Khi bạn hình dung một tàu không gian, bạn có lẽ nghĩ về cái này,
hay cái này, hay có thể là cái này.
Điểm chung của chúng là gì?
Ngoài những thứ khác, chúng đều lớn bởi vì phải mang theo con người, nhiêu liệu,
và đủ loại phụ trợ, thiết bị khoa học,
và đôi khi, laser tiêu diệt hành tinh.
Nhưng thế hệ tiếp theo của tàu không gian có thể nhỏ hơn rất nhiều.
Chúng ta đang nói về nhỏ vừa-túi-của-bạn.
Tưởng tượng việc gửi tập đoàn những tàu không gian siêu nhỏ này tới các thiên hà.
Chúng có thể khám phá các ngôi sao và hành tinh xa xôi
bằng cách mang theo các cảm biến điện tử
nó có thể đo lường mọi thứ từ nhiệt độ cho đến tia vũ trụ.
Bạn có thể phóng hàng ngàn bản
mà chỉ tốn ngang với một chiếc tàu không gian,
gia tăng theo luỹ thừa lượng dữ liệu
mà chúng ta có thể thu thập từ vũ trụ.
Và mỗi tàu nhỏ thì không quan trọng
nghĩa là ta có thể gửi chúng tới những môi trường
mà nó quá rủi ro đối với một tên lửa hay tàu thăm dò tỉ đô.
Hàng trăm tàu thăm dò nhỏ đang thật sự quay quanh Trái Đất,
chụp ảnh ngoài không gian,
và thu thập nhiều dữ liệu,
ví như hành vi của vi khuẩn trong bầu khí quyển Trái Đất
và những tín hiệu từ trường giúp ích cho việc dự báo động đất.
Nhưng ta có thể biết thêm rất nhiều nếu chúng có thể bay khỏi quỹ đạo Trái Đất.
Đó chính xác là điều mà các cơ quan như NASA muốn làm:
gửi các tàu thăm dò siêu nhỏ tới các hành tinh có khả năng duy trì sự sống
và ghi lại các hiện tượng thiên văn mà chúng ta không thể nghiên cứu từ Trái Đất.
Nhưng những thứ quá nhỏ không thể mang một động cơ lớn hay nhiều tấn nhiêu liệu,
làm sao con tàu có thể đẩy nó đi?
Với tàu không gian siêu nhỏ, hoá ra, bạn cần vi phản lực.
Trên những thang đo thật sự nhỏ,
một vài định luật vật lý quen thuộc không thể áp dụng,
đặc biệt là, cơ học Newton bị phá vỡ,
và các lực thường bị bỏ qua trở nên quan trọng.
Những lực này gồm có sức căng bề mặt và mao dẫn,
những hiện tượng điều khiển những vật nhỏ bé.
Hệ thống đẩy siêu nhỏ có thể dùng những lực này để hoạt động tàu không gian.
Một ví dụ cách thức hoạt động có thể
được gọi là hệ thống đẩy điện tử lưu chất vi mô.
Nó là một dạng đẩy ion,
điều này có nghĩa là nó bắn ra các hạt mang điện để sinh ra mômen.
Một mô hình đang được phát triển tại phòng thí nghiệm phản lực của NASA
chỉ dài khoảng vài centimet.
Đây là cách nó hoạt động.
Tấm kim loạt kích thước lá tem này được bao phủ bởi hàng trăm đầu kim nhỏ
và được phủ một lớp kim loại có điểm nóng chảy thấp, chẳng hạn như indium.
Một lưới kim loại đặt phía trên các đầu kim,
và một điện trường được thiết lặp nằm giữa lưới và tấm kim loại.
Khi tấm kim loại được làm nóng, indium nóng chảy
và hiện tượng mao dẫn khiến kim loại lỏng leo lên các cây kim.
Điện trường kéo kim loại lỏng hướng về phía trước,
trong khi sức căng bề mặt kéo nó về phía sau,
kiếm cho indium bị biến dạng thành hình nón.
Bán kính nhỏ tại đầu mút các cây kim
làm cho điện trường thắng được sức căng bề mặt,
và khi điều này xảy ra,
những ion tích điện dương bị bắn ra với tốc độ hàng chục kilomet trên giây.
Dòng ion đẩy tàu không gian về phía ngược lại,
nhờ vào định luật ba của Newton.
Và mặc dù mỗi ion là một hạt cực kì nhỏ,
hợp lực của rất nhiều ion đẩy ra xa khỏi con tàu
là đủ để sinh ra gia tốc đáng kể.
Và không như ống xả của một động cơ tên lửa,
dòng ion này nhỏ hơn nhiều và hiệu quả hơn hẳn nhiêu liệu,
điều này khiến cho nó rất phù hợp cho các hành trình dài ngày vào không gian xa xôi.
Những hệ thống đẩy siêu nhỏ này chưa được kiểm chứng toàn bộ.
nhưng một vài nhà khoa học nghĩ rằng chúng sẽ cung cấp đủ lực đẩy
để mang các tàu nhỏ khỏi quỹ đạo quanh Trái đất.
Các nhà khoa học này dự đoán hàng ngàn tàu không gian siêu nhỏ
sẽ được phóng trong mười năm tới
để thu thập những dữ liệu mà hiện tại chúng ta chỉ có thể mơ tới.
Và đó là khoa học tên về lửa siêu nhỏ.