Các cấu trúc zeolite dạng lưới của MultiSORB được chế tạo để thử nghiệm khả năng hấp phụ chất ô nhiễm. Ảnh: NASA.

Một bài toán bắt đầu từ không khí con người phải thở

Trên một con tàu bay xa Trái Đất, không khí sạch và nước sạch không thể được bổ sung theo cách thông thường. Hệ thống hỗ trợ sự sống phải liên tục xử lý, tái tạo nguồn tài nguyên đang có, đồng thời càng nhẹ, nhỏ và ít tiêu tốn điện càng tốt. Đó là một trong những bài toán mà Tra-My Justine Richardson theo đuổi qua nhiều giai đoạn nghiên cứu tại NASA Ames Research Center.

Tra-My Justine Richardson, nhà khoa học giữ chức danh Physical Scientist thuộc Space Biosciences Bioengineering Branch của NASA Ames, sinh tại Đà Lạt, Việt Nam. NASA xác nhận bà có bằng cử nhân Kỹ thuật hóa học; hồ sơ nhân sự hiện ghi Richardson là Principal Investigator, tức chủ nhiệm nghiên cứu của Multifunctional Sorbent Devices – MultiSORB, đồng thời là Technical Monitor của Trash Compaction Processing System – TCPS. Danh sách nhân sự của nhánh Bioengineering được NASA cập nhật tháng 7/2025 vẫn ghi bà là Physical Scientist, còn công trình công bố tháng 7/2026 tiếp tục xác nhận bà làm việc tại NASA Ames.

Tra-My Justine Richardson, nhà khoa học thuộc Space Biosciences Bioengineering Branch tại NASA Ames Research Center. Ảnh: NASA.

Con đường chuyên môn của Richardson đã đi qua nước, không khí rồi đến chất thải trong tàu vũ trụ. NASA cho biết ở đồ án cuối khóa đại học, nhóm của bà thiết kế một hệ thống mới nhằm loại bỏ nitrogen oxide cho cơ sở thử nghiệm arc jet của NASA Ames. Sau khi tốt nghiệp, bà tham gia phát triển các quá trình màng thẩm thấu thuận để tái chế nước thải tàu vũ trụ thành nước uống; từ năm 2013, bà làm việc với các hệ thống màng và chất hấp phụ nhằm loại nước và CO2 khỏi không khí cabin.

Điểm nối giữa các công việc này là một câu hỏi khá nhất quán: trong môi trường kín, làm thế nào giữ những tài nguyên thiết yếu quay trở lại vòng sử dụng thay vì liên tục phải mang thêm từ Trái Đất? Với các chuyến bay ngày càng xa, bài toán hỗ trợ sự sống cũng phải phát triển song song với các công nghệ giúp tàu vũ trụ hoạt động tự chủ hơn.

Thay những hạt hấp phụ rời bằng cấu trúc có thể in

Một trong những đối tượng Richardson đang tập trung là MultiSORB. Những hệ thống hấp phụ và xúc tác truyền thống thường sử dụng các lớp hạt rời. Theo NASA, cách bố trí này có một số hạn chế như độ sụt áp cao, khoảng rỗng phân bố ngẫu nhiên, khó thao tác và khả năng truyền nhiệt thấp khi vật liệu cần được tái sinh. NASA còn gặp bài toán nguồn cung: vật liệu thương mại có thể ngừng sản xuất, trong khi việc chế tạo lặp lại với chất lượng ổn định và mở rộng quy mô không đơn giản.

MultiSORB thử một hướng khác. Nhóm nghiên cứu điều chỉnh thành phần hỗn hợp hấp phụ hoặc xúc tác, sau đó tạo các cấu trúc dạng lưới bằng in 3D hoặc slip casting. Bộ gia nhiệt và cảm biến có thể được tích hợp trực tiếp vào ma trận của cấu trúc này. Mục tiêu kỹ thuật là kiểm soát hình học của các thanh lưới, khoảng cách giữa chúng và mức độ chồng lấn, đồng thời cải thiện truyền nhiệt, truyền khối và hiệu quả liên quan đến độ sụt áp.

Ảnh hiển vi điện tử của cấu trúc lưới MultiSORB với các thanh đường kính 1 mm. Ảnh: NASA.

Sự khác biệt không đơn thuần nằm ở việc thay hạt hấp phụ bằng một hình dạng đẹp hơn. Khi cấu trúc được tạo có chủ đích, nhóm nghiên cứu có thể kiểm soát đường đi của dòng khí và khoảng tiếp xúc với vật liệu tốt hơn, đồng thời bố trí nguồn nhiệt ngay nơi cần tái sinh chất hấp phụ. NASA đặt mục tiêu tạo được hỗn hợp có tính lặp lại, kích thước thanh đồng đều và tiến tới in những cấu trúc lớn hơn mà vẫn giữ được đặc tính cơ học mong muốn.

Một nghiên cứu đăng trên ACS Applied Materials & Interfaces năm 2025, có Richardson trong nhóm tác giả, tiếp tục khảo sát các cấu trúc zeolite nguyên khối được thiết kế có chủ đích cho quá trình hấp phụ CO2. Bài báo chỉ ra những hạn chế của lớp hạt hấp phụ thông thường như dòng khí đi tắt dọc thành thiết bị, hiện tượng breakthrough xảy ra sớm, tổn thất áp suất lớn và truyền nhiệt kém do tiếp xúc hạn chế. Đây là nghiên cứu vật liệu và quá trình hấp phụ; chưa có căn cứ để mô tả MultiSORB như một hệ thống lọc đã được triển khai vận hành trên tàu vũ trụ.

NASA còn nghiên cứu biến thể cấu trúc gốm hoặc zeolite có bổ sung bạc. Cơ quan này mô tả hướng đó có thể phục vụ hấp phụ CO2 và có tiềm năng cho chức năng kháng khuẩn trong những môi trường kín, nhạy cảm. Cụm từ cần giữ ở đây là “tiềm năng”: nguồn NASA không nói công nghệ đã được chứng minh như một giải pháp kháng khuẩn vận hành trên tàu.

Cấu trúc MultiSORB có bổ sung bạc đang được nghiên cứu cho ứng dụng hấp phụ và tiềm năng kháng khuẩn trong môi trường kín. Ảnh: NASA.

Từ khí và nước đến bài toán rác trên chuyến bay dài ngày

Phạm vi nghiên cứu của Richardson không dừng ở những chất ô nhiễm hòa trong không khí hoặc nước. Hồ sơ NASA hiện ghi bà là Technical Monitor của TCPS, hệ thống được phát triển để xử lý rác sinh hoạt của phi hành đoàn trong các nhiệm vụ dài ngày. TCPS dùng nhiệt và lực nén để giảm thể tích, ổn định chất thải, đồng thời phải xử lý phần khí và chất lỏng phát sinh trong quá trình đó.

Tháng 7/2026, Richardson đứng tên đầu trong danh sách tác giả một báo cáo tại Hội nghị International Conference on Environmental Systems lần thứ 55 về thử nghiệm Ground Unit của TCPS. Nhóm sử dụng nhiều mô hình rác khác nhau, gồm mẫu thông thường, nhiều chất lỏng, nhiều vải và bọt xốp; khí phát sinh được lấy mẫu để xác định thành phần và so với giới hạn nồng độ tối đa cho phép trên tàu vũ trụ của NASA. Kết quả được công bố cho thấy các hợp chất phát hiện trong mẫu khí đều thấp hơn các giới hạn đó đối với những mô hình rác đã thử nghiệm.

Dữ liệu này không có nghĩa TCPS đã hoàn tất mọi bước kiểm chứng hoặc đã trở thành thiết bị vận hành thường xuyên trên quỹ đạo. NASA Technical Reports Server cho biết kết quả thử nghiệm đang được dùng để định hướng phương án xác minh và kế hoạch thử cho Flight Unit, đơn vị được dự kiến thử nghiệm trên quỹ đạo tại Trạm Vũ trụ Quốc tế. Việc phân biệt thử nghiệm mặt đất, kế hoạch bay và vận hành thực tế đặc biệt quan trọng khi đánh giá mức độ trưởng thành của một công nghệ không gian.

Nhìn rộng hơn, những công việc ít xuất hiện trong hình ảnh phóng tên lửa lại quyết định con người có thể sống lâu trong một thể tích khép kín hay không: phải thở được, phải có nước và phải xử lý rác mà không phụ thuộc vào những chuyến tiếp tế thường xuyên. Đây cũng là một lát cắt khác của phụ nữ làm việc phía sau những sứ mệnh không gian, nơi đóng góp có thể nằm ở vật liệu, hệ thống hỗ trợ sự sống hay những quy trình kỹ thuật ít được công chúng nhìn thấy.

Ở Richardson, chuỗi công việc từ tái chế nước, loại CO2 khỏi không khí đến MultiSORB và TCPS cho thấy một hướng nghiên cứu kéo dài nhiều năm quanh môi trường sống khép kín. Điểm đáng ghi nhận không phải một “phát minh cá nhân” tách khỏi tập thể, mà là khả năng theo đuổi cùng một bài toán qua nhiều lớp công nghệ khác nhau. Những cấu trúc zeolite in 3D hay hệ thống xử lý rác vẫn phải đi qua các bước phát triển và kiểm chứng tiếp theo, nhưng chúng cho thấy việc đưa con người đi xa hơn trong không gian bắt đầu từ những yêu cầu rất căn bản của đời sống.

MultiSORB đang giải bài toán gì?

Hệ thống hấp phụ dạng hạt truyền thống có thể tạo độ sụt áp lớn, các khoảng rỗng khó kiểm soát và truyền nhiệt kém khi tái sinh vật liệu.

MultiSORB hướng tới tạo hỗn hợp hấp phụ/xúc tác có thể in hoặc đúc thành cấu trúc lưới với hình học được kiểm soát.

 Bộ gia nhiệt và cảm biến có thể được tích hợp ngay trong cấu trúc nhằm hỗ trợ vận hành và tái sinh vật liệu. Mục tiêu nghiên cứu gồm cải thiện truyền nhiệt, truyền khối, hiệu quả độ sụt áp, tính lặp lại trong chế tạo và khả năng mở rộng kích thước.

 Trạng thái: công nghệ đang được nghiên cứu, phát triển; nguồn NASA được kiểm tra không xác nhận MultiSORB đã trở thành hệ thống vận hành trên tàu vũ trụ.