Theo Walt Engelund, kỹ sư không gian vũ trụ và giám đốc Ban Công nghệ và Thám hiểm tại NASA nhận định, so với dự án NASA thì dự án chế tạo tên lửa biết đổ mồ hôi để bớt nóng sẽ khó gấp 100 lần. Tuy nhiên nếu thành công, đây sẽ là bước nhảy vọt của toàn ngành tên lửa.

SpaceX, công ty hàng không vũ trụ do Elon Musk sáng lập, đang phát triển một hệ thống phóng tên lửa hoàn toàn có thể tái sử dụng mang tên Starship

Con tàu vũ trụ khổng lồ sẽ cao 55 mét, nằm trên hệ thống tên lửa mạnh kinh hoàng Heavy Rocket cao 67 mét. Hệ thống tên lửa đẩy sẽ lên quỹ đạo thấp của Trái Đất, nhận thêm nhiên liệu để chỉ trong một chuyến, đưa được 100 hành khách cùng 100 tấn hàng tới Sao Hỏa.

Thế nhưng có hai yếu tố có thể quyết định sự thành công (hay thất bại) của toàn bộ hệ thống phóng, đó là hai thay đổi trong thiết kế mới được thêm vào, được Musk mô tả là “triệt để” và “khác thường”.

Một trong số đó là lắp ráp tàu vũ trụ bằng hợp kim thép không gỉ chứ không phải hỗn hợp sợi carbon. Nhưng theo lời các chuyên gia ngành hàng không vũ trụ, thay đổi đáng chú ý nhất và đáng ngạc nhiên nhất là cách con tàu tự làm nguội lớp vỏ, khi nóng lên đến cực độ tại thời điểm ra vào bầu khí quyển của Trái Đất và Sao Hỏa.

Không dựa vào lớp vỏ gốm để bảo vệ thân tàu khỏi nhiệt, như cách NASA vẫn làm với các tàu vũ trụ của mình, Musk nói rằng con tàu của ông sẽ “rỉ ra” nhiên liệu tên lửa thông qua các lỗ nhỏ, hạ nhiệt của con tàu. Trên lý thuyết, nếu đổ dung dịch lên bề mặt thép, thì lớp plasma cực nóng xuất hiện lúc con tàu đâm qua bầu khí quyển sẽ giúp cho tàu vũ trụ được nguyên vẹn.

Nhưng chưa rõ SpaceX sẽ làm thế nào để có được hệ thống làm lạnh cực ngầu với quy mô lớn như thế.

Tại sao Starship được làm từ kim loại nặng?

Elon Musk dự định vào năm 2050, ông sẽ xây dựng được một thành phố tự sản sinh tài nguyên để vận hành trên Sao Hỏa. Ông mong muốn một tấm vé lên Sao Hỏa có giá ngang ngửa một căn nhà, miễn phí chiều về.

Ông muốn đạt được ước mơ hoang dại đó bằng chính hệ thống phóng Starship – Super Heavy. Hợp kim thép không gỉ sẽ giảm được chi phí, đồng thời việc lắp ráp sẽ diễn ra nhanh hơn. “Con tàu Starship sẽ trông giống dung dịch bạc”, Musks nói.

Vấn đề lớn nhất của thép là vừa đặc vừa nặng. Tuy nhiên, Musk có nói về việc SpaceX sử dụng thép theo cách khác hơn bình thường, sẽ cho phép Starship dẻo dai hơn, cứng cáp hơn nhưng lại nhẹ hơn bạn tưởng tượng. Tóm lại, thiết kế tàu Starship mới sẽ gạt đi những lo âu hệ thống cũ mang lại.

“Tôi tự tin con tàu thép không gỉ sẽ nhẹ hơn nhôm cải tiến hay sợi carbon, giảm việc sử dụng các tấm chắn nhiệt vì chất liệu tàu hiệu quả hơn”. Tuy nhiên, Thép cũng không phải là vật liệu bất khả chiến bại, nó vẫn có thể hỏng khi đối đầu với lượng nhiệt khổng lồ sinh ra khi ma sát với bầu khí quyển. Đó là lý do cần tới …

Một quả tên lửa có thể “rỉ máu, đổ mồ hôi”

Starship có thể vào và ra tầng khí quyển của Trái Đất và Sao Hỏa ở tốc độ 30.500 km/h, gậy áp lực nhiệt độ tới 1480 độ C lên mũi con tàu. Từng đó nhiệt đủ để phá hủy lớp vỏ của Starship.

Kim loại để SpaceX chế tạo tàu là 310S có khả năng chịu nhiệt do thành phần có crom và kền. Thành phần của nó khác với thép làm nồi niêu nhiều! Thế nhưng chúng vẫn có khả năng phản ứng với oxy và bị ăn mòn ở 1090 độ C, bắt đầu chảy ở 1.300 độ C.

Con tàu vẫn cần một cách giảm nhiệt độ nữa, Musk đề xuất Starship sử dụng dung dịch để làm nguội tàu trong quá trình hạ cánh. Ông nói với Popular Mechanic về việc bỏ qua tấm chắn nhiệt vẫn thường dùng trong các sứ mệnh phóng tàu vũ trụ, nhằm tránh khả năng chỉ một tấm chắn nhiệt bung ra là cả con tàu sẽ gặp nguy hiểm.

Thay vào đó, Starship sẽ “rỉ” nhiệt liệu tên lửa ra, thông qua các lỗ nhỏ trên lớp da thép của mình. Lượng dung dịch sẽ lấy bớt nhiệt độ trong quá trình tên lửa bay xuống tầng khí quyển.

 

“Tôi muốn tàu của mình sở hữu một tấm chắn nhiệt có thể tự tái tạo đầu tiên trên thế giới. Nó sẽ là vỏ tàu hai lớp, cứ tưởng tượng nó như một cái bánh kẹp thép không gỉ vậy”, Musk nói. “Bạn đổ nước hoặc nhiên liệu vào giữa hai lớp bánh kẹp, rồi đục lỗ ở phía ngoài – những lỗ rất nhỏ thôi – và tên lửa sẽ đổ mồ hôi ra, hoặc nước hoặc nhiên liệu để làm mát lớp vỏ tên lửa. Bạn không thể nhìn thấy nó đâu, trừ khi đứng thật gần”.

Các chuyên gia tên lửa khẳng định chưa có tàu vũ trụ nào vượt tầng khí quyển hay vào lại tầng khí quyển với một tấm chắn nhiệt như vậy. Dù khái niệm thân tàu “đổ mồ hôi”, cho ra một lớp chắn nhiệt không mới, nhưng lịch sử cho thấy đây là một thử thách kỹ thuật rất khó thực hiện.