Tên lửa siêu khủng của tỷ phú Mỹ có thể thay đổi cả ngành vũ trụ

Tên lửa Starship

Starship là tên lửa hạng siêu nặng được sản xuất bởi công ty SpaceX. Tên lửa được cấu tạo từ tầng tên lửa Super Heavy và tàu vũ trụ Starship, nhằm đạt được tải trọng cao cũng như chi phí vận hành thấp. Cả hai tầng tên lửa đều có khả năng đáp cánh và đưa 100 tấn lên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp. Sau khi nạp nhiên liệu oxy lỏng và methan lỏng trên quỹ đạo, tàu vũ trụ sẽ bay được đến Mặt Trăng hoặc Sao Hỏa, cũng như các địa điểm khác trong Hệ Mặt Trời.

Starship to và mạnh tới mức nào?

Starship là tàu vũ trụ có chiều cao 50m và khối lượng khô nhỏ hơn 100 tấn, là phần trên của tên lửa Starship cùng tên. Tàu vũ trụ Starship chứa được khoảng 1.200 tấn nhiên liệu oxy lỏng hoặc methan lỏng, với mỗi loại nhiên liệu được cho vào một thùng chính và thùng phụ tương ứng.

So với cặp thùng nhiên liệu chính, cặp thùng nhiên liệu phụ được sử dụng để cấp nhiên liệu đáp cánh tàu. Sau khi được tiếp nhiên liệu từ các tàu vũ trụ Starship, tầm xa của tàu vũ trụ được mở rộng đến Mặt Trăng, Sao Hỏa, và nhiều địa điểm khác trong Hệ Mặt trời. Ở đuôi tàu là sáu động cơ Raptor, gồm có ba động cơ Raptor chuyên chạy trong khí quyển và ba động cơ Raptor Vacuum chuyên chạy trong không gian.

Tàu vũ trụ Starship có gạch hình lục giác ngăn plasma được tạo ra khi thâm nhập khí quyển làm hỏng, cho phép tàu chịu được đến nhiệt độ 1400°C. Thể tích tải của tàu Starship rơi vào khoảng 1000m3, lớn hơn rất nhiều so với bất kỳ tàu vũ trụ nào khác.

33 động cơ ở đáy Super Heavy có khả năng tạo ra lực đẩy khoảng 74 meganewton, mạnh hơn gần 700 lần so với lực đẩy mà máy bay chở khách Airbus A320neo có thể tạo ra.

Tên lửa Starship hiện dài hơn 120m, tăng thêm 1 mét so với độ dài ở lần phóng thử thứ hai vào tháng 6/2023. Đoạn chiều dài cộng thêm này là do Super Heavy được làm dài hơn 1m.

Tên lửa Starship cũng có lực đẩy mạnh gấp đôi tên lửa Saturn V – tên lửa đầu tiên đưa con người lên Mặt Trăng. Theo SpaceX, lực đẩy này có thể đưa vật nặng ít nhất 150 tấn từ bệ phóng lên tới quỹ đạo Trái đất thấp.

Cả tên lửa Starship lẫn Super Heavy đều được nạp một loại nhiên liệu làm từ hỗn hợp metan lỏng cực lạnh và ôxy lỏng được gọi là methalox.

Hiện tại, tên lửa Starship dự định sẽ khởi hành tại SpaceX Starbase, Trung tâm Vũ trụ Kennedy, và hai bệ phóng ngoài khơi của công ty. Sau khi khai hỏa 33 động cơ Raptor, tầng Super Heavy tách ra khỏi Starship ở trên không trung. Tầng tên lửa sau đó bay xuyên khí quyển và đáp xuống cặp thanh sắt tại tháp phóng. Trong lúc đó, tàu vũ trụ Starship khai hỏa ba động cơ Raptor Vacuum và tự đưa vào quỹ đạo. Kết thúc nhiệm vụ, tàu vũ trụ thâm nhập khí quyển và bảo vệ bản thân bằng tấm chắn nhiệt. Tàu vũ trụ sau đó lượn về khu vực đáp bằng hai đôi cánh tà, và khởi động ba động cơ Raptor để đáp cánh theo phương dọc.

Tên lửa sau nhiều lần nâng cấp, chỉnh lý.

Năm 2005, SpaceX lần đầu đưa ra kế hoạch xây dựng tên lửa hạng nặng. Từ đó đến năm 2019, thiết kế và tên gọi của tên lửa được thay đổi thường xuyên. Vào tháng 7 năm 2019, Starhopper bay lên và đáp xuống từ độ cao 150 m, trở thành mẫu tên lửa đầu tiên sử dụng động cơ Raptor. Vào tháng 5 năm 2021, tàu Starship có mã số SN15 bay đến độ cao 10 km, chuyển sang rơi tự do và hạ cánh thành công sau bốn lần thất bại.

Starship hạ cánh như thế nào?

Những ai quan sát ở gần sẽ nghe thấy một tiếng nổ như sấm khi Super Heavy giảm tốc độ từ tốc độ siêu thanh.

Trong lần phóng thử mới nhất, SpaceX đã bắt lấy tên lửa Super Heavy bằng tháp phóng. Vì không có tháp phóng trên sao Hỏa hay trên Mặt Trăng để thực hiện điều này, tên lửa Starship phải có khả năng tự hạ cánh bằng càng. Để làm được điều này, Starship sẽ dần dần xoay sang phương nằm ngang khi hạ thấp độ cao, theo cách mà ông Musk gọi là “động tác lật bụng”.

Việc này làm tăng tiết diện chịu lực cản của Starship và giúp nó giảm tốc độ. Khi đủ gần bề mặt, Starship sẽ có tốc độ đủ chậm để kích hoạt động cơ khiến nó trở lại phương thẳng đứng. Sau đó, Starship sử dụng tên lửa của chính nó để điều chỉnh và hạ cánh xuống một bề mặt cứng bằng càng.

Starship đã thực hiện tất cả những điều trên trong các đợt phóng thử trước – ngoại trừ việc hạ cánh trên một bề mặt cứng. Cho đến nay, nó chỉ hạ cánh xuống biển.

SpaceX đã thử làm điều họ chưa từng làm. Sau khi tách ra, phần dưới của tên lửa đẩy giảm tốc độ và từ từ hạ thấp độ cao xuống bệ phóng trong khi hai cánh tay cơ khí khổng lồ bắt lấy nó - động tác này còn được gọi là "gắp".

Sau nhiều lần hạ cánh mô phỏng trên biển, ở lần phóng thử thứ 5, việc hạ cánh của phần dưới của Starship, tên lửa đẩy Super Heavy, đã thành công.

Một trong những mục đích của việc phóng thử là để làm rõ những vấn đề còn tồn tại. Chỉ cần một lỗi sai cũng có thể khiến toàn bộ cấu trúc bên trong tên lửa bị nóng chảy do lượng khí mà động cơ tỏa ra.

Starship có tham vọng bay tới Mặt trăng, Sao Hỏa

Starship chưa bao giờ có phi hành đoàn, nhưng tỷ phú Elon Musk và công ty của ông có những bản thiết kế đầy tham vọng, với mục đích là đưa con người lên sao Hỏa vào một ngày nào đó.

Trước mắt, tên lửa Starship sẽ phóng các vệ tinh, sau đó phục vụ các khách du lịch vũ trụ và đáp phi hành gia trên Mặt Trăng trong chương trình Artemis. Trong tương lai xa hơn, tên lửa được kì vọng biến tham vọng định cư trên Sao Hỏa của công ty thành hiện thực và thực hiện các chuyến bay xuyên lục địa Trái đất.

Trước đây, đã có bốn lần phóng thử tên lửa Starship. Ở lần phóng đầu, hệ thống tên lửa đã phát nổ sớm, trước khi bộ phận tên lửa đẩy kịp tách ra. SpaceX đã đẩy nhanh quá trình phát triển bằng việc cho phóng thử tên lửa dù biết rằng hệ thống chưa hoàn hảo, để học hỏi từ những sai sót.

Quả thật, SpaceX đã có được tiến triển sau mỗi lần phóng thử - đầu tiên là vụ phóng không bị lỗi tách tầng, rồi tới việc quay trở về thành công, khi mà cả tên lửa Starship và Super Heavy giảm độ cao một cách có kiểm soát và lơ lửng, lần lượt ở Ấn Độ Dương và Vịnh Mexico, trước khi đáp xuống biển.

Starship còn được dùng vào việc gì?

Trong tương lai gần, tên lửa Starship có thể được sử dụng vào một vài mục đích khác nhau.

Cho đến nay, tỷ phú Elon Musk đã dùng các tên lửa của mình, như dòng Falcon 9, để phóng vệ tinh thương mại Starlink.

Những vệ tinh này có tuổi thọ ngắn, khoảng 5 năm, và SpaceX cần liên tục phóng vệ tinh chỉ để giữ nguyên số lượng trên không gian.

NASA muốn sử dụng Starship vào chương trình Artemis có mục đích duy trì sự hiện diện của con người trên Mặt Trăng một cách lâu dài. NASA có kế hoạch sử dụng Starship cho một sứ mệnh Mặt trăng vào năm 2026.

Trong tương lai xa hơn, Elon Musk muốn tên lửa Starship có khả năng thực hiện những chuyến bay dài tới sao Hỏa và quay lại – mỗi chiều mất khoảng 9 tháng.

Ý tưởng là phóng tên lửa Starship lên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp và để nó “đậu” ở đó. Sau đó,nó sẽ được nạp nhiên liệu từ một “tàu tiếp nhiên liệu” của SpaceX và rồi tiếp tục hành trình tới sao Hỏa.

Cũng có thể tưởng tượng tới việc sử dụng tên lửa Starship để phóng kính viễn vọng không gian. Để có thể nhanh chóng đưa hàng ngàn vệ tinh lên vũ trụ, hoặc một chiếc kính viễn vọng không gian lớn hơn, sẽ cần tới một tên lửa lớn.

Starship cũng được thiết kế với khả năng mang theo tải trọng nặng cần thiết cho việc xây dựng các trạm không gian, và cuối cùng, có thể là cả cho những hạ tầng giúp con người ở lại trên Mặt Trăng.

Tàu vũ trụ Starship có thể chở hành khách lên Mặt trăng, Sao Hỏa và các điểm đến khác trong Hệ Mặt Trời. Không chỉ vậy, tàu chuyên chở hành khách có thể thực hiện các chuyến bay xuyên lục địa. Một tàu có thể chở đến 100 hành khách, với "buồng ngủ riêng, phòng sinh hoạt chung, kho lưu trữ, hầm tránh bức xạ và phòng kính". Hệ thống hỗ trợ sự sống trên tàu là loại "kín", nghĩa là vật chất ở trong tàu được tái sử dụng và tái chế liên tục.

Tàu vũ trụ Starship chuyên chở nhiên liệu sẽ được dùng để tăng tầm bay của các tàu khác. Theo Elon Musk, để đưa một tàu vũ trụ Starship lên Mặt trăng, ta cần phóng tối đa bảy tàu chở nhiên liệu. Ý tưởng này được Elon Musk trình bày vào tháng 9 năm 2019, bằng cách gắn đuôi của hai tàu vũ trụ vào nhau. Sau đó, cả hai tàu tăng tốc một chút về phía tàu chở nhiên liệu bằng các động cơ phụ, đẩy nhiên liệu vào tàu kia. Vào tháng 10 năm 2020, NASA trao cho SpaceX 53,2 triệu đô la Mỹ để chuyển thử 10 tấn nhiên liệu qua hai tàu vũ trụ Starship ở không gian.

Starship HLS là một biến thể tàu vũ trụ Starship nhằm để đáp trên Mặt Trăng trong chương trình Artemis, kế thừa chương trình Apollo. Tại chóp của tàu Starship HLS là các cửa sổ và cửa khóa khí,cùng với thang máy và hệ thống động cơ định hướng để hạ cánh trên Mặt Trăng.Tính năng quan trọng nhất của tàu là trọng tải rất lớn khi bay hai chiều giữa Trái Đất và Mặt Trăng. Trong một chuyến bay của chương trình Artemis, tàu vũ trụ Starship HLS sẽ bay trước phi hành đoàn tối đa một trăm ngày, và sau đó các tàu vũ trụ sẽ chuyển nhiên liệu vào tàu Starship HLS.