University of Waterloo – Sinh viên Đại học Waterloo luôn là những người tiên phong trong đổi mới, tiếp cận các thách thức với những cách tiếp cận độc đáo để tìm ra giải pháp cho tương lai. Mới đây, một nhóm gồm 11 sinh viên từ Waterloo đã tham gia cuộc thi nghiên cứu về trọng lực vi mô đầu tiên của Canada dành cho sinh viên, Thử thách Thiết kế Thí nghiệm Giảm Trọng lực của Canada (CAN-RGX). Tại trụ sở Cơ quan Vũ trụ Canada ở Longueuil, Quebec, họ đã trình bày nghiên cứu của mình và giành được Giải thưởng Xuất sắc Toàn diện.
Cuộc thi CAN-RGX cung cấp cho sinh viên cơ hội thiết kế, chế tạo và thử nghiệm các tải trọng khoa học trên tàu Falcon 20 của Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Canada—một loại máy bay phản lực hai động cơ được cải tiến để phục vụ cho các thí nghiệm trong môi trường trọng lực vi mô.
Thí nghiệm vi trọng lực của Đội hàn không gian Waterloo
Nhóm nghiên cứu của Đại học Waterloo, được biết đến với tên gọi Đội hàn không gian Waterloo (WSST), đã thành công trong việc tiến hành thí nghiệm trên máy bay để kiểm tra liệu mối hàn có thể được cải thiện bằng máy ly tâm hay không. Máy ly tâm là một thiết bị quay với tốc độ cao, sử dụng lực ly tâm để tạo ra lực không đổi lên mẫu vật, từ đó giả lập lực hấp dẫn của Trái đất trong môi trường vi trọng lực.
Dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Michael Mayer, nhóm nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng việc hàn trong máy ly tâm có thể tái tạo điều kiện trọng lực của Trái đất, từ đó tạo ra các mối hàn với độ xốp thấp hơn và chất lượng cao hơn. Nghiên cứu này rất quan trọng vì nó có thể mở ra khả năng sửa chữa và bảo dưỡng các thành phần điện tử ngay trong không gian, giúp tiết kiệm chi phí và kéo dài tuổi thọ của tàu vũ trụ trong các sứ mệnh dài ngày.
Hành trình của nhóm nghiên cứu
Nhóm bắt đầu với chỉ bốn thành viên khi họ đề xuất thí nghiệm ban đầu vào tháng 10 năm 2023. Tuy nhiên, sau khi được chọn để tiến hành thiết kế, chế tạo và thử nghiệm trong vòng chưa đầy một năm, nhóm đã mở rộng thành 11 người. Megan Chang, sinh viên năm thứ tư chuyên ngành kỹ thuật cơ điện tử và là thành viên sáng lập của WSST, chia sẻ: “Chúng tôi đã nhanh chóng mở rộng nhóm, nhận được sự chấp thuận từ Trung tâm Thiết kế Sinh viên Sedra và bắt đầu thiết kế dự án với sự hướng dẫn của Tiến sĩ Mayer và Conrard Giresse Tetsassi Feugmo.”
Dù phải đối mặt với nhiều khó khăn, nhóm đã phát triển một thiết kế đủ linh hoạt để thích ứng với các giai đoạn thử nghiệm khác nhau. Devshi Perera, sinh viên năm thứ tư ngành kỹ thuật cơ điện tử, giải thích: “Thiết bị hàn của chúng tôi phải có khả năng làm tan chảy, làm nguội và đông đặc càng nhiều mối hàn càng tốt trong vòng 20 giây—thời gian mà mỗi thao tác bay parabol cung cấp trong điều kiện vi trọng lực.”
Thành công và bước tiếp theo
Mô-đun hàn của nhóm chứa tám màng Kapton, đây là các bộ gia nhiệt điện trở, được bố trí đều quanh tâm để đảm bảo cùng một lực hướng tâm. Sau hai chuyến bay và 16 lần điều khiển parabol, nhóm đã thu thập được 790 mẫu để phân tích. Họ coi đây là thành tựu lớn nhất sau nhiều lần thiết kế lại và vượt qua các thách thức kỹ thuật.
Bước tiếp theo của nhóm là phân tích các mẫu mối nối bằng kính hiển vi và phần mềm xử lý hình ảnh để xác định tỷ lệ rỗng bên trong mỗi mối nối. Một số mối nối cũng sẽ được kiểm tra độ bền cơ học, uốn cong và độ dẫn điện để có cái nhìn toàn diện hơn về chất lượng của chúng.
Nhóm WSST bao gồm các thành viên từ nhiều lĩnh vực khác nhau như kỹ thuật cơ điện tử, kỹ thuật cơ khí, công nghệ nano và nghệ thuật. Họ hướng đến mục tiêu công bố những phát hiện của mình và đặt nền móng cho các thí nghiệm vi trọng lực trong tương lai.
