Starship - tên lửa mạnh nhất có thể thay đổi cả ngành vũ trụ

[Romano]

Tên lửa Starship của SpaceX hứa hẹn giảm chi phí phóng từ 2.300 USD/kg xuống còn 100 USD/kg do khả năng hạ cánh nhẹ nhàng và tái sử dụng hoàn toàn.Starship là hệ thống phóng bao gồm phương tiện phóng Super Heavy và tàu vũ trụ Starship ở bên trên. Tên lửa đẩy nằm ở tầng đầu tiên và tàu vũ trụ chở người và hàng hóa nằm ở tầng thứ hai. Nhiệm vụ của tên lửa là đưa tàu Starship tới một điểm trên quỹ đạo, sau đó tàu Starship sẽ bay tiếp bằng động cơ của nó trong khi tên lửa quay trở lại Trái Đất. Cả hai bộ phận đều có thể tái sử dụng. Điều này khiến Starship trở nên khác biệt với tên lửa Falcon 9 của SpaceX, chỉ có tầng đầu tiên và mũi tên lửa hình nón (fairing) được tái sử dụng.

Tỷ phú Elon Musk, nhà sáng lập kiêm Giám đốc điều hành SpaceX, cho rằng hệ thống tái sử dụng như vậy sẽ giảm chi phí phóng xuống 10 triệu USD. SpaceX đang tính chi phí chở một kilogram hàng hóa lên quỹ đạo bằng tên lửa Falcon 9 mới hiện nay là 2.300 USD trong khi năm 1981 là 147.000 USD, còn Starship là 100 USD/kg. Theo Musk, con số này rất ấn tượng. Lý do giá thấp đi bởi Starship có thể cung cấp sức mạnh vận chuyển giống như băng chuyền lên quỹ đạo thấp của Trái Đất.

Từ năm 2012, Musk ước tính chương trình Starship sẽ có chi phí phát triển rơi vào khoảng 2 - 10 tỷ USD. Năm 2024, SpaceX lên kế hoạch rót thêm 2 tỷ USD vào hệ thống tên lửa để đưa Starship lên quỹ đạo lần đầu tiên. Mục tiêu chiến lược dài hạn của tên lửa này là đưa nhân loại tới sao Hỏa, do đó vận chuyển lượng hàng hóa lớn với chi phí tối thiểu rất quan trọng. Đồng thời, Starship có thể phục vụ nhiều nhiệm vụ khác từ vận chuyển vệ tinh tới chở du khách lên Mặt Trăng.

Sự độc đáo của Starship

Đầu tiên, Starship có thể chở lượng hàng hóa khổng lồ. Để hình dung rõ hơn quy mô, Starsship có kích thước bằng một nửa tháp Eiffel và nặng khoảng 3.000 tấn. Công suất chở hàng dự kiến của tên lửa là 150 tấn lên quỹ đạo thấp của Trái Đất và có thể tăng lên 250 tấn nếu tên lửa tầng đẩy không quay trở lại Trái Đất. Với sức chở như vậy, toàn bộ Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) nặng 400 tấn có thể phóng lên quỹ đạo chỉ với hai tên lửa. Đường kính của Starship là 9 m, có nghĩa nó có thể phóng vệ tinh lớn hơn lên quỹ đạo với chi phí tương đối nhỏ. Kính viễn vọng James Webb phóng vào quỹ đạo ở dạng gấp và quá trình triển khai đòi hỏi độ chính xác cỡ micron, dẫn tới khả năng nhiệm vụ thất bại cao, giải pháp kỹ thuật phức tạp và chi phí chế tạo lớn, lên đến 10 tỷ USD và kéo dài hàng thập kỷ. Với thể tích của Starship, vấn đề được giải quyết dễ dàng. Ngoài ra, các module trạm trên quỹ đạo cũng dễ triển khai hơn (đường kính trung bình của module trên trạm ISS là 4,2 m).

Thứ hai là tính tái sử dụng hoàn toàn của cả hai tầng thuộc Starship. Hướng tiếp cận tái sử dụng các tầng và chuẩn bị cho chuyến bay mới đã được thử nghiệm trên Falcon 9. Nhờ đó, SpaceX có thể giảm chi phí phóng và đạt vị thế gần như độc quyền trong thị trường dịch vụ phóng. Tuy nhiên, chưa rõ, các bộ phận của Starship có thể tái sử dụng để phóng bao nhiêu lần nhằm hoàn vốn.

Thứ ba là khả năng hạ cánh nhẹ nhàng. Công nghệ này cũng được ứng dụng trên Falcon 9 và chứng minh tính hiệu quả khi tầng tên lửa trở lại Trái Đất. Hạ cánh thẳng đứng cho phép phương tiện tiếp đất cực kỳ chính xác và nhẹ nhàng. Hiện nay, tất cả tàu vũ trụ chở người (Soyuz, Dragon, Starliner) hạ cánh khá mạnh trên mặt đất hoặc mặt nước. Khả năng hạ cánh nhẹ nhàng mở ra nhiều tiềm năng: đưa người và hàng hóa đáp xuống hành tinh khác sẽ dễ dàng và thoải mái hơn, vệ tinh có thể vận chuyển từ quỹ đạo về Trái Đất để sửa chữa và bảo dưỡng, bay cận quỹ đạo giữa các lục địa trên Trái Đất, sản xuất hàng hóa trên quỹ đạo và đưa về Trái Đất nếu khả thi về mặt kinh tế.

Cuối cùng là tiếp nhiên liệu trong không gian. Trong chuyến bay đường dài, ngay cả sức chở hàng hóa khổng lồ của Starship cũng có thể không đủ. Do đó, SpaceX cung cấp khả năng tiếp nhiên liệu trong không gian. Tàu vũ trụ bay lên quỹ đạo với lượng hàng tối đa và bổ sung nhiên liệu đã dùng vào hoạt động phóng với sự hỗ trợ của máy bay chở nhiên liệu. Tuy nhiên, bay về Trái Đất từ sao Hỏa có thể đòi hỏi tiếp nhiên liệu trực tiếp trên hành tinh đỏ. Cách dễ dàng nhất là phóng trước vài tàu Starship chở nhiên liệu. Một cách khác là sản xuất nhiên liệu trên sao Hỏa. Starship sử dụng nhiên liệu gồm methane và oxy lỏng. Về lý thuyết, cả hai thành phần này đều có thể khai thác trên sao Hỏa.

Những nhiệm vụ Starship có thể thực hiện

Nhiệm vụ Mặt Trăng: SpaceX đã nhận được hợp đồng 2,9 tỷ USD từ NASA trong chương trình Artemis. Dự án Artemis là dự án đưa con người trở lại Mặt Trăng và SpaceX đóng vai trò chủ chốt trong đó. Theo dự kiến, hai phiên bản Starship gồm phiên bản chở người đáp xuống Mặt Trăng và phiên bản chở nhiên liệu.

Đây là hợp đồng ưu tiên đối với SpaceX vì NASA cũng đặt một phương tiện hạ cánh khác cho nhiệm vụ Artemis 5 từ đối thủ Blue Origin. Do đó, hoàn thành nhiệm vụ này và đánh bại đối thủ cạnh tranh sẽ đảm bảo SpaceX có thể tiếp tục thu lợi nhuận từ các nhiệm vụ chở người của NASA. Thách thức lớn là Starship cần được cấp phép bay chở người. Theo yêu cầu của NASA, quá trình cấp phép đòi hỏi Starship phải phóng 15 lần.

Chở hàng hóa lên quỹ đạo: Một mục tiêu quan trọng khác của Starship cải thiện vị thế của SpaceX trong thị trường dịch vụ phóng, tạo ra nguồn thu ổn định để tiến hành những mục tiêu khác, bao gồm nhiệm vụ tới sao Hỏa. Tuy nhiên, Starship phải chứng minh cho các khách hàng tiềm năng thấy độ tin cậy, chi phí phải chăng và hoạt động phóng thường xuyên của nó hấp dẫn hơn nhiều tên lửa khác như Falcon 9.

Ngoài ra, SpaceX cần hoàn thành triển khai chòm vệ tinh Starlink nhanh hết mức có thể để có nguồn thu ổn định từ dịch vụ Internet không gian. Vì vậy, nhiều khả năng các chuyến bay chở hàng đầu tiên của Starship sẽ đáp ứng nhu cầu của SpaceX, qua đó đảm bảo hợp đồng đầu tiên với Sky Perfect JSAT, công ty đã chọn hệ thống Starship của SpaceX để phóng vệ tinh Superbird-9 năm 2024.

Du lịch không gian: Chi phí chở hàng hóa vào không gian rẻ hơn cũng dẫn tới ngành du lịch trên quỹ đạo rẻ hơn. Đầu tiên, những trạm vũ trụ thương mại trên quỹ đạo sẽ tạo ra nhiều cơ hội hơn để chứa du khách. Thứ hai, du khác có thể bay trên chính tàu Starship. Ví dụ, Jared Isaacman, tỷ phú sáng lập công ty thanh toán Shift4, đã mua một ghế trên chuyến bay chở người đầu tiên của Starship.

Nhiệm vụ sao Hỏa: Musk luôn mơ ước đưa người tới sống trên sao Hỏa. Sao Hỏa là một mục tiên chiến lược dài hạn đối với SpaceX. Theo Musk, chi phí 100.000 USD để đưa một người lên sao Hỏa là khả thi. Về mặt này, Starship là bước tiến chủ chốt để thực hiện nhiệm vụ chở người tới sao Hỏa. Phương tiện đủ lớn và thoải mái cho chuyến bay dài, có thể tích lớn hơn trạm ISS, có thể chở vài người với đầy đủ thức ăn, nước uống và oxy. Tuy nhiên, chưa rõ SpaceX sẽ bảo vệ hành khách trong suốt chuyến bay khỏi bức xạ vũ trụ bằng cách nào.

Chuyến bay cận quỹ đạo trên Trái Đất: Một lợi thế ấn tượng khác của Starship là khả năng thay thế máy bay. Nhờ hệ thống hạ cánh thẳng đứng, chuyến bay giữa hai điểm bất kỳ trên Trái Đất chỉ gói gọn trong 40 phút. Sức chứa lớn lên tới 100 hành khách của Starship giúp chuyến bay như vậy thu nhiều lợi nhuận và có giá tương đối rẻ với người dân.

Tác động tới thị trường dịch vụ phóng: Việc giảm chi phí phóng từ mức 2.300 USD/kg hiện nay xuống 100 USD có thể trở thành đột phá trong sự phát triển của ngành hàng không vũ trụ. Starship có thể giúp bay vào không gian có chi phí phải chăng hơn với mọi người, từ nhà thám hiểm, nhà khoa học tới du khách. Hàng hóa như vệ tinh không bị giới hạn về khối lượng và kích thước. Đồng thời, việc triển khai những chòm vệ tinh lớn sẽ nhanh hơn, giúp tăng đáng kể dịch vụ dữ liệu từ không gian. Việc bảo dưỡng và tiếp nhiên liệu cho vệ tinh cũng trở nên khả thi.

Nhờ Starship, con người có thể khai khoáng trên Mặt Trăng và các tiểu hành tinh do chi phí bay đường dài cũng rẻ hơn và khả năng phóng hệ thống lớn. Ngoài ra, con người có thể thiết lập nhà máy năng lượng mặt trời trong vũ trụ, giúp thu thập ánh sáng Mặt Trời và truyền năng lượng về Trái Đất.

Tên lửa Starship cao 122 m được SpaceX phóng thành công trong thử nghiệm lần thứ 5 từ Starbase, Texas hôm 13/10 (khoảng 20h25 cùng ngày giờ Hà Nội). Trong chuyến bay thử nghiệm này hệ thống tàu kết hợp tên lửa Starship/Super Heavy đã tạo nên kỳ tích khi thực hiện thành công cơ chế "gắp" ngay trong lần thử đầu tiên. Cụ thể, sau khi cất cánh thành công từ tháp phóng Mechazilla, tàu Starship đáp xuống Ấn Độ Dương còn tên lửa Super Heavy quay trở lại, hạ xuống chính xác gần tháp phóng và được cánh tay robot "chopstick" của tháp giữ chặt.