Chiến dịch "chạm vào Mặt trời" của NASA sắp khởi động, nhưng vì sao tàu thăm dò không bị tan chảy khi làm điều đó?

Đầu tháng 8 sắp tới, NASA sẽ chính thức khởi động một trong những dự án tham vọng nhất từ trước đến nay, đó là phóng tàu thăm dò Parker Solar Probe với nhiệm vụ "chạm vào Mặt trời".

Chính xác hơn thì không phải thực sự chạm, nhưng con tàu lần này sẽ tiếp cận bề mặt của ngôi sao chủ Thái Dương hệ ở một cự ly gần nhất từ trước đến nay. 

Cụ thể, tàu thăm dò Parker sẽ có quỹ đạo xoay quanh Mặt trời ở phạm vi 6,1 triệu km. Nó sẽ có điều kiện thu thập dữ liệu của cái gọi là "nhật hoa" (corona - hay bầu khí quyển bên ngoài Mặt trời). Và đừng nghĩ khoảng cách ấy là xa, vì nhiệt độ của nó có thể lên tới hàng triệu độ C. 

Thế mà con tàu Parker vẫn sẽ chịu được. Bằng cách nào vậy?

Trên thực tế thì dù có là khiên chắn nhiệt hiện đại nhất hiện nay thì cũng sẽ tan chảy ở khoảng 460°C - chính là nhiệt độ bề mặt của sao Kim. Parker dĩ nhiên cũng có một khiên chắn nhiệt, nhưng đó không phải là tất cả.

Theo NASA giải thích, cách để bảo vệ Parker là lợi dụng sự khác biệt giữa hai khái niệm: nhiệt độ và sức nóng, kết hợp cùng mật độ không gian. Nhiệt độ thực chất là cho thấy tốc độ di chuyển của các phân tử. Trong khi đó, sức nóng lại số năng lượng chuyển từ động năng của phân tử. 

Nhật hoa của Mặt trời có nhiệt độ rất cao, nhưng sức nóng thì không đến như vậy

Trong vũ trụ, các phân tử có thể di chuyển rất nhanh, nhưng sức nóng thực chất lại không nhiều, vì có quá nhiều không gian ở giữa các hạt. 

"Các vành nhật hoa có nhiệt độ rất cao, nhưng mật độ thì thấp" - Susannah Darling, chuyên gia của dự án cho biết.

"Thử so sánh, hãy nghĩ đến việc đặt bàn tay của bạn trong một cái lò nước, với việc cho tay vào một nồi nước sôi (Đừng dại mà thử nhé). Dù kết quả là bạn đều bị thương nặng, nhưng ở trong lò, tay của bạn sẽ chịu được lâu hơn, trong khi chỉ cần chạm nhẹ vào nước sôi là buộc phải giật lại rồi."

"Lý do là vì ở trong nước, tay của bạn sẽ phải tương tác với mật độ phân tử nước dày đặc hơn."

"Ở đây cũng vậy, nhật hoa từ Mặt trời có mật độ rất thấp. Nó có nhiệt độ rất cao, nhưng con tàu sẽ phải tiếp xúc với ít phân tử như vậy, nên không phải chịu quá nhiều sức nóng."

Để dễ hình dung hơn thì điều này cũng có nghĩa rằng khiên chắn nhiệt sẽ chỉ phải chịu nhiệt độ khoảng 1.370°C thôi. Và với khiên chắn hiện đại nhất hiện nay đang được dùng trên Parker, thì điều này là hoàn toàn có thể.

Carbon foam có trong lõi khiên chắn

Theo các chuyên gia nhận xét, tấm khiên ấy là một đỉnh cao của công nghệ. Nó bao gồm 2 mặt chắn bằng carbon siêu nhiệt, kẹp giữa một lõi bọt carbon khác dày khoảng 11,5cm.

Với mặt khiên tiếp xúc với nhật hoa, nó được phủ thêm một lớp sứ trắng dày để phản lại phần nào ánh Mặt trời. Tấm khiên có đường kính khoảng 2,4m, nặng chưa đầy 72,5kg - trọng lượng nhẹ đến bất ngờ cho một con tàu thăm dò - âu cũng nhờ lõi bọt carbon bên trong.

Và lớp khiên này có tác dụng gì? Nó sẽ giữ mọi thứ bên trong con tàu chỉ ở nhiệt độ khoảng 30°C thôi.

Dĩ nhiên, con tàu phải có các bộ phận làm việc bên ngoài lớp lá chắn, và chúng cũng được làm từ chất liệu như lớp khiên ấy. 

Ví dụ như phần cốc Faraday - bộ phận dùng để thu thập phân tử - được làm từ hợp kim khá phức tạp: titanium-zirconium-molybdenum. Nhiệt độ nóng chảy của nó là khoảng 2300°C. 

Hay như những con chip dùng để tạo ra điện từ trường, nhiệt độ nóng chảy của chúng thậm chí lên tới 3.500°C. Ngoài ra, toàn bộ con tàu sẽ liên tục được làm mát nhờ nước khử ion áp suất cao.

Nhìn chung để thực hiện dự án lần này, NASA đã sử dụng mọi công nghệ tuyệt vời nhất mà họ có. Nếu gọi con tàu ấy là đỉnh cao của công nghệ thì quả thực vẫn còn chưa tương xứng đâu. 

Tham khảo: Science Alert