế nào?
Dự án nói trên là một trong các đề xuất nghiên cứu được gửi cho Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc, một cơ quan tài trợ do Bộ Khoa học và Công nghệ của nước này quản lý. Đề cương nghiên cứu của dự án trên trang web của quỹ mô tả những con tàu vũ trụ khổng lồ sẽ là "thiết bị hàng không vũ trụ chiến lược chính để sử dụng tài nguyên không gian trong tương lai, khám phá những bí ẩn của vũ trụ và tồn tại lâu dài trên quỹ đạo”.
Quỹ mong muốn các nhà khoa học tiến hành nghiên cứu các phương pháp thiết kế mới, trọng lượng nhẹ có thể hạn chế lượng vật liệu bay vào quỹ đạo và các kỹ thuật mới để lắp ráp một cách an toàn các cấu trúc khổng lồ như vậy trong không gian. Nếu được tài trợ, nghiên cứu khả thi sẽ được thực hiện trong vòng 5 năm với kinh phí 15 triệu nhân dân tệ (2,3 triệu USD).
Thách thức về chi phí
Dự án nghe có vẻ giống như khoa học viễn tưởng, nhưng cựu giám đốc công nghệ của NASA, Mason Peck cho biết ý tưởng này không hoàn toàn nằm ngoài khả năng kỹ thuật của Trung Quốc nhưng thách thức về chi phí rất lớn.
Peck, hiện là giáo sư kỹ thuật hàng không vũ trụ tại Đại học Cornell, nói với Live Science: "Tôi nghĩ điều đó hoàn toàn khả thi. Tôi cho rằng những vấn đề ở đây không phải là những trở ngại kỹ thuật không thể vượt qua, mà là những vấn đề về quy mô”.
Theo Peck, cho đến nay, thách thức lớn nhất là chi phí phóng vật thể và vật liệu vào không gian rất lớn. Trạm vũ trụ quốc tế (ISS), với kích thước 110 mét tại điểm rộng nhất của, cần chi phí khoảng 100 tỷ USD để xây dựng. Vì vậy việc xây dựng một cái gì đó lớn hơn ISS 10 lần sẽ gây áp lực ngay cả đối với những quốc gia hào phóng nhất về ngân sách.
Tuy nhiên, chi phí phần lớn phụ thuộc vào loại cấu trúc mà Trung Quốc định xây dựng. ISS được trang bị đầy đủ các thiết bị và được thiết kế để chứa con người, điều này làm tăng đáng kể khối lượng của nó. “Nếu chúng ta đang nói về một thứ gì đó đơn giản là dài và không quá nặng thì đó là một câu chuyện khác”, Peck nói.
Kỹ thuật xây dựng cũng có thể làm giảm chi phí đưa một con tàu vũ trụ khổng lồ vào không gian. Theo Peck, cách tiếp cận thông thường sẽ là xây dựng các thành phần trên Trái đất và sau đó lắp ráp chúng giống như Lego trên quỹ đạo, nhưng công nghệ in 3D có khả năng biến các vật liệu thô nhỏ gọn thành các thành phần cấu trúc có kích thước lớn hơn nhiều trong không gian.
Theo Peck, một lựa chọn hấp dẫn hơn nữa sẽ là tìm nguồn nguyên liệu thô từ Mặt trăng, nơi có trọng lực thấp so với Trái đất, có nghĩa là việc phóng vật liệu từ bề mặt của nó vào không gian sẽ dễ dàng hơn nhiều. Tuy nhiên, việc này yêu cầu cơ sở hạ tầng phóng lên Mặt trăng và do đó nó không phải là một lựa chọn trong ngắn hạn.
Những vấn đề kỹ thuật liên quan
Peck giải thích thêm, một cấu trúc khổng lồ như vậy cũng sẽ gặp phải những vấn đề riêng. Bất cứ khi nào một tàu vũ trụ chịu tác động của lực, cho dù nó đang di chuyển trên quỹ đạo hay kết hợp với một phương tiện khác, chuyển động sẽ truyền năng lượng đến cấu trúc của tàu vũ trụ khiến nó dao động và uốn cong. Với cấu trúc lớn như vậy, những rung động này sẽ mất một thời gian dài để giảm bớt. Vì vậy có khả năng tàu vũ trụ đòi hỏi bộ giảm xóc hoặc điều khiển chủ động để chống lại những rung động đó.
Peck nói thêm, các nhà thiết kế cũng sẽ phải cân nhắc kỹ lưỡng khi quyết định độ cao quỹ đạo mà tàu vũ trụ quay quanh. Ở độ cao thấp, lực cản từ bầu khí quyển bên ngoài làm chậm các con tàu vũ trụ, đòi hỏi chúng phải liên tục tăng tốc trở lại quỹ đạo ổn định. Đây đã là một vấn đề đối với ISS, nhưng đối với một cấu trúc lớn hơn nhiều, lực cản tác động lên nó cũng lớn hơn và sẽ cần nhiều nhiên liệu hơn để nó quay trở lại vị trí.
Mặt khác, việc phóng lên độ cao cao hơn sẽ tốn kém hơn nhiều và mức độ bức xạ tăng nhanh chóng khi vật thể ra xa bầu khí quyển của Trái đất, đây sẽ là một vấn đề nếu tàu vũ trụ có con người.
Không khả thi về mặt thực tế
Michael Lembeck, giáo sư kỹ thuật hàng không vũ trụ tại Đại học Illinois ở Urbana-Champaign, người đã từng làm việc trong các chương trình không gian thương mại và chính phủ, cho biết tuy việc xây dựng một cấu trúc như vậy có thể khả thi về mặt kỹ thuật, nhưng nó không khả thi về mặt thực tế.
Ông nói với Live Science: "Giống như chúng ta đang nói về việc xây dựng Phi thuyền Enterprise. Thật là viển vông, không khả thi và rất thú vị khi nghĩ đến, nhưng không thực tế lắm đối với trình độ công nghệ của chúng ta”. Enterprise là tên của một số tàu vũ trụ hư cấu trong loạt phim khoa học viễn tưởng Star Trek.
Lembeck nói, với ngân sách của Trung Quốc cho dự án, nó có thể chỉ là một nghiên cứu nhỏ, mang tính học thuật nhằm vạch ra những đường nét sớm nhất của một dự án như vậy và xác định những khoảng trống về công nghệ. Để so sánh, ngân sách để xây dựng một con nhộng đưa các phi hành gia lên ISS là 3 tỷ USD. "Vì vậy, mức độ nỗ lực ở đây là cực kỳ nhỏ so với kết quả mong muốn”, ông nói thêm.
Cũng có những câu hỏi về việc một con tàu vũ trụ lớn như vậy sẽ được sử dụng để làm gì. Lembeck cho biết các khả năng bao gồm cơ sở sản xuất vũ trụ tận dụng môi trường vi trọng lực và nguồn năng lượng mặt trời dồi dào để chế tạo các sản phẩm có giá trị cao như chất bán dẫn và thiết bị quang học, hoặc một nơi để sống lâu dài ngoài Trái đất. Nhưng cả hai đều sẽ đòi hỏi chi phí bảo trì rất lớn.
Lembeck nói thêm: “Trạm vũ trụ ISS là một dự án trị giá 3 tỷ USD một năm. Nhân số đó cho các cơ sở lớn hơn và nó nhanh chóng trở thành một dự án khá lớn và đắt đỏ”.
Trung Quốc cũng đã bày tỏ sự quan tâm đến việc xây dựng các mảng pin năng lượng Mặt trời khổng lồ trên quỹ đạo và truyền điện năng trở lại Trái đất thông qua chùm tia vi ba, nhưng Peck cho biết tính kinh tế của một dự án như vậy không hợp lý. Ông đã thực hiện một số tính toán tổng thể và ước tính điện năng khi đó sẽ có giá khoảng 1.000 USD mỗi watt, so với chỉ 2 USD mỗi watt cho năng lượng tạo ra từ các tấm pin mặt trời trên Trái đất.
Peck nói, có lẽ ứng dụng hứa hẹn nhất cho một cấu trúc không gian lớn như vậy sẽ là khoa học. Một kính viễn vọng không gian có quy mô như vậy có thể nhìn thấy các đặc điểm trên bề mặt của các hành tinh trong các hệ sao khác. Điều đó có thể thay đổi sự hiểu biết của chúng ta về các hành tinh ngoài hệ Mặt trời và sự sống tiềm tàng trong vũ trụ.
Văn Thiện
