Mỹ muốn đưa một lò phản ứng hạt nhân lên Mặt Trăng vào năm 2030, trong khi Nga và Trung Quốc đang hợp tác hướng tới mục tiêu đưa một lò phản ứng vào hoạt động vào năm 2036. Cuộc đua được xem là bước chuẩn bị cho tham vọng xây dựng các căn cứ lâu dài trên Mặt Trăng, nhưng cũng làm dấy lên những lo ngại về an toàn.
Theo truyền thông Mỹ, cuối tháng 8, NASA đề nghị các nhà thầu chuẩn bị thiết kế một lò phản ứng hạt nhân có thể chịu được hành trình vào không gian và hoạt động mà không cần bảo dưỡng gần cực Nam Mặt Trăng. Cơ quan này muốn thiết bị sẵn sàng để phóng vào tháng 12/2030.
Động lực thúc đẩy kế hoạch là cuộc cạnh tranh ngày càng rõ giữa Mỹ và liên minh Nga - Trung Quốc. Nga đặt mục tiêu đưa lò phản ứng lên Mặt Trăng vào năm 2036 trong khuôn khổ một dự án hợp tác với Trung Quốc. NASA vì thế đã đẩy nhanh tiến độ.
Cuộc đua không đơn thuần nhằm đưa một thiết bị mới lên Mặt Trăng. Mỹ và Trung Quốc đều muốn trở thành những nước đầu tiên xây dựng căn cứ trên Mặt Trăng, tìm kiếm các nguồn tài nguyên như nước đóng băng và sử dụng Mặt Trăng làm bàn đạp cho những chuyến thám hiểm sâu hơn vào Hệ Mặt Trời. Trong các kế hoạch này, nguồn điện ổn định được xem là yếu tố then chốt, và năng lượng hạt nhân có thể đóng vai trò trung tâm.
Tuy nhiên, một số nhà khoa học cho rằng các chính phủ đang thúc đẩy quá nhanh trong một lĩnh vực vốn tiềm ẩn nhiều rủi ro. Trong 6 năm qua, nhiều tên lửa của Mỹ, Nga và Trung Quốc đã gặp sự cố hoặc phát nổ, trong khi một tàu đổ bộ của Nga từng đâm xuống Mặt Trăng. Các chuyên gia cảnh báo nếu một vụ phóng mang theo vật liệu hạt nhân gặp tai nạn, hậu quả có thể nghiêm trọng.
Nga có lợi thế về công nghệ hạt nhân không gian
Trong hợp tác Nga - Trung, năng lượng hạt nhân dường như là một trong những lĩnh vực quan trọng nhất được giao cho Moskva. Nga có kinh nghiệm lâu năm về công nghệ hạt nhân trong không gian: nước này từng đưa hơn 30 lò phản ứng lên quỹ đạo, chủ yếu trên các vệ tinh thời Chiến tranh Lạnh trong những năm 1970 và 1980.
Nga cũng là một cường quốc về điện hạt nhân dân dụng và đang kiểm soát nguồn cung lớn loại nhiên liệu uranium được đánh giá là phù hợp và an toàn hơn cho các lò phản ứng không gian.
Ông Mikhail Kovalchuk, Chủ tịch Viện Kurchatov của Nga, cho rằng Moskva hiện gần như không có đối thủ trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân cho không gian. Viện Kurchatov đang tham gia thiết kế lò phản ứng dành cho Mặt Trăng.
Theo kế hoạch, Moskva giao các cơ quan nhà nước phát triển lò phản ứng có tên Selena, dự kiến hoàn thành vào năm 2036 để cung cấp điện cho các trạm nghiên cứu trên Mặt Trăng do Trung Quốc dẫn dắt. Selena được thiết kế có công suất tới 10 kilowatt, có thể vận hành tự động trong một thập kỷ và sử dụng một số đặc điểm từ thiết kế lò phản ứng từng được phát triển để hoạt động ở vùng Bắc Cực.
Trong khi đó, Mỹ đang phải tăng tốc sau nhiều thập kỷ gần như không triển khai thêm lò phản ứng hạt nhân trong không gian. NASA từng phóng một lò phản ứng vào năm 1965 nhưng sau đó ngừng chương trình này. Từ đó đến nay, Mỹ đã chi hơn 20 tỷ USD cho các chương trình hạt nhân trong không gian nhưng chưa đưa thêm lò phản ứng nào vào hoạt động.
NASA hiện đặt mục tiêu lò phản ứng Lunar Reactor 1 có công suất 20 kilowatt, tương đương mức sử dụng điện của khoảng 16 hộ gia đình Mỹ, và có thể hoạt động trong 5 năm mà không cần can thiệp. Cơ quan này cũng dự kiến lần đầu sử dụng năng lượng hạt nhân để đẩy một tàu vũ trụ tới Sao Hỏa vào tháng 12/2028.
Vì sao Mặt Trăng cần năng lượng hạt nhân?
Trong giai đoạn đầu xây dựng căn cứ, Mỹ và Trung Quốc có thể sử dụng các tấm pin Mặt Trời cùng hệ thống phát điện bằng đồng vị phóng xạ để duy trì nhiệt độ cho thiết bị và sạc các phương tiện hoạt động trên bề mặt.
Nhưng khi căn cứ mở rộng, nhu cầu điện sẽ tăng mạnh. Các tấm pin Mặt Trời không thể cung cấp điện trong những đêm Mặt Trăng kéo dài hơn hai tuần theo thời gian Trái Đất. Đặc biệt, khu vực gần cực Nam Mặt Trăng có thể trải qua mức nhiệt từ khoảng 54 độ C xuống tới -201 độ C.
Lò phản ứng hạt nhân có ưu thế vì có thể hoạt động liên tục, không phụ thuộc ánh sáng Mặt Trời và có kích thước tương đối nhỏ. Theo NASA và Viện Kurchatov, nếu được thiết kế phù hợp, hệ thống có thể hoạt động trong thời gian dài mà cần rất ít sự can thiệp của con người.
Dù vậy, các mốc thời gian hiện nay vẫn chưa chắc chắn. Chưa quốc gia nào sở hữu tàu đổ bộ đã được chứng minh có khả năng đưa một khối vật liệu nặng, có khả năng phóng xạ xuống địa hình gồ ghề của Mặt Trăng. Con người cũng chưa từng lắp đặt một lò phản ứng trong môi trường trọng lực thấp.
Các chuyên gia vì thế cho rằng thiết kế lò phản ứng của Mỹ, Nga và Trung Quốc vẫn có thể thay đổi khi chương trình tiến triển. Julien de Troullioud de Lanversin, một nhà khoa học hạt nhân tại Đại học Khoa học và Công nghệ Hong Kong, nhận định hiện chưa có gì là chắc chắn.
Rủi ro hạt nhân
Các nước cho biết lò phản ứng sẽ chỉ được kích hoạt sau khi tới Mặt Trăng. Điều này nhằm giảm rủi ro trong quá trình phóng, bởi nhiên liệu uranium chưa được kích hoạt sẽ có mức nguy hiểm phóng xạ thấp hơn.
Tuy nhiên, giai đoạn phóng tên lửa vẫn là thời điểm đặc biệt nhạy cảm. Nếu tên lửa gặp sự cố, lò phản ứng có thể rơi xuống biển hoặc xuống Trái Đất. Các chuyên gia hạt nhân cảnh báo trong một số điều kiện, sự cố có thể dẫn tới phản ứng dây chuyền và phát tán phóng xạ.
Một ví dụ thường được nhắc đến là vệ tinh hạt nhân Kosmos 954 của Liên Xô. Năm 1978, vệ tinh này rơi không kiểm soát xuống miền Bắc Canada, phát tán vật liệu phóng xạ trên diện tích gần 124.000 km2. Sau khoảng một năm thu dọn, chỉ khoảng 0,1% nguồn năng lượng của vệ tinh được thu hồi.
Trên Mặt Trăng, rủi ro còn có thể phức tạp hơn. Các lò phản ứng không được bao bọc trong những công trình bảo vệ kiên cố như trên Trái Đất vì việc xây dựng chúng rất tốn kém và khó khăn. Trọng lực thấp cũng khiến các mảnh vỡ từ một vụ nổ có thể bay xa.
Khi lò phản ứng hết thời hạn sử dụng, cả NASA và các cơ quan Nga đều dự kiến để lại vật liệu phóng xạ trên Mặt Trăng thay vì tháo dỡ và đưa trở lại Trái Đất.
Bài toán nhiên liệu
Một thách thức khác là nguồn nhiên liệu. NASA dự kiến sử dụng uranium làm giàu thấp độ tinh khiết cao, hay HALEU, được xem là lựa chọn an toàn hơn so với uranium làm giàu cao.
Nhưng Mỹ hiện thiếu nguồn cung HALEU. Nga lại là nhà sản xuất lớn loại nhiên liệu này, trong khi Mỹ đã cấm nhập uranium của Nga từ năm 2024 liên quan tới cuộc xung đột ở Ukraine. Điều đó tạo thêm một nghịch lý cho chương trình không gian của Washington: cuộc cạnh tranh với Moskva lại diễn ra trong một lĩnh vực mà Nga vẫn có lợi thế về nguồn nhiên liệu.
Nga và Trung Quốc chưa công bố loại nhiên liệu mà lò phản ứng của họ sẽ sử dụng. Các lò phản ứng không gian trước đây của Nga từng sử dụng uranium làm giàu cao.
Cuộc đua vì thế không chỉ là câu chuyện về ai đặt chân lên Mặt Trăng trước. Nó còn liên quan tới năng lực chế tạo, nhiên liệu, an toàn hạt nhân và khả năng duy trì hoạt động lâu dài trong một môi trường chưa từng được con người xây dựng căn cứ.
