Tín dụng hình ảnh: ESA
Nhiệm vụ của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu SMART SMART-1 sẽ sử dụng động cơ ion mang tính cách mạng để giúp nó tìm kiếm bằng chứng cho thấy Mặt trăng được hình thành sau vụ va chạm dữ dội của một hành tinh nhỏ hơn với Trái đất. Một động cơ ion hoạt động bằng cách tăng tốc các hạt khí bị ion hóa trong một dòng không đổi trong nhiều tháng hoặc thậm chí nhiều năm. Mặc dù lực đẩy rất thấp, nhưng nó rất hiệu quả và cần một phần nhiên liệu mà tên lửa truyền thống sử dụng.
Những người hâm mộ phim khoa học viễn tưởng biết rằng, nếu bạn muốn di chuyển quãng đường ngắn từ hành tinh quê nhà của mình, bạn sẽ sử dụng một ổ đĩa ion sáng. Tuy nhiên, đó là một ổ đĩa khoa học viễn tưởng, hay thực tế khoa học?
Câu trả lời nằm ở đâu đó ở giữa. Động cơ ion có từ ít nhất là năm 1959. Hai động cơ ion thậm chí đã được thử nghiệm vào năm 1964 trên vệ tinh SERT 1 của Mỹ - một động cơ đã thành công, còn lại thì không.
Nguyên tắc đơn giản là vật lý thông thường - bạn lấy một chất khí và bạn ion hóa nó, điều đó có nghĩa là bạn cung cấp cho nó một điện tích. Điều này tạo ra các ion tích điện dương, cùng với các electron. Khí ion hóa đi qua một điện trường hoặc màn hình ở phía sau động cơ và các ion rời khỏi động cơ, tạo ra một lực đẩy theo hướng ngược lại.
Rất tiết kiệm nhiên liệu
Hoạt động trong môi trường gần chân không, các động cơ ion bắn ra khí đẩy nhanh hơn nhiều so với phản lực của tên lửa hóa học. Do đó, chúng cung cấp lực đẩy gấp mười lần cho mỗi kg nhiên liệu được sử dụng, khiến chúng rất tiết kiệm nhiên liệu.
Mặc dù chúng hiệu quả, động cơ ion là thiết bị có lực đẩy rất thấp. Lượng đẩy bạn nhận được cho lượng nhiên liệu được sử dụng là rất tốt, nhưng chúng không đẩy mạnh lắm. Ví dụ, các phi hành gia không bao giờ có thể sử dụng chúng để cất cánh trên bề mặt của một hành tinh. Tuy nhiên, một khi ở trong không gian, họ có thể sử dụng chúng để điều động xung quanh, nếu họ không vội vàng tăng tốc nhanh chóng. Tại sao? Các ổ ion có thể đạt tốc độ cao trong không gian, nhưng chúng cần một khoảng cách rất dài để tạo ra tốc độ như vậy theo thời gian.
Lợi thế nhàn nhã
Động cơ ion làm việc kỳ diệu của họ một cách nhàn nhã. Súng điện tăng tốc các ion. Nếu sức mạnh cho sự tăng tốc này đến từ các tấm pin mặt trời tàu vũ trụ, các nhà khoa học gọi đó là động cơ đẩy bằng năng lượng mặt trời. Các tấm pin mặt trời có kích thước thường được sử dụng trên tàu vũ trụ hiện tại chỉ có thể cung cấp một vài kilowatt điện.
Do đó, một động cơ ion chạy bằng năng lượng mặt trời không thể cạnh tranh với lực đẩy lớn của tên lửa hóa học. Tuy nhiên, một tên lửa hóa học điển hình chỉ cháy trong vài phút, trong khi động cơ ion có thể tiếp tục đẩy nhẹ trong nhiều tháng hoặc thậm chí nhiều năm - miễn là Mặt trời chiếu sáng và việc cung cấp nhiên liệu kéo dài.
Một ưu điểm khác của lực đẩy nhẹ là nó cho phép điều khiển tàu vũ trụ rất chính xác, rất hữu ích cho các nhiệm vụ khoa học đòi hỏi phải nhắm mục tiêu chính xác cao.
Đảm bảo vị trí ESA trong không gian
Các kỹ sư đã thử nghiệm động cơ ion như một hệ thống đẩy chính lần đầu tiên sử dụng sứ mệnh Deep Space 1 của NASA từ năm 1998 đến 2001. Nhiệm vụ SMART-1 của ESA, dự kiến ra mắt vào cuối tháng 8 năm 2003, sẽ đến Mặt trăng và thể hiện các hoạt động tinh tế hơn của loại cần thiết trong các nhiệm vụ đường dài trong tương lai. Những thứ này sẽ kết hợp động cơ điện mặt trời với các thao tác sử dụng trọng lực của các hành tinh và mặt trăng lần đầu tiên.
SMART-1 sẽ đảm bảo tính độc lập của Châu Âu trong việc sử dụng lực đẩy ion. Các nhiệm vụ khoa học vũ trụ khác dự kiến sẽ sử dụng các động cơ ion cho các thao tác phức tạp gần quỹ đạo Trái đất. Ví dụ, LISA nhiệm vụ ESA LISA sẽ phát hiện sóng hấp dẫn đến từ Vũ trụ xa xôi. Các nhiệm vụ trong tương lai của ESA tới các hành tinh cũng sẽ sử dụng các động cơ ion để gửi chúng trên đường đi.
Bây giờ khoa học thực tế
Thực tế của động cơ điện mặt trời ngày nay có thể không phù hợp với phép thuật điện ảnh của các bộ phim khoa học viễn tưởng với tàu vũ trụ bay xung quanh trên màn hình điện ảnh của chúng ta. Tuy nhiên, ESA, hoạt động trên SMART-1 và các nhiệm vụ trong tương lai đang đảm bảo rằng các ổ đĩa ion hiện nay là thực tế khoa học hơn là khoa học viễn tưởng.
Nguồn gốc: ESA News Release
