Đứng cao hơn cả Tượng Nữ thần Tự do và tiêu tốn hàng chục tỷ đô la Mỹ để xây dựng, tên lửa siêu Mặt Trăng hoàn toàn mới của NASA (tên là SLS) chỉ còn ít ngày nữa là đến lần phóng đầu tiên.
Hệ thống Phóng Không gian (SLS) - còn gọi là tên lửa Mega Moon - của NASA được lên kế hoạch phóng vào không gian ngày 29/8/2022 từ Trung tâm Vũ trụ Kennedy tại Cape Canaveral ở bang Florida (Mỹ) để thực hiện sứ mệnh kéo dài 6 tuần nhằm đưa tàu vũ trụ Orion chưa có người lái lên quỹ đạo Mặt Trăng và quay trở lại (còn gọi là sứ mệnh Artemis I).
Sứ mệnh Artemis I sẽ là chuyến đi đầu tiên của siêu tên lửa SLS trong số 3 chuyến đi lên Mặt Trăng (Sứ mệnh Artemis I, II, III) mà đỉnh cao là đưa con người trở lại bề mặt Mặt Trăng lần đầu tiên kể từ những năm 1970.
Tất cả thuộc khuôn khổ Chương trình Artemis. Thông qua chương trình này NASA muốn đưa người phụ nữ đầu tiên và người da màu đầu tiên lên Mặt Trăng vào năm 2025 - và SLS sẽ là phương tiện đưa họ đến đó.
'HẬU SINH' KHÔNG LÀM LU MỜ HUYỀN THOẠI THẾ KỶ 20
Nặng 2.866 tấn và có khả năng tạo ra lực đẩy gần 40 Meganewtons, tên lửa SLS có thể được gọi là 'phiên bản hiện đại' của tên lửa Saturn V huyền thoại từng được xây dựng trong kỷ nguyên Apollo, đưa phi hành gia Neil Armstrong, Buzz Aldrin và Michael Collins lần đầu tiên trong lịch sử nhân loại đặt chân lên Mặt Trăng năm 1969.
Phiên bản đầu tiên của SLS có tên là Block 1, trước khi trải qua một loạt nâng cấp trong vài năm tới để nó có thể phóng những chiếc có trọng tải nặng hơn tới các điểm đến ngoài quỹ đạo Trái Đất tầm thấp (LEO).
NASA hy vọng tên lửa khổng lồ SLS của họ sẽ không chỉ đưa các phi hành gia lên Mặt Trăng mà cuối cùng sẽ có khả năng đưa con người lên sao Hỏa và hơn thế nữa.
Hình ảnh tên lửa SLS phiên bản đầu tiên (còn gọi là Block 1) của NASA. Đây là hệ thống dự kiến sẽ cất cánh vào cuối tháng 8/2022. Nguồn: NASA
Hai tên lửa SLS và Saturn V - đại diện cho kỳ quan công nghệ Mỹ ở hai thế kỷ 20 và 21 - và được chế tạo cách nhau hơn nửa thế kỷ, nhưng bất chấp những tiến bộ công nghệ to lớn, SLS không nhất thiết phải làm lu mờ tên lửa Saturn V huyền thoại trên mọi chỉ số.
Hãy xem các kỳ quan công nghệ Mỹ thế kỷ 20 và 21 có những đặc điểm nổi bật gì khi đặt chúng lên 'bàn cân' khi so sánh từ chiều cao, trọng lượng và tốc độ tối đa, đến chi phí mỗi lần phóng, loại nhiên liệu và khả năng tải trọng.
01. Chiều cao, trọng lượng và lực đẩy
SLS phiên bản đầu tiên (còn gọi là Block 1) cao 98 mét - có nghĩa là nó không cao bằng tầm vóc khổng lồ 110 mét của tên lửa Saturn V.
Tên lửa SLS cũng có trọng lượng nhẹ hơn - ở mức 2.875 tấn so với 3.100 tấn của Saturn V - Tuy vậy, SLS vẫn là tên lửa khổng lồ, mạnh mẽ nhất của NASA tính đến thời điểm hiện tại.
"SLS thực sự là một tên lửa khổng lồ" - John Shannon, Phó chủ tịch và Giám đốc chương trình của SLS tại Boeing, nhà thầu chính của tên lửa, cho biết.
Xét về lực đây, SLS lại mạnh mẽ hơn Saturn V. Bốn động cơ RS-25 của SLS, cũng được sử dụng trên tàu con thoi, có thể tạo ra lực đẩy cực đại 4.400 tấn Mỹ - mạnh hơn 15% so với lực đẩy 3.800 tấn Mỹ của Saturn V. Chỉ tính riêng về lực đẩy, SLS sẽ là tên lửa mạnh nhất từng được chế tạo của NASA.
SLS cũng có tốc độ tối đa 39.500 km/giờ, so với 28.000 km/giờ của Saturn V.
02. Chi phí và thời gian xây dựng
23 tỷ đô la Mỹ đã dùng để phát triển và xây dựng SLS, tờ Dailymail (Anh) cho biết. Tuy nhiên, con số này chỉ tương đương với khoảng hơn một nửa số tiền đã chi cho Saturn V, nếu xét số tiền đó trong thời nay.
Chi phí xây dựng tên lửa Saturn V là 6,4 tỷ đô la Mỹ vào những năm 1960, tính theo số tiền ngày nay là khoảng 51,8 tỷ đô la Mỹ.
Tuy nhiên, điều đáng chú ý là tên lửa Saturn V đã đi từ thiết kế trên mặt giấy sang bay lên vũ trụ chỉ trong vòng 6 năm - được phát triển chính thức vào tháng 1/1961 và ra mắt lần đầu tiên vào tháng 11/1967.
Là đứa con tinh thần của kỹ sư người Đức Wernher von Braun, Saturn V đã bay thành công 13 lần trước khi nghỉ hưu.
Tên lửa Saturn V của NASA. Nguồn: NASA
Thiết kế SLS được công bố vào năm 2011 và bước vào giai đoạn phát triển chính thức cách đây 8 năm (năm 2014). Vì vậy, bất chấp nhiều cải tiến công nghệ trong hơn 5 thập kỷ qua, nó vẫn mất nhiều thời gian hơn những gì mà kỹ sư người Đức Wernher von Braun đã làm vào những năm 1960.
Nhiều sự chậm trễ đã gây ra bởi các vấn đề với chính SLS, trong khi Chương trình Artemis cũng gặp phải vấn đề với sự phát triển của các bộ đồ vũ trụ và hệ thống tàu đổ bộ của con người sẽ đưa phi hành đoàn lên Mặt Trăng.
Để giảm chi phí và thời gian phát triển, cơ quan vũ trụ Mỹ NASA cũng đang nâng cấp phần cứng đã được kiểm chứng từ tàu con thoi và các chương trình thám hiểm khác, đồng thời tận dụng công nghệ sản xuất và chế tạo công cụ tiên tiến khác. Một số bộ phận của tên lửa là mới và một số bộ phận khác đã được nâng cấp với các tính năng hiện đại, đáp ứng nhu cầu của các nhiệm vụ không gian sâu.
Mặc dù Saturn V có thể tốn nhiều chi phí hơn để phát triển và chế tạo, nhưng nó không đắt bằng SLL cho mỗi lần phóng.
Mỗi một lần Saturn V phóng đi sẽ tiêu tốn khoảng 185 triệu USD (từ năm 1969 đến khi nghỉ hưu) - tương đương 1,49 tỷ USD ngày nay. Trong khi, chi phí cho mỗi lần phóng của SLS ước tính là 4,1 tỷ USD.
03. Cách SLS hoạt động so với Saturn V
Tên lửa siêu lớn mới của NASA sẽ được cung cấp năng lượng bởi một tầng lõi được bao bọc bởi hai tên lửa đẩy vững chắc và một tầng phía trên được gọi là Giai đoạn Sức đẩy Tạo lạnh Tạm thời (ICPS). Đây là một thiết lập khác với ba giai đoạn tên lửa của Saturn V.
Công nghệ chế tạo thuốc phóng rắn cũng không tốt lắm vào những năm 1960, vì vậy Saturn V được cung cấp năng lượng từ hỗn hợp dầu hỏa, oxy lỏng và hydro lỏng.
Tên lửa đẩy chất rắn có nguồn gốc từ tàu con thoi của SLS chứa chất đẩy polybutadiene acrylonitrile và cung cấp hơn 75% lực đẩy cho các phương tiện trong hai phút đầu tiên của chuyến bay.
Trong khi đó, tầng lõi của SLS lưu trữ 2.441.250 lít hydro lỏng siêu làm mát và 891.033 lít oxy lỏng siêu lạnh để cung cấp nhiên liệu cho các động cơ RS-25.
04. Còn phương tiện phi hành đoàn thì sao?
Tên lửa Saturn V được chia thành 3 giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên sử dụng năm động cơ F-1 để nâng tên lửa khổng lồ lên khỏi mặt đất, trước khi nó được cho nổ ở giai đoạn thứ hai và thứ ba.
Cuối cùng, những thứ này cũng tách khỏi tàu vũ trụ Apollo, chỉ để lại mô-đun chỉ huy, mô-đun dịch vụ và tàu đổ bộ Mặt Trăng - hoàn chỉnh với giai đoạn lên và xuống.
Trong trường hợp của tàu Apollo 11, mô-đun chỉ huy được gọi là Columbia. Đây là thứ đã vận chuyển các phi hành gia NASA Collins, Aldrin và Armstrong lên quỹ đạo Mặt Trăng, trước khi Aldrin và Armstrong thực hiện hành trình xuống bề mặt Mặt Trăng.
Tàu vũ trụ Orion. Nguồn: NASA
Mô-đun chỉ huy Columbia trong sứ mệnh Apollo 11. Đây là thứ đã vận chuyển các phi hành gia Collins, Aldrin và Armstrong lên quỹ đạo Mặt Trăng, trước khi Aldrin và Armstrong thực hiện hành trình xuống bề mặt Mặt Trăng. Ảnh: AP
Phương tiện phi hành đoàn thế hệ tiếp theo của SLS, được gọi là tàu vũ trụ Orion, được thiết kế để phục vụ cho 4 phi hành gia.
Trong khi cuối tháng 8/2022 này sẽ là lần phóng đầu tiên của tổ hợp SLS và tàu vũ trụ Orion gắn trên đỉnh tên lửa, thì chỉ riêng Orion sẽ là lần bay thứ hai. Orion đã tham gia vào một chuyến bay thử nghiệm vào tháng 12/2014 khi nó lên vũ trụ trên một chiếc tên lửa ULA Delta IV Heavy.
Không giống như máy tính điều khiển bay đơn trên phi thuyền vũ trụ Apollo, Orion được trang bị hai máy tính điều khiển bay dự phòng hoạt động đồng thời. Máy tính điều khiển bay (Flight computer) của Orion cũng có bộ nhớ lớn hơn đáng kể và hoạt động với tốc độ nhanh hơn nhiều so với máy tính điều khiển bay thời Apollo.
Trên thực tế, NASA cho biết hệ thống máy tính điều khiển bay trên Orion hoạt động nhanh hơn 20.000 lần và dung lượng bộ nhớ lớn hơn 128.000 lần so với hệ thống trên tàu vũ trụ thời Apollo.
05. Tải trọng của SLS và Saturn V
Về tải trọng tối đa đến Quỹ đạo Trái Đất thấp (LEO), SLS dự kiến có thể chở khoảng 95 tấn hàng hóa. Để so sánh, Saturn V có thể vận chuyển 118 tấn.
Mặc dù về mặt kỹ thuật, tên lửa Saturn V nhỉnh hơn SLS về mặt trọng tải. Tuy nhiên, khả năng tải trọng của SLS dự kiến sẽ còn nâng cấp cao hơn (nghĩa là có khả năng tải tốt hơn) trong các phiên bản cải tiến về sau.
Tuy nhiên, theo các chuyên gia NASA, điều quan trọng hơn không nhất thiết phải là tải trọng tối đa mà một tên lửa có thể vận chuyển mà là chi phí cần thiết để làm được điều đó.
Đây thường được coi là một trong những điều cấm kỵ nhất về du hành vũ trụ, đặc biệt là khi nói đến các sứ mệnh dài hơn của con người đến những nơi như sao Hỏa.
06. Thảm kịch của NASA
Trong sứ mệnh Artemis I, tàu vũ trụ Orion - chủ yếu do Lockheed Martin chế tạo - sẽ ở trong không gian lâu hơn bất kỳ con tàu nào dành cho các phi hành gia đã làm mà không cần cập vào trạm vũ trụ. Orion lại còn trở về Trái Đất nhanh hơn và nóng hơn bao giờ hết, NASA thông tin.
Nếu sứ mệnh Artemis I (tháng 8/2022) thành công, NASA sau đó sẽ cử Artemis II (năm 2023) thực hiện chuyến du hành vòng quanh Mặt Trăng - lần này có kế hoạch đưa phi hành đoàn 4 người trên tàu Orion, thực hiện chuyến bay quanh Mặt Trăng trong thời gian tối đa là 21 ngày.
Cả hai sứ mệnh Artemis I, II đều là các chuyến bay thử nghiệm để chứng minh công nghệ và khả năng của tên lửa SLS, tàu vũ trụ Orion trước khi NASA đưa con người trở lại Mặt Trăng trong sứ mệnh Artemis III năm 2025.
Với Saturn V - trước khi bất kỳ sứ mệnh nào của Apollo - NASA đã phải đối mặt với một thảm kịch lớn vào tháng 1/1967.
Khi các phi hành gia Gus Grissom, Ed White và Roger Chaffee đang thực hiện mô phỏng trên bệ phóng ở bang Florida, một ngọn lửa bùng phát trong khoang chứa của họ và khiến cả ba phi hành gia thiệt mạng.
Thảm họa này khiến NASA phải kiểm tra lại tất cả các khía cạnh của chương trình và làm lại nhiều hệ thống của tàu vũ trụ, có nghĩa là phải đến tháng 10/1968, sứ mệnh Apollo đầu tiên mới lên vũ trụ.
Kể từ đó, NASA đã thu được bài học lớn trong việc đảm bảo an toàn cho con người, để tiếp tục triển khai các kế hoạch trong tương lai.
07. Tên lửa nào có thể cạnh tranh SLS và Saturn V?
Câu trả lời là CÓ!
Và nó đến từ hệ thống siêu tên lửa Starship của SpaceX - Công ty của tỷ phú Elon Musk. Theo nhận định của các nhà quan sát, Starship có thể thay đổi cuộc chơi trong du hành vũ trụ.
Starship là một tổ hợp tên lửa và tàu vũ trụ (cụ thể là tên lửa Super Heavy và tàu vũ trụ Starship) khi xếp chồng lên nhau sẽ cao 120 mét.
Giống như Saturn V, SLS không phải là phương tiện phóng có thể tái sử dụng. Nhưng Starship thì hoàn toàn có thể tái sử dụng.
Starship đang được phát triển như một hệ thống vận tải có thể tái sử dụng hoàn toàn, có khả năng chở tối đa 100 người lên sao Hỏa.
Vì Starship có thể tái sử dụng, nên tên lửa của nó được thiết kế để có thể quay trở lại mặt đất sau khi phóng - Đây là một bước phát triển to lớn vì nó làm giảm chi phí phóng tên lửa và ngăn chặn các bộ phận bị vứt bỏ dưới biển hoặc bốc cháy trong bầu khí quyển của Trái Đất giống như các hệ thống phóng khác.
Tàu vũ trụ Starship sẽ được xếp trên đỉnh tên lửa Super Heavy.
Chiiều cao của các hệ thống tên lửa trên thế giới. Nguồn: Thorenn
Super Heavy sẽ được cung cấp bởi khoảng 32 động cơ Raptor và sẽ đạt được lực đẩy tối đa 72 Meganewtons. 'Quái vật phức tạp' này có thể đạt tải trọng ít nhất 100 tấn; thậm chí có thể nâng 150 tấn lên Quỹ đạo tầm thấp của Trái Đất (LEO).
Tỷ phú Elon Musk hy vọng hệ thống tên lửa Starship sẽ được sử dụng cho các chuyến đi đường dài đến sao Hỏa và quay trở lại - và có thể mất tới 9 tháng mỗi chiều.
Tuy nhiên, không chỉ có Mỹ đang tìm cách chế tạo những siêu tên lửa vũ trụ. Trung Quốc cũng đang có kế hoạch phát triển phiên bản mới nhất, lớn nhất và táo bạo nhất của loạt tên lửa Long March - gọi là Long March 9 (Trường Chinh 9).
Tên lửa Trường Chinh 9 được xem là "phiên bản SLS của Bắc Kinh": Một tên lửa siêu nặng dự định phóng các phần lớn cơ sở hạ tầng lên quỹ đạo Trái Đất và thậm chí giúp xây dựng Trạm Nghiên cứu Mặt Trăng Quốc tế Trung - Nga (trên Mặt Trăng).
Trường Chinh 9 sẽ sử dụng cùng một loại nhiên liệu (methane-oxy lỏng, hay methalox) như Starship của SpaceX, tất nhiên, cấu trúc của chúng rất khác nhau.
Các báo cáo cho thấy Trường Chinh 9 sẽ có khả năng chịu tải lên Quỹ đạo Trái Đất tầm thấp (LEO) vào khoảng 140 đến 150 tấn.
08. Có thể xem SLS 'bùng nổ' ở đâu?
NASA sẽ cung cấp thông tin trực tiếp về việc tên lửa SLS thực hiện sứ mệnh Artemis I cất cánh chính thức. Mục tiêu mà NASA nhắm đến là sớm hơn ngày 29/8/2022.
Mỗi trọng tải sẽ thực hiện các thí nghiệm khoa học và công nghệ trong không gian sâu, mở rộng hiểu biết về khoa học mặt trăng, sự phát triển công nghệ và bức xạ không gian sâu.
Cơ quan vũ trụ Mỹ đang nhắm mục tiêu ngày 18/8 sẽ đưa tàu vũ trụ SLS và Orion đến Launch Pad 39B ở bang Florida, Mỹ để sẵn sàng cho ngày bay.
NASA sẽ phát trực tiếp trên Kennedy YouTube channel của NASA, bắt đầu lúc 18:00 ET (giờ miền Đông) ngày 29/8/2022. Sau đó, thời gian chính thức sẽ diễn ra từ 08:33 ET đến 10:33 ET cùng ngày.
Bài viết sử dụng các nguồn: NASA, SpaceX, DM
