HỎI. Một chiếc tàu ngầm hạt nhân có thể tồn tại ngoài không gian vũ trụ trong bao lâu?
— Jason Lathbury
ĐÁP. Chiếc tàu ngầm sẽ ổn, nhưng thủy thủ đoàn (hoặc phi hành đoàn) sẽ gặp rắc rối.
Chiếc tàu ngầm sẽ không bị nổ. Thân tàu đủ cứng để chịu được áp suất nước bên ngoài ở ngưỡng 50 đến 80 atmosphere (atm), nên sẽ không có vấn đề gì với áp suất của không khí bên trong tàu.
Thân tàu gần như kín hoàn toàn. Mặc dù các đệm kín nước không nhất thiết có thể giữ không khí lại, nhưng thực tế là nếu nước ở áp suất 50 atm không thể lọt qua thân tàu thì không khí cũng không thể thoát ra nhanh được. Có thể có một vài van một chiều chuyên dụng giúp cho không khí thoát ra, nhưng xét tổng thể thì chiếc tàu ngầm hoàn toàn kín.
Vấn đề lớn mà phi hành đoàn phải đối mặt rõ ràng chỉ có một: không khí.
Tàu ngầm hạt nhân dùng điện để lọc oxy trong nước. Trong vũ trụ không có nước, [cần dẫn nguồn] nên họ không thể sản xuất thêm không khí. Họ dự trữ đủ oxy để sống sót trong ít nhất vài ngày, nhưng cuối cùng cũng sẽ gặp rắc rối.
Để giữ ấm, họ có thể chạy lò phản ứng hạt nhân, nhưng họ sẽ phải rất chú ý tới mức vận hành của lò vì trong lòng đại dương thì lạnh hơn trong khoảng không vũ trụ.
Thật ra thì điều đó không đúng lắm. Ai cũng biết là vũ trụ rất lạnh. Lý do chiếc tàu vũ trụ có thể bị quá nhiệt là do khoảng không vũ trụ không dẫn nhiệt tốt bằng nước, nên nhiệt lượng từ bên trong sẽ làm chiếc tàu vũ trụ nóng lên nhanh hơn một chiếc tàu ngầm.
Nhưng nếu bạn còn muốn bắt bẻ thêm nữa thì nói như lúc đầu là không sai. Đại dương lạnh hơn vũ trụ.
Khoảng không vũ trụ rất lạnh, nhưng khoảng không ở gần Mặt trời – và gần Trái đất – thực sự nóng vô cùng. Lý do dường như là trong vũ trụ, định nghĩa “nhiệt độ” cần phải xem xét lại một chút. Vũ trụ có vẻ lạnh vì nó quá trống rỗng.
Nhiệt độ là thước đo động năng trung bình của một tập hợp các hạt vật chất. Trong vũ trụ, mỗi phân tử riêng lẻ đều có động năng trung bình lớn nhưng do số lượng quá ít nên chúng không gây ra tác dụng đáng kể nào.
Lúc tôi còn bé, bố tôi có một cửa hàng bán máy móc ở tầng hầm, và tôi vẫn nhớ cảnh nhìn ông sử dụng một máy mài kim loại. Khi vật liệu tiếp xúc với đĩa mài, những tia lửa bay khắp nơi, bắn tới tấp vào hai tay và quần áo của ông. Lúc ấy, tôi không thể hiểu tại sao chúng không làm tổn thương ông, mặc dù những tia lửa phát sáng đó thường nóng tới vài nghìn độ.
Sau này, tôi hiểu rằng nguyên nhân mà những tia lửa không thể làm bố mình bị thương là do chúng quá bé, nhiệt lượng chúng mang theo có thể được cơ thể hấp thụ mà chỉ làm nóng lên một vùng da rất nhỏ.
Những phân tử nóng bỏng ngoài không gian cũng giống như những tia lửa đó, chúng có thể nóng hoặc lạnh, nhưng chúng quá nhỏ đến mức khi tiếp xúc với chúng nhiệt độ cơ thể bạn không thay đổi nhiều.[1] Thay vì thế, cảm giác nóng-lạnh của bạn phụ thuộc vào việc lượng nhiệt cơ thể bạn sinh ra nhiều đến đâu và tốc độ tỏa nhiệt ra khoảng không xung quanh nhanh thế nào.
Không có một môi trường ấm áp bao quanh để bức xạ nhiệt tới bạn, bạn sẽ mất nhiệt do bức xạ nhanh hơn bình thường. Nhưng khi không có không khí xung quanh lấy đi nhiệt lượng tỏa ra từ bề mặt cơ thể, bạn sẽ không bị mất nhiều nhiệt do đối lưu.[2] Với hầu hết tàu vũ trụ chở người, hiệu ứng sau quan trọng hơn; vấn đề lớn không phải là việc giữ ấm, mà là việc làm mát.
Một chiếc tàu ngầm hạt nhân đương nhiên có thể duy trì nhiệt độ thích hợp cho sự sống bên trong nó trong khi vỏ tàu bị làm lạnh tới 4°C bởi đại dương. Tuy nhiên, nếu vỏ tàu muốn giữ được mức nhiệt này ở trong vũ trụ, nó sẽ mất đi lượng nhiệt khoảng 6 MW khi đi vào vùng tối của Trái đất. Con số này lớn hơn rất nhiều nhiệt lượng 20 kW do phi hành đoàn sản sinh ra – và vài trăm kW từ ánh nắng dịu[3] nếu con tàu ở trong vùng Mặt trời chiếu sáng trực tiếp – nên họ sẽ phải chạy lò phản ứng để giữ ấm.[4]
Để rời khỏi quỹ đạo, chiếc tàu ngầm cần phải được hãm tốc để tiếp xúc với tầng khí quyển. Không có tên lửa thì không thể làm được việc này.
OK, nói cho chính xác thì tàu ngầm có mang theo tên lửa.
Không may là những quả tên lửa không được thiết kế đúng cách để đẩy chiếc tàu ngầm. Tên lửa hoạt động theo cơ chế tự đẩy,nghĩa là nó tạo ra rất ít phản lực lên tàu. Khi một khẩu súng nhả đạn, nó sẽ đẩy viên đạn tăng tốc. Với một quả tên lửa, bạn chỉ cần châm ngòi và nó sẽ tự đi. Việc phóng các quả tên lửa sẽ không tạo ra lực đẩy lên tàu ngầm.
Nhưng không phóng chúng đi thì có thể.
Nếu ta lấy các tên lửa đạn đạo trên một chiếc tàu ngầm hạt nhân hiện đại ra khỏi ống phóng, quay đầu và đặt vào các ống phóng theo chiều ngược lại, mỗi quả có thể tăng tốc cho chiếc tàu ngầm khoảng 4ms.
Một lần đổi quỹ đạo thông thường phải có Δv (biến thiên vận tốc) nằm trong khoảng lân cận 100 ms, có nghĩa là 24 quả tên lửa Trident có trên tàu ngầm lớp Ohio là vừa đủ để nó rời khỏi quỹ đạo.
Nhưng chiếc tàu ngầm không có lớp vỏ gồm những tấm tán nhiệt xếp chồng, cũng như không có sự ổn định khí động học ở vận tốc siêu thanh nên chắc chắn nó sẽ lộn nhào và vỡ vụn trong không khí.
Nếu bạn chui vào đúng hốc bên trong chiếc tàu ngầm, rồi ngồi trên một chiếc ghế gia tốc và thắt dây an toàn, bạn sẽ có một cơ hội bé tẻo tèo teo là sống sót sau pha giảm tốc chớp nhoáng. Sau đó bạn phải nhảy ra khỏi con tàu vỡ nát với một chiếc dù trước khi nó rơi xuống đất.
Nếu bạn định thử làm việc này, tôi đề nghị là không nên, bởi tôi còn một lời khuyên tuyệt đối quan trọng:
Nhớ vô hiệu hóa đầu nổ của các quả tên lửa.
❀ ❀ ❀
[1] Tương tự, thang đo cường độ gió F (Fujita) đã được thay thế bằng thang EF (Fujita mở rộng). Đôi khi, một đơn vị đo trở nên lỗi thời bởi vì xài nó rất kinh khủng – chẳng hạn, “kip” (1.000 pound lực), “kcfs” (hàng nghìn foot khối mỗi giây), và “độ Rankine” (độ F trên độ không tuyệt đối). (Tôi đã phải đọc các bài báo kỹ thuật sử dụng các đơn vị này.) Những khi khác, bạn có thể nhận thấy rằng các nhà khoa học chỉ muốn có thứ gì đó để “chỉnh” mọi người.
[2] Trong phim Star Wars, con tàu Death Star bắn một chùm tia phá hủy toàn bộ Alderaan chỉ trong một phần tí teo của giây. (ND)
[3] Một khẩu súng vạn năng, không thể bị phá hủy nhưng ta có thể nắm giữ mà không lo cánh tay bị xé nát. Đừng lo lắng, chuyện đó sau này sẽ xảy ra ngay!
[4] …trừ phi Kyp Durron sử dụng Thần lực để lôi nó lên.
