Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) đang đẩy nhanh kế hoạch xây dựng một nhà máy điện hạt nhân với công suất 100 kilowatt trên Mặt trăng, theo chỉ đạo mới của quyền Giám đốc Sean Duffy.
Kế hoạch đã khơi lại giấc mơ hình thành từ nhiều thập kỷ trước, về việc mở rộng quy mô năng lượng hạt nhân trong không gian. Đây là một bước đi có thể mở ra những năng lực mới cho nước Mỹ, đồng thời cũng thách thức các quy định pháp lý về việc sử dụng tài nguyên và môi trường ngoài Trái đất.
“Theo tôi, quốc gia nào thực hiện được trước (việc xây lò phản ứng hạt nhân) có thể tuyên bố lập một 'vùng cấm tiếp cận'. Điều này sẽ hạn chế đáng kể khả năng Mỹ thiết lập sự hiện diện trên Mặt trăng theo kế hoạch Artemis, nếu chúng ta không đi trước kịp thời,” ông Duffy nói, có nhắc tới chương trình Artemis của NASA, với kế hoạch đưa người Mỹ trở lại Mặt trăng trong những năm tới.
Chỉ đạo mới vạch ra lộ trình thiết kế, phóng và lắp đặt một lò phản ứng với công suất 100 kilowatt (kW) tại vùng cực Nam Mặt trăng trong vòng 5 năm. Chương trình của NASA sẽ hợp tác cùng các đối tác thương mại.
Để so sánh, 100 kW đủ cung cấp điện cho khoảng 80 hộ gia đình Mỹ. Dù nhỏ, nhưng đây sẽ là mức tăng vượt bậc về công suất nếu so với các máy phát điện hạt nhân cơ bản đang cung cấp năng lượng cho tàu thăm dò sao Hỏa, hoặc các thiết bị không gian khác. Những lò phản ứng này có công suất chỉ vài trăm watt, tương đương với công suất của một lò nướng bánh mỳ hoặc một bóng đèn halogen mạnh.
Theo bà Bhavya Lal, cựu quyền Giám đốc Công nghệ và Phụ trách Chính sách – Chiến lược của NASA, tác động của dự án mới “sẽ mang tính đột phá, không chỉ với Mặt trăng mà còn với toàn bộ Thái dương hệ. Bà đánh giá việc đặt một lò phản ứng hạt nhân trên Mặt trăng sẽ cho phép ngành công nghiệp vũ trụ “thiết kế các hệ thống không gian dựa trên những gì chúng ta muốn làm, thay vì bị giới hạn bởi lượng điện ít ỏi."
Liệu có thể xây lò phản ứng vào năm 2030?
Việc xây dựng một nhà máy điện hạt nhân trên Mặt trăng trong vòng chưa đầy một thập kỷ là nhiệm vụ khó khăn. Tuy nhiên, nhiều chuyên gia tin rằng điều này khả thi.
“Bốn năm rưỡi là một khung thời gian cực kỳ gấp gáp nhưng công nghệ thì đã có,” giáo sư Simon Middleburgh, đồng Giám đốc Viện Tương lai Năng lượng Hạt nhân tại Đại học Bangor (Anh), nhận định.
Trở ngại lớn nhất từ trước đến nay thực tế không hẳn là công nghệ, mà là thiếu nhu cầu thực sự cho lò phản ứng ngoài Trái đất. Ngoài ra là động lực chính trị đủ mạnh để thúc đẩy kế hoạch. Giờ đây, tình hình đang thay đổi.
“Chúng ta đã đầu tư hơn 60 năm, tiêu tốn hàng chục tỷ USD, nhưng lần cuối cùng Mỹ phóng một lò phản ứng ra vũ trụ là vào năm 1965,” bà Lal nói, nhắc đến nhiệm vụ SNAP-10A đưa lò phản ứng hạt nhân đầu tiên vào không gian. “Bước ngoặt lớn xảy ra vào năm ngoái, khi lần đầu tiên trong lịch sử, NASA chọn năng lượng hạt nhân làm công nghệ tạo điện bề mặt cho các nhiệm vụ có người lái trên sao Hỏa.”
“Giờ đây, chính sách đã rõ ràng,” bà cho biết thêm. “Điểm quan trọng nữa là khu vực tư nhân không chỉ muốn sử dụng năng lượng hạt nhân trong không gian, mà còn muốn cung cấp loại năng lượng này.” Theo bà, các tập đoàn hàng không vũ trụ lớn như Boeing, Lockheed Martin cùng nhiều công ty khởi nghiệp hiện đang nghiên cứu ứng dụng điện hạt nhân ngoài Trái đất.
Chương trình Artemis được thiết kế nhằm đặt nền móng cho việc xây dựng một căn cứ cố định tại cực Nam Mặt trăng và phát triển công nghệ đưa con người tiến tới sao Hỏa. Dù thế nào, những nhiệm vụ có người điều khiển ở môi trường khắc nghiệt như Mặt trăng sẽ đòi hỏi một nguồn điện ổn định và dồi dào. “Trọng lực và biến thiên nhiệt độ trên Mặt Trăng rất khắc nghiệt. Ban ngày lên tới 100°C, ban đêm gần như bằng 0 tuyệt đối. Tất cả thiết bị điện tử phải chịu được bức xạ,” Lal cho biết.
Trong khi đó, Trung Quốc cũng có kế hoạch xây căn cứ ở cực Nam Mặt trăng. Các cường quốc nhắm tới khu vực này vì nó giàu tài nguyên và băng đá, những yếu tố có thể hỗ trợ hoạt động thăm dò và định cư lâu dài. Trung Quốc đang đàm phán với Nga về việc xây lò phản ứng tại cực Nam Mặt trăng trong năm 2035. Điều này thúc đẩy NASA, Bộ Quốc phòng và Bộ Năng lượng Mỹ bước vào cuộc đua.
Cách thức dự án hoạt động
Chỉ đạo của Duffy không tiết lộ nhiều chi tiết về thiết kế hay quy mô của lò phản ứng dự kiến, và hiện chưa ai đoán chắc ý tưởng nào sẽ được đưa ra trong những tháng tới.
“Để thúc đẩy năng lực cạnh tranh và vị thế dẫn đầu của Mỹ trên bề mặt Mặt trăng trong khuôn khổ chương trình Artemis, NASA đang nhanh chóng phát triển công nghệ điện phân hạch bề mặt,” bà Bethany Stevens, thư ký báo chí của NASA tại Washington, viết trong thư điện tử gửi tạp chí Wired. Theo bà, NASA sẽ bổ nhiệm một giám đốc chương trình mới để quản lý dự án, cũng như sẽ phát hành hồ sơ mời thầu tới các doanh nghiệp trong vòng 60 ngày. NASA cũng sẽ công bố thêm chi tiết trong thời gian tới.”
Chỉ đạo mới phản ánh kết quả của một báo cáo gần đây về năng lượng hạt nhân trong không gian do bà Lal và kỹ sư hàng không vũ trụ Roger Myers là đồng tác giả. Báo cáo vạch ra kế hoạch “Làm lớn hoặc bỏ cuộc” (Go Big or Go Home) với mục tiêu xây dựng lò phản ứng 100 kW trên Mặt Trăng trước năm 2030.
Theo bà Lal, thiết kế 100 kW “tương đương với việc đưa hai con voi châu Phi trưởng thành cùng một chiếc ô gập với kích cỡ bằng sân bóng rổ lên không gian". Điểm khác biết là "những con voi này tỏa nhiệt, và chiếc ô không dùng để che nắng, mà để tản nhiệt ra không gian.”
NASA có thể đã lấy cảm hứng từ dự án điện phân hạch bề mặt, được khởi động từ năm 2020 với mục tiêu chế tạo lò phản ứng 40 kW có thể tự động triển khai trên Mặt trăng. Dù chưa rõ công ty nào sẽ giành hợp đồng chế tạo lò phản ứng 100 kW, phiên bản 40 kW đã thu hút sự tham gia của nhiều đơn vị như Aerojet Rocketdyne, Boeing, Lockheed Martin. Lực lượng tham gia còn có các công ty hạt nhân BWXT, Westinghouse, X-Energy, công ty kỹ thuật Creare cùng các doanh nghiệp công nghệ không gian Intuitive Machines và Maxar.
Trong dự án 40kW, các công ty tham gia chưa đáp ứng được yêu cầu khối lượng tối đa 6 tấn. Tuy nhiên, chỉ đạo mới của Duffy giả định lò phản ứng sẽ được vận chuyển bằng tàu đổ bộ hạng nặng có khả năng chở tới 15 tấn hàng.
Lò phản ứng 100 kW, nhiên liệu uranium, hệ thống tản nhiệt và các bộ phận khác có thể được đưa lên Mặt Trăng qua nhiều lần phóng và hạ cánh tàu vũ trụ. Địa điểm đặt nhà máy có thể nằm trong lòng một hố va chạm thiên thạch, hoặc thậm chí dưới bề mặt của Mặt trăng để tránh ô nhiễm nếu xảy ra sự cố.
“Kỹ thuật vận hành lò trên Mặt trăng sẽ gặp nhiều thách thức,” kỹ sư hàng không vũ trụ Carlo Giovanni Ferro từ Đại học Bách khoa Turin (Italy), chia sẻ với Wired. “Do Mặt trăng không có khí quyển nên không thể dựa vào luồng không khí như trên Trái đất để tản nhiệt.”
Ngoài ra, trọng lực trên Mặt trăng chỉ bằng 1/6 Trái đất cũng sẽ gây ảnh hưởng trên các phương diện động học chất lỏng và truyền nhiệt, trong khi lớp regolith (bụi và đá vụn phủ bề mặt Mặt trăng) lại có thể cản trở hệ thống tản nhiệt và các bộ phận khác. Về cơ bản, ông đánh giá kế hoạch của NASA là khả thi, nhưng vẫn rất tham vọng.
Rủi ro và lợi ích
Tất cả công nghệ hạt nhân đều đòi hỏi quy định an toàn nghiêm ngặt. Yêu cầu sẽ càng cao hơn với các hệ thống được đưa ra ngoài Trái đất và hạ cánh xuống ở môi trường xa lạ.
Theo các chuyên gia lựa chọn tốt nhất không phải là tìm giải pháp cho mọi vấn đề tiềm ẩn có thể phát sinh. Thay vì thế, chúng ta cần giải quyết câu hỏi liệu có thể tránh được sự cố ngay từ khi thiết kế hay không?
Việc triển khai lò phản ứng hạt nhân trên Mặt trăng, dù là do NASA, Trung Quốc hay bất kỳ ai thực hiện, sẽ phải đáp ứng tiêu chuẩn cao ở mọi giai đoạn. Ví dụ, nhiên liệu uranium nhiều khả năng sẽ được bọc trong một lớp bảo vệ cứng để chống rò rỉ nếu tên lửa đẩy gặp sự cố.
Bên cạnh chiến lược an toàn vững chắc, cuộc đua đưa năng lượng hạt nhân lên Mặt trăng sẽ mở ra những tiền lệ mới về luật pháp và chính sách không gian. Bất kỳ quốc gia hay tổ chức nào tới trước nhiều khả năng sẽ lập “vùng cấm tiếp cận” vì lý do an toàn và an ninh. Các vùng này có thể rộng vài km vuông, qua đó ngăn chặn các đối thủ tới gần.
Điện hạt nhân trong không gian là giấc mơ đã tồn tại qua nhiều thế hệ con người. Nhưng phải tới giờ, các chuyên gia mới tin rằng thời của nó đã tới. Nếu lò phản ứng hạt nhân trở nên phổ biến ngoài Trái đất, khả năng thám hiểm và khai thác vũ trụ của con người sẽ được nhân lên mạnh mẽ.
“Khi có nguồn điện như vậy, chúng ta sẽ tạo được cơ sở hạ tầng bề mặt cố định trên Mặt trăng và sao Hỏa. Chúng ta có thể vận hành hệ thống khai thác tài nguyên để lấy oxy, nước, nhiên liệu phục vụ nơi ở của con người, không chỉ để tồn tại mà còn để sống thoải mái,” bà Lal nói. “Chúng ta có thể làm khoa học ở quy mô lớn, không phải thu nhỏ thiết bị vì lo tốn điện, từ radar tới máy đo địa chấn. Đó là nền tảng để mở cánh cửa vào Thái dương hệ. Và đó là điều khiến tôi thực sự phấn khích.”
Những quốc gia đầu tiên đặt thành công lò phản ứng trên Mặt trăng sẽ có ảnh hưởng lớn trong việc định hình tương lai và các đối thủ tiềm năng đều đang tăng tốc. Như vậy, cuộc chạy đua vũ trụ mới không phải là ai đến Mặt trăng trước, mà thực tế là ai có thể ở lại lâu hơn./.
Nguồn: https://www.vietnamplus.vn/vi-sao-my-muon-xay-dung-lo-phan-ung-hat-nhan-tren-mat-trang-post1053975.vnp
Bình luận (0)