Hệ sao Alpha Centauri chỉ cách hệ Mặt Trời của chúng ta 4 năm ánh sáng. Hệ sao này bao gồm 3 ngôi sao giống Mặt Trời với những hành tinh tương tự hệ sao, trong đó có thể tồn tại một bản sao của Trái Đất, nằm trong vùng ở được. Alpha Centauri là lựa chọn lý tưởng đối với những nhà khám phá vũ trụ.
Tuy nhiên, một vấn đề là với công nghệ hiện nay, mãi tới năm 82022, tàu vũ trụ mới bay tới hệ sao Alpha Centauri. Đó là lý do tại sao năm 2016, nhà vật lý thiên văn quá cố Stephen Hawking và nhà phát minh Yuri Milner sáng lập Breakthrough Starshot, dự án phóng tàu thăm dò siêu nhỏ tới Alpha Centauri ở 20% vận tốc ánh sáng, giúp giảm thời gian di chuyển xuống 20 năm.
Thiết kế của họ tập trung vào cánh buồm khai thác năng lượng của photon, những hạt ánh sáng, truyền từ một máy laser trên Trái Đất thay cho gió như cánh buồm thông thường. Dù có vẻ giống công nghệ trong phim khoa học viễn tưởng, ý tưởng này thịnh hành đến mức các nhà nghiên cứu ở khắp nơi trên thế giới bắt đầu tìm cách biến lý thuyết thành hiện thực, nhằm tạo ra một siêu động cơ có thể di chuyển trong vũ trụ ở tốc độ chóng mặt.
Trong bài báo công bố hôm 9/2 trên tạp chí Nano Letters, nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Pennsylvania đề xuất phương pháp để đảm bảo tàu cánh buồm không bị rách do các xung laser mạnh trong hành trình liên sao kéo dài hai thập kỷ. Tưởng tượng một con tàu ra khơi với cánh buồm kéo căng. Cánh buồm sẽ phập phồng theo từng cơn gió và đẩy thuyền về phía trước. Lực đẩy đó xảy ra khi gió tiếp xúc với cánh buồm bị bật ngược lại, tạo ra áp lực. Tàu cánh buồm cũng tương tự.
"Khi photo va vào tàu cánh buồm, chúng bị bật lại và cũng tạo ra áp lực", Igor Bargatin, phó giáo sư ở khoa kỹ thuật cơ khí và cơ khí ứng dụng tại Đại học Pennsylvania, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết. "Cơ chế chính xác hơi khác biệt một chút do chúng ta đang nói về ánh sáng chứ không phải phân tử khí. Tuy nhiên, chúng tạo ra áp lực trong cả hai trường hợp".
Năm 2010, Cơ quan Khám phá Hàng không vũ trụ Nhật Bản phóng nhiệm vụ tàu cánh buồm mang tên Ikaros và gặt hái thành công. Năm 2019, thí nghiệm LightSail 2 phóng vào không gian. Với nguồn vốn do hai nhà khoa học Bill Nye và Neil DeGrasse Tyson kêu gọi quyên góp thông qua trang Kickstarter, dự án đưa một vệ tinh nhỏ bay trong không gian chỉ bằng năng lượng photon.
Nhưng cả Ikaros và LightSail 2 đều sử dụng ánh sáng phát ra từ Mặt Trời thay vì chùm laser theo thiết kế của dự án Breakthrough Starshot. Dù ánh sáng Mặt Trời giúp giảm rủi ro bị rách, nguồn năng lượng này quá yếu để đạt mục tiêu của Starshot. Ngoài ra, xung ánh sáng phải truyền trong thời gian tương đối ngắn bởi một khi tàu cánh buồm bay quá xa Trái Đất, các nhà khoa học sẽ mất khả năng gia tốc cho tàu.
Tóm lại, để đạt vận tốc bằng 1/5 vận tốc ánh sáng và tới Alpha Centauri trong 20 năm, tàu cánh buồm cần xung ánh sáng cực mạnh chỉ khả thi với laser. "Áp lực theo thiết kế lên tàu cánh buồm của chúng tôi không quá lớn, tương đương đặt một đồng xu lên bàn tay", Bargatin nói.
Về mặt khoa học, áp lực tác động lên cánh buồm của tàu vào khoảng 10 pascal, đòi hỏi lượng lớn năng lượng laser. Khác với Ikaro, tàu cánh buồm bay nhờ xung laser siêu mạnh có thể bị phá hủy nặng nề. Theo các nhà nghiên cứu, xung laser mạnh có thể tạo ra áp lực đủ lớn để làm cong và rách buồm. Do đó, Bargatin và cộng sự cho rằng cánh buồm phải có dáng cong giống chiếc dù. Chiều dài cánh buồm và bán kính đường cong nên ở mức 3 m.
Tuy nhiên, ngay cả khi không bị rách, tàu cánh buồm vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức khác. Để vượt qua những vấn đề như vậy, một biện pháp quan trọng là cân nhắc vật liệu làm buồm. Cánh buồm phải bền, siêu nhẹ, phản xạ ánh sáng hiệu quả và tản nhiệt tạo bởi xung laser. Nếu không, cánh buồm có thể bị chảy trong không gian. Hiện nay, nhóm nghiên cứu của Bargatin đang xem xét vật liệu molybdenum disulfide.
Chế tạo máy laser đẩy tàu cánh buồm cũng là khó khăn lớn. Các nhà nghiên cứu liên lạc trong không gian cũng đang tìm cách thu thập thông tin từ tàu thăm dò siêu nhỏ gắn vào cánh buồm. Nếu thiết kế của Breakthrough Starshot thành công vào một ngày nào đó, đây sẽ là minh chứng cho khả năng sáng tạo của con người.
An Khang (Theo Cnet)
- Điều khiển vật thể bay lơ lửng bằng ánh sáng