Tham vọng bắc thang máy lên vũ trụ

Elon Musk, người đứng đầu Tập đoàn Công nghệ Thám hiểm Không gian SpaceX, cho rằng thang máy vũ trụ là ý tưởng viển vông. Tỷ phú Mỹ nói rằng "xây một cây cầu từ Los Angeles tới Tokyo còn khả thi hơn", dù chính ông là người từng đưa ra nhiều ý tưởng độc đáo như tàu siêu tốc Hyperloop, phương tiện đưa hành khách từ Los Angeles tới San Francisco chỉ trong 35 phút.

Tuy nhiên theo thống kê của BBC, những người ủng hộ thang máy vũ trụ không đồng ý với Musk. Theo họ, tên lửa là một phương tiện lạc hâu, nguy hiểm, ô nhiễm môi trường và quá đắt đỏ. Phương án đề xuất thay thế là xây dựng một đường ray trong không gian cho một tàu vũ trụ sử dụng động cơ điện, với sự trợ giúp của dây cáp siêu chắc và các đối trọng di chuyển theo quỹ đạo địa tĩnh vòng quanh Trái Đất. Nếu thành công, thang máy vũ trụ có thể vận chuyển hàng hóa với giá 500 USD/kg, rẻ hơn nhiều so với mức giá hiện tại (khoảng 2.000 USD/kg). 

Thang máy vũ trụ được cho là phương tiện có thể thay thế tên lửa trong tương lai. Ảnh: Science Photo Library

"Đây sẽ là công nghệ cho phép chúng ta làm chủ hệ Mặt Trời”, Peter Swan, chủ tịch của Hiệp hội thang máy vũ trụ quốc tế, cho biết. Họ sẽ thử nghiệm vận chuyển robot, và dự kiến khoảng 10 - 15 năm sau đó sẽ hoàn thiện 6 - 8 thang máy đủ an toàn để chở người.

Thách thức

Sử dụng cấu trúc Victoria root trong thang máy vũ trụ chưa khả thi ở thời điểm hiện tại. Dây cáp dùng cho thang máy không những cần có chiều dài 100.000 km (hơn hai lần chu vi Trái Đất), mà còn phải có khả năng chịu được trọng lượng của chính nó. Không vật liệu nào hiện nay đáp ứng được các yêu cầu trên.

Tuy nhiên, một số nhà khoa học cho rằng điều đó có thể trở thành hiện thực ngay trong thế kỷ này. Một công ty xây dựng lớn của Nhật Bản từng công bố kế hoạch xây dựng thang máy vũ trụ vào năm 2050. Các chuyên gia Mỹ đang nghiên cứu một loại vật liệu có tính chất của kim cương, tin rằng độ bền chắc của nó có thể được ứng dụng trong tương lai gần.

Việc xây dựng thang máy vũ trụ yêu cầu một loại vật liệu với độ bền chắc phi thường, có khối lượng và khối lượng riêng phù hợp để hỗ trợ các phương tiện vận chuyển, đồng thời chịu được lực cắt siêu lớn. Về mặt an toàn, vấn đề tiếp theo được đặt ra là khả năng tránh va chạm với các mảnh vỡ trôi nổi trong không gian.

Trong 12 năm qua, giới khoa học từng đưa ra ba phương án thiết kế. Hai tác giả Brad Edwards và Eric Westling giới thiệu kế hoạch của họ năm 2013, mô tả mẫu thiết kế có trọng tải 20 tấn, giá thành vận chuyển khoảng 150 USD/kg và chi phí xây dựng là 6 tỷ USD.

Điểm neo cuối tại Trái Đất cần đặt trên một ụ nổi, với kích thước tương đương một tàu chở dầu hoặc tàu sân bay lớn, đặt gần xích đạo để tăng tối đa khả năng chịu tải. Vị trí cách phía tây đảo Galapagos khoảng 1.000 km là nơi thích hợp, vì hiếm khi xuất hiện các cơn bão nhiệt đới lớn.

Trở ngại lớn nhất hiện tại là công nghệ chế tạo dây cáp. Lựa chọn hàng đầu cho công nghệ chế tạo cáp là các ống nano carbon (carbon nanotubes – CNTs). Thử nghiệm cho thấy chúng có cường độ chịu kéo lên tới 63 gigapascal (GPa), gấp 13 lần loại thép tốt nhất hiện nay. 

Việc xây dựng thang máy vũ trụ yêu cầu cần có các loại vật liệu có độ bền chắc cao. Ảnh: NASA

Kể từ khi được phát hiện năm 1991, chiều dài cực đại của CNTs liên tục tăng. Năm 2013, các nhà khoa học Trung Quốc tuyên bố đã tạo ra được CNTs dài nửa mét. Chiều dài của CNTs có thể tăng lên mức km vào năm 2022, ứng dụng để chế tạo cáp thang máy khoảng những năm 2030.

Ngoài CNTs, các nhà nghiên cứu còn đưa ra một loại vật liệu mới, siêu mỏng, tạm gọi là "sợi chỉ kim cương nano"(diamond nanothreads ). Nhóm chuyên gia Đại học bang Pennsylvania, Mỹ, tuyên bố có thể chứng minh nó bền chắc hơn cả CNTs.

Hạn chế rủi ro

Ngay cả khi có thể sản xuất dây cáp với độ bền chắc cần thiết, việc lắp ráp và kết nối các bộ phận của thang máy cũng sẽ là một thách thức lớn. Khó khăn nhỏ khác được tính đến bao gồm vấn đề về an ninh, quản lý, sử dụng các nguồn tài trợ hợp lý…

"Dĩ nhiên vẫn sẽ tồn tại các thách thức lớn, như khi chúng ta xây dựng các tuyến đường sắt xuyên lục địa đầu tiên, hay đào các con kênh Panama và Suez”, Swan nói. Theo ông, việc xây dựng sẽ tốn rất nhiều thời gian và tiền bạc, nhưng chỉ có một câu hỏi được đặt ra là cách xử lý từng thách thức và giảm thiểu rủi ro từng chút một thế nào.

Musk không thể hoàn toàn phủ nhận tính khả thi của thang máy vũ trụ. "Tôi vẫn nghĩ rằng đây là điều không thể làm được ở thời điểm này, nhưng nếu có ai đó có thể chứng minh tôi đã sai thì thật tuyệt vời", ông phát biểu trong hội nghị khoa học của Viện Công nghệ Massachusetts năm ngoái.