Tàu vũ trụ sử dụng nguồn điện nào để hoạt động?

Một tàu vũ trụ thường nhận năng lượng từ ít nhất một trong ba nguồn năng lượng: Mặt trời, pin hoặc các nguyên tử không ổn định. Để chọn nguồn năng lượng tốt nhất cho tàu vũ trụ, các kỹ sư cân nhắc xem nó đang hoạt động ở đâu, dự định làm gì ở đó, thời gian hoạt động, theo NASA.

Tàu vũ trụ có các công cụ giúp chúng chụp ảnh và thu thập thông tin trong không gian. Nhưng tàu cần có điện để cung cấp năng lượng cho các thiết bị đó và gửi thông tin trở lại Trái đất. Nguồn điện đến từ đâu?

Câu trả lời là phụ thuộc vào nhiệm vụ của tàu vũ trụ để chọn hệ thống điện tốt nhất cho tàu vũ trụ.

Năng lượng mặt trời

Điện mặt trời là năng lượng từ Mặt trời. Các tàu vũ trụ quay quanh Trái đất, được gọi là vệ tinh, đủ gần với Mặt trời để chúng có thể sử dụng năng lượng mặt trời. Các tàu vũ trụ này có các tấm pin mặt trời chuyển đổi năng lượng của Mặt trời thành điện năng, cung cấp năng lượng cho tàu vũ trụ.

                                                                                                                      (Nguồn: NASA/JPL-Caltech)

Năng lượng mặt trời cũng đã được sử dụng để cung cấp năng lượng cho tàu vũ trụ trên sao Hỏa. Tàu thăm dò sao Hỏa, Spirit and Opportunity; tàu đổ bộ Mars ’Phoenix của NASA đều sử dụng năng lượng từ các tấm pin mặt trời; cả tàu đổ bộ InSight cũng tương tự.

Các tàu vũ trụ du hành xa Mặt trời có các tấm pin mặt trời rất lớn để lấy điện mà chúng cần. Ví dụ, tàu vũ trụ Juno của NASA sử dụng năng lượng mặt trời ở tất cả các hướng ra sao Mộc. Mỗi tấm trong số ba tấm năng lượng mặt trời của Juno dài 30 feet (9 mét)!

Tuy nhiên, năng lượng mặt trời không hoạt động đối với tất cả các tàu vũ trụ. Một lý do là khi tàu vũ trụ di chuyển xa Mặt trời hơn, năng lượng mặt trời trở nên kém hiệu quả hơn. Các nhà thám hiểm sử dụng năng lượng mặt trời cũng có thể bị giới hạn bởi thời tiết và các mùa của hành tinh cũng như bức xạ khắc nghiệt (một dạng năng lượng). Tàu vũ trụ có thể không khám phá được trong môi trường tối tăm, bụi bặm, chẳng hạn như hang động trên Mặt trăng.

Tàu vũ trụ Juno của NASA, quay quanh sao Mộc vào năm 2016, được cung cấp năng lượng bởi các tấm năng lượng mặt trời rất lớn. (Nguồn: NASA/JPL-Caltech)

Khi năng lượng mặt trời không hoạt động, các tàu vũ trụ phải lấy năng lượng theo cách khác. Vì vậy, các nhà khoa học đã phát triển những cách khác để các tàu vũ trụ có thể nhận được năng lượng. Một cách đơn giản là sử dụng pin có thể lưu trữ năng lượng cho tàu vũ trụ sử dụng.

Năng lượng từ pin

Đôi khi, các nhiệm vụ của tàu vũ trụ được thiết kế để chỉ thực hiện trong một khoảng thời gian ngắn. Ví dụ, tàu thăm dò Huygens hạ cánh trên sao Thổ chỉ hoạt động trong vài giờ. Vì vậy, một tấm pin đã cung cấp đủ năng lượng cho tàu đổ bộ thực hiện công việc của nó.

Pin tàu vũ trụ được thiết kế rất bền. Pin cần phải làm việc trong môi trường khắc nghiệt trong không gian và trên bề mặt của các hành tinh khác. Pin cũng cần được sạc lại nhiều lần. Theo thời gian, các nhà khoa học của NASA phát minh ra nhiều cách để cải thiện những viên pin này. Giờ đây, chúng có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn với kích thước nhỏ hơn và tồn tại lâu hơn.

Năng lượng từ nguyên tử

Hầu hết mọi thứ chúng ta biết trong vũ trụ được tạo thành từ các nguyên tử. Các nguyên tử phải tích trữ rất nhiều năng lượng để tự kết hợp với nhau. Nhưng một số nguyên tử - được gọi là đồng vị phóng xạ - không ổn định và bắt đầu tan rã. Khi các nguyên tử tan rã, chúng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt.

Hệ thống điện bằng đồng vị phóng xạ sử dụng sự chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt từ các nguyên tử không ổn định và độ lạnh của không gian để sản xuất điện. NASA sử dụng loại hệ thống này để cung cấp năng lượng cho nhiều sứ mệnh. Ví dụ, nó đã thực hiện các sứ mệnh tới sao Thổ, sao Diêm Vương,... Loại hệ thống năng lượng này cũng cung cấp năng lượng cho tàu thám hiểm Curiosity trên sao Hỏa.

Hệ thống đồng vị phóng xạ tạo ra năng lượng trong thời gian rất dài, ngay cả trong môi trường khắc nghiệt. Trên thực tế, hai tàu vũ trụ Voyager của NASA sử dụng loại năng lượng này. Chúng đã đi xa hơn bất kỳ vật thể nhân tạo nào khác và vẫn đang gửi lại thông tin sau hơn 40 năm trong không gian!