Vào ngày 16/3/1926, tại Auburn, Massachusetts, kỹ sư người Mỹ Robert Goddard đã phóng tên lửa sử dụng nhiên liệu lỏng đầu tiên. Chuyến bay đầu tiên chỉ kéo dài 2.5 giây và rơi xuống từ độ cao cực đại cách vị trí ban đầu 181 feet (~55m) trên cánh đồng bắp cải phủ đầy tuyết, nhưng nó đã chứng minh là một trong những chuyến bay quan trọng nhất trong lịch sử.

92 năm sau, tên lửa nhiên liệu lỏng trở thành chuẩn mực cho những chuyến bay không gian. Những tên lửa khổng lồ sau này cao hơn sáu mươi lần so với phiên bản tên lửa ban đầu của Goddard đã đưa con người vượt ra ngoài ranh giới của bầu khí quyển Trái Đất. Mỗi lần phóng tên lửa thực sự là một cảnh tượng vĩ đại, một lần minh chứng cho tiềm năng của con người để vượt qua rào cản và đạt đến tầm cao mới thông qua trí tuệ và sự hợp tác tập thể.

Nhưng liệu những tên lửa này sẽ vẫn là phương tiện chính để chúng ta di chuyển vào không gian trong tương lai? Hay chúng sẽ được thay thế bởi phương pháp và công nghệ mới?

Hình ảnh minh hoạ tàu vũ trụ Orion của NASA đang xuất phát trên một tên lửa vũ trụ. Ảnh: NASA.

Sau tất cả, tên lửa vẫn không phải là hoàn hảo. Bảy phi hành gia đã chết khi phóng lên không gian. Những tính toán của kỹ sư hoá học Don Pettit cho thấy “ngồi trên phần đầu của tên lửa nguy hiểm hơn là ngồi phía dưới của bình nhiên liệu”, và Pettit đã làm vậy vài lần. Pettit đã thực hiện 5 chuyến bay đến Trạm Không Gian Quốc Tế (International Space Station - ISS) và đã dành 369 ngày, 16 giờ và 41 phút trong không gian. Ở tuổi 62, ông là phi hành gia nhiều tuổi nhất còn hoạt động của NASA.

Chi phí cao cũng là một nhược điểm của việc phóng tên lửa. Khoảng 85% khối lượng của tên lửa là nhiên liệu đẩy, nên có rất ít chỗ cho hàng hoá. Điều này khiến cho việc mua một chiếc vé lên không gian cực kì đắt đỏ - khoảng 10.000 USD mỗi kilogram để đạt đến quỹ đạo gần Trái Đất.

Trong suốt một thời gian dài, tên lửa vốn dĩ là thứ lãng phí khi các bộ phận của chúng rơi ngược trở lại Trái Đất, bốc cháy khi rơi vào khí quyển, hay rơi vào bãi phế liệu trong không gian đang quay quanh hành tinh của chúng ta.

Những vấn đề này đã thúc đẩy một số người suy đoán về sự thay thế việc phóng tên lửa. Một trong những viễn cảnh tương lai xa vời nhất là thang máy lên không gian. Đó là chủ đề yêu thích của dân hâm mộ khoa học viễn tưởng, bởi một lý do: điều này gần như chắc chắn sẽ vẫn nằm trong lĩnh vực viễn tưởng trong một thời gian dài nữa. Một chiếc thang máy không gian khá đơn giản trên giấy - một bộ cáp kéo dài 22000 dặm  (~35400 km) từ trạm không gian ở quỹ đạo địa tĩnh (quỹ đạo tròn ngay phía trên đường xích đạo, cách xích đạo ~35400 km, và quay cùng hướng, cùng vận tốc với Trái Đất) tới một cấu trúc tương ứng ở đâu đó trên đường xích đạo của Trái Đất. Những chiếc thang máy đính kèm sau đó sẽ leo lên dây cáp đi vào không gian. Tuy nhiên, vấn đề là hệ thống cáp treo phải được thi công từ một loại vật liệu khoẻ hơn bất kì loại vật liệu đã biết nào. Ống nano carbon đã từng được cho là sẽ lấp đầy phân khúc này, nhưng chúng vẫn chưa hoàn thiện. Có lẽ một ngày nào đó, chúng sẽ sẵn sàng. Một khoang thang máy có khả năng sẽ đưa hành khách và hàng hoá lên không gian trong khoảng một tuần với chi phí thấp hơn khoảng 7 lần so với tên lửa Falcon Heavy của SpaceX - tên lửa rẻ nhất hiện nay.

Một sự thay thế tiềm năng khác là StarTram. Tôi đã giải thích làm thế nào để giải pháp nghe rất ngầu và táo bạo này hoạt động trong một bài báo xuất bản vào mùa thu:

“Tàu vũ trụ bay lên nhờ từ tính (giống như levitron) sẽ được đẩy lên ở trong một ống cong hướng lên bầu trời. Không khí sẽ hút bỏ khỏi ống để giảm lực cản. Tàu sẽ thoát khỏi ống ở tốc độ 8.8 km/s để thoát khỏi khí quyển của Trái Đất. Thiết kế của tàu StarTram thế hệ thứ nhất dự định để khởi động các tàu chở hàng sẽ có một ống 81 mile (~130km) xây bên sườn núi để đạt đến độ cao từ 12000 đến 20000 feet (3.6 - 6 km)”

Điều tuyệt vời về StarTram là nó khả thi một cách ngạc nhiên. Tất cả nhưng công nghệ cần thiết đều đã có hiện nay, chỉ cần mở rộng khoảng thời gian. Điều đó khiến cho việc xây dựng StarTram chỉ là vấn đề thời gian và tiền bạc thay vì một chuyến bay tưởng tượng. Cái giá từ 20 đến 50 tỷ USD của StarTram có xứng đáng không? Có thể. Nó có thể giảm chi phí vận chuyển hàng lên không gian từ 20 - 50 USD một kilogram, khả năng sẽ mở ra ngành công nghiệp mới trị giá hàng tỷ USD.

Một ý tưởng khác, bằng một cách lịch lãm của JP Aerospace, thay thế những tên lửa bốc cháy trên bầu trời bằng những khí cầu khổng lồ nhẹ nhàng bay lên không gian. Một chiếc máy bay "Ascender" hình chữ V lớn sẽ chở hàng hóa và hành khách đến trạm "Dark Sky Station" trôi vĩnh viễn ở độ cao 140000 feet (~42.6 km). Từ đó, khí cầu “Orbital Ascender” được trang bị động cơ ion sẽ hoàn thành cuộc hành trình đến không gian. Nguồn tài chính ban đầu của JP Aerospace đến từ Không quân, và họ vẫn đang nhấn mạnh tiến trình này trên blog của họ.

Vậy, bất kỳ ý tưởng nào trong số này có thể thay thế tên lửa? Khí cầu của JP Aerospace có thể có cơ hội tốt nhất để thử thách trong thời gian ngắn, nhưng nó có không nhiều tiềm năng khi ngành công nghiệp tên lửa tư nhân đang phát triển nhanh chóng, tạo ra sự cạnh tranh thúc đẩy sự đổi mới. Chi phí vận chuyển hàng hóa giảm khi các công ty tinh chế nhiên liệu và giảm chi phí vật liệu. SpaceX gần đây đã thay đổi cuộc chơi bằng cách tạo ra các tên lửa có thể tái sử dụng mà hạ cánh nguyên vẹn về Trái Đất sau khi giải phóng hàng hoá trên chúng. Tên lửa Falcon Heavy mới của công ty này vận chuyển hàng hóa với mức giá “thấp khó tin” là 1411 USD một kg, thấp hơn các đối thủ cạnh tranh hàng ngàn USD. Trong những thập kỷ tới, chi phí có thể sẽ giảm hơn nữa. Tên lửa gần như chắc chắn sẽ tồn tại lâu hơn nữa. Sự thực là chúng có thể chỉ được cất cánh.

Theo Space

Tham khảo

Author: Ngan K. Nguyen
Nghiên cứu sinh ngành Khoa học hành tinh tại Nhật Bản.