Vì sao thu hồi tên lửa thành công là bước tiến quan trọng cho nhân loại?

SpaceX phóng tên lửa Starship cao 122 mét lần thứ 5 vào hôm 13/10, từ địa điểm Starbase ở Nam Texas lúc 8:25 sáng theo giờ miền Đông Mỹ, sau đó bắt lại tầng đẩy đầu tiên Super Heavy khi nó hạ cánh thành công.

Khoảng 7 phút sau khi cất cánh, tầng đẩy Super Heavy của SpaceX đã thực hiện cú hạ cánh chính xác, lơ lửng gần tháp phóng Mechazilla khi tháp này dùng cánh tay kim loại để giữ chặt nó.

"Đây là một ngày đi vào lịch sử ngành kỹ thuật", Kate Tice, quản lý Hệ thống Chất lượng Kỹ thuật của SpaceX, nói trong lúc bình luận trực tiếp khi các nhân viên SpaceX hò hét và reo mừng tại trụ sở ở Hawthorne, California, phía sau cô. "Điều này thật điên rồ! Ngay trong lần thử đầu tiên, chúng tôi đã bắt thành công tầng đẩy Super Heavy trở lại tháp phóng".

Khi tầng đẩy Super Heavy, cao 71 mét, tách ra ở độ cao 65 km trên Trái đất, tầng trên của tên lửa tiếp tục đẩy lên độ cao gần 145 km, bay quanh hành tinh với tốc độ 27.000 km/h trước khi đáp xuống Ấn Độ Dương theo kế hoạch.

Trước khi hạ xuống, tầng đẩy tái kích hoạt 3 trong số các động cơ Raptor của nó, làm chậm quá trình hạ cánh và xoay về phía tháp phóng Mechazilla, nơi nó được giữ chặt bởi các cánh tay cơ học, biệt danh "đôi đũa".

Thử nghiệm thành công của SpaceX nằm trong mục tiêu phát triển tên lửa tái sử dụng hoàn toàn, nhằm vận chuyển con người, thiết bị khoa học và hàng hóa đến Mặt trăng và xa hơn là sao Hỏa.  

SpaceX đang phát triển Starship để giúp nhân loại định cư trên Mặt trăng và sao Hỏa, cùng với nhiều kỳ tích thám hiểm khác. Phương tiện này được thiết kế để có thể tái sử dụng hoàn toàn và nhanh chóng (như đã thấy qua kế hoạch hạ cánh tầng đẩy Super Heavy lên bệ phóng, nhằm rút ngắn thời gian cần thiết giữa các chuyến bay). Theo công ty và Elon Musk, đặc điểm này, kết hợp với sức mạnh chưa từng có của Starship, có thể cách mạng hóa lĩnh vực hàng không vũ trụ.

NASA cũng tin tưởng vào phương tiện này, đã chọn nó để trở thành tàu đổ bộ có người lái đầu tiên trong chương trình Artemis thám hiểm Mặt trăng. Nếu mọi việc diễn ra đúng kế hoạch, Starship sẽ đưa các phi hành gia NASA hạ cánh lên vệ tinh tự nhiên của Trái đất lần đầu tiên trong nhiệm vụ Artemis 3, dự kiến phóng vào tháng 9/2026. 

Vì sao tên lửa tái sử dụng lại quan trọng?

Chi phí cho một lần phóng tên lửa có thể khác nhau tùy thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm tải trọng mang theo, điểm đến và loại tên lửa được sử dụng. Gần đây, chi phí trung bình cho một lần phóng có thể dao động từ vài chục triệu đến hàng trăm triệu USD.

Các lần phóng tên lửa Falcon 9 của SpaceX được quảng cáo với giá khoảng 62 triệu USD mỗi lần, trong khi những tên lửa lớn hơn như Falcon Heavy có thể tốn hơn 90 triệu USD cho mỗi lần phóng. Ở mức cao hơn, NASA ước tính chi phí cho mỗi lần phóng của Hệ thống Phóng Không gian (SLS) có thể lên tới hơn 2 tỷ USD.

Dù công nghệ khám phá không gian đang liên tục phát triển, một trong những thách thức lớn hiện nay vẫn là giảm chi phí cho các chuyến bay vào không gian. Lượng nhân công, nguyên vật liệu cho thiết kế, chế tạo, duy trì và thử nghiệm tên lửa để phóng thành công tốn rất nhiều tiền.

Hiện tại, tàu vũ trụ được phóng bởi các tầng tên lửa đẩy. Mỗi khi đạt đến độ cao và vận tốc nhất định, nó sẽ tự ngắt dần các tầng đẩy và để chúng rơi xuống Trái đất khi hết nguyên liệu và sức đẩy, nhằm giảm trọng lượng. Các tầng đẩy này dĩ nhiên không thể sử dụng lại, do quá trình tái nhập khí quyển có ma sát tạo nhiệt rất lớn, phá hủy nghiêm trọng. 

Sử dụng phương pháp truyền thống là chế tạo tên lửa cho nhiệm vụ sử dụng một lần làm tăng thêm các khoản chi phí này, làm giảm tần suất và quy mô phóng cũng như lãng phí. Hãy hình dung một chiếc máy bay thương mại – nếu mỗi chuyến bay đều cần chế tạo một chiếc máy bay mới, thì việc đi lại bằng máy bay sẽ rất tốn kém. Do đó, việc có được tên lửa tái sử dụng sẽ tạo ra cách mạng về kinh tế và năng suất.

Không giống như tên lửa dùng một lần truyền thống, tên lửa tái sử dụng, ví dụ như Starship, được thiết kế để có thể thu hồi và phóng lại nhiều lần.

Những tên lửa này sử dụng các tính năng như:

Hạ cánh đẩy: Tầng đầu tiên của tên lửa quay trở lại Trái đất bằng chính sức mạnh của nó và hạ cánh theo chiều thẳng đứng, sử dụng động cơ để làm chậm quá trình hạ cánh.

Thiết kế mô-đun: Các thành phần của tên lửa được thiết kế để dễ dàng tháo rời và tân trang giữa các chuyến bay.

Công nghệ tấm chắn nhiệt: Tên lửa tái sử dụng có thể sử dụng vật liệu tấm chắn nhiệt tiên tiến để bảo vệ chúng trong quá trình tái nhập.

Sản xuất tiên tiến: Tên lửa tái sử dụng thường sử dụng vật liệu sản xuất tiên tiến để đảm bảo độ bền trong suốt nhiều lần phóng.

Lợi ích kinh tế của các phương tiện phóng tái sử dụng là rất đáng kể. Sử dụng tên lửa tái sử dụng so với tên lửa truyền thống có thể rẻ hơn tới 65%. Mô hình này hứa hẹn sẽ giảm chi phí cho các nhiệm vụ như triển khai vệ tinh, nhiệm vụ tiếp tế cho Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) và các sứ mệnh lên Mặt trăng hay sao Hỏa.

Ngoài việc tiết kiệm chi phí, các phương tiện phóng tái sử dụng cũng góp phần vào cách tiếp cận bền vững hơn đối với hoạt động thám hiểm không gian. Giảm số lượng các thành phần tên lửa bị loại bỏ sẽ làm giảm rác vũ trụ, đây là một vấn đề đang nhức nhối vì có tác động đến môi trường.

Ngoài ra, tên lửa tái sử dụng sử dụng ít nhiên liệu hơn so với tên lửa một lần, khiến chúng tốt hơn cho môi trường.