Từ lâu, điểm Nemo và những nơi khác dưới đáy đại dương là một nghĩa địa đầy xác không chỉ của những con tàu đắm, mà còn của những quả tên lửa đắt đỏ sau mỗi lần phóng vệ tinh và các vật thể không gian lên quỹ đạo.
Cũng từ lâu, việc phóng tên lửa cho các nhiệm vụ không gian thường yêu cầu một nguồn lực rất lớn về tài chính và ngân sách, thứ chỉ tồn tại ở những siêu cường như Mỹ, Nga,…và gần đây là Trung Quốc.
Và rồi ngày 21/12/2015, Elon Musk, cùng với SpaceX đã hạ cánh thành công động cơ chính của tên lửa Falcon 9 xuống mặt đất và biến nó trở thành tên lửa tái sử dụng đầu tiên. Mọi người vỡ òa, tin rằng đây sẽ là bước ngoặt trong kỷ nguyên hàng không vũ trụ. Họ bắt đầu mơ về những chuyến thám hiểm đến sao Hỏa, và cả những vùng đất xa xôi khác trong một tương lai không xa. Còn hiện tại, những video về các đợt phóng của SpaceX thu hút cả triệu lượt view trên Youtube. Rõ ràng, thành công của Falcon 9 và những tên lửa tái sử dụng sẽ giảm một cách đáng kể chi phí cho các đợt phóng lên không gian. Sau khi đưa các vệ tinh vào quỹ đạo, thay vì úp thẳng xuống biển, những quả tên lửa đắt đỏ ấy nhẹ nhàng quay về các bệ hạ cánh cố định dưới đất (thậm chí trên biển), và sẽ được sử dụng cho các lần phóng tiếp theo!
Vậy, Falcon 9 đã làm như thế nào? Có thể nói, toàn bộ các phần của tên lửa được thiết kế cho nhiệm vụ lịch sử này.
1. Lịch trình bay
Falcon 9 là một tên lửa hai tầng. 9 động cơ đẩy của tầng đầu tiên đảm nhiệm việc cất cánh và mang tên lửa lên độ cao khoảng 100 km – ngay gần rìa vũ trụ. Ở đây, tầng thứ hai tách ra, động cơ duy nhất của nó bắt đầu hoạt động để đưa khối hàng lên quỹ đạo. Trong lúc đó, tầng đầu tiên bắt đầu trở lại Trái đất.
2. Động cơ đẩy khí lạnh (cold-gas thruster) cho việc điều hướng
Falcon 9 được trang bị các động cơ nhỏ ở phần trên của tầng đầu tiên, chứa đầy khí nitơ. Ngay sau khi tách tầng thứ hai, động cơ kích hoạt, “lật ngược” tên lửa để chuẩn bị cho nó quay trở lại mặt đất.
3. Bình nhiên liệu
Thông thường, tầng đầu tiên của các tên lửa sử dụng đến giọt nhiên liệu cuối cùng để tạo lực đẩy, sau đó rơi ùm xuống biển. Falcon 9 là loại tên lửa đầu tiên mang nhiều hơn một chút. Sau khi “lật” như đã nói ở mục 2, ba động cơ của tầng đầu hoạt động trở lại – bắt đầu tiến trình quay lại mặt đất (re-entry burn). Tầng đầu sẽ giảm tốc từ tốc độ tối đa 4.700 km/h xuống tốc độ hạ cánh chỉ 20 km/h, và nhẹ nhàng chạm vào bệ hạ cánh.
4. Động cơ
Tầng đầu của Falcon 9 được trang bị 9 động cơ Merlin 1, mang lại cho tên lửa lực đẩy 600 tấn cần thiết cho việc cất cánh. Để ổn định, các động cơ được sắp xếp theo cách mà SpaceX gọi là “cấu hình octaweb”, – một động cơ trung tâm được bao quanh bởi tám động cơ nữa. Mỗi động cơ có thể thay đổi góc lực đẩy của nó, điều hướng tên lửa theo 3 trục pitch – yaw – roll trong khi bay lên cũng như hạ xuống.
5. Các vây lưới (grid fin)
Chúng có hình dạng lưới giống vợt tennis, hoàn toàn bằng nhựa, kích thước 4×5 feet. Sau khi tầng đầu tiên bắt đầu quay lại mặt đất, nó sẽ kích hoạt ba động cơ để làm chậm tốc độ của nó, và những vây lưới này bật ra từ các bên của tên lửa đẩy. Chúng điều hướng tên lửa về phía bệ hạ cánh – giống như cách người nhảy dù thay đổi hướng với những điều chỉnh nhỏ trên cánh dù.
6. Máy tính tích hợp sẵn đặt trên tên lửa, điều khiển tên lửa xuyên suốt hành trình
Những tác động không thể đoán trước của môi trường, chẳng hạn như thay đổi áp suất không khí, sẽ tác động đến tên lửa trong quá trình bay. Điều đó có nghĩa là quỹ đạo chính xác của tên lửa không thể tính toán trước khi phóng. “Tên lửa hạ cánh quá nhanh đến nỗi sẽ không một con người nào có thể phản ứng đủ nhanh để đảm bảo một cú chạm nhẹ nhàng” – Hugh Hunt, một chuyên gia về động lực học kỹ thuật và rung động tại Đại học Cambridge. Do đó, người ta nhờ vào máy tính. Hệ thống máy tính trên tàu Falcon 9 phải làm điều đó một cách nhanh chóng, và trong một phần nghìn giây, trước khi nó hết nhiên liệu. Hàng chục cảm biến môi trường cung cấp cho nó thông tin về hướng trong không gian, vị trí, vận tốc, gia tốc và độ cao của tên lửa. Máy tính sẽ điều khiển quỹ đạo bay của tên lửa trong suốt hành trình. Nếu các bạn có theo dõi các đợt phóng của SpaceX, các bạn sẽ để ý ở T-01:00 (trước giờ phóng 1 phút), tên lửa bước vào quá trình Startup, kể từ lúc này hệ thống máy tính trên Falcon 9 chiếm quyền điều khiển hoàn toàn quả tên lửa, cho đến khi kết thúc nhiệm vụ.
7. Chân đế hạ cánh
Bốn chân, làm bằng sợi carbon khỏe, nhẹ, sẽ được kéo ra ngay trước khi chạm đất. Mỗi chân có một hệ thống hấp thụ sốc để hấp thụ lực tác động khi hạ cánh. Đối với những lần hạ cánh quá nhanh, một lõi vật liệu không thể tái sử dụng sẽ được thiết kế để bị nghiền nát khi va chạm, có tác dụng như một hệ thống đệm chịu lực cho cả tên lửa.
8. Sà lan không người lái (drone barge)
Giống như các tên lửa khác, Falcon 9 phóng từ các bệ phóng đặt cạnh đại dương như Cape Canaveral. Do đó, khi tầng đầu tiên rơi trở lại Trái Đất, bên dưới nó không có gì ngoài biển. Mặc dù Falcon 9 có thể khả thi về mặt kỹ thuật để bay trở lại bệ phóng của mình, nhưng làm như vậy sẽ tốn nhiều nhiên liệu tên lửa hơn. Do đó sẽ rẻ hơn nhiều khi để tên lửa đẩy hạ cánh xuống biển và chuyển nó trở lại đất liền.
Các sà lan hạ cánh trên biển có kích thước 91x52m, to bằng một nửa sân bóng đá, được trang bị bộ cảm biến riêng để liên lạc với tên lửa, và thường có một cái tên rất kêu. Một số cái tên nổi tiếng có thể kể đến như “Just Read the Instructions” và “Of Course I Still Love You”.
Có thể nói, với những cải tiến công nghệ trong tên lửa của mình, Elon Musk và SpaceX đã thành công trong việc chế tạo những thế hệ tên lửa tái sử dụng đầu tiên. Falcon 9 và hậu duệ của nó, Falcon Heavy, đã và đang không ngừng đưa các vệ tinh, thiết bị không gian lên quỹ đạo với chi phí cực rẻ, chưa đến một nửa chi phí ban đầu. Thành công của SpaceX mở ra một tương lai mới, triển vọng hơn cho ngành hàng không vũ trụ, như phát biểu của ông vào năm 2013:
“Nếu ai đó có thể sử dụng lại một cách hiệu quả tên lửa vũ trụ giống như máy bay, thì chi phí để bay lên không gian sẽ được giảm đi thậm chí gấp trăm lần. Chưa ai có thể tạo ra một quả tên lửa tái sử dụng hoàn toàn, và đó thực sự sẽ là một cuộc cách mạng hóa trong hành trình tiến vào không gian.” – Elon Musk, CEO của SpaceX.
Mời các bạn xem thử video sau: https://youtu.be/brE21SBO2j8
Bài viết được thực hiện bởi đội ngũ Science Realm.
Nguồn: tổng hợp từ cosmosmagazine.com
Để lại bình luận