Vật liệu dựa trên công nghệ nano của MIT có thể bảo vệ phi hành gia khỏi bức xạ vũ trụ

Nghiên cứu sinh MIT phát triển vật liệu từ ống nano boron nitrit, tạo lớp chắn bức xạ vũ trụ nhẹ mà bền cho tàu không gian.

Hình ảnh Palak Patel đang cầm một mẫu ống nano. Ảnh: interestingengineering

Palak Patel, nghiên cứu sinh tiến sĩ năm thứ sáu tại Viện Công nghệ Massachusetts, đang ứng dụng công nghệ nano để giải quyết một trong những thách thức lớn nhất của NASA: bức xạ ion hóa. Cô làm việc tại hai khoa Kỹ thuật Cơ khí và Hàng không/Vũ trụ, kết hợp tư duy sản xuất quy mô lớn với tổng hợp vật liệu ở cấp độ nguyên tử.

Để hiểu tại sao bức xạ lại trở thành bài toán nan giải, cần nhìn thẳng vào điểm yếu của các tàu vũ trụ hiện nay: lớp vỏ. Khi bức xạ không gian sâu chiếu vào nhôm tiêu chuẩn, nó kích hoạt sự phát tán các neutron thứ cấp, những hạt cực kỳ nguy hiểm với mô cơ thể người. Chính điểm yếu cấu trúc này khiến Patel kết luận: "Với những vật liệu hiện đại nhất hiện nay, bạn không thể du hành đến sao Hỏa một cách an toàn."

Đối tượng nghiên cứu của cô là ống nano boron nitrit, gọi tắt BNNT, những hình trụ rỗng siêu nhỏ được đánh giá cao nhờ độ bền và khả năng thích ứng. Patel nghiên cứu tổng hợp loại ống nano này và sản xuất các vật liệu composite đa chức năng từ chúng.

Trước đây, giới hạn ngành chỉ đạt khoảng 10% mật độ ống nano trong vật liệu composite. Quy trình tổng hợp do Patel phát triển tại MIT nâng nồng độ lên tới 50% theo trọng lượng, tạo ra lớp chắn nhẹ nhưng mạnh mẽ chống lại bức xạ vũ trụ mà không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cấu trúc hay cơ học của tàu vũ trụ. "MIT là nơi duy nhất có thể tổng hợp các ống nano này theo cách chúng tôi đang làm. Chúng tôi đã có một số kết quả rất khả quan," cô cho biết.

Cùng nền tảng vật liệu đó, nhóm còn ứng dụng thêm vào cánh máy bay để chống đóng băng, phát hiện vết nứt cấu trúc và giảm thiểu tác động mài mòn của bụi Mặt Trăng. Bụi Mặt Trăng là bài học thực tế từ các sứ mệnh Apollo: những hạt sắc nhọn và tích điện này từng gây hại cho bộ đồ du hành vũ trụ. Patel đang phát triển vật liệu nhằm ngăn chặn chính xác loại tổn thương đó.

Tháng 5 năm 2025, cô tham gia chuyến bay parabol để kiểm tra xem ống nano có thể tổng hợp được trong môi trường không trọng lực không. Thí nghiệm thành công. Hiện tại, các mẫu vật của Patel đang quay quanh Trái Đất trên Trạm Vũ trụ Quốc tế.

Khi sắp hoàn thành luận án, cô tiếp tục giải quyết các thách thức khác: hoàn thiện hệ thống bảo vệ nhiệt cho quá trình tái nhập khí quyển và xử lý mối đe dọa mài mòn của bụi Mặt Trăng.

Hành trình đưa Patel đến MIT bắt đầu từ người ông, một chuyên gia bảo vệ bức xạ ở Ấn Độ và niềm đam mê đọc sách về vũ trụ từ thời thơ ấu. Cô theo học Kỹ thuật Cơ khí tại cả Ấn Độ lẫn Mỹ, từng thực tập tại Cơ quan Nghiên cứu Vũ trụ Ấn Độ (ISRO) và làm kỹ sư dự án phát triển các linh kiện vệ tinh có độ chính xác cao.

Song song với luận án, Patel tham gia các cuộc thi của NASA, trong đó có dự án chiết xuất nước từ bề mặt Mặt Trăng và sao Hỏa. Gần đây, cô đảm nhiệm vai trò điều phối viên liên lạc CAPCOM trong nhiệm vụ mô phỏng Asclepios III tại dãy núi Alps Thụy Sĩ, mô phỏng sự cô lập của một căn cứ trên Mặt Trăng. Cô đặt mục tiêu gia nhập ngành công nghiệp vũ trụ trong thời điểm mà cô gọi là "bước ngoặt Apollo" hiện đại, góp sức vào nỗ lực đưa con người trở lại Mặt Trăng và tiến tới sao Hỏa.