Pin hạt nhân giúp tàu vũ trụ hoạt động liên tục suốt nhiều thập kỷ

Trong hành trình khám phá không gian đầy thử thách và tốn kém, việc duy trì nguồn năng lượng ổn định và bền bỉ cho các tàu vũ trụ luôn là một trong những ưu tiên hàng đầu của các cơ quan vũ trụ trên thế giới. Khi các tấm pin Mặt Trời không còn đủ hiệu quả trong môi trường xa xôi, thiếu ánh sáng hoặc khắc nghiệt, công nghệ pin hạt nhân – cụ thể là máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ (RTG) – đã chứng minh vai trò không thể thay thế.

Cơ chế hoạt động của pin RTG: Từ phân rã phóng xạ đến dòng điện

RTG không hoạt động dựa trên phản ứng phân hạch giống như các lò phản ứng hạt nhân truyền thống mà dựa vào hiện tượng phân rã tự nhiên của chất đồng vị plutonium-238 (Pu-238). Khi Pu-238 phân rã, nó phát ra hạt alpha và sinh nhiệt ổn định trong thời gian dài. Lượng nhiệt này sau đó được chuyển thành điện năng nhờ hiệu ứng Seebeck – một quá trình vật lý trong đó sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai vật liệu dẫn điện khác nhau tạo ra dòng điện.

Đây là một hệ thống khép kín, không yêu cầu bộ phận chuyển động, giúp tăng độ bền và giảm thiểu rủi ro cơ học trong môi trường khắc nghiệt của không gian.

RTG không hoạt động dựa trên phản ứng phân hạch giống như các lò phản ứng hạt nhân truyền thống. Ảnh: Internet

Nguồn năng lượng tin cậy cho các nhiệm vụ dài hạn

Một trong những ưu điểm nổi bật của RTG là tuổi thọ vượt trội. Nhờ chu kỳ bán rã của Pu-238 kéo dài hơn 90 năm, các thiết bị sử dụng RTG có thể vận hành ổn định trong hàng chục năm mà không cần thay thế nguồn điện. Điều này đặc biệt hữu ích cho các sứ mệnh không gian kéo dài hàng thập kỷ, như tàu Voyager 1 và 2, vốn vẫn truyền tín hiệu về Trái Đất dù đã rời Hệ Mặt Trời từ nhiều năm trước.

Ngoài ra, RTG còn hoạt động hiệu quả ở những nơi ánh sáng Mặt Trời yếu hoặc không có, chẳng hạn như mặt tối của các hành tinh, vệ tinh xa xôi hoặc các thiên thể nằm ở rìa hệ Mặt Trời. Điều này làm cho RTG trở thành lựa chọn ưu tiên trong các chuyến thám hiểm sao Hỏa, sao Thổ hay thậm chí là các hành trình tới các hành tinh băng giá như sao Hải Vương.

Lịch sử ứng dụng và vai trò trong các sứ mệnh không gian

RTG đầu tiên được phóng lên không gian vào năm 1961 trên vệ tinh Navy Transit 4A. Kể từ đó, công nghệ này đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều sứ mệnh vũ trụ mang tính biểu tượng như tàu Cassini khám phá sao Thổ, hay robot tự hành Curiosity và Perseverance đang hoạt động trên sao Hỏa.

Không chỉ dừng lại ở không gian, RTG còn từng được ứng dụng trên Trái Đất trong các thiết bị như đèn biển, trạm khí tượng không người điều khiển ở vùng hẻo lánh, nơi việc bảo trì và thay thế năng lượng là điều gần như không thể thực hiện thường xuyên.

An toàn là ưu tiên hàng đầu trong thiết kế RTG

Mặc dù không xảy ra phản ứng phân hạch như trong các nhà máy điện hạt nhân, việc sử dụng chất phóng xạ như Pu-238 vẫn khiến dư luận và các chuyên gia đặt ra nhiều câu hỏi liên quan đến an toàn, nhất là trong trường hợp xảy ra sự cố trong quá trình phóng tàu.

Để giải quyết điều này, các nhà thiết kế RTG hiện đại đã áp dụng những biện pháp kỹ thuật tiên tiến nhằm cô lập tuyệt đối chất phóng xạ, đảm bảo rằng kể cả trong kịch bản tồi tệ nhất như vụ nổ tên lửa, các viên Pu-238 vẫn không bị phát tán ra ngoài môi trường.

Tương lai của công nghệ RTG trong chinh phục không gian

Với ưu điểm vượt trội về độ bền, tính ổn định và khả năng hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt, RTG sẽ tiếp tục là một thành phần không thể thiếu trong các sứ mệnh khám phá vũ trụ trong nhiều thập kỷ tới. Trong bối cảnh con người hướng tới mục tiêu chinh phục sao Hỏa và thiết lập các căn cứ lâu dài trên Mặt Trăng, nhu cầu về những nguồn năng lượng bền bỉ như RTG sẽ ngày càng gia tăng.

Công nghệ pin hạt nhân không chỉ là bước tiến kỹ thuật mà còn là minh chứng cho khả năng vượt qua giới hạn của nhân loại trong hành trình khám phá vũ trụ rộng lớn.

>> Pin hạt nhân siêu nhỏ của Trung Quốc: 50 năm không cần sạc, sẵn sàng sản xuất hàng loạt