Buzz
Tàu thăm dò Voyager của NASA hoạt động nhờ vào một công nghệ ra đời từ thập niên 1960 – cho phép duy trì hoạt động ở khoảng cách hàng tỷ dặm tính từ Trái đất.
Ở vùng rìa hệ Mặt trời, nơi ánh sáng quá yếu để pin mặt trời hoạt động hiệu quả, các tàu Voyager buộc phải sử dụng công nghệ cũ từ những năm 1960 – pin hạt nhân, hay máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ (RTG), để tiếp tục thực hiện nhiệm vụ từ khoảng cách hàng tỷ dặm.
Khi còn gần Trái đất, tàu vũ trụ có thể khai thác năng lượng từ những tấm pin mặt trời cỡ lớn. Nhưng càng tiến xa, ánh sáng mờ dần, khiến giải pháp này không còn hiệu quả. Ngay cả những sứ mệnh trong hệ Mặt trời như lên Mặt trăng hay sao Hỏa cũng cần đến nguồn năng lượng thay thế.
The Conversation cho biết không gian là một môi trường vô cùng khắc nghiệt: bức xạ mạnh, nhiệt độ biến đổi cực đoan và yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt để duy trì hoạt động ổn định của tàu vũ trụ. Trong điều kiện như vậy, các kỹ sư đã tạo ra RTG – công nghệ khai thác năng lượng từ quá trình phân rã phóng xạ của plutonium-238.
Khi plutonium-238 phân rã, nó phát ra hạt alpha, làm nóng vật chất xung quanh. Nhiệt này được chuyển thành điện năng nhờ hiệu ứng Seebeck – một nguyên lý do nhà khoa học Thomas Seebeck phát hiện năm 1821, dựa trên sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai chất dẫn khác nhau kết nối trong mạch kín.
Một RTG tiêu chuẩn chứa plutonium-238 ở dạng gốm rắn an toàn, bao quanh bởi vật liệu cách nhiệt và các cặp nhiệt điện. Một đầu của cặp nhiệt điện được giữ ở khoảng 538°C, trong khi đầu còn lại tiếp xúc với môi trường lạnh ngoài không gian, tạo ra dòng điện đủ để duy trì hoạt động của tàu vũ trụ.
Dù mỗi RTG chỉ tạo ra vài trăm watt – tương đương năng lượng cho một chiếc laptop – nhưng trong vùng không gian sâu thẳm, nơi không còn lựa chọn nào khác, đó lại là cứu cánh. Điểm mạnh vượt trội của RTG là cung cấp điện ổn định suốt nhiều thập kỷ mà không cần bộ phận chuyển động, giảm thiểu tối đa nguy cơ hỏng hóc. Một nửa số plutonium trong RTG sẽ phân rã sau khoảng 90 năm.
RTG đã đóng vai trò then chốt trong nhiều nhiệm vụ không gian quan trọng của NASA như các tàu thăm dò Curiosity, Perseverance trên sao Hỏa hay New Horizons ghé thăm sao Diêm Vương. Tuy nhiên, không sứ mệnh nào thể hiện rõ sức mạnh của RTG hơn Voyager.
Voyager 1 và 2 được phóng vào năm 1977, mỗi tàu trang bị ba RTG, cung cấp tổng cộng 470 watt điện khi khởi hành. Sau gần 50 năm, cả hai tàu vẫn đang hoạt động, tiếp tục gửi dữ liệu về Trái đất từ khoảng cách 15,5 tỷ dặm (Voyager 1) và 13 tỷ dặm (Voyager 2). Đây là những thiết bị nhân tạo xa Trái đất nhất trong lịch sử nhân loại – và RTG chính là “trái tim” giữ cho chúng tiếp tục hành trình kỳ diệu ấy.
