Máy làm gạch Mặt Trăng chạy bằng năng lượng Mặt Trời của Trung Quốc: Mở đường xây dựng các thành phố trên Mặt Trăng

Bước đột phá của Trung Quốc: Biến bụi Mặt Trăng thành gạch xây dựng

Trong bước tiến có thể định hình lại tương lai của hoạt động thám hiểm không gian và cuộc sống ngoài Trái Đất, các nhà khoa học Trung Quốc vừa công bố một cỗ máy chạy bằng năng lượng Mặt Trời có khả năng biến đất Mặt Trăng thành những viên gạch xây dựng chắc chắn. Được phát triển tại Phòng thí nghiệm Thám hiểm Không gian sâu (DSEL) ở Hợp Phì, sáng chế này đánh dấu một bước tiến quan trọng hướng tới xây dựng cơ sở hạ tầng bền vững trên Mặt Trăng, chỉ sử dụng ánh sáng Mặt Trời và tài nguyên sẵn có tại đây. Thiết bị hoạt động gần giống máy in 3D, tận dụng năng lượng Mặt Trời hội tụ để nung chảy lớp đất đá vụn trên Mặt Trăng (lớp đất bụi phủ trên bề mặt) thành những viên gạch đặc chắc, bền lâu. Phương pháp này có thể giảm đáng kể chi phí và độ phức tạp khi xây dựng căn cứ trên Mặt Trăng, loại bỏ nhu cầu vận chuyển vật liệu xây dựng nặng từ Trái Đất.

Máy làm gạch Mặt Trăng hoạt động như thế nào?

Cốt lõi của công nghệ này là cách sử dụng năng lượng Mặt Trời đầy sáng tạo. Hệ thống dùng một gương phản xạ parabol lớn, tức gương cong có khả năng thu nhận và hội tụ ánh sáng Mặt Trời. Ánh sáng hội tụ sau đó được truyền qua các bó sợi quang, làm năng lượng mạnh hơn 3.000 lần so với ánh sáng Mặt Trời thông thường trên Trái Đất. Tại tiêu điểm, nhiệt độ tăng lên hơn 1.300°C (2.372°F), đủ nóng để làm tan chảy lớp đất đá vụn trên Mặt Trăng.

Sau khi được nung chảy, vật liệu này được tạo hình thành gạch bằng quy trình in 3D. Thiết kế của máy đơn giản nhưng hiệu quả cao: không cần nước, chất kết dính hóa học hay phụ gia, chỉ cần đất Mặt Trăng và ánh sáng Mặt Trời. Thành phẩm là những viên gạch đặc chắc, bền vững, phù hợp để xây đường, bãi đáp, bệ đặt thiết bị và đặc biệt là lớp vỏ bảo vệ cho các khu cư trú trên Mặt Trăng.

Vượt qua các trở ngại kỹ thuật

Quá trình phát triển kéo dài hai năm không thiếu thách thức. Thành phần đất Mặt Trăng thay đổi tùy theo vị trí, nên nhóm DSEL đã tạo nhiều mẫu đất đá vụn mô phỏng để bảo đảm máy có thể xử lý sự đa dạng tự nhiên trên Mặt Trăng. Việc truyền và hội tụ năng lượng Mặt Trời một cách hiệu quả cũng là trở ngại lớn, đòi hỏi kỹ thuật chính xác trong cả hệ thống gương phản xạ lẫn sợi quang. Các thử nghiệm rộng rãi trong phòng thí nghiệm với đất Mặt Trăng mô phỏng và ánh sáng Mặt Trời nhân tạo xác nhận quy trình có thể tạo ra những viên gạch đạt độ bền và độ chắc cần thiết một cách ổn định.

Vì sao nên xây dựng bằng đất đá vụn trên Mặt Trăng?

Vận chuyển vật liệu xây dựng từ Trái Đất lên Mặt Trăng vừa tốn kém đến mức khó khả thi, vừa phức tạp về hậu cần. Mỗi kilogram được phóng vào không gian đều làm tăng đáng kể chi phí và rủi ro. Bằng cách sử dụng tài nguyên tại chỗ (ISRU), tức chiến lược tận dụng vật liệu địa phương, các cơ quan không gian có thể giảm mạnh chi phí nhiệm vụ và tăng tính khả thi của các khu định cư lâu dài trên Mặt Trăng.

Đất đá vụn trên Mặt Trăng, lớp đất mịn dạng bột phủ trên bề mặt, có trữ lượng dồi dào và có thể được tạo hình thành cấu trúc rắn sau khi nung chảy. Khả năng sử dụng đất đá vụn mà không cần phụ gia hay vật liệu nhập từ nơi khác của cỗ máy Trung Quốc là bước đột phá lớn trong công nghệ ISRU.

Từ nguyên mẫu đến thành phố trên Mặt Trăng: Thử nghiệm và kế hoạch tương lai

Trước khi triển khai công nghệ này trên Mặt Trăng, các nhà khoa học Trung Quốc đang kiểm tra nghiêm ngặt hiệu năng của gạch trong không gian. Tháng 11/2024, các viên gạch Mặt Trăng mô phỏng được đưa lên trạm vũ trụ Thiên Cung của Trung Quốc bằng tàu chở hàng Thiên Châu-8. Các phi hành gia sẽ cho gạch tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt ngoài không gian, gồm biến động nhiệt độ cực lớn, bức xạ và vi trọng lực, để đánh giá độ bền cơ học, khả năng chịu nhiệt và khả năng chắn bức xạ.

Các thử nghiệm này đóng vai trò then chốt trong việc xác nhận gạch có phù hợp cho xây dựng trên Mặt Trăng hay không. Nếu thành công, giai đoạn tiếp theo sẽ tích hợp máy làm gạch với các hệ thống xây dựng robot, cho phép lắp ráp cơ sở hạ tầng trên Mặt Trăng tự động ở quy mô lớn. Tầm nhìn đặt ra rất tham vọng: các đội robot sản xuất hàng loạt và lắp ráp gạch để xây đường, bãi đáp và lớp vỏ bảo vệ cho các mô-đun cư trú, tạo nền tảng cho những căn cứ lâu dài và cuối cùng là cả các thành phố trên Mặt Trăng.

Hạn chế và giải pháp kỹ thuật

Dù đặc chắc và bền vững, gạch không thể duy trì áp suất khí quyển bên trong trong môi trường chân không và trọng lực thấp trên Mặt Trăng. Thay vào đó, gạch được thiết kế làm lớp ngoài bảo vệ cho các khu cư trú có áp suất, được chế tạo từ mô-đun cứng hoặc bơm phồng. Cách tiếp cận nhiều lớp này có một số ưu điểm:

• Chắn bức xạ: Gạch tạo lớp bảo vệ thiết yếu trước tia vũ trụ có hại và bức xạ Mặt Trời.
• Chống vi thiên thạch: Lớp vỏ ngoài đặc chắc giúp bảo vệ khu cư trú trước các vụ va chạm của vi thiên thạch tốc độ cao.
• Cách nhiệt: Gạch giúp điều hòa mức biến động nhiệt độ cực lớn trên bề mặt Mặt Trăng, có thể dao động từ -173°C vào ban đêm đến 127°C vào ban ngày.

Tham vọng rộng lớn hơn của Trung Quốc trên Mặt Trăng

Máy làm gạch Mặt Trăng chỉ là một phần trong kế hoạch đầy tham vọng của Trung Quốc về thám hiểm và định cư trên Mặt Trăng. DSEL, trung tâm nghiên cứu quốc gia do Cục Vũ trụ Quốc gia Trung Quốc (CNSA), chính quyền tỉnh An Huy và Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đồng sáng lập, đang đi đầu trong phát triển công nghệ không gian sâu. Trọng tâm của trung tâm không chỉ có sản xuất gạch mà còn bao gồm thu nhận năng lượng, khai thác nước và quy hoạch cơ sở hạ tầng cho các nhiệm vụ lên Mặt Trăng và Sao Hỏa.

Dự án Trạm Nghiên cứu Mặt Trăng Quốc tế (ILRS) của Trung Quốc thể hiện rõ những tham vọng này. Được lên kế hoạch theo hai giai đoạn, ILRS hướng tới xây dựng một cơ sở nghiên cứu cơ bản tại cực nam Mặt Trăng vào năm 2035, sau đó phát triển mô hình mở rộng vào thập niên 2040. Tính đến tháng 4/2025, đã có 17 quốc gia và hơn 50 viện nghiên cứu quốc tế tham gia sáng kiến ILRS, cho thấy sự quan tâm ngày càng tăng của thế giới đối với hoạt động thám hiểm Mặt Trăng.

Xây dựng tự động và tích hợp robot

Việc sử dụng robot tự động để xây dựng trên Mặt Trăng là trọng tâm trong tầm nhìn của Trung Quốc. Máy làm gạch được thiết kế để phối hợp với các hệ thống robot có thể sản xuất hàng loạt, vận chuyển và lắp ráp gạch thành các cấu trúc mô-đun. Cách tiếp cận này giảm thiểu nhu cầu lao động của con người trong môi trường nguy hiểm trên Mặt Trăng, đồng thời cho phép xây dựng nhanh chóng và mở rộng quy mô.

Dương Hồng Luân, kỹ sư cao cấp của dự án, phác thảo tầm nhìn rộng hơn:

Mục tiêu của chúng tôi là tạo ra quy trình xây dựng hoàn toàn tự động trên bề mặt Mặt Trăng, trong đó robot chế tạo và lắp ráp các mô-đun công trình chỉ bằng tài nguyên tại chỗ và năng lượng Mặt Trời. Điều này sẽ cho phép con người hiện diện thường trực trên Mặt Trăng.

Bối cảnh toàn cầu: Cuộc đua xây dựng trên Mặt Trăng

Trung Quốc không phải quốc gia duy nhất theo đuổi công nghệ xây dựng trên Mặt Trăng. Mỹ, thông qua chương trình Artemis của NASA, cũng đang phát triển các phương pháp sử dụng đất đá vụn trên Mặt Trăng để xây dựng khu cư trú và cơ sở hạ tầng. Tuy nhiên, tiến độ nhanh chóng và màn trình diễn thành công hệ thống sản xuất bồi đắp chạy bằng năng lượng Mặt Trời đã đưa Trung Quốc trở thành nước dẫn đầu trong lĩnh vực này.

Các nhóm nghiên cứu khác của Trung Quốc đã tìm hiểu những phương pháp thay thế, chẳng hạn dùng chất kết dính để liên kết đất đá vụn hoặc nung kết đất Mặt Trăng thành gạch bằng thợ xây robot. Một số nhóm thậm chí đề xuất sử dụng các đường hầm tự nhiên trên Mặt Trăng (ống dung nham) làm nơi trú ẩn. Những nỗ lực đa dạng này cho thấy tầm quan trọng chiến lược của ISRU và mức độ cạnh tranh quốc tế quyết liệt nhằm tạo chỗ đứng trên Mặt Trăng.

Ý nghĩa đối với chính sách không gian và hoạt động thám hiểm

Thiết lập sự hiện diện lâu dài trên Mặt Trăng không chỉ là thách thức công nghệ mà còn kéo theo những hệ quả địa chính trị và khoa học. Quốc gia đầu tiên xây dựng được căn cứ bền vững trên Mặt Trăng có thể đặt ra những tiền lệ quan trọng về sử dụng tài nguyên, quản trị và hợp tác quốc tế trong không gian. Khi ngày càng nhiều quốc gia và tổ chức tham gia các dự án Mặt Trăng, nơi đây đang trở thành một biên giới mới cho cả hợp tác lẫn cạnh tranh.

Vượt ra ngoài Mặt Trăng: Hướng tới chinh phục không gian bền vững

Những nguyên lý đứng sau máy làm gạch Mặt Trăng của Trung Quốc có thể được ứng dụng rộng hơn nhiều. Các kỹ thuật sản xuất tại chỗ chạy bằng năng lượng Mặt Trời tương tự có thể được điều chỉnh để sử dụng trên Sao Hỏa và các thiên thể khác, nơi vận chuyển vật liệu từ Trái Đất sẽ còn tốn kém hơn. Nhờ tận dụng tài nguyên địa phương và năng lượng tái tạo, các nhiệm vụ không gian trong tương lai có thể tự chủ hơn, mở đường cho việc định cư bền vững trong Hệ Mặt Trời.

Hơn nữa, các công nghệ phát triển cho hoạt động xây dựng trên Mặt Trăng, như hội tụ năng lượng Mặt Trời ở nhiệt độ cao, in 3D tự động và lắp ráp bằng robot, có tiềm năng ứng dụng trên Trái Đất, đặc biệt tại những khu vực xa xôi hoặc khan hiếm tài nguyên.

Tóm lược

• Các nhà khoa học Trung Quốc đã phát triển một cỗ máy chạy bằng năng lượng Mặt Trời, biến đất Mặt Trăng thành gạch xây dựng chắc chắn, chỉ sử dụng ánh sáng Mặt Trời và tài nguyên tại chỗ.
• Công nghệ này sử dụng gương phản xạ parabol và sợi quang để hội tụ năng lượng Mặt Trời, nung chảy đất đá vụn ở nhiệt độ trên 1.300°C rồi tạo hình bằng công nghệ in 3D.
• Gạch thành phẩm đặc chắc và bền vững, phù hợp để xây đường, bệ đặt thiết bị và lớp vỏ bảo vệ cho khu cư trú trên Mặt Trăng, nhưng không thể tự duy trì áp suất bên trong.
• Gạch mô phỏng đang được thử nghiệm trên trạm vũ trụ Thiên Cung của Trung Quốc để đánh giá độ bền và mức độ phù hợp với điều kiện trên Mặt Trăng.
• Sáng chế này nằm trong kế hoạch rộng lớn hơn của Trung Quốc nhằm xây dựng cơ sở hạ tầng trên Mặt Trăng bằng hệ thống robot lắp ráp tự động, hỗ trợ con người hiện diện thường trực tại đây.
• Tiến bộ của Trung Quốc trong lĩnh vực sử dụng tài nguyên tại chỗ (ISRU) giúp nước này có vị thế dẫn đầu trong cuộc đua xây dựng trên Mặt Trăng, đồng thời mở ra triển vọng cho các nhiệm vụ lên Sao Hỏa và hoạt động định cư bền vững trong không gian.