Helium - Nhân tố bí ẩn khiến các sứ mệnh vũ trụ gặp khó khăn

Helium, một nguyên tố quen thuộc trong cuộc sống hàng ngày, thực chất đóng vai trò vô cùng quan trọng trong công nghệ vũ trụ, đặc biệt là trong việc phóng tên lửa. Nhưng tại sao helium lại được ưu ái sử dụng, và điều gì khiến nó trở thành một thách thức đối với ngành công nghiệp không gian?

Helium là nguyên tố hóa học trơ, không phản ứng với các chất khác và cũng không dễ bắt cháy, điều này làm cho nó trở nên an toàn trong môi trường khắc nghiệt của không gian. Với số nguyên tử là 2, helium là nguyên tố nhẹ thứ hai sau hydro. Đặc tính nhẹ và trơ của helium là lý do chính khiến nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho việc sử dụng trong các hệ thống tên lửa và tàu vũ trụ.

Một yếu tố quan trọng khác là điểm sôi cực thấp của helium (-268.9°C), giúp nó duy trì trạng thái khí ngay cả trong các môi trường siêu lạnh, nơi nhiều loại nhiên liệu tên lửa được lưu trữ. Tính năng này đảm bảo helium có thể hoạt động ổn định trong các điều kiện khắc nghiệt mà không bị hóa lỏng hoặc mất đi các đặc tính quan trọng.

(Ảnh: Theo NASA)

Helium được sử dụng chủ yếu để tạo áp lực cho các thùng nhiên liệu, giúp duy trì dòng chảy của nhiên liệu đến động cơ mà không bị gián đoạn. Khi nhiên liệu và chất oxy hóa được đốt cháy trong động cơ, không gian trống trong các thùng nhiên liệu cần được lấp đầy bằng helium để duy trì áp lực. Vì không tương tác với nhiên liệu còn sót lại, helium giúp tránh các phản ứng không mong muốn.

Ngoài ra, helium còn được sử dụng trong các hệ thống làm mát của tên lửa. Với khả năng chịu đựng ở nhiệt độ siêu thấp mà không mất tính chất, helium giúp bảo quản nhiên liệu và các bộ phận của tên lửa trong điều kiện tối ưu.

Với kích thước nguyên tử nhỏ và trọng lượng phân tử thấp, helium dễ dàng thoát qua các khe hở nhỏ hoặc các gioăng trong hệ thống lưu trữ và hệ thống nhiên liệu. Điều này khiến việc kiểm soát helium trở thành một thách thức lớn. Các kỹ sư không gian thường gặp phải vấn đề rò rỉ helium, làm trì hoãn hoặc thậm chí hủy bỏ các nhiệm vụ không gian.

Một ví dụ điển hình là sự cố với tàu vũ trụ Starliner của Boeing, nơi phát hiện rò rỉ helium ngay trước khi thực hiện nhiệm vụ. Các cảm biến phát hiện sự cố rò rỉ tại một trong những bộ phận của Starliner, buộc NASA phải hoãn nhiệm vụ để kiểm tra và đánh giá rủi ro. Trong không gian, các lỗi rò rỉ có thể dẫn đến những quyết định quan trọng như đưa tàu trở lại Trái Đất mà không hoàn thành mục tiêu.

Một số sứ mệnh không gian đã thử nghiệm sử dụng các loại khí khác như argon và nitơ vì chúng cũng là các khí trơ và đôi khi có giá thành rẻ hơn. Tuy nhiên, helium vẫn là lựa chọn ưu tiên nhờ những tính năng vượt trội và hiệu quả đã được kiểm chứng.

Một giải pháp mới đã được áp dụng trên tên lửa Ariane 6 của châu Âu, thay thế helium bằng hệ thống tạo áp lực bằng cách chuyển đổi một phần nhiên liệu chính thành khí. Tuy nhiên, hệ thống này đã gặp trục trặc trong lần phóng thử nghiệm, làm dấy lên những thách thức về việc tạo áp lực trong ngành công nghiệp tên lửa.

Những sự cố rò rỉ helium nhấn mạnh nhu cầu cấp thiết trong việc cải tiến thiết kế van và cơ chế thắt chặt hệ thống. Ngành công nghiệp vũ trụ đang đối mặt với nhiều thách thức trong việc tìm ra các giải pháp mới để đảm bảo các sứ mệnh không gian diễn ra suôn sẻ và an toàn, nhưng helium vẫn là thành phần không thể thiếu trong hiện tại.

Việc sử dụng helium trong tên lửa và tàu vũ trụ tiếp tục là một yếu tố quan trọng để đảm bảo thành công cho các sứ mệnh không gian trong tương lai.