Tiến Bộ Khoa Học Kỹ Thuật Hoa Kỳ

Theo  dõi vài tiến bộ khoa học kỹ thuật Hoa Kỳ ngày nay

                                                     G S Tôn thất Trình

Sau đây là vài kỹ thuật tiến bộ của Khoa học Hoa Kỳ , có lẽ Việt Nam nên biết  hơn chăng , để khỏi chậm tiến , lỗi thời  khoa học – kỹ thuật thế giới ngày nay ?

                             I– Hỏa tiễn- Tên lữa không gian mạnh nhất thế giới ? 

           Bắc Hàn đã làm hỏa tiễn liên lục địa có gắn đầu đạn hạt nhân. Nam Hàn – Hàn Quốc cũng sắp phóng hỏa tiễn mở đầu  kỷ thuật  đưa vệ tinh lên quỉ đạo, thám hiểm không gian như Nga, Mỹ, Trung Quốc. Liệu Việt Nam có tân tiến thêm ngành hỏa tiễn nước nhà đuổi kịp Nam Hàn, phóng được vệ tinh của mình làm ra, sau khi đã nhờ Pháp - Mỹ phóng lên hai vệ tinh là Vinasat -1 năm 2008 từ căn cứ Gourou – Guyane và giữa năm 2012 Vinasat- 2 từ căn cứ Mỹ ( ? )……..cộng tác với hảng  Lockheed công nghệ quốc phòng và hỏa tiễn Hoa Kỳ.             

           Vì vậy có lẽ Việt Nam cũng nên chú ý đến  hỏa tiễn   Chim ưng – Chim cắt Nặng -Falcon Heavy rocket, hảng Space X sẽ phóng lên không gian cuối năm 2013, là hỏa tiễn  mạnh mẽ nhất thế giới. Chỉ có hỏa tiễn NASA Saturn V, đã đưa phi hành gia Mỹ lên  Mặt Trăng, mới tạo ra sức lực  lớn hơn. Ở ngành chế tạo hỏa tiễn đo lường quan trọng nhất của sức mạnh là sức đẩy- thrust. Các động cơ   27 các đầu đẩy tên lữa – boosters  cá nhân chung lại, tạo ra  3.8  triệu cân Anh  sức đẩy, đủ để   nâng lên 3.1 triệu cân Anh   trọng lượng hỏa tiễn và 117 000 cân Anh  trọng tải (vệ tinh,  dụng cụ thám hiểm thiên hà….) tàu vũ trụ đến quỹ đạo trái đất thấp – low earth orbit. Thành công  của hỏa tiễn này thật cực trọng  cho cả SpaceX  lẫn chương trình không gian Hoa Kỳ: Không lực Hoa Kỳ đã thuê mướn Space X  và Falcon Heavy của hảng này để đưa lên qủy đạo  hai vệ tinh quân sự  mới vào năm 2015. Tưởng cũng nên biết là năm 2016, Trung Quốc sẽ sử dụng  viễn vọng kính dấu kín ở  một miệng núi lữa trong hang rừng thẳm ( hầu ít  giao thoa  rađiô hơn)  ở  Quí Châu- Guizhou viễn vọng kính trị giá  122 triệu đô la Mỹ tên gọi là  Viễn vọng kính rađiô  Hình cầu  rộng 500 m – FAST ( Five –hundred – meter Aperture  Spherical radio Telescope)  để  nghiên  cứu  tiến trào các thiên hà – galaxies, tìm kiếm đời sống ngòai  trái đất, những  nhịp đều đặn  rađiô và  dò tìm yếu đuối,  từ hàng chục ngàn  ngôi sao  trung hòa tử -neutron stars đang quay tròn.

             Giải thích các hình hỏa tiễn  Chim Ưng Nặng đính kèm

           

             1-  Cụm động cơ . 9  động cơ Space X Merlin 1D đặt nằm ở đáy ở mỗi lõi 3 lõi phi tuyền hay các đầu đẩy tên lữa-hỏa tiễn. Các động cơ này y hệt các động cơ  trên tên lữa Chim Ưng 9 của SpaceX.

             2- Động cơ Merlin 1D . Một Merlin 1D duy nhất  tạo ra sức đẩy 147 000 cân Anh  trên mặt biển , đốt cháy  dầu lữa – kerosene lọai hỏa tiễn  và oxygen lõng  do một bơm tua bô -turbo pump  châm vào phòng đốt cháy – combustion chamber . Chất đẩy lõng của Heavy  có ưu điểm  trên nhiên liệu đặc là: các  động cơ có thể ngừng  và khởi động lại   trong khi bay, trong khi nhiên liệu đặc phải cháy  cho đến khi xài hết.  Xuyên qua  những điều chỉnh tài sản hảng  SpaceX  không chịu  tiết lộ, gần đây các kỷ sư  đã làm nhẹ bớt  động cơ để tăng gia  hửu hiệu, làm chúng trở thành một  động cơ  đầu đẩy tên lữa  hửu hiệu nhất chưa bao giờ có .                  

              3- Tầng đầu của Chim Ưng Nặng gồm  có 3 lõi. Cả 3 lõi đều họat động lúc  nâng đẩy phi thuyền cất cánh . Khỏang 2 phút 45 giây  sau khi  bay, lõi trung tâm giảm bớt ga ( tốc độ ), trong khi  hai lõi bên cạnh tiếp tục  thả hết ga   mãi cho đến khi xài gần hết  nhiên liệu.  Ở điểm này, các dụng cụ chia tách – separators chạy bằng hơi giải tỏa các lõi bên cạnh  rơi thẳng xuống biễn và lõi trung tâm  tăng thêm ga.

              4- Lõi trung tâm . Để trọng tải nặng hơn 100 000 cân Anh, Falcon Heavy  sử dụng  một hệ thống châm ngang   để chạy nhiên liệu tư các lõi bên cạnh  đến lõi trung tâm, làm cho lõi trung tâm  gần đầy nhóc nhiên liệu, khi các đầu đẩy tên lữa cạnh bên chia lìa. Cái gì để lại là  một tương đương  một hỏa tiễn Falcon 9 hòan tòan, đã  bay cao trên không gian .

            5- Các thùng nhiên liệu .  Một thùng oxygen lõng  ở trên chóp  mỗi lõi châm nhiên liệu vào các động cơ   xuyên qua một ống  trung tâm ; phần  thấp nhất  của thùng sẽ chứa kerosene  lọai hỏa tiễn. Các chất đẩy được bơm tua bô  vào mỗi ngòi châm  của mỗi động cơ Merlin, nơi đây chúng sẽ trộn lẫn nhau  và đưa vào phòng đốt cháy.

            6- Tầng thứ hai.   Chạy nhờ một động cơ Melin 1D duy nhất  được sửa đổi để họat động trong không gian chân không – vacuum , tầng thứ hai  cung cấp lực đẩy cuối cùng để đưa trọng tải vào quỹ đạo. Động cơ thể cho ngừng hay  cho chạy lại khi cần , giúp cho Falcon Heavy  đủ khả năng cung cấp trọng tải đa năng - multiple pay loads đến các qũy đạo khác nhau .

           7- Falcon Heavy có thể   mang theo hoặc một cáp sun Rông – Dragon capsule   nghĩa  là phi thuyền bay tự do SpaceX, hiện được sử dụng  để tái cung cấp  Trạm Không Gian Quốc tế, hay trọng tải  đến 117 000 cân Anh  ( hãy nghĩ tới các vệ tinh  đa năng quân sự và  thương mãi ) gói trong  một võ  dài 45 bộ Anh – 12.5 m và đường  kính là 17 bộ Anh - 5.1m.  Quà mua chợ phiên là  hai nữa võ sò  làm bằng  lõi tổ ong nhom ( aluminium )  và các tấm mặt sợi carbon.  Khi tầng thứ đến gần quỹ đạo, những cái đẩy chạy hơi  sẽ chia các mảnh nữa võ sò riêng rẽ ra , phô bày trọng tải.

   II – Máy làm trình tự DNA mau lẹ nhất

       Làm trình tự - sequence DNA đã cách mạng hóa y khoa và khảo cứu y khoa sinh học.  Chẳng hạn,  phân tích DNA  có thể cho các bác sĩ y khoa  thuốc nào có cơ họat động  tốt nhất  chống lại một lọai ung thư nào đó . Nhưng kỷ thuật hiện hửu  thường dùng trình tự   cho những  đọan trải căng DNA ngắn và mất nhiều giờ hay nhiều ngày mới làm xong.   Làm trình tự bất cứ gì dài hơn  vài trăm cặp baz – base pairs ,  buộc các nhà khoa học phải chẽ nhỏ  DNA mục tiêu ra  làm hàng ngàn  bản sao, làm trình tự  tất cả mọi mảnh nhỏ trải căng  và dùng phần mềm computer  tái dựng khó khăn trật tự  các baz DNA  bằng cách so sánh  ngang nhau các chồng  phủ - overlap ở các mảnh.  Một phương pháp mới tên gọi là làm trình tự kiểu lỗ nanô – nanopore sequencing , có thể  dùng  những sợi DNA dài ngay một lúc, lọai bỏ đi phân tích chồng phủ . Thành quả là các máy làm trình tự - sequencers  nanopore, có thể rẽ hơn, mau lẹ hơn, dày đặc hơn các máy làm trình tự DNA khác.   Chúng có thể làm trình tự chính xác những đọan trải căng  có nhiều cặp baz  sao chép tuần hòan . Máy MinION của hảng Oxford Nanopore Technologies  nối kết  đến một cổng( cửa ) USB . Sắp tới là ai có  1000 đô la Mỹ  và một máy computer  đều có khả năng  làm trình tự DNA rồi đó.  Nhắc lại là máy mới giá ít hơn  1000 đô la Mỹ - US$, đọc được  bề dài DNA  chừng  70 000 cặp baz va kích thước  hệ gen con người  là 3 tỉ- ngàn triệu cặp baz .

        Giải thích hình:

          1-  Đặt mẩu DNA  trên một chip . Các nhà khoa học đặt những mẩu  đã xử lý- điều trị rồi, chẳng hạn máu từ một bệnh nhân  hay DNA đã lọc sạch,  vào một cổng – port  nhỏ . Trong linh kiện  là một chip silicon  có nhiều màng – membrane   chứa lỗ bé tí ti.

          2- Mở khóa kéo DNA ra .  Một enzym đưa thoi DNA đến  nanopore của mạng  rồi tháo mỡ sợi đôi  DNA và chêm  một  cuối sợi  vào lỗ- pore . Lỗ là một lọat protêin  xếp đặt trong một vòng, thóat thai từ một vi khuẩn.  Đường kính bên trong lỗ  rộng khỏang 2 nanômét: nghĩa là 100 000 lần mỏng hơn một sợi tóc con người.

            3-  Chận đứng dòng điện ion.  Các điện cực đưa một dòng điện ion, một dòng chảy ions, qua một lỗ nanopore mở toang.  Khi một nhóm chứa vài baz, nghĩa là các As,  Ts, Cs và Gs   thông qua  cổ- neck của lỗ, nó sẽ chặn đứng các ions và cắt đứt dòng điện .  Một máy dò – sensor  ghi chép rối loạn điện này .

             4 -  Qui định trình tự . Phần mềm đặt trong máy computer phân tích tín hiệu điện   đã ghi chép các nhóm baz.  Vì chưng mỗi phối hợp các baz chận đứng dòng điện theo những kiểu thời trang khác biệt nhau, phần mềm có thể  suy ra  cá tính  và trình tự  các baz cá nhân  của nhóm. Khi sợi DNA châm qua một lỗ, phần mềm sẽ  khâu vá lại trình tự các baz trên tòan sợi.

            5-  Kiểm soát các sai lầm. Linh kiện có thể qui định trình tự của một sợi DNA duy nhất. Nhưng muốn có thêm chính xác, nó cũng có thể đọc ra sợi bổ sung nữa. Một khi   sợi DNA  đầu tiên  truyền động bánh cóc qua lỗ, một trải căng  DNA có tên gọi là cơ cấu trâm cài- hairpin structure  hành động như thể một dây dắt, dây buộc kéo  nữa sánh ngang  kia cũng vào lỗ  được.

        III : Những hệ thống sức đẩy các động cơ thám hiểm không gian sâu xa vời .

Deep Space  1

           Sau đây là những hệ thống đẩy – propulsion systems của Hoa Kỳ có thể mang theo phi hành gia đến Sao Hỏa - Mars hay xa hơn nữa.

           

·         Sao 48 – Star -48 .  Sao 48 là một hỏa tiễn  hóa học  mau lẹ nhất, được chế tạo để phóng các vệ tinh và mới đây được hội nhập vào máy dò –probe Chân Trời Mới – New Horizons đã cất cánh  năm 2006.  Chạy bằng cách đốt cháy một pha trộn  của ammonium perchlorate và nhom –aluminium, nó nâng  đở máy dò đi đến Sao Diêm Vương- Pluto bound theo tốc độ chừng 36 000 dặm Anh ( 57 894 km ) một giờ.  Máy dò Chân Trời Mới  phải đến Sao Diêm Vương và các mặt trăng sao này, tháng 7 năm 2015 . Sử dụng lần đầu tiên để đẩy năm 1980 .

·           Tên lữa kiểm tra độ cao  băng ion- ion thrusters

Tên lữa ion dựa vào các ảnh hưởng điện từ - electromagnetic effects để tăng tốc các hạt tử điện tính  ở phía đằng sau phi thuyền, tạo ra một lực đẩy . Hửu hiệu 50 lần hơn các hỏa tiễn hóa học , nay chúng được dùng cơ bản  cho việc giữ lại các trạm vệ tinh . Phi thuyền Không Gian Sâu 1 – Deep Space  1 của NASA ( Cơ quan Không gian Hoa Kỳ ), phóng lên năm 1989 , là máy dò đầu tiên  sử dụng một động cơ ion  cho sức đẩy. Phi thuyền Dawn, đang thám hiểm vòng đai các ngôi sao –asteroid belt cũng đang sử  dụng một động cơ ion . Sử dụng lần đầu tiên để  đẩy năm 1998.

·                                   Buồm  mặt trời – Solar Sails

  Giống như buồm thường lệ, đạt động năng  từ gió, các buồm mặt trời dựa  trên động năng  của ánh nắng .Chỉ có vài buồm này  đã được thí nghiệm  trên không gian cho đến nay , gồm luôn cả Ikaros của Nhật, một cố gắng tư nhân  tên gọi là Buồm Nhẹ- LightSail và NanoSail-D của NASA .  Các nhà khoa học đanh họat động  chế tạo các vật liệu nhẹ hơn  và các phương cách dàn trãi đáng tin cậy hơn , cả  dều có thể tăng gia tốc độ. Chuyến bay đầu tiên  liên hành tinh năm 2010 .

·                                   Đẩy nhịp plasma  phía ngòai- External Pulsed Plasma Propulsion 

                    Đây có lẽ  là hệ thống đẩy mau lẹ nhất các nhà khoa học  hiện  chế tạo dược ngày nay.Hệ thống đẩy  nhịp plasma phía ngòai sẽ làm nổ  hàng trăm võ khí hạt nhân phía sau phi thuyền.  Phi thuyền sẽ vẫn bay trước mặt các làn sóng  sốc .  Ý kiến được  nghiên cứu lần đầu tiên  cuối thập niên 1940  và trên phương diện kỷ thuật có cơ  làm được. Nhưng thực hiện nó có vẽ rắc rối :  Phóng  đi một phi thuyền chất tải  hàng trăm võ khi hạt nhân   rất xa an tòan.  Năm 1957 đã thử nghiệm ý niệm này .          

      

·          Hỏa tiễn  dung hợp – Fusion rockets

Rất giống một  hỏa tiễn  thường lệ  và có nguồn  nhiệt lượng hửu hiệu hơn, các hỏa tiễn dung hợp  sẽ  hâm nóng nhiên liệu và bắn đi  từ phía sau.  Các nhà khoa học đã đùa dỡn với  ý kiến, kể từ  nghiên cứu  của Hội Liên Hành tinh Anh Daedalus trong thập niên 1970. Gần đây,  các nhà khoa học Dự án  Icarus , một cập nhật Daedalus, tưởng tượng lại hỏa tiễn dung hợp với các kỷ thuật cân đại hơn. Nhưng cho đến khi các nhà khảo cứu chế tạo  được dung hợp tốt tại Trái đất, các hỏa tiễn  này còn xa vời lắm đó.  Dự tính sẽ sẳn sàng vào năm 2030.

·         Biến dạng đẩy đi – Warp drive

Kỹ thuật  duy nhất có thể , trên nguyên tắc,  đi ngang qua  rào cản thiêng liêng thần thánh của tốc độ ánh sáng, đẩy đi biến dạng ( uốn cong )  sẽ sử dụng những số lượng đồ sộ năng lượng âm tính ( tiêu cực ), hầu tạo ra một bong bóng ở không gian – thời gian ( space- time ). Nó sẽ làm co lại không gian – thời gian trước mặt một phi thuyền và nở rộng  lại phía sau. Thay vì du hành qua không gian, một phi thuyền có khả năng biến dạng, theo một nghĩa nào đó, sẽ du hành trong không gian, chạy qua các méo mó – biến dạng không gian – thời gian. Dự tính  sẽ sẳn sàng :  chưa định ngày được. 

IV . Xã hội ong mật   

Thống kê

Một tổ ong chỉ có một Ong chúa, từ Mỹ  lại gọi là Hòang hậu- Queen . Ong thợ - workers họat động cho Ong  chúa từ 10 000 đến 50 000 con. Trung bình đời sống một ong thợ là 3 tháng. Năm 2011, Hoa Kỳ xử lý chừng 2.49 triệu quần hợp – colonies ong. 

Lực lượng ong họat động trong tổ ong . Ong chúa: khi  ong chúa ở quần hợp già đi  hay bị tàn tật, các ong y tá hay ong  điều dưỡng  - nurse bees   bài tiết ra  một sửa ( nước đông lại ) ong chúa- royal jelly rất cao  acid béo- fatty acids  và protein  dùng nuôi  vài  ong ấu trùng- larvae .   Sửa này khuyến khích các buồng trứng phát triễn  và sản xuất ra một ong chúa mới, sẽ dùng thời gian mình sống đẻ ra hàng ngàn trứng giống y hệt nhau trên phương diện di truyền. Ong điều dưỡng : đa số ong cái  khởi sự đời sống  là ong điều dưỡng – y tá   cốt để   săn sóc ong chúa và các ấu trùng. Chúng dọn sạch sẽ các tế bào chứa sáp ong cho các trứng ong chúa đẻ ra và nuôi các ấu trùng bằng mật ong và phấn hoa. Ong tìm tòi lương thực – foragers thường chiếm  khỏang 30 %  tổng số ong họat động, nhưng tỉ số có thể  thay đổi tùy  theo các thừa tố môi trường.  Khi các ong điều  dưỡng đã sống được 2 hay 3 tuần lễ, biểu hiện gen ở nảo chúng  thay đổi ; và chúng chuyễn qua  đi lục lọi tìm phấn hoa , mật hoa và nước ngòai tổ ong, sử dụng mặt trời làm la bàn cho chúng. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã khám phá  là phận sự này rất mềm dẽo:  ong thợ bất cứ tuổi nào cũng làm ong điều dưỡng hay ong tìm tòi lương thực được cả. Ong vo ve – drone  là các ong đực , chỉ có  một bộ  nhiễm sắc thể , dùng để thụ tinh các trứng ong chúa.  Ảnh hưởng kéo đàn bay đi- swarming là khi nào ong chúa quá già, nó sẽ bay ra khỏi tổ,  với một đàn phần lớn là ong điều dưỡng, để lại quần hợp và các ấu trùng cho ong chúa kế vị . Vài ong tìm tòi lương thực  và ong tự do chưa có phận sự, sẽ chuyễn thành các ong điều dưỡng. Ở thí nghiệm la bô, khi một nữa sĩ số  ong đã bay đi, chỉ độ 10% ong tìm tòi trở thành ong điều dưỡng. Các nhà khoa học nói là sự mảnh mai  - dễ vỡ này có thể giữ lại  nhiều ong tìm tòi, không cho trở thành điều dưỡng.  Các ong tìm tòi đã được lập trình là mảnh mai có mục đích bảo vệ quần hợp.  Thay vì đem về tổ lây nhiễm hay chất độc hại, chúng điển hình chết ngay ngòai trời.   

Một tổ ong chúa hàng ngàn các ong cái tương tự nhau về di truyền bay kêu vù vù. Vài con nuôi -điều dưỡng ong chúa  và trứng ong chúa, trong khi  các con khác  bay đi  tìm tòi phấn hoa và mật hoa. Trong nhiều thập niên các nhà khoa học đã biết là  ong  đọat phận sự  mới khi chúng già đi, nhưng một nhóm nhà khảo cứu mới đây  khám phá ra rằng các  thẻ- tags hóa học dính vào DNA  các ong, đóng một vai trò rất quan trọng qui định sự nghiệp, công việc chúng làm. Thẻ hóa học này thường thuộc nhóm mêtil- methyl , kiểm sóat biểu hiện gen rồi  tuần tự  ảnh hưởng cách nào một  sinh vật  cư xử.  Cả hai, thẻ hóa học và cách cư xử  chúng cảm ứng ra, tuồng như  có thể đảo ngược lại, theo lời  Gro Amdam, nhà sinh học Viện đại học bang Arizona. Chẳng hạn, các ong tìm tòi lương thực  có thể trở thành ong điều dưỡng, nếu tổ ong đòi hỏi như thế . Con người cũng mang theo những tags  thẻ biểu sinh – epigenetic có cơ ảnh hưởng đến những hành vi họ.  Các nhà khoa học tìm thấy là các nhóm mêtil  dính chặc  vào  gen  nhận hormone căng thẳng – stress hormone receptor gene  ở các nạn nhân con trẽ bị hành hạ đến phải tự tử.  Nếu những mệnh lệnh – cues hóa học này  có thể thay đổi trên ong, các nhà khoa học có thể tìm ra những phép chửa trị mới cho ai đó bị chấn động tâm lý,  hổn lọan tình huống và luôn cả học hỏi tàn tật nữa.                      

    

     Cách nào các thẻ biểu sinh  họat động

      Thẻ hóa học là những enzym tỉ như methyltransferaz, giúp chuyễn các thẻ biểu sinh thành DNA. Cơ chế cảm ứng các thay đổi biểu sinh trên ong  chưa được hiểu rỏ tường tận, nhưng các nhà khoa học  nghi rằng các pheromones   các ong tìm tòi nhả ra, có thể đóng một vai trò nào đó.

      Gen. Các thẻ biểu sinh, tỉ như các nhóm mê til, qui định bao nhiều phần gen được biểu hiện  hay là gen có được biểu hiện không .

     Protêin . Các thẻ cũng ra lệnh cách nào các mảnh gen được ráp lại thành một khuôn phiên mã – transcript, có khi sẽ qui định  lọai protêin  nào làm ra từ gen này. Một protein một ong điều dưỡng làm ra, trông khác hẳn và dùng làm một chức năng  khác hẳn protein một ong tìm tòi làm ra.    

               ( chiếu theo Khoa học Phổ thông- Hoa Kỳ, số tháng 4/ 2013)

                     ( Irvine, Nam Ca li – Hoa Kỳ, ngày 15 tháng 3 năm 2013)