Sứ mệnh được Elon Musk vạch ra khi thành lập SpaceX là tạo điều kiện cho con người trở thành một loài sống đa hành tinh và sở hữu một nền văn minh du hành vũ trụ. Mục tiêu này được cho bắt nguồn từ các mối đe dọa tiềm tàng với khả năng quét sạch sự sống trên Trái Đất.
SpaceX đang phát triển các nguyên mẫu Starship tại cơ sở ở Nam Texas. Ảnh: Business Insider.
Khả năng định cư ở các hành tinh khác được ví như chiếc phao cứu sinh, cho phép nền văn minh nhân loại tiếp tục phát triển nếu "ngôi nhà" Trái Đất trải qua thảm họa diệt vong.
Năm 2016, Musk đã vạch ra lý do của mình tại một hội nghị quốc tế ở Mexico: "Lịch sử sẽ rẽ theo hai hướng. Thứ nhất chúng ta sẽ ở lại Trái đất mãi mãi và sau đó chấp nhận trải qua một loạt sự kiện tuyệt chủng. Hoặc con người có thể tìm ra giải pháp trở thành một nền văn minh du hành vũ trụ và một loài sinh sống đa hành tinh. Tôi hy vọng bạn sẽ đồng ý lựa chọn thứ hai mới là con đường đúng đắn để theo đuổi".
Musk thường nói về ước mơ xây dựng các thành phố trên Sao Hỏa. Ông tin rằng các khu định cư sẽ cần một lượng lớn người để có thể tự duy trì. Để thực hiện được ước mơ này, bạn cần có một phương tiện phù hợp với nhiệm vụ không gian. Starship là một tổ hợp tên lửa và tàu vũ trụ có thể chở hơn 100 người mỗi lần đến "Hành tinh Đỏ".
Hệ thống Starship cũng được thiết kế để có thể tái sử dụng hoàn toàn sau mỗi lần phóng, việc này cho phép các bộ phận chính của tên lửa không bị vứt bỏ trên biển hoặc bị đốt cháy trong quá trình thâm nhập trở lại bầu khí quyển. Các bộ phận chính của hệ thống Starship sau đó có thể được sửa lại và tiếp tục bay, giúp giảm chi phí cho SpaceX.
Các bộ phận chính của Starship
Phần tên lửa của hệ thống có tên là Super Heavy, trong khi phần tàu vũ trụ được gọi là Starship. Hệ thống này khi kết hợp với nhau sẽ cao 120 mét và cũng được gọi là Starship.
Với thiết kế cánh tản nhiệt, vây hạ cánh và chất liệu thép không gỉ, ngoại hình của Starship mang nhiều cảm giác hoài cổ, giống được lấy trực tiếp từ những con tàu từ thời kỳ hoàng kim của các bộ phim khoa học viễn tưởng. Phần phi thuyền, còn được gọi là tầng trên, sẽ có chiều cao 50m. Phần gần chóp tàu nhất sẽ đóng vai trò làm khoang chất tải với khả năng vận chuyển một lượng người hoặc hàng hóa lớn đến các địa điểm trong không gian sâu.
Đi dọc về phía giữa tàu là nơi chứa nhiên liệu phóng. Nhiên liệu của Starship là hỗn hợp khí metan (CH4) và oxy lỏng (O2), cung cấp lực đẩy cho sáu động cơ Raptor ở phía sau.
Ý tưởng chế tạo khí metan trên Sao Hỏa để làm nhiên liệu cho các tên lửa quay trở lại Trái Đất được hình thành bởi Elon Musk. Theo vị tỷ phú này, ngoài khả năng sản sinh ra nhiều lực đẩy, metan hoàn toàn có thể được tổng hợp từ nước dưới bề mặt sao Hỏa và từ carbon dioxide (CO2) trong khí quyển, sử dụng một quá trình hóa học được gọi là phản ứng Sabatier.
SpaceX đã dành hơn một thập kỷ để nghiên cứu phát triển động cơ Raptor hiệu suất cao. Quá trình đốt cháy nhiên liệu sẽ được thiết kế để diễn ra theo từng giai đoạn nhằm cắt giảm lượng nhiên liệu đẩy bị lãng phí.
Khả năng tổng hợp nhiên liệu cho Starship bằng cách sử dụng các nguồn tài nguyên sẵn có trên Sao Hỏa sẽ mang lại mức độ tự cung tự cấp cần thiết, cho phép cho các chuyến đi trở nên khả thi và tiết kiệm chi phí hơn.
Phần tên lửa đẩy Super Heavy với chiều dài 70m sẽ được nạp đầy 3.400 tấn nhiên liệu metan để cung cấp lực đẩy tối đa khoảng 72 triệu newton cho 28 động cơ Raptor. Tên lửa này có thể nâng được tải trọng lên tới 150 tấn lên quỹ đạo tầm thấp của Trái Đất. Sức mạnh của Super Heavy thậm chí còn vượt trội hơn bệ phóng Saturn V khổng lồ từng được sử dụng cho các sứ mệnh Mặt trăng của tàu Apollo vào những năm 1960.
Starship bay vào không gian thế nào?
Khi rời khỏi bệ phóng, hệ thống Starship gồm hai phần chính sẽ bắt đầu bay về phía quỹ đạo dự định từ trước. Khi tầng phi thuyền được tách ra trong không gian, tầng Super Heavy sẽ bay ngược lại quay trở về Trái Đất.
Phi thuyền sau khi tách khỏi Super Heavy. Ảnh: SpaceX.
Khi hạ cánh, Super Heavy sẽ tự động triển khai các cấu trúc thép được gọi là "lưới vây" từ các mặt của tên lửa. Phần vây hạ cánh này giúp tên lửa chuyển hướng trong giai đoạn trở lại bệ phóng.
Trước đây, SpaceX từng có ý tưởng kích hoạt động cơ Raptor của Super Heavy để hướng nó hạ cánh chính xác trên sáu chân thép, tương tự tên lửa Falcon 9. Nhưng Musk gần đây đã tiết lộ rằng SpaceX hiện nghiên cứu kế hoạch bắt tên lửa quay lại bằng một cánh tay trên tháp phóng. Cơ cấu bắt này cung cấp cho các kỹ sư và thành viên phi hành đoàn khả năng kiểm soát tàu vũ trụ và tên lửa khi họ đang ngồi trên bệ trước khi phóng. Tuy nhiên, cách thức hoạt động của cơ chế này vẫn chưa được công bố.
Sau khi tách, trong khi phần Super Heavy bay về, tầng phi thuyền Starship có thể được đưa vào quỹ đạo tạm thời để đợi được tiếp nhiên liệu.
"Nếu bạn chỉ đưa Starship lên quỹ đạo và không tiếp thêm nhiên liệu, bạn sẽ nhận được 150 tấn hàng hóa ở quỹ đạo thấp của Trái Đất và đương nhiên không còn nhiên liệu để đi bất cứ nơi nào khác. Tuy nhiên, nếu bạn gửi các tàu chở nhiên liệu lên chờ ở quỹ đạo, Starship có thể được nạp methan ở trong không gian và đưa 150 tấn trọng tải tới sao Hỏa", Musk nói.
Trong quá trình nạp nhiên liệu, tàu vũ trụ Starship sẽ kết nối với một phi thuyền khác, đang quay quanh Trái Đất. "Để di chuyển nhiên liệu dễ dàng trong không gian, hai tàu chỉ cần sử dụng một bộ phận tăng tốc tạo lực đẩy theo hướng mà bạn muốn làm rỗng", Musk cho biết.
Starship được sử dụng để làm gì?
Đối với các hành trình dài như Sao Hỏa, phi hành đoàn có thể mất 9 tháng với mỗi chiều bay. Để đáp ứng đủ chỗ cho 100 người mỗi chuyến di chuyển, Elon Musk đang tìm cách lắp đặt khoảng 40 cabin ở khoang chất tải gần phía chóp của phi thuyền. Khoang chất tải cũng sẽ chứa các khu vực chung, không gian lưu trữ, phòng trưng bày và nơi trú ẩn trong trường hợp gặp bão Mặt trời.
Starship cũng có thể được sử dụng trong chương trình Artemis của Nasa, nhằm mục đích thiết lập sự hiện diện lâu dài của con người trên Mặt trăng. Năm 2020, SpaceX đã có được hợp đồng trị giá 135 triệu USD với cơ quan này để tinh chỉnh lại thiết kế của Starship để sử dụng như một tàu đổ bộ Mặt trăng có phi hành đoàn.
Phiên bản được thiết kế dành riêng cho các chuyến bay của dự án Artemis sẽ không có tấm chắn nhiệt hoặc cánh đảo gió cho hành trình trở về Trái Đất. Thay vào đó, hệ thống đổ bộ của phi thuyền sẽ vẫn ở trong không gian sau lần phóng đầu tiên và để được sử dụng cho nhiều chuyến đi giữa quỹ đạo và bề mặt Mặt trăng.
Phiên bản Starship chuyên sử dụng để vận chuyển hàng hóa sẽ được trang bị khoang tải trọng có khả năng mở ra giống như miệng của một con cá sấu. Đặc điểm này cùng với khả năng chịu tải khổng lồ sẽ cho phép Starship được sử dụng để phóng vệ tinh lớn, bao gồm cả kính thiên văn khổng lồ James Webb - "người kế nhiệm" của Hubble.
Musk tuyên bố Starship cuối cùng có thể chở con người đến các điểm đến trong Hệ Mặt trời, bao gồm cả những hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc. Tuy nhiên, đây vẫn là một mục tiêu lâu dài.
Phi thuyền hạ cánh xuống Sao Hỏa thế nào?
Để đưa các tàu vũ trụ khác quay trở lại Trái đất, các kỹ sư hàng không chủ yếu vẫn dựa vào dù, hoặc thiết kế phương tiện có thể hạ cánh trên đường băng.
Nhưng phi thuyền Starship có một cách tiếp cận khác. Khi chuẩn bị hạ cánh, con tàu sẽ nghiêng một góc 60 độ rồi lao xuống đất ở tư thế nằm ngang.
Mô phỏng tàu Starship và thành phố trên Sao Hỏa. Ảnh: SpaceX.
Phương thức hạ độ cao này hoàn toàn dựa vào không khí để làm chậm lại tốc độ của tàu. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là khiến Starship mất ổn định. Do đó, các kỹ sư đã sử dụng bốn vây hạ cánh bằng thép, được đặt gần phía trước và phía sau của phi thuyền để điều khiển hướng bay. Điều này giống như một vận động viên nhảy dù sử dụng tay và chân để điều khiển rơi tự do.
Khi Starship tiếp cận mặt đất, nó phải đủ chậm để thực hiện việc đốt cháy động cơ nhằm lật có kiểm soát phi thuyền vào một vị trí thẳng đứng. Sau đó, tên lửa Raptor sẽ được đẩy ngược dẫn đường cho phương tiện hạ cánh an toàn. Musk nói rằng phương pháp này có thể được sử dụng để đưa Starship hạ cánh an toàn trên bất kỳ bề mặt hành tinh nào trong Hệ Mặt trời - bao gồm cả Sao Hỏa.
Khi nào Starship sẽ bay?
Trong vài năm gần đây, SpaceX đã thử nghiệm nhiều nguyên mẫu khác nhau của tầng trên Starship tại cơ sở Boca Chica ở Texas. Công ty bắt đầu với một nguyên mẫu cao 39m có tên là Starhopper và thành công đưa hệ thống này lên độ cao 150m so với mặt đất.
Tháng 12/2020, SpaceX đã thử nghiệm phi thuyền SN8 với thiết kế mũi hình nón và cánh lật. Sau khi đạt đến độ cao 12,5 km, SN8 đã gặp sự cố và phát nổ khi chạm đất. Tuy nhiên, lần thử nghiệm này của Starship đã thu được nhiều kết quả khá tích cực khi cung cấp cho SpaceX dữ liệu kỹ thuật quý giá về giai đoạn bay trở về từ vũ trụ của tàu.
Đó gần như là một chuyến bay hoàn hảo, nhưng phi thuyền đã tiếp cận bệ hạ cánh quá nhanh và mạnh, khiến nó vỡ vụn và phát nổ. SpaceX đã nhanh chóng di chuyển nguyên mẫu SN9 lên bệ phóng và lần này, họ đang nhắm đến việc hạ cánh.
Vào tháng 10/2020, Elon Musk cho biết SpaceX đang nhắm tới việc phóng Starship không người lái tới sao Hỏa vào năm 2024. Một số nhà quan sát cho rằng rằng mốc thời gian của Musk là quá hư cấu. Tuy nhiên, vị tỷ phú này vốn đã nổi tiếng vì khả năng đạt được mục tiêu bất kể nó có tham vọng đến đâu.
Đăng Thiên (theo BBC News)