Hợp chất mangan điborit (MnB₂) mới giải phóng năng lượng hơn aluminium khoảng 20% mỗi khối lượng, mật độ năng lượng gấp 2,5 lần, giúp giảm nhiên liệu, tiết kiệm không gian và trọng lượng. Ổn định khi lưu trữ, chỉ cháy khi kích hoạt, MnB₂ hứa hẹn cách mạng hóa động cơ tên lửa rắn.
Điểm nổi bật:
- MnB₂ giải phóng năng lượng cao hơn alumin khoảng 20% mỗi đơn vị khối lượng và có mật độ năng lượng gấp 2,5 lần.
- Tên lửa có thể mang ít nhiên liệu hơn nhưng vẫn duy trì hiệu suất, giúp tiết kiệm không gian và giảm trọng lượng.
- MnB₂ rất ổn định khi lưu trữ và chỉ cháy khi kích hoạt bằng nhiên liệu phụ như kerosene.
- Kết hợp mật độ năng lượng cao như hydrogen với sự tiện lợi của nhiên liệu rắn.
- Khả năng mở rộng quy mô sản xuất là thách thức lớn nhất cho ứng dụng thực tiễn.
Lần đầu là hexanitrogen; giờ đến là mangan điborit. Các nhà hóa học cứ liên tục phát hiện những phân tử nghe như phản diện trong truyện tranh nhưng lại là nhiên liệu tên lửa tiềm năng. Hợp chất năng lượng cao này mạnh hơn nhiều so với nhôm – loại nhiên liệu phổ biến trong tàu đẩy hiện nay. Và đừng quên Bài Học Hóa Học Kinh Hoàng từ Địa Ngục!
Bùm!
Tôi từng viết về hexanitrogen, có thể là nhiên liệu tên lửa hoàn hảo nhất thế giới, phân hủy dữ dội mà chỉ tạo ra khí nitơ. Không khí thải.
Giờ thì nhóm tại SUNY Albany đã đưa ra một kẻ mới: mangan điborit (MnB₂) [1]. Tôi đoán hầu như không nhà hữu cơ nào từng nghe đến, chứ đừng nói đến dùng nó. Nhưng nghiên cứu về tiềm năng làm chất đẩy tên lửa đã được đăng trên Journal of the American Chemical Society – tạp chí hàng đầu về hóa học.
Bạn có nghe thấy từ "hóa học" chưa?? Những độc giả lâu năm biết điều đó có nghĩa là...
Steve (bên trái) và Irving, đang xếp hàng chờ vào lều tổ chức Burning Man, phản đối việc họ phải tham gia Bài Học Hóa Học Kinh Hoàng trở lại!
Trước tiên, đây là danh sách những nguyên tố mà theo kinh nghiệm của tôi, khó được dùng làm nhiên liệu tên lửa nhất:
- Mangan
- Bo
- Tất cả những nguyên tố còn lại
Và đây là một số thông tin về hợp chất này từ Wikipedia. Có thể đúng hoặc sai, nhưng giúp bạn hình dung nó lạ lùng đến đâu. Dù có thể không hữu ích trên đêm Trivia, ta vẫn… tiến hành Bài Học Hóa Học Kinh Hoàng!
- Mangan điborit là hợp chất vô cơ của mangan và bo, công thức là MgB₂. Đương nhiên rồi.
- Cơ chế siêu dẫn chủ yếu được mô tả bằng lý thuyết BCS (đặt theo tên Bardeen, Cooper và Schrieffer).
- Đây là phương trình đơn giản minh họa lý thuyết BCS, tự giải thích.
- Chưa đủ rõ ràng sao? Tiếp tục nhé.
Nếu bạn chưa phát ngán, đây là thêm thông tin mà bạn có thể… không cần:
- "Chiều sâu thâm nhập London tương ứng là 33,6 nm và 47,8 nm. Điều này cho thấy các tham số Ginzburg-Landau lần lượt là 0,66±0,02 và 3,68." Ngủ ngon nhé!
- Rồi người ta tự hỏi tại sao chỉ có những “dị nhân” hiểu được cơ học lượng tử.
Phát hiện của nhóm Albany
Dưới đây là video YouTube giải thích rõ lợi ích tiềm năng của phát hiện.
Tóm tắt phát hiện:
- MnB₂ giải phóng năng lượng cao hơn alumin khoảng 20% mỗi đơn vị khối lượng và có mật độ năng lượng gấp 2,5 lần so với bột nhôm [2].
- Điều này cho phép tên lửa mang ít nhiên liệu hơn với cùng hiệu suất, tiết kiệm không gian và giảm trọng lượng—vấn đề quan trọng trong không gian.
- Với tính ổn định cao, MnB₂ chỉ cháy khi được kích hoạt bằng nhiên liệu khác như kerosene.
- Kết hợp mật độ năng lượng của hydrogen với sự tiện lợi của nhiên liệu rắn.
- Nếu có thể mở rộng quy mô sản xuất [3], đây có thể là cuộc cách mạng cho động cơ tên lửa rắn.
Tôi nhớ rõ lần đầu tiên [lúc làm nghiên cứu sinh] tôi tổng hợp một hợp chất liên quan đến mangan điborit... Tôi cầm mẫu material mới, nó tự nóng lên và chuyển sang màu cam. Tôi tự hỏi: Tại sao lại phát sáng? Nó không nên phát sáng! Đó là lúc tôi nhận ra boron năng lượng cao đến thế nào. Từ đó, tôi đặt dấu chấm cho tương lai và giờ chúng tôi đang tiếp tục khám phá.
— Michael Yeung, Phó Giáo sư Hóa học, SUNY Albany
Đó là khoa học. Chuyện tưởng nhỏ nhặt lại có thể tạo ra bước đột phá. Trí tuệ + May mắn = Phát minh.
Tầm Quan Trọng tại Việt Nam
Sự xuất hiện của MnB₂ không chỉ thu hút cộng đồng hàng không vũ trụ quốc tế mà còn mở ra cơ hội cho ngành công nghiệp không gian Việt Nam. Việc sử dụng nhiên liệu rắn mật độ cao sẽ giúp các startup công nghệ vũ trụ trong nước giảm chi phí vận chuyển phóng thử nghiệm, tăng số lần phóng trong cùng một giai đoạn ngân sách. Hơn nữa, tính ổn định khi bảo quản của MnB₂ cho phép lưu trữ ở kho bãi khí hậu nhiệt đới ẩm ướt mà không cần điều kiện siêu lạnh, phù hợp với điều kiện kho vận tại Việt Nam. Nếu các viện nghiên cứu và nhà máy hoá chất trong nước đầu tư vào quy trình sản xuất quy mô nhỏ, chúng ta có thể tự chủ một phần nguồn nhiên liệu cho các vệ tinh vi mô và tàu thám hiểm. Điều này không chỉ thúc đẩy năng lực khoa học mà còn tăng giá trị chuỗi cung ứng công nghiệp, từ hoá chất đến cơ khí chính xác.
