Du hành liên sao bằng buồm Mặt trời

Dùng bức xạ Mặt trời làm năng lượng

Ngày nay, để đi tới một hành tinh gần như sao Hỏa chúng ta cũng mất tới nhiều tháng. Việc đưa con người tới với những hệ hành tinh xa xôi - dù chỉ là vài năm ánh sáng - dường như vẫn còn là điều quá xa vời.

Tuy nhiên, với tốc độ phát triển của các ngành công nghệ trong những năm qua thì bạn có quyền hi vọng vào một đột phá trong công nghệ chế tạo tên lửa không gian ở những thập kỷ tới.

Một nguồn năng lượng hạt nhân và một vỏ tàu đủ nhẹ có thể sẽ là giải pháp để tăng tốc cho các con tàu. Nhưng để tạo được gia tốc ban đầu đủ lớn thì từ nhiều năm nay, các nhà nghiên cứu đã nghĩ tới một giải pháp khác và bắt đầu áp dụng nó. Công nghệ mà có thể bạn chưa từng nghe nói này được gọi là buồm Mặt trời (Solar sail).

Những con tàu sử dụng công nghệ này được trang bị những tấm gương lớn để đóng vai trò tương tự như cánh buồm của những con thuyền. Nhưng thứ sẽ đẩy những cánh buồm này không phải là gió như bạn vẫn biết, mà là bức xạ từ Mặt trời.

Áp lực từ bức xạ Mặt trời rất yếu nếu so sánh với lực đẩy của các tên lửa sử dụng nhiên liệu thông dụng ngày nay. Bù lại, nó giúp các con tàu không cần mang theo những khoang chứa nhiên liệu cồng kềnh, và quan trọng hơn là nó tạo ra lực đẩy liên tục và vô hạn, giống như lực hấp dẫn liên tục kéo bạn xuống và gây ra gia tốc trong suốt quá trình rơi.

Vì bức xạ từ Mặt trời phân tán đều trên toàn bộ khoảng không bao quanh nó, lực đẩy của nó tác động lên một con tàu phụ thuộc vào tiết diện nhận bức xạ của cánh buồm, có nghĩa là cần chế tạo gương càng lớn càng tốt để có thể thu được lực đẩy tối đa.

Công nghệ này không hề là viễn tưởng. Nó đã được áp dụng thành công lần đầu tiên từ năm 2010. Vào thời điểm đó, Cơ quan thám hiểm hàng không không gian Nhật Bản (viết tắt là JAXA) đã phóng thành công tàu IKAROS, một con tàu sử dụng công nghệ buồm Mặt trời, tới sao Kim. Sứ mệnh này đã hoàn toàn thành công.

Nhưng tất nhiên, vận tốc mà con tàu này đạt được chỉ như một tàu không gian thông thường, khi mà cánh buồm của nó có diện tích chỉ 14x14m (tức là 196m²) và thực tế nó cũng không cần phải nhanh hơn khi mà đích đến chỉ là sao Kim.

Có thể chế tạo những con tàu đạt một phần vận tốc ánh sáng

Nhưng trong tương lai, các nhà nghiên cứu tin rằng, công nghệ này có thể giúp những con tàu đạt tới một phần của vận tốc ánh sáng (khoảng vài hoặc trên 10%, còn lớn đến mức để tận dụng được cả hiệu ứng co giãn độ dài và thời gian thì sẽ còn khá lâu nữa).

Với việc đạt tới 10% vận tốc ánh sáng, con tàu sẽ vượt qua quỹ đạo của sao Hải Vương trong chưa tới 2 ngày, và chỉ mất thêm vài ngày sau đó để đi vào không gian liên sao - quãng đường mà tàu Voyager 1 đã đi mất hơn 40 năm.

Khi đi quá xa khỏi Mặt trời, áp lực từ bức xạ giảm dần và sẽ dần mất tác dụng. Lúc này, con tàu đã đạt được vận tốc tối đa và sẽ tiếp tục di chuyển theo quán tính cùng với một chút trợ giúp do hệ thống phản lực chạy bằng nguồn năng lượng hạt nhân mang theo.

Cánh buồm có thể được gập gọn lại để hạn chế xác suất va chạm với các vật thể nhỏ trên đường đi. Chúng sẽ lại bung ra khi cần như gần đích đến, nó sẽ cần bung ra và quay ngược lại để hướng về phía ngôi sao của chính hệ hành tinh đích.

Với mục đích sử dụng bức xạ của ngôi sao đó hãm chuyển động của tàu, vì chúng ta không muốn con tàu của mình lao vào một hành tinh với vận tốc lên tới 30.000 km/s.

Tất nhiên, với vận tốc đó, sẽ mất tới 40 năm để tới hệ hành tinh gần nhất, và đó là lý do mà công nghệ sẽ còn phải tiếp tục được cải thiện để có những con tàu ngày càng nhanh…