Mr Bens
Intern Writer
SpaceX mới đây xác nhận nguyên nhân gây ra vụ nổ tàu vũ trụ 36 là do lỗi từ COPV (Composite Overwrapped Pressure Vessel). COPV là loại bình áp suất nhẹ, thường làm từ nhôm và được bọc vật liệu composite sợi carbon, dùng để chứa khí nén như heli hay nitơ, tạo áp suất cho các hệ thống của tên lửa. Trên Starship, các COPV này đặt ở phần đầu tàu, hỗ trợ quá trình khởi động động cơ và xả khí.
Sự cố xảy ra khi một COPV chứa nitơ trong khoang tải trọng bị vỡ do áp suất vượt giới hạn. Vụ nổ tạo ra lực đủ lớn để thổi thủng thân tàu ở phần đón gió, phá hủy các cấu trúc chính như đường nhiên liệu và mái vòm. Kết quả là nhiên liệu rò rỉ, bắt cháy và dẫn đến vụ nổ làm nổ tung toàn bộ tàu vũ trụ 36. Đây là lần đầu tiên lỗi như vậy xuất hiện trên thiết kế Starship.
Mặc dù cả Starship và Falcon 9 đều dùng COPV, SpaceX khẳng định hệ thống COPV của hai dòng tàu này không có điểm chung. Điều này giúp tránh nhầm lẫn, đặc biệt khi Falcon 9 từng gặp sự cố liên quan đến COPV trong các nhiệm vụ CRS-7 năm 2015 và AMOS-6 năm 2016.
Thiết kế COPV phức tạp và chịu áp lực khắc nghiệt trong Starship
Nguyên nhân gây lỗi bắt nguồn từ chính bản chất thiết kế phức tạp của COPV. Các bình này đòi hỏi quy trình sản xuất nghiêm ngặt với lớp composite được bọc chính xác. Chỉ một lỗi nhỏ như xếp sợi lệch, lớp lót không đồng đều hay quấn sai cách cũng có thể làm giảm độ bền của bình. Trong điều kiện áp suất cao, các lỗi này có thể khiến vật liệu cong vênh hoặc tạo ra lỗ rỗng chứa khí nén hoặc oxy lỏng, dễ dẫn đến phản ứng nguy hiểm.
Thêm vào đó, Starship là hệ thống có môi trường khắc nghiệt hơn nhiều so với Falcon 9. Do lực đẩy lớn hơn, khối lượng nhiên liệu nhiều hơn và độ rung cấu trúc cao hơn, mọi thành phần trong Starship, đặc biệt là COPV, phải chịu điều kiện hoạt động cực đoan. Hệ thống này sử dụng oxy và mêtan ở trạng thái lỏng, đòi hỏi nhiệt độ rất thấp, từ đó tăng nguy cơ nứt vỡ vật liệu composite.
Đặc biệt, Starship được thiết kế để tái sử dụng nhiều lần và hoạt động dài hạn trong không gian, phục vụ các nhiệm vụ như tiếp nhiên liệu, hạ cánh Mặt Trăng và thậm chí cả định cư Sao Hỏa. Do đó, COPV phải chịu được nhiều chu kỳ áp suất và biến động nhiệt độ, đòi hỏi tiêu chuẩn cao hơn nhiều so với các hệ thống tên lửa hiện tại.
Việc phát triển Starship theo mô hình nhanh chóng cũng tạo thêm áp lực. Khi thời gian giữa các vòng thiết kế, xây dựng và thử nghiệm bị rút ngắn, nguy cơ bỏ sót lỗi kỹ thuật tăng cao. Trên thực tế, SpaceX từng đối mặt với nhiều sự cố như rung động hài hòa, trộn nhầm nhiên liệu, mất kiểm soát khi bay và giờ là lỗi COPV.
Không chỉ bị giới hạn thời gian, Starship còn chịu áp lực từ các mục tiêu lớn như phục hồi hai giai đoạn, tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo, tham gia sứ mệnh Artemis của NASA và tham vọng đưa con người lên Sao Hỏa. Các mục tiêu này đòi hỏi tiến độ gấp rút, có thể khiến một số thành phần như COPV chưa được kiểm tra đầy đủ trong mọi điều kiện bay.
Ngoài ra, Starship vẫn là tên lửa đang phát triển. NASA chưa giám sát hệ thống COPV trên Starship chặt như với Falcon 9, khiến SpaceX phải tự quản lý thử nghiệm và kiểm định chất lượng. Một số ý kiến cho rằng các COPV lắp trên nguyên mẫu gần đây có thể chưa được cố định đúng cách, đặc biệt khi đặt gần đường nhiên liệu chịu áp suất cao, làm tăng nguy cơ phản ứng dây chuyền nếu xảy ra lỗi.
COPV sẽ được điều tra, thiết kế lại và thử nghiệm nghiêm ngặt hơn
Sau vụ nổ, SpaceX đang điều tra nguyên nhân gốc rễ và cân nhắc thiết kế lại hệ thống COPV. Tùy thuộc kết quả điều tra, công ty có thể gia cố vỏ bình, tăng độ bền cấu trúc hoặc thay đổi bố trí bên trong. Ngoài ra, các quy trình kiểm thử dự kiến sẽ được mở rộng, bao gồm kiểm tra áp suất, nhiệt độ khắc nghiệt và thử nghiệm độc lập.
SpaceX cũng có thể cải tiến kiểm soát chất lượng trong mọi giai đoạn sản xuất, lắp đặt và xác minh. Các kỹ sư tham gia phát triển COPV có thể phải được đào tạo lại trong thời gian bảo trì các bãi thử. Hiện tại, khu thử nghiệm S36 đã ngừng hoạt động để kiểm tra và làm sạch, trong khi khu Mega Bay 2 đang đánh giá lại toàn bộ hệ thống COPV.
Bên cạnh đó, SpaceX không loại trừ việc nghiên cứu các công nghệ thay thế để giảm sự phụ thuộc vào COPV, chẳng hạn như sử dụng khí tạo áp từ động cơ thay cho bình chứa khí nén. Tuy nhiên, cách tiếp cận này cũng có thể tạo ra thách thức kỹ thuật mới.
Sự cố xảy ra khi một COPV chứa nitơ trong khoang tải trọng bị vỡ do áp suất vượt giới hạn. Vụ nổ tạo ra lực đủ lớn để thổi thủng thân tàu ở phần đón gió, phá hủy các cấu trúc chính như đường nhiên liệu và mái vòm. Kết quả là nhiên liệu rò rỉ, bắt cháy và dẫn đến vụ nổ làm nổ tung toàn bộ tàu vũ trụ 36. Đây là lần đầu tiên lỗi như vậy xuất hiện trên thiết kế Starship.
Mặc dù cả Starship và Falcon 9 đều dùng COPV, SpaceX khẳng định hệ thống COPV của hai dòng tàu này không có điểm chung. Điều này giúp tránh nhầm lẫn, đặc biệt khi Falcon 9 từng gặp sự cố liên quan đến COPV trong các nhiệm vụ CRS-7 năm 2015 và AMOS-6 năm 2016.
Thiết kế COPV phức tạp và chịu áp lực khắc nghiệt trong Starship
Nguyên nhân gây lỗi bắt nguồn từ chính bản chất thiết kế phức tạp của COPV. Các bình này đòi hỏi quy trình sản xuất nghiêm ngặt với lớp composite được bọc chính xác. Chỉ một lỗi nhỏ như xếp sợi lệch, lớp lót không đồng đều hay quấn sai cách cũng có thể làm giảm độ bền của bình. Trong điều kiện áp suất cao, các lỗi này có thể khiến vật liệu cong vênh hoặc tạo ra lỗ rỗng chứa khí nén hoặc oxy lỏng, dễ dẫn đến phản ứng nguy hiểm.
Thêm vào đó, Starship là hệ thống có môi trường khắc nghiệt hơn nhiều so với Falcon 9. Do lực đẩy lớn hơn, khối lượng nhiên liệu nhiều hơn và độ rung cấu trúc cao hơn, mọi thành phần trong Starship, đặc biệt là COPV, phải chịu điều kiện hoạt động cực đoan. Hệ thống này sử dụng oxy và mêtan ở trạng thái lỏng, đòi hỏi nhiệt độ rất thấp, từ đó tăng nguy cơ nứt vỡ vật liệu composite.
Đặc biệt, Starship được thiết kế để tái sử dụng nhiều lần và hoạt động dài hạn trong không gian, phục vụ các nhiệm vụ như tiếp nhiên liệu, hạ cánh Mặt Trăng và thậm chí cả định cư Sao Hỏa. Do đó, COPV phải chịu được nhiều chu kỳ áp suất và biến động nhiệt độ, đòi hỏi tiêu chuẩn cao hơn nhiều so với các hệ thống tên lửa hiện tại.
Việc phát triển Starship theo mô hình nhanh chóng cũng tạo thêm áp lực. Khi thời gian giữa các vòng thiết kế, xây dựng và thử nghiệm bị rút ngắn, nguy cơ bỏ sót lỗi kỹ thuật tăng cao. Trên thực tế, SpaceX từng đối mặt với nhiều sự cố như rung động hài hòa, trộn nhầm nhiên liệu, mất kiểm soát khi bay và giờ là lỗi COPV.
Không chỉ bị giới hạn thời gian, Starship còn chịu áp lực từ các mục tiêu lớn như phục hồi hai giai đoạn, tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo, tham gia sứ mệnh Artemis của NASA và tham vọng đưa con người lên Sao Hỏa. Các mục tiêu này đòi hỏi tiến độ gấp rút, có thể khiến một số thành phần như COPV chưa được kiểm tra đầy đủ trong mọi điều kiện bay.
Ngoài ra, Starship vẫn là tên lửa đang phát triển. NASA chưa giám sát hệ thống COPV trên Starship chặt như với Falcon 9, khiến SpaceX phải tự quản lý thử nghiệm và kiểm định chất lượng. Một số ý kiến cho rằng các COPV lắp trên nguyên mẫu gần đây có thể chưa được cố định đúng cách, đặc biệt khi đặt gần đường nhiên liệu chịu áp suất cao, làm tăng nguy cơ phản ứng dây chuyền nếu xảy ra lỗi.
COPV sẽ được điều tra, thiết kế lại và thử nghiệm nghiêm ngặt hơn
Sau vụ nổ, SpaceX đang điều tra nguyên nhân gốc rễ và cân nhắc thiết kế lại hệ thống COPV. Tùy thuộc kết quả điều tra, công ty có thể gia cố vỏ bình, tăng độ bền cấu trúc hoặc thay đổi bố trí bên trong. Ngoài ra, các quy trình kiểm thử dự kiến sẽ được mở rộng, bao gồm kiểm tra áp suất, nhiệt độ khắc nghiệt và thử nghiệm độc lập.
SpaceX cũng có thể cải tiến kiểm soát chất lượng trong mọi giai đoạn sản xuất, lắp đặt và xác minh. Các kỹ sư tham gia phát triển COPV có thể phải được đào tạo lại trong thời gian bảo trì các bãi thử. Hiện tại, khu thử nghiệm S36 đã ngừng hoạt động để kiểm tra và làm sạch, trong khi khu Mega Bay 2 đang đánh giá lại toàn bộ hệ thống COPV.
Bên cạnh đó, SpaceX không loại trừ việc nghiên cứu các công nghệ thay thế để giảm sự phụ thuộc vào COPV, chẳng hạn như sử dụng khí tạo áp từ động cơ thay cho bình chứa khí nén. Tuy nhiên, cách tiếp cận này cũng có thể tạo ra thách thức kỹ thuật mới.
