7 phút đọc
Trong các chuyến du hành vũ trụ dài ngày, việc đảm bảo vệ sinh cá nhân và quần áo cho các phi hành gia luôn là một bài toán hóc búa đối với các cơ quan hàng không vũ trụ. Để giải quyết vấn đề này, Giáo sư Gabe Xu cùng các đồng nghiệp tại Đại học Alabama Huntsville (UAH) đã nghiên cứu và phát triển một nguyên mẫu “súng giặt” độc đáo. Thiết bị này hoạt động bằng cách bắn ra các luồng plasma tím để khử trùng sợi vải mà không cần đến nước hay các chất tẩy rửa hóa học thông thường.
Thách thức vệ sinh trong các hành trình không gian dài ngày
Nguồn nước trên các tàu vũ trụ cực kỳ khan hiếm và phải ưu tiên cho các hoạt động sinh tồn thiết yếu. Do đó, các phi hành gia không thể giặt giũ quần áo như ở Trái Đất. Hiện tại, họ thường phải mặc một bộ đồ trong nhiều ngày, thậm chí nhiều tuần liên tục. Sau khi sử dụng, quần áo bẩn sẽ được gom lại trong túi kín khí để mang về Trái Đất hoặc thải ra ngoài để tự bốc cháy trong bầu khí quyển.
Phương pháp này chỉ phù hợp cho các sứ mệnh ngắn ngày ở quỹ đạo gần Trái Đất. Đối với những hành trình kéo dài nhiều tháng hoặc nhiều năm, ví dụ như chuyến bay tới Sao Hỏa, việc mang theo lượng lớn quần áo dự phòng là điều không khả thi do giới hạn về tải trọng. Nếu không được xử lý, quần áo tích tụ lâu ngày sẽ phát sinh mùi hôi khó chịu và trở thành môi trường lý tưởng cho các loại vi khuẩn gây bệnh phát triển, đe dọa trực tiếp đến sức khỏe của phi hành đoàn.
Cơ chế tiêu diệt vi khuẩn bằng plasma lạnh
Để giải quyết triệt để vấn đề trên, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thiết bị phát ra luồng plasma lạnh để làm sạch quần áo về mặt vi sinh.
Khác với plasma nóng trong tự nhiên như ở Mặt Trời, plasma được sử dụng trong thiết bị này là plasma lạnh, có nhiệt độ hoạt động gần với nhiệt độ phòng nên không gây cháy bỏng hay hư hại bề mặt tiếp xúc. Plasma là một hỗn hợp giàu năng lượng chứa các hạt mang điện, ion và các electron tự do.
Cơ chế diệt khuẩn của súng giặt dựa trên hoạt động của các electron:
- Khi súng hoạt động, các electron năng lượng cao được bắn vào bề mặt vải.
- Tại đây, chúng va chạm mạnh với các phân tử khí có sẵn trong môi trường xung quanh tàu vũ trụ như oxy (O2) và hơi nước (H2O).
- Quá trình va chạm này tạo ra các chất oxy hóa mạnh, điển hình là ozone (O3). Những chất này sẽ phản ứng hóa học trực tiếp với màng bao quanh vi khuẩn, phá hủy cấu trúc của chúng và tiêu diệt tác nhân gây hại.
“Điều này sẽ làm giảm lượng vi khuẩn, giữ sạch quần áo và bề mặt mềm khác ít nhất về mặt vi sinh, giúp bảo vệ sức khỏe của phi hành gia”, Giáo sư Gabe Xu giải thích.
Hiệu quả thực tế và khả năng bảo vệ sợi vải
Trong khuôn khổ hợp tác với Trung tâm Bay Vũ trụ Marshall của NASA, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thử nghiệm một nguyên mẫu súng giặt có kích thước nhỏ gọn chỉ bằng một chiếc bút. Thiết bị này có thể khử trùng diện tích khoảng 1 cm² trong mỗi lần bắn.
Kết quả thử nghiệm thực tế cho thấy:
- Hiệu suất khử khuẩn cao: Thiết bị đã tiêu diệt và làm giảm hơn 75% số lượng cụm bào tử bám trên mảnh vải thử nghiệm.
- An toàn cho chất liệu: Qua các lần thử nghiệm kéo dài từ 30 giây đến 5 phút, luồng plasma lạnh không gây ra bất kỳ hư hại đáng kể nào đối với cấu trúc của sợi vải. Theo Giáo sư Xu, mức độ tác động của thiết bị lên vải không nghiêm trọng hơn những hao mòn vật lý thông thường trong quá trình sử dụng hàng ngày.
- Đa dụng: Không chỉ dừng lại ở việc làm sạch quần áo, công nghệ này còn có thể ứng dụng để khử trùng các bộ đồ phi hành gia và dụng cụ khoa học trước khi họ rời tàu vũ trụ hoặc bước xuống bề mặt Sao Hỏa.
Đặc biệt, công nghệ này mang lại lợi ích kinh tế cực kỳ lớn cho các chuyến bay không gian. Trên Trái Đất, các chất khử trùng như peroxide hay thuốc tẩy thường được sử dụng để diệt khuẩn, nhưng chúng rất nặng và chiếm không gian. Với súng plasma, phi hành gia không cần mang theo bất kỳ hóa chất nào vì thiết bị tự tạo ra plasma từ không khí và hơi nước có sẵn trên tàu. Trong ngành hàng không vũ trụ, việc tiết kiệm từng gram trọng lượng hành lý mang lại ý nghĩa sống còn cho sự thành bại của sứ mệnh.
Những giới hạn công nghệ cần tiếp tục theo dõi
Mặc dù mở ra triển vọng lớn cho ngành công nghệ không gian, thiết bị này vẫn đang trong giai đoạn phát triển sơ khai và còn một số hạn chế cần được cải thiện trước khi đưa vào ứng dụng thực tế:
- Chưa thể làm sạch vết bẩn vật lý: Súng plasma lạnh chỉ có tác dụng tiêu diệt vi khuẩn và khử trùng về mặt vi sinh. Thiết bị hoàn toàn không thể loại bỏ các vết bẩn cơ học như vết đổ cà phê hay bùn đất bám trên sợi vải. Do đó, đây chưa phải là sự thay thế hoàn toàn cho máy giặt truyền thống.
- Kích thước vùng tác động quá nhỏ: Nguyên mẫu hiện tại mới chỉ xử lý được diện tích 1 cm² mỗi lần bắn, quá nhỏ để làm sạch một bộ quần áo hoàn chỉnh trong thời gian ngắn. Nhóm nghiên cứu của UAH đang lên kế hoạch chế tạo một phiên bản thiết bị cầm tay có kích thước lớn hơn để nâng cao hiệu suất làm việc.
- Nguy cơ từ khí ozone giải phóng: Quá trình tạo plasma sản sinh ra một lượng khí ozone (O3). Nếu tích tụ với nồng độ cao trong không gian kín của tàu vũ trụ, ozone có thể gây hại cho hệ hô hấp của con người. Nhóm nghiên cứu hiện đang tập trung phát triển một hệ thống lọc đi kèm nhằm xử lý triệt để lượng ozone dư thừa phát sinh từ súng giặt để đảm bảo an toàn tuyệt đối cho phi hành đoàn.
Sự thành công của dự án này trong tương lai sẽ phụ thuộc vào việc nhóm nghiên cứu tối ưu hóa kích thước thiết bị và kiểm soát hoàn toàn lượng khí thải phụ trợ. Đây chắc chắn là một công nghệ đáng mong đợi giúp hiện thực hóa các giấc mơ chinh phục không gian sâu của nhân loại.
Nguồn tham khảo: Xem bài gốc
