10 tên lửa mang tính bước ngoặt trong lịch sử chinh phục vũ trụ

Tên lửa tái sử dụng Trung Quốc sắp bắt kịp SpaceX

Putin thừa nhận tên lửa Zircon vẫn chưa đạt độ chính xác kỳ vọng

Trung Quốc mở rộng triển khai tên lửa YJ-20 trên tàu khu trục Type 052D

Những tên lửa lịch sử đại diện cho các cột mốc kỹ thuật quan trọng trong sự phát triển của ngành du hành vũ trụ. Ảnh: NASA/Wikimedia Commons

Thiết kế tên lửa mang tính bước ngoặt thường trải qua một chuỗi đột phá kỹ thuật nối tiếp nhau, chứ hiếm khi đến từ một bước nhảy vọt công nghệ duy nhất. Một số tên lửa giới thiệu hệ thống động cơ đẩy về sau trở thành chuẩn mực chung của cả ngành, trong khi số khác lại tiên phong về kết cấu nhẹ, phần cứng tái sử dụng hoặc hẳn một cách tiếp cận sản xuất hoàn toàn mới. Mười thiết kế dưới đây đều có tầm ảnh hưởng kỹ thuật vượt xa phạm vi nhiệm vụ ban đầu của chính chúng.

Nền móng động cơ và kết cấu tên lửa nhiên liệu lỏng

Tên lửa V-2 là vũ khí do Đức phát triển trong Thế chiến II, nhưng di sản kỹ thuật của nó vươn thẳng sang kỷ nguyên vũ trụ. Đây là tên lửa nhiên liệu lỏng cỡ lớn đầu tiên trên thế giới, sử dụng bơm turbin để đẩy nhiên liệu và chất oxy hoá vào buồng đốt, với động cơ tạo ra lực đẩy khoảng 25 tấn. Sau chiến tranh, công nghệ V-2 ảnh hưởng sâu rộng tới quá trình phát triển tên lửa của Mỹ, Liên Xô, Anh và Pháp, còn những bài toán kỹ thuật cơ bản mà đội ngũ phát triển V-2 giải quyết, gồm cấp nhiên liệu áp suất cao, quá trình đốt cháy, làm mát và dẫn đường, trở thành những thách thức nền tảng của ngành tên lửa hiện đại.

Tên lửa R-7 do Sergei Korolev thiết kế mang hình dáng khác hẳn phần lớn tên lửa ra đời sau này, với bốn tầng đẩy phụ thon dần bao quanh một lõi trung tâm, cả năm khối cùng khai hoả đồng thời. Cách bố trí này giúp một phương tiện tương đối nhẹ vẫn tạo ra lực đẩy cất cánh cực lớn. Hậu duệ nổi tiếng nhất của R-7 là dòng Soyuz, giữ nguyên kiến trúc cơ bản này sau nhiều thập kỷ. Một biến thể của R-7 từng phóng vệ tinh Sputnik 1 năm 1957, còn những phiên bản sau đó đưa Yuri Gagarin cùng hàng nghìn phương tiện vũ trụ khác lên quỹ đạo. Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) mô tả Soyuz là hậu duệ thiết kế trực tiếp của R-7 và là một trong những hệ thống phóng thành công nhất từng được chế tạo.

Tên lửa Atlas đưa ra một ý tưởng kết cấu khác thường, thay vì làm bồn chứa nhiên liệu đủ cứng để tự chịu lực, các kỹ sư dùng loại bồn mỏng kiểu bóng bay, lấy độ bền từ chính áp suất bên trong. Cách làm này giúp giảm mạnh khối lượng kết cấu nhưng lại tạo ra một vấn đề khác thường, tên lửa khi rỗng không thể tự đứng vững nếu chưa bơm áp. Ý tưởng này tiếp tục xuất hiện qua nhiều thế hệ Atlas và còn ảnh hưởng tới tầng đẩy trên Centaur, cho thấy hiệu suất phóng có thể tăng lên nhiều đến mức nào nếu coi khối lượng kết cấu là thứ cần thiết kế để loại bỏ bớt.

Tên lửa Centaur có thể coi là quan trọng ngang một tên lửa hoàn chỉnh dù chỉ là tầng đẩy trên. Phát triển dựa trên hydro lỏng và oxy lỏng, đây là tầng tên lửa lớn đầu tiên ứng dụng công nghệ hydro lỏng và mở đường cho các tầng đẩy trên năng lượng cao phục vụ những nhiệm vụ đầy tham vọng. Centaur từng giúp phóng tàu Surveyor hướng tới Mặt Trăng, sau đó tiếp tục cấp năng lượng cho các nhiệm vụ gồm Viking, Voyager và Cassini. Thiết kế của Centaur cho thấy rõ vì sao hiệu suất cao của hydro trở nên đặc biệt giá trị một khi tên lửa đã vượt qua phần lớn bầu khí quyển Trái Đất, và đây vẫn là một trong những thiết kế tầng đẩy trên có ảnh hưởng lớn nhất trong ngành du hành vũ trụ Mỹ.

Tên lửa tư nhân Kairos của Nhật Bản phát nổ sau khi phóng Ngày 13-3, tên lửa tư nhân Kairos của Công ty Space One của Nhật Bản đã phát nổ chỉ vài giây sau khi được phóng. ...

Từ quy mô khổng lồ đến bước ngoặt tái sử dụng

Tên lửa Saturn V cho thấy công nghệ tên lửa hoá học có thể tiến xa tới đâu khi nhiều công nghệ cùng phát triển song song. Tầng đầu tiên dùng năm động cơ F-1 khổng lồ, tạo ra lực đẩy khoảng 7,5 triệu pound lúc cất cánh, còn phía trên là các động cơ J-2 chạy bằng hydro cấp năng lượng cho những tầng trên. Đội ngũ kỹ sư phải giải quyết hiện tượng mất ổn định khi đốt cháy, sự cố bơm turbin, tải trọng kết cấu và thách thức xử lý nhiên liệu đông lạnh ở quy mô chưa từng có trước đó. Kết quả là một phương tiện ba tầng đủ sức đưa phi hành gia và tàu vũ trụ hướng tới Mặt Trăng.

Tên lửa Space Shuttle không tái sử dụng hoàn toàn, nhưng đã thay đổi triệt để cách các kỹ sư nhìn nhận về phương tiện phóng. Khoang tàu quay về Trái Đất và bay trở lại nhiều lần, còn đội ngũ mặt đất thu hồi, tân trang rồi tái sử dụng các tên lửa đẩy nhiên liệu rắn. Hệ thống kết hợp ba động cơ chính chạy nhiên liệu lỏng, hai tên lửa đẩy rắn có thể tái sử dụng và một bình nhiên liệu ngoài dùng một lần cỡ lớn. NASA mô tả Space Shuttle là hệ thống tàu vũ trụ tái sử dụng đầu tiên được thiết kế để phóng thẳng đứng và quay về Trái Đất, hạ cánh trên đường băng như máy bay. Di sản kỹ thuật của Shuttle vẫn tiếp diễn, khi các tên lửa đẩy của hệ thống SLS hiện đại thuộc NASA dựa trực tiếp trên nhiều thập kỷ kinh nghiệm từ tên lửa đẩy của Shuttle.

Tên lửa Ariane 5 của châu Âu ra đời theo một triết lý thương mại khác, hướng tới chở tải trọng lớn một cách hiệu quả, thường đặt hai vệ tinh viễn thông trên cùng một chuyến phóng. Phần lõi dùng động cơ Vulcain chạy nhiên liệu đông lạnh, kết hợp cùng các tên lửa đẩy rắn cỡ lớn, còn những phiên bản sau liên tục nâng cao hiệu suất. Bản thân động cơ Vulcain là kết quả của nhiều thập kỷ nghiên cứu về động cơ đẩy hydro lỏng và kỹ thuật xử lý nhiệt độ cực đoan. Ariane 5 thực hiện tổng cộng 117 chuyến bay trong giai đoạn 1996 đến 2023, phóng đủ loại tải trọng từ vệ tinh Galileo cho tới kính viễn vọng không gian James Webb, và thiết kế của nó trở thành nền tảng cho khả năng tiếp cận không gian độc lập của châu Âu.

Tên lửa Falcon 9 của SpaceX thay đổi cả bài toán kinh tế lẫn triết lý vận hành của ngành phóng quỹ đạo bằng cách biến tầng đẩy đầu tiên thành bộ phận có thể tái sử dụng. Thay vì coi tầng đẩy là phần cứng dùng một lần rồi bỏ, SpaceX thiết kế nó để sống sót qua quá trình tái nhập khí quyển, hạ cánh có kiểm soát rồi bay trở lại. NASA gọi Falcon 9 là tên lửa cấp quỹ đạo có thể tái sử dụng đầu tiên trên thế giới, đòi hỏi tích hợp ngay từ đầu động cơ, hệ thống dẫn đường, hệ thống hạ cánh, lớp bảo vệ nhiệt và thiết kế kết cấu xoay quanh mục tiêu thu hồi, thay vì bổ sung khả năng thu hồi như một ý tưởng thêm vào sau. Kết quả này góp phần biến việc tái sử dụng tên lửa thành mục tiêu thiết kế trung tâm của ngành phóng hiện đại.

Ấn Độ thử nghiệm thành công tên lửa đẩy cho sứ mệnh Gaganyaan Mới đây, Trung tâm Nghiên cứu Vũ trụ Ấn Độ (ISRO) đã tiến hành thành công cuộc thử nghiệm tên lửa đẩy dành cho sứ ...

Hướng đi khác biệt, từ động cơ điện đến nâng cấp từng thế hệ

Tên lửa Electron của Rocket Lab mang tới cách tiếp cận hoàn toàn khác cho nhóm tên lửa phóng cỡ nhỏ. Động cơ Rutherford trên Electron dùng bơm turbin chạy điện nhờ pin, thay thế phần lớn hệ thống cơ khí bơm nhiên liệu vốn gắn liền với động cơ tên lửa kiểu bơm truyền thống. Động cơ này còn tận dụng rộng rãi công nghệ sản xuất bồi đắp, tức in 3D, trong khi bản thân tên lửa dùng kết cấu composite sợi carbon. NASA mô tả Rutherford là động cơ tên lửa in 3D dùng bơm điện đầu tiên trên thế giới. Electron cho thấy một kiến trúc động cơ đẩy phức tạp vẫn có thể thu gọn và hướng tới sản xuất hàng loạt, phù hợp với thị trường vệ tinh nhỏ đang tăng trưởng.

Tên lửa Delta cho thấy sức mạnh của cách tiếp cận kỹ thuật tăng dần theo từng bước, thay vì thay mới hoàn toàn. Dòng tên lửa này bắt nguồn từ tên lửa đạn đạo Thor, kết hợp cùng những tầng trên cải tiến bắt nguồn từ chương trình Vanguard. Thay vì liên tục thay thế toàn bộ phương tiện phóng, đội ngũ kỹ sư phát triển kiến trúc này qua từng phiên bản kế tiếp, điều chỉnh để phù hợp với nhiều loại tải trọng và nhiệm vụ khác nhau. Trung tâm Goddard của NASA mô tả Delta đã phục vụ nước Mỹ hơn bốn thập kỷ, và cách tiếp cận tiến hoá lâu dài này trở thành một hình mẫu cho việc phát triển phương tiện phóng nói chung, giữ lại phần cứng đã vận hành hiệu quả, chỉnh sửa những gì cần cải thiện, rồi xây dựng năng lực qua nhiều thế hệ.