Sự Tiến Hóa Đáng Kinh Ngạc của Động Cơ Đẩy Điện trong Vũ Trụ

Trong lĩnh vực động cơ đẩy điện, chúng ta đang chứng kiến sự kết hợp tuyệt vời giữa quá khứ và hiện tại. Hãy cùng khám phá hành trình phát triển từ những thiết kế ban đầu đến công nghệ tiên tiến hiện nay.

Từ Quá Khứ đến Hiện Tại

Bức ảnh trên cho thấy sự tương phản đáng kinh ngạc giữa hai thế hệ động cơ đẩy ion. Phía dưới là một trong những động cơ đẩy ion tàu vũ trụ đầu tiên, có nguồn gốc từ EOS (Electro-Optical Systems) khoảng năm 1962. Phía trên là một thiết bị hiện đại, một kỳ quan công nghệ từ vệ tinh Starlink của SpaceX, được sử dụng để di chuyển trên quỹ đạo.

Đột Phá của SpaceX

SpaceX đã làm chủ công nghệ động cơ Hall Effect sử dụng Argon, một thành tựu mà chưa ai khác có thể đạt được. Điều này mang lại:

Mật độ công suất cao hơn (4.2kW trong 2.1kg)
Chi phí khí đẩy thấp hơn nhiều (khoảng $10 mỗi vệ tinh)

So với các thiết kế trước đây sử dụng Krypton hoặc Xenon, đây là một bước tiến đáng kể.

Chi Tiết Kỹ Thuật

Động cơ này là một trong những đơn vị bay đầu tiên của năm 2023 cho Starlink V2 Mini, và là đơn vị duy nhất bên ngoài công ty. Đặc điểm của những động cơ này bao gồm:

Chỉ sử dụng trong không gian
Lực đẩy tương đối thấp
Có thể hoạt động liên tục trong thời gian dài với ISP (Impulse Specific) rất cao
Nhỏ gọn và đáng tin cậy

Chúng thường được sử dụng để duy trì vị trí vệ tinh và trong các nhiệm vụ liên hành tinh, nơi động cơ Argon này có thể giảm thời gian di chuyển từ 5 năm xuống còn vài tháng.

Cấu Tạo Đơn Giản nhưng Hiệu Quả

Mặt sau của động cơ SpaceX cho thấy cấu tạo đơn giản của nó:

Đường ống dẫn khí
Dây điện cho cathode và điện cực
Cách điện bằng Boron Nitride ở mặt bên kia
Nam châm vĩnh cửu để tạo thấu kính cho các dòng

Nhìn lại Lịch sử

Ben Longmier, người thiết kế chính của động cơ SpaceX, đã giúp xác định động cơ cũ trong bộ sưu tập. Đó có vẻ là “một đơn vị phát triển hoặc đơn vị bay ban đầu cho động cơ Cesium từ EOS”. Thiết kế cuối cùng của động cơ EOS hiện đang được trưng bày tại Bảo tàng Smithsonian và đã được thử nghiệm thành công hai lần trong không gian trên các chuyến bay của tên lửa Air Force Blue Scout vào năm 1964.

Từ Ý Tưởng đến Hiện Thực

Năm 1912, Goddard đã đề xuất rằng các dòng điện tử và ion dương tốc độ cao có thể được “tăng cường năng lượng” bằng nguồn điện mặt trời để tạo lực đẩy cho tàu vũ trụ liên hành tinh. Ông còn đi xa hơn khi gợi ý rằng nguồn ion có thể đến từ việc tiếp xúc các nguyên tử kiềm, như thủy ngân hoặc cesium, với bề mặt tungsten nóng. Và ông đã hoàn toàn đúng!

Giấc Mơ Mars

Ernst Stuhlinger, một trong những nhà khoa học tên lửa ban đầu trong nhóm của Von Braun, đã có những ý tưởng về việc mở rộng chương trình không gian ra ngoài mặt trăng và gửi tàu vũ trụ sâu hơn vào hệ mặt trời, đặc biệt là sao Hỏa. Một trong những khái niệm của Ernst liên quan đến tàu vũ trụ chạy bằng năng lượng mặt trời sử dụng động cơ đẩy ion Cesium để đạt được tỷ lệ tải trọng rất cao từ quỹ đạo Trái Đất đến quỹ đạo tiêm vào sao Hỏa.

Kết Luận

Với sự hồi sinh hiện đại của chương trình sao Hỏa, các vệ tinh Marslink của SpaceX đưa chúng ta từ giấc mơ này sang giấc mơ khác. Như Andrew Chaiken đã viết trong cuốn sách “A Man on the Moon”: “Các nhà sử học của tương lai xa có thể nhìn lại Apollo và các nhiệm vụ sắp tới như một Thời đại Khám phá Không gian vĩ đại. Nhưng trong tâm trí tôi, đó là một sự tan biến chậm rãi, từ ký ức đến sự mong đợi, từ những gì đã có đến những gì sẽ có, từ giấc mơ này đến giấc mơ khác.”