Ở độ cao 400 km, trạm vũ trụ Thiên Cung sẽ cân bằng nhiệt như thế nào?

Trên thực tế, trạm vũ trụ Thiên Cung phải chịu đựng ánh sáng Mặt Trời trực tiếp ngoài không gian vì không có sự bảo vệ của bầu khí quyển, khi bay cách Trái Đất ở độ cao tới 400 km. Do đó, điều này đòi hỏi trạm vũ trụ của Trung Quốc phải có trang bị về các công nghệ phân phối nhiệt tiên tiến.

Theo các chuyên gia, khi hướng về phía Mặt Trời, bề mặt của trạm Thiên Cung có thể sẽ phải đối mặt với những tia nhiệt tới 150 độ C, trong khi đó nhiệt độ ở mặt sau thì giảm xuống -100 độ C. Chính vì vậy, một hệ thống kiểm soát nhiệt là không thể thiếu nhằm duy trì một môi trường thoải mái ở bên trong cabin của trạm vũ trụ.

Hệ thống kiểm soát nhiệt này được thiết kế nhằm giữ cho tất cả các bộ phận của trạm vũ trụ ở trong phạm vi nhiệt độ phù hợp để vận hành, và tạo môi trường dễ chịu để cho các phi hành gia sinh sống.

Không giống với các nhiệm vụ ngắn hạn của phi hành đoàn trước đây, trạm vũ trụ Thiên Cung cần được sử dụng lâu dài và đòi hỏi tiêu chuẩn về kiểm soát nhiệt độ cao và nghiêm ngặt hơn.

Nhóm các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã tiến hành thực hiện một loạt những đột phá công nghệ nhằm tạo ra một điều kiện hoạt động tốt cho trạm vũ trụ Thiên Cung.

Theo đó, mạch chất lỏng được coi là phần quan trọng của hệ thống kiểm soát nhiệt trong không gian, bởi nó bao quanh những module chính bao gồm module lõi và module phòng thí nghiệm. Bằng cách phân phối nhiệt cân bằng, hệ thống này giúp làm mát phần quá nóng và đồng thời làm ấm những nơi quá lạnh để vận hành. Với một số chất lỏng nhất định lưu thông qua các ống, mạch chất lỏng sẽ mang theo nhiệt lượng dư thừa do các bánh răng và phi hành gia tạo ra chuyển đến những thiệt bị hoặc bộ phận khác.

Theo các chuyên gia, module phòng thí nghiệm Vấn Thiên được trang bị nhiều bộ thí nghiệm. Đây cũng là phần nặng và lớn nhất của trạm vũ trụ Thiên Cung nên cần được chăm sóc đặc biệt. Để thu nhiệt sinh ra từ những thiết bị khác nhau và tỏa ra ngoài không gian, các chuyên gia đã phát triển ba bộ hệ thống làm mát. Cụ thể, những hệ thống này có thể tỏa nhiệt tới hàng nghìn kilowat, và đảm bảo cho các thiết bị tinh vi ở bên trong phòng thí nghiệm vẫn hoạt động bình thường.

Bên cạnh hệ thống kiểm soát nhiệt, các chuyên gia cũng áp dụng các biện pháp thụ động khác để giải quyết "bài toán" cân bằng nhiệt trên trạm vũ trụ Thiên Cung. Các biện pháp này có ưu điểm là chi phí thấp, thể tích nhỏ, trọng lượng nhẹ và đặc biệt rủi ro thấp.

Chẳng hạn sử dụng lớp phủ nhiệt là một trong những biện pháp thụ động. Thực tế loạt tàu vũ trụ Thần Châu cũng bắt đầu sử dụng lớp phủ nhiệt màu bạc, kể từ Thần Châu – 12. Bởi vật liệu phủ hấp thụ ít ánh sáng Mặt Trời hơn, đồng thời giúp giảm nhiệt, và ngăn lượng nhiệt từ bên trong cabin tản ra bên ngoài.

Ngoài ra, vật liệu cách nhiệt cũng được coi là một biện pháp thụ động khác. Trạm vũ trụ Thiên Cung sử dụng nhiều lớp cách nhiệt khác nhau cho những tàu vũ trụ khác nhau. Chẳng hạn, tàu chở hàng Thiên Châu 4 của Trung Quốc đã sử dụng vật liệu cách nhiệt nhiều lớp, bao gồm các lớp phim có độ phản xạ cao và lưới polyester để có thể ngăn thất thoát nhiệt.

Cabin chở hàng của con tàu này được phủ lớp cách nhiệt màu xám, hấp thụ ánh sáng Mặt Trời nhiều hơn nhằm tạo ra nhiệt độ cao hơn cho con người hoạt động. Ngược lại, phần động cơ đẩy, nơi chủ yếu chứa thiết bị, lại được phủ lớp cách nhiệt màu trắng để phản xạ lại nhiệt của Mặt Trời, từ đó giúp duy trì mức nhiệt mát hơn.

Trạm Thiên Cung tự sản xuất hơn 90% nước uống

Theo Cơ quan Không gian có người lái Trung Quốc (CMSA), phi hành đoàn Thần Châu – 14 ở trên trạm vũ trụ Thiên Cung hiện có khả năng sản xuất được hơn 90% nước uống thông qua quá trình tái chế.

Điều này cũng có nghĩa là phi hành đoàn chỉ cần ít hơn 10% lượng nước được cung cấp từ mặt đất.

Theo CMSA, việc tái chế nước được thực hiện nhờ vào hệ thống kiểm soát môi trường và hỗ trợ sự sống được lắp đặt trong trạm vũ trụ Thiên Cung, bao gồm có 6 hệ thống phụ tương ứng để sản xuất oxy bằng cách điện phân nước, loại bỏ CO2, loại bỏ khí độc hại, xử lý nước tiểu, xử lý nước và sản xuất nước bằng CO2 và hydro.

Hệ thống đặc biệt trên trạm vũ trụ Thiên Cung có thể thu thập mồ hôi và nước tiểu của các phi hành gia và lọc chúng trở thành nước uống, tạo ra oxy bằng cách điện phân nước tái chế.

Theo các chuyên gia, hệ thống phụ sản xuất nước từ CO2 và hydro được lắp đặt trong trạm vũ trụ Thiên Cung có thể giúp tái chế thêm 1 kg nước mỗi ngày. Điều này giúp nâng tỷ lệ nước uống được sản xuất bằng cách tái chế từ 80% tới hơn 90% trong trạm vũ trụ này.

Theo CMSA, hệ thống hỗ trợ sự sống và kiểm soát môi trường là công nghệ then chốt cho những sứ mệnh có người lái của Trung Quốc, nhằm đảm bảo an toàn cho các phi hành gia ở trên quỹ đạo, đồng thời giúp xây dựng một trạm vũ trụ có thể sống được.

Cơ quan này hiện cũng đang nghiên cứu về những công nghệ tái chế tiếp theo như tái chế thực phẩm để có thể tối đa hóa việc tái sử dụng những nguyên vật liệu trên trạm vũ trụ Thiên Cung trong thời gian tới.

Cấu trúc của trạm vũ trụ Thiên Cung là gì?

Trung Quốc lên kế hoạch sẽ phóng bộ phận cuối cùng của trạm vũ trụ Thiên Cung trong tháng 10/2022. Mộng Thiên chính là module thí nghiệm thứ hai, đồng thời là mảnh ghép cuối cùng trước khi Trung Quốc tiến hành lắp ráp trạm vũ trụ.

Trạm vũ trụ Thiên Cung của Trung Quốc sẽ được xây dựng theo cấu trúc 3 module hình chữ T. Trong đó, module lõi Thiên Hòa ở chính giữa và 2 module thí nghiệm là Vấn Thiên (đã được phóng lên vào tháng 7/2022) và Mộng Thiên ở hai bên. Không gian sống trong trạm vũ trụ Thiên Cung lên tới 110 m3 với 6 phòng ngủ, 2 phòng tắm và có sức chứa 6 phi hành gia sau khi hoàn thành.

Trạm vũ trụ Thiên Cung dự kiến sẽ hoạt động ở quỹ đạo với độ cao khoảng 340 – 450 km so với bề mặt Trái Đất. Theo các chuyên gia, dù tuổi thọ thiết kế của trạm vũ trụ này là 10 năm, nhưng nó có thể hoạt động được hơn 15 năm nếu được bảo dưỡng hợp lý.

Trên thực tế, sau khi trạm vũ trụ Quốc tế (ISS) ngừng hoạt động trong một vài năm tới, Thiên Cung của Trung Quốc có thể sẽ trở thành trạm vũ trụ duy nhất còn hoạt động. Tuy nhiên, Cơ quan Vũ trụ Quốc gia Trung Quốc cũng bày tỏ thái độ sẵn sàng tiến hành hợp tác quốc tế và cho phép các phi hành gia không phải là người Trung Quốc được tham gia những nhiệm vụ ở trên trạm vũ trụ này trong tương lai.

Bài viết tham khảo nguồn: Xinhua, CGTN, Reuters