Chuyến bay đầu tiên của Starship thất bại: đổi mới hàng không vũ trụ chưa bao giờ dễ dàng!

Đoàn Thúy Hà

Editor
Thành viên BQT
Vào khoảng 20h ngày 20/4 theo giờ Hà Nội, phương tiện phóng mới Starship do công ty SpaceX của Mỹ phát triển đã cất cánh tại bãi phóng tự xây dựng ở Boca Chica, Texas, Mỹ. Sau khi tên lửa cất cánh, người ta phát hiện ra rằng nhiều động cơ trong giai đoạn đầu hoạt động không bình thường. 2 phút 30 giây sau khi cất cánh, tư thế của tên lửa trở nên không ổn định và bắt đầu xoay. Cuối cùng, nó bị phát nổ, và vụ phóng đã được tuyên bố thất bại.
Chuyến bay đầu tiên của Starship thất bại: đổi mới hàng không vũ trụ chưa bao giờ dễ dàng!
Mặc dù mục tiêu của chuyến bay đầu tiên không được hoàn thành, nhưng các chỉ số kỹ thuật của Starship đã phá vỡ kỷ lục về các chỉ số mang theo của tàu vũ trụ và dự kiến sẽ mang lại nhiều khả năng hơn cho ngành công nghiệp phóng vũ trụ trong tương lai.
Chuyến bay đầu tiên của Starship thất bại: đổi mới hàng không vũ trụ chưa bao giờ dễ dàng!
Vậy những công nghệ và thiết kế mới nào được sử dụng trong Starship? Triển vọng ứng dụng của phương tiện phóng mạnh mẽ này là gì?
Starship có đường kính 9 mét, chiều cao khoảng 120 mét, chất liệu thân tàu chủ yếu được làm bằng thép không gỉ. Tầng đầu tiên được gọi là Super Heavy Booster, cao 69 mét, có thể chứa đầy 3.400 tấn thuốc phóng và có tổng lực đẩy cất cánh lên tới 7.590 tấn, gấp 2 lần. Tầng thứ hai thực sự là một con tàu vũ trụ đặc biệt với chiều cao khoảng 50 mét, có thể chứa đầy 1.200 tấn nhiên liệu đẩy và có lực đẩy khoảng 1.500 tấn. Ngoài ra, Starship đã hủy bỏ tấm chắn và một khoang tải có thể mở được tương tự như tàu con thoi được đặt trên đỉnh của tầng thứ hai.
Chuyến bay đầu tiên của Starship thất bại: đổi mới hàng không vũ trụ chưa bao giờ dễ dàng!
Để vận hành thân tên lửa khổng lồ, "Starship" sử dụng tổng cộng 36 động cơ metan oxy lỏng Raptor với lực đẩy 230 tấn ở mực nước biển và 3 phiên bản chân không của Raptor với lực đẩy 285 tấn ở mực nước biển.
Theo kế hoạch, chuyến bay đầu tiên của Starship khác với phương tiện phóng một lần truyền thống, sau khi hai tầng được tách thành công, tầng đầu tiên giống như tầng đầu tiên của tên lửa Falcon 9 quay trở lại trường để tái sử dụng. Tuy nhiên, vì lý do an toàn, giai đoạn đầu tiên của "phi thuyền" lần này không thực sự được thu hồi, mà rơi xuống biển cách nơi phóng không xa. Tầng thứ hai đi vào bầu khí quyển sau khi bay hơn nửa vòng quanh trái đất và quay trở lại trong tư thế tương tự như tàu con thoi, giai đoạn từ bay lượn vào bầu khí quyển và cuối cùng là rơi xuống biển, để hoàn thành nhiệm vụ.
Nói một cách chính xác, trong lần phóng này, tầng thứ hai của Starship không hoàn toàn đi theo quỹ đạo quay quanh trái đất, không thể xác minh chỉ số năng lực, nhưng Starship nếu muốn tiến vào quỹ đạo, nó chỉ cần trì hoãn việc tắt giai đoạn thứ hai một chút.
Chuyến bay đầu tiên của Starship thất bại: đổi mới hàng không vũ trụ chưa bao giờ dễ dàng!
Chuyến bay đầu tiên của Starship có thể được gọi là sự kiện phóng vào không gian được theo dõi nhiều nhất vào năm 2023. Một là vì Starship đã phá nhiều kỷ lục về tên lửa hạng nặng, vượt qua mọi mẫu tên lửa thực tế trong lịch sử du hành vũ trụ về lực đẩy, trọng lượng cất cánh và khả năng vận chuyển. Thứ hai là khái niệm thiết kế của Starship rất cấp tiến và tích hợp một số công nghệ mới chưa được chứng minh. Nếu vụ phóng thành công, Starship sẽ trở thành phương tiện phóng có thể tái sử dụng hoàn toàn đầu tiên trong lịch sử hàng không vũ trụ và là tên lửa metan oxy lỏng đầu tiên đi vào quỹ đạo thành công. Đáng tiếc, tầng một và hai chưa kịp tách ra thành công đã rơi xuống cát bụi.
Mục tiêu chính của Starship là tiếp tục giảm chi phí phóng theo cấp số nhân và tăng tần suất phóng trên cơ sở công nghệ phục hồi của loạt tên lửa Falcon, đồng thời đẩy nhanh quá trình phóng vệ tinh Internet StarLink vào quỹ đạo thấp của SpaceX.
Chuyến bay đầu tiên của Starship thất bại: đổi mới hàng không vũ trụ chưa bao giờ dễ dàng!
Cận cảnh gạch cách nhiệt của Starship
Tuy nhiên, sứ mệnh của Starship dự kiến sẽ vượt xa dự án Starlink, sử dụng thiết kế phóng nhanh ghép kênh và tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo, người ta cho rằng các phương tiện có người lái sẽ di chuyển đến không gian sâu hơn. Vào tháng 4/2021, Starship đã đánh bại một đối thủ mạnh trong cuộc đấu thầu và sẽ được chuyển đổi thành mô-đun mặt trăng có người lái của Dự án Artemis. Ngoài ra, Starship còn là phương tiện mục tiêu trong dự án Global Rapid Delivery của quân đội Mỹ, cố gắng vận chuyển 80 tấn hàng hóa đến bất kỳ nơi nào trên thế giới trong vòng một giờ. Quan trọng hơn, Starship sẽ là người thực hành kế hoạch chữa cháy có người lái mà SpaceX đã quảng bá kể từ khi thành lập. Có thể thấy, phi thuyền mang trọng trách thực sự nặng nề.

Cải tiến lặp đi lặp lại với thử nghiệm bay​

Chuyến bay đầu tiên của Starship thất bại: đổi mới hàng không vũ trụ chưa bao giờ dễ dàng!
SpaceX đã dành gần như toàn bộ công việc nghiên cứu và phát triển của mình cho Starship. Có thể nói, vận mệnh của toàn bộ công ty phụ thuộc vào sự thành bại của dự án Starship.
Kể từ khi thành lập SpaceX vào năm 2002, Musk đã liên tục quảng bá Giấc mơ sao Hỏa, điều này đã ngụy trang làm tăng sự chú ý của các tên lửa hạng nặng thực hiện các sứ mệnh có người lái.
Với việc trục vớt thành công tên lửa Falcon 9, SpaceX như được "mọc thêm cánh". Tại Đại hội Du hành Vũ trụ Quốc tế năm 2016, Musk lần đầu tiên công bố "hệ thống giao thông liên hành tinh" để hạ cánh có người lái trên Sao Hỏa. Tuy nhiên, do quy mô phóng lớn và các chỉ số kỹ thuật cao, kế hoạch thiết kế sau đó đã được thay đổi nhiều lần và các thông số kỹ thuật của tên lửa cũng bị thu hẹp nhiều lần.
Vào năm 2017, phương tiện vũ trụ đã được đổi tên thành "Tên lửa Big Falcon" và chỉ số ban đầu được xác định là sức chứa 100 tấn trên quỹ đạo trái đất thấp và thùng chứa được làm bằng composite sợi carbon có độ bền cao. Năm 2018, nhà tài phiệt Nhật Bản Yusaku Maezawa đã chi số tiền khổng lồ để mua vé và công bố kế hoạch "Hành trình vòng quanh mặt trăng". Tuy nhiên, chỉ 5 tháng sau, SpaceX lại lật ngược kế hoạch thiết kế, thay đổi chất liệu thùng chứa thành thép không gỉ thương mại giá rẻ hiếm thấy trên các mẫu tên lửa hiện nay và chính thức đổi tên thành Starship.
Chuyến bay đầu tiên của Starship thất bại: đổi mới hàng không vũ trụ chưa bao giờ dễ dàng!
Sau khi kế hoạch thép không gỉ được hoàn thiện, việc nghiên cứu và phát triển Starship chính thức bước vào làn đường nhanh chóng. Vào cuối năm 2018, nguyên mẫu nguyên lý Starship là Star Hopper đã lộ diện và chiều cao chuyến bay thử nghiệm chỉ là hàng chục mét. Kể từ đó, SpaceX đã tiếp tục sử dụng các mô hình "lặp lại nhanh" và "bay thử nghiệm" để chế tạo một số lượng lớn nguyên mẫu tàu vũ trụ và thực hiện nhiều thử nghiệm khác nhau. Nhìn chung, các dự án liên quan đang tiến triển nhanh chóng nhưng cũng rất tốn kém, chỉ trong giai đoạn bay thử nghiệm dưới quỹ đạo dài 10 km, họ đã gặp phải những thất bại lớn, bốn chuyến bay thử nghiệm liên tiếp đã phát nổ và phải đến khi tên lửa nguyên mẫu SN15 hạ cánh thành công lần đầu tiên. Các loại sản phẩm thử nghiệm và nguyên mẫu đã bị nổ tung hoặc loại bỏ vì các lý do khác thì nhiều vô số kể, ngay cả sự kết hợp giữa SN20 và B4, có thể phóng về mặt lý thuyết, cũng đã bị loại bỏ do quá trình lặp lại thiết kế quá nhanh.
Tuy nhiên, nhóm dự án Starship nhất quyết sử dụng nhiên liệu đẩy metan oxy lỏng đã bị bỏ quên từ lâu.
Chuyến bay đầu tiên của Starship thất bại: đổi mới hàng không vũ trụ chưa bao giờ dễ dàng!
Đầu tiên là hiệu suất đẩy cao của metan oxy lỏng và xung lực cụ thể về mặt lý thuyết của chất đẩy cao tới 390 giây, chỉ đứng sau chất đẩy hydro lỏng và oxy lỏng. Yếu tố chính thứ hai là nhiên liệu đẩy metan oxy lỏng cháy không lắng đọng carbon và thiết kế cơ chế đánh lửa dễ dàng hơn, thuận tiện cho việc thu hồi và tái sử dụng động cơ. Thứ ba, khí mê-tan có nhiệt dung riêng cao và hiệu suất làm mát tổng thể của nó cao hơn ba lần so với dầu hỏa. Thứ tư, chênh lệch nhiệt độ sôi của metan và oxy lỏng nhỏ hơn 20 độ C, yêu cầu cách nhiệt giữa các bể chứa giảm đi rất nhiều, thiết kế đáy chung thuận tiện hơn, giảm trọng lượng kết cấu.
Chuyến bay đầu tiên của Starship thất bại: đổi mới hàng không vũ trụ chưa bao giờ dễ dàng!
Ngoài 4 điểm trên, cũng cần xét đến giá thành rẻ của khí metan hiện chủ yếu thu được từ quá trình tinh chế khí tự nhiên, so với hydro lỏng có thể gọi là giá rẻ. Đặc biệt đối với các tên lửa hạng nặng như Starship cần được lấp đầy bằng hàng nghìn tấn nhiên liệu đẩy, tác dụng tiết kiệm tiền của nhiên liệu đẩy khí metan oxy lỏng có thể được mô tả là "ngay lập tức".

Thử thách thì gian nan và trách nhiệm thì dài​

Chiến lược nghiên cứu và phát triển lặp đi lặp lại tốn kém đã đẩy nhanh tiến độ của Starship, nhưng do sự ra đời của một số lượng lớn công nghệ mới vẫn cần được xác minh nên ngày thực hiện chuyến bay đầu tiên vẫn bị hoãn lại. ban đầu được lên kế hoạch sớm nhất là vào năm ngoái, những thách thức mà phi thuyền trong tương lai phải đối mặt.
Sự chậm trễ trong tiến độ của Starship không chỉ làm chậm tiến độ của mạng lưới vệ tinh Starlink thế hệ thứ hai mà còn kéo chậm lại sứ mệnh "trở lại mặt trăng" của Hoa Kỳ. Theo truyền thống, chuyến bay đầu tiên vào quỹ đạo thành công được coi là "thành công" đối với một loại tên lửa mới, nhưng đối với Starship, ngay cả khi chuyến bay đầu tiên thành công, đó cũng chỉ là bước đầu tiên trong cuộc hành trình dài và tiếp theo dịch vụ và quá trình cải tiến sẽ còn dài và khó khăn.
Để đạt được mục tiêu như mong đợi, Starship vẫn cần rất nhiều chuyến bay thử nghiệm và cải tiến trong tương lai, khó khăn đầu tiên cần vượt qua là bắt và thu hồi chính xác hai giai đoạn tương ứng. Tiếp theo, đối với nhiệm vụ có người lái, đội Starship phải tích lũy đủ dữ liệu về độ tin cậy, bổ sung các thiết bị hỗ trợ sự sống và thoát hiểm cần thiết, đồng thời hoàn thiện phiên bản Starship có người lái.
Để thực hiện các nhiệm vụ trong không gian sâu và đáp ứng nhu cầu tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo, nhóm nghiên cứu cần thiết kế một phiên bản tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo của tàu vũ trụ chuyên lưu trữ và vận chuyển các nhiên liệu đẩy ở nhiệt độ thấp. Để thực hiện các cam kết trong hợp đồng với NASA, nhóm sẽ chế tạo một phiên bản mặt trăng của tàu vũ trụ giúp đơn giản hóa tất cả các thiết bị tái nhập khí quyển. Nếu các cấu hình trên muốn trở thành hiện thực, tiền đề quan trọng nhất là giá rẻ, chuẩn bị nhanh và tái sử dụng đáng tin cậy của tàu vũ trụ. Có thể nói đây là thử thách cuối cùng của dự án Starship và là mục tiêu cuối cùng của quá trình lặp đi lặp lại liên tục của nó.
Cuối cùng, SpaceX cũng cần xây dựng một phiên bản có người lái của Starship. Nó sẽ xác minh công nghệ sử dụng tài nguyên tại chỗ, nghĩa là không mang theo nhiên liệu đẩy quay trở lại, hạ cánh nhẹ nhàng trên bề mặt sao Hỏa, sau đó thu thập vật liệu tại chỗ để tạo ra nhiên liệu đẩy quay trở lại thông qua phản ứng Sabatier. Kết hợp với công nghệ phun nhiên liệu đẩy nhiệt độ thấp trên quỹ đạo, phiên bản có người lái của Starship dự kiến sẽ tăng khối lượng của một lần vận chuyển lên bề mặt Sao Hỏa từ 1 tấn lên 100 tấn.
Nhìn chung, khái niệm thiết kế phục hồi hoàn toàn và tái sử dụng nhanh chóng của Starship đã đóng một vai trò tích cực trong việc chứng minh và thúc đẩy sự phát triển của các mẫu tên lửa khác. Chi phí cho các chuyến bay thử nghiệm khác nhau cũng sẽ tăng theo cấp số nhân, đây là cái giá tất yếu của việc tàu vũ trụ tích hợp quá nhiều công nghệ mới.
Thất bại của chuyến bay đầu tiên lần này là biểu hiện của cái giá này, đặc biệt là công nghệ song song nhiều động cơ đơn lõi, có thể gọi là thử thách "lời nguyền" của phương tiện phóng mà SpaceX phải vượt qua.
Theo phong cách của SpaceX, công ty sẽ không bao giờ dừng lại ở bước thụt lùi này, công ty đã lường trước những rủi ro to lớn của chuyến bay đầu tiên và chuyến bay thử nghiệm tiếp theo Starship đã được lắp ráp trong nhà máy. Sự quyết đoán này có thể là một trong những lý do khiến SpaceX có thể vươn lên nhanh chóng trong 20 năm qua, đồng thời nó cũng cảnh báo mọi người rằng sự đổi mới trong lĩnh vực hàng không vũ trụ luôn đi kèm với cơ hội và rủi ro.
Tương lai của tàu vũ trụ còn dài và khó khăn. Những ý tưởng thiết kế cấp tiến của nó có thể giúp nó đạt được mục tiêu không? Liệu nó có thể giúp dự án Starlink vẫn đang thua lỗ vượt qua khó khăn và liệu Starship có thể vượt qua khó khăn hay không? Có thể giúp "Giấc mơ sao Hỏa" trở thành hiện thực hay không? Tất cả những điều này còn phải chờ thời gian kiểm chứng.
 


Đăng nhập một lần thảo luận tẹt ga
Top