Cu Làng Cát: Bài toán khiến cả ngành vũ trụ chùn bước, Elon Musk mất gần 20 năm mới tìm được lời giải

Bài toán khiến cả ngành vũ trụ chùn bước, Elon Musk mất gần 20 năm mới tìm được lời giải

+Hơn 60 năm qua, các kỹ sư đều biết tái sử dụng là con đường giúp giảm mạnh chi phí chinh phục không gian, nhưng lực hấp dẫn 9,81 m/s² cùng bầu khí quyển dày đặc của Trái Đất đã biến ý tưởng ấy thành bài toán gần như bất khả thi. Phải đến khi SpaceX thành công, lời giải mới thật sự xuất hiện sau gần 20 năm theo đuổi.

🛑Điều ai cũng biết nhưng không ai làm được

+Nếu hỏi điều gì có thể thay đổi ngành phóng tên lửa mạnh nhất, hầu hết các kỹ sư đều sẽ đưa ra cùng một đáp án, tái sử dụng.

+Ý tưởng ấy xuất hiện từ rất sớm. Ngay từ thập niên 1960, các nhà khoa học đã tính toán rằng nếu tên lửa có thể quay về nguyên vẹn sau mỗi chuyến bay, chi phí đưa hàng hóa lên quỹ đạo sẽ giảm rất mạnh. Khi đó, con người có thể phóng vệ tinh, tàu thăm dò hay xây dựng căn cứ ngoài không gian với tần suất chưa từng có.

+Thế nhưng, suốt hơn nửa thế kỷ, mọi ý tưởng đều dừng ở bản vẽ hoặc thất bại trong thử nghiệm.

+Lý do nằm ở chính hành tinh chúng ta đang sống.

Để vào quỹ đạo thấp của Trái Đất, một tên lửa phải đạt vận tốc khoảng 28.000 km/h. Sau khi hoàn thành nhiệm vụ, nó phải quay đầu, giảm tốc, chịu ma sát cực lớn với khí quyển rồi hạ cánh chính xác xuống một điểm có bán kính sai số chỉ vài mét.

+Mỗi bước đều là một bài toán vật lý rất khó. Tên lửa vốn được thiết kế để bay lên, chứ không phải quay về.

+Nếu mang thêm nhiên liệu để hạ cánh, khối lượng tăng lên, tải trọng thương mại giảm xuống.Nếu giảm lượng nhiên liệu, phương tiện không đủ năng lượng quay trở lại.

+Nếu bổ sung chân đáp, hệ thống điều khiển và thiết bị dẫn đường, trọng lượng tiếp tục tăng.Mọi thay đổi đều kéo theo sự đánh đổi. Nhiều chương trình từng cố giải bài toán này.

+Tàu con thoi của Mỹ có thể tái sử dụng phần thân, nhưng bình nhiên liệu ngoài bị mất sau mỗi chuyến bay, còn hai tên lửa đẩy nhiên liệu rắn phải kéo lên từ đại dương rồi đại tu trong nhiều tháng. Chi phí mỗi lần phóng vẫn rất cao.

+Các cơ quan vũ trụ lớn đều hiểu lợi ích của tái sử dụng, nhưng sau nhiều năm tính toán, phần lớn đi đến cùng một kết luận, giá thành và độ phức tạp vượt quá khả năng chấp nhận. Điều kiện vật lý mới là rào cản.

🛑Cuộc chiến với lực hấp dẫn và biển lửa

+Elon Musk từng nói việc đạt tới khả năng tái sử dụng hoàn toàn trên Trái Đất khó hơn rất nhiều so với suy nghĩ của phần lớn mọi người.

+Nguyên nhân đầu tiên là lực hấp dẫn. Gia tốc trọng trường của Trái Đất khoảng 9,81 m/s², thuộc nhóm cao nhất trong các hành tinh đá của Hệ Mặt Trời. Mỗi kilogram nhiên liệu mang thêm đều kéo theo nhiều kilogram nhiên liệu khác để nâng chính lượng nhiên liệu đó lên quỹ đạo.

+Bài toán nhanh chóng trở thành vòng lặp rất khắc nghiệt. Khó khăn tiếp theo nằm ở khí quyển.

+Khi quay trở lại từ không gian, phương tiện lao xuống với tốc độ hàng nghìn kilomet mỗi giờ. Ma sát với không khí tạo nên nhiệt độ có thể vượt 1.500°C.

+Nhiệt lượng ấy đủ làm nóng chảy nhiều loại kim loại thông thường. Bởi vậy, SpaceX phải phát triển hàng chục nghìn tấm gốm chịu nhiệt cho Starship, đồng thời xây dựng thuật toán điều khiển để phương tiện giữ đúng tư thế trong suốt quá trình hạ xuống.

+Ngay cả Falcon 9 cũng phải thực hiện hàng loạt thao tác rất chính xác.

+Tên lửa cần khởi động lại động cơ giữa không trung, đổi hướng, điều chỉnh quỹ đạo, kiểm soát tốc độ rồi hạ cánh trên một bệ đáp nổi giữa đại dương đang liên tục dao động theo sóng.

+Nếu bất kỳ cảm biến, động cơ hay máy tính nào hoạt động sai trong vài phần nghìn giây, chuyến bay có thể kết thúc bằng một vụ nổ.

+Đó là lý do SpaceX phải trải qua rất nhiều lần thất bại trước khi Falcon 9 lần đầu đáp thành công vào ngày 21-12-2015.

+Thất bại không khiến Musk từ bỏ. Ông coi mỗi vụ nổ là một bộ dữ liệu giúp hoàn thiện hệ thống.

+Sau gần 20 năm kể từ khi SpaceX thành lập vào năm 2002, việc thu hồi và tái sử dụng tên lửa đã trở thành hoạt động thường xuyên.

+Có những tầng đẩy Falcon 9 đã bay hơn 30 lần, điều từng bị xem là điều không tưởng.

🛑Lời giải cho Trái Đất mở cánh cửa đến Sao Hỏa

+Thú vị là Musk cho rằng nơi khó nhất để chứng minh công nghệ tái sử dụng lại chính là Trái Đất.

+Sao Hỏa dễ hơn nhiều. Lực hấp dẫn trên Sao Hỏa chỉ bằng khoảng 38% Trái Đất. Khí quyển mỏng hơn gần 100 lần.

+Điều đó đồng nghĩa tàu cần ít năng lượng hơn để cất cánh, chịu tải nhiệt thấp hơn khi hạ cánh và có nhiều dư địa hơn cho các sai số kỹ thuật.

+Nói cách khác, nếu con người làm được trên Trái Đất, khả năng vận hành đội tàu tái sử dụng trên Sao Hỏa sẽ thuận lợi hơn đáng kể.

+Đó cũng là lý do Musk luôn xem Falcon 9 hay Starship là phương tiện mở đường cho việc xây dựng nền văn minh ngoài Trái Đất.

+Mục tiêu sau cùng chưa bao giờ dừng ở việc giảm chi phí phóng vệ tinh. Điều ông theo đuổi là biến việc bay vào không gian trở thành hoạt động diễn ra thường xuyên như hàng không dân dụng.

+Muốn đạt được điều đó, tên lửa phải bay, quay về, tiếp nhiên liệu rồi cất cánh trở lại trong thời gian ngắn.

+Giống như một chiếc máy bay. Hiện nay, Falcon 9 đã chứng minh mô hình ấy có thể vận hành. Starship được phát triển để đưa khái niệm tái sử dụng lên quy mô lớn hơn nhiều, với khả năng mang hàng trăm tấn hàng hóa và cuối cùng đưa con người đến Mặt Trăng rồi Sao Hỏa.

+Hơn nửa thế kỷ trước, các kỹ sư đã nhìn thấy đích đến nhưng chưa đủ công nghệ để chạm vào. Elon Musk không phát minh ra ý tưởng tái sử dụng.

+Ông chọn giải bài toán mà rất nhiều người từng kết luận là quá khó. Nhìn từ góc độ đó, điều SpaceX thay đổi không nằm ở một mẫu tên lửa mới.

+Họ chứng minh rằng giới hạn lớn nhất của ngành vũ trụ nhiều khi nằm ở sự kiên trì theo đuổi một bài toán mà cả thế giới từng tin rằng không có lời giải.

#SpaceX #ElonMusk #TaiSuDungTenLua #Starship #ChinhPhucVuTru

Cu Làng Cát