Động cơ đẩy hiệu ứng Hall sẽ “chống lưng” sứ mệnh tương lai của NASA ra sao?

(PCWorldVN) Nhằm thực hiện sứ mệnh bắt tiểu hành tinh và các vật thể khác vào năm 2020, NASA đang chế tạo những động cơ đẩy hiệu ứng Hall thế hệ mới.

• Boeing sắp thử nghiệm công nghệ thân thiện môi trường cho máy bay
• Tàu vũ trụ NASA đang trên đường đến Diêm Vương Tinh
• Công nghệ của NASA phục vụ cuộc sống
• NASA chuẩn bị đưa người lên sao Hoả
• NASA tạo ra mẫu vật được in 3D đầu tiên trong không gian

Cùng lúc này, Cơ quan Không gian châu Âu (ESA) cũng đang cố gắng cải thiện các động cơ đẩy hiệu ứng Hall của riêng họ để cung cấp năng lượng cho các sứ mệnh tương lai.

Vậy động cơ đẩy hiệu ứng Hall là gì?

Theo NASA, động cơ hiệu ứng Hall là một loại động cơ đẩy ion có thể tạo ra 3 newton lực, tương đương lực tạo ra bởi 1 vật có trọng lượng 54 quarter (1 quarter = 11,3 kg).

Tuy nhiên, chúng hiệu quả hơn các tên lửa đẩy tiêu chuẩn, và nếu vận hành vừa đủ lâu, chúng có thể đẩy một phi thuyền đạt đến tốc độ cao ở mức 50.000 m/giây (tức 112.000 dặm/giờ). Vậy chúng thực sự hoạt động như thế nào?

Ảnh minh họa.

Theo trang tin Engadget, động cơ đẩy hiệu ứng Hall được Liên Xô chế tạo vào thập niên 1950 và được triển khai lần đầu tiên vào năm 1971 trên một vệ tinh theo dõi thời tiết của Nga. Kể từ đó, hơn 240 động cơ đẩy đã được vận hành, thường để đẩy các vệ tinh vào quỹ đạo và giữ chúng ở đó.

Các động cơ thường hiệu quả hơn 10 lần so với các tên lửa đẩy hóa học, và có thể vận hành trong những khoảng thời gian dài bằng cách sử dụng một nguồn khí trơ cố định kết hợp với điện mặt trời hoặc điện hạt nhân. Động cơ đẩy hiệu ứng Hall đầu tiên được sử dụng bên ngoài quỹ đạo Trái đất (trên phi thuyền bay quanh quỹ đạo mặt trăng Smart-1 của ESA) vận hành trong thời gian lâu kỷ lục là 2 năm. Không chỉ đáng tin cậy, những động cơ này cũng rất an toàn do các khí trơ không thể gây nổ.

Các động cơ đẩy Hall sử dụng một hiệu ứng từ trường để thúc đẩy các ion (hạt mang điện) đạt đến tốc độ cao, tạo ra lực đẩy. Sau đây là cách thức hoạt động: những tấm pin mặt trời của một phi thuyền hoặc nguồn điện khác nạp điện vào các bức tường cực dương đến một mức năng lượng điện tích cao. Các electron được tạo ra bởi một cực âm hướng xuôi bị hút đến cực dương và kéo vào một kênh cách ly. Ở điểm đó, chúng bị giữ lại bằng những nam châm cực mạnh để hình thành một vòng tròn xoay vòng gọi là dòng Hall.

Một khí trơ, thường là xenon, khi đó được bơm vào ống cực dương, nơi chúng va chạm với các electron để hình thành khí xenon dương tính, có tên khác là plasma. Từ trường thúc đẩy khí plasma đạt đến tốc độ 35.000 dặm/giờ, tạo ra lực đẩy. Với một điện tích dương, khí plasma cũng kéo electron từ các cực âm hướng xuôi, trung hòa điện tích và ngăn tình trạng tĩnh điện hình thành trên phi thuyền.

Để so sánh, những động cơ đẩy được thiết kế có lưới vận hành khác một chút. Ở những động cơ đó, các electron kết hợp với khí trơ để tạo ra xenon ion hóa như cách động cơ đẩy Hall, nhưng khí plasma được tạo ra được thúc đẩy bởi một mạng lưới âm ở cuối động cơ, thay vì từ trường, để tạo ra lực đẩy. Một khi khí plasma rời khỏi động cơ, một “thành phần trung hoa cực âm” tạo ra các electron để ngăn điện tích tĩnh hình thành trên phi thuyền.

Về khả năng hoạt động, các động cơ đẩy có lưới tiết kiệm nhiên liệu hoạt động hiệu quả hơn các động cơ đẩy Hall. Tuy nhiên, các động cơ đẩy Hall cung cấp điện nhiều hơn trong “gói” nhỏ hơn. Đó là lý do tại sao cả NASA lẫn ESA đều xoáy vào công nghệ đó, đặc biệt cho những sứ mệnh xa hơn quỹ đạo Trái đất.