Anh đã sẵn sàng nối lại hoạt động phóng tàu không gian?

• Peter Ray Allison
• BBC Future

8 tháng 5 2022

Anh có lẽ sẽ đạt khả năng phóng tàu vào không gian sớm nhất là từ hè này. Các cảng hàng không vũ trụ này trông thế nào và chúng hoạt động ra sao?

Vào ngày 24/5/2021, chính phủ Anh tuyên bố quốc gia này sẽ phát triển năng lực phóng tàu vào không gian. Một số địa điểm trên toàn nước Anh đã được lựa chọn, với các chuyến bay được lên lịch sớm nhất là vào đầu hè 2022.

Chúng sẽ đều có quy mô nhỏ, cho nên nếu bạn cho rằng chúng bề thế như Trung tâm Vũ trụ Kennedy ở Mỹ thì bạn đã đoán sai.

Đây không phải lần đầu tiên nước Anh có năng lực phóng tàu vũ trụ, tuy không nhất thiết đó là thứ năng lực được đặt ở bên trong lãnh thổ Anh.

Thời cuối thập niên 1960, Anh từng phát triển năng lực phóng tên lửa Black Arrow từ Woomera ở Úc.

Tuy nhiên, dự án bị hủy bỏ một năm sau đó do Bộ Quốc phòng quyết định sử dụng tên lửa Scout của Mỹ. \”Duy nhất chỉ có Anh là quốc gia xây dựng cơ sở phóng tên lửa để rồi dẹp bỏ ngay sau lần phóng đầu tiên,\” Melissa Thorpe, người đứng đầu Sân bay Vũ trụ Cornwall, nói.

Thay đổi trong công nghệ vệ tinh

Lúc ban đầu, hầu hết các vệ tinh được phóng vào quỹ đạo địa tĩnh ở một vị trí đứng yên so với một điểm cố định trên mặt đất. Để thực hiện việc này một cách hiệu quả, cách tốt nhất là phóng về hướng đông, ở vị trí gần với đường xích đạo, nhằm đạt được vận tốc quay cao nhất có thể.

\”Tại vị trí đường xích đạo, Trái Đất quay với tốc độ 1.400 bộ/giây và ở vị trí như Scotland thì chỉ còn có 800 bộ/giây,\” Scott Hammond, giám đốc vận hành của Trung tâm Không gian Shetland, nói. \”Nếu bạn phóng vệ tinh từ đường xích đạo vào quỹ đạo địa tĩnh, bạn tận dụng được toàn bộ nguồn năng lượng tự nhiên này.\”

Ngày nay, hầu hết các vệ tinh thương mại sử dụng quỹ đạo Trái Đất ở tầm thấp, có độ cao khoảng 200 đến 2.000km (124 đến 1.240 dặm).

Thay vì duy trì một vị trí cố định so với mặt đất, các vệ tinh này bay vòng quanh Trái Đất vài lần trong ngày. Chúng chủ yếu được dùng cho việc quan sát Trái Đất hoặc cho mục đích thông tin liên lạc nếu chúng được kết nối với các vệ tinh khác.

Các vệ tinh ở quỹ đạo Trái Đất tầm thấp có thể được đưa vào quỹ đạo chạy vòng quanh hai đầu cực của Trái Đất (quỹ đạo cực), di chuyển từ bắc đến nam thay vì từ tây sang đông.

Để đi vào quỹ đạo cực, việc phóng vệ tinh từ đường xích đạo có thể là điều gây trở ngại, bởi vận tốc quay là vấn đề cần phải vượt qua. Chính vì vậy nên Anh trở thành địa điểm phóng vệ tinh hấp dẫn hơn.

Vận tốc quay là vận tốc xoay tròn của một vật thể. Giống như cách mà bánh xe xoay, vật có vị trí ở càng xa trung tâm trục quay thì vận tốc di chuyển của nó càng lớn. Vì Scotland gần với Bắc cực hơn đường xích đạo nên vệ tinh được phóng từ đây sẽ có vận tốc quay thấp hơn.

Anh \’trở lại cuộc chơi\’

Với việc tư nhân hóa mảng du lịch không gian, đây không còn là lĩnh vực dành riêng cho các chính phủ với nguồn lực lớn nữa.

Trong quá khứ, các vệ tinh lớn được phóng bởi các cơ quan thuộc chính phủ. Giờ đây công nghệ này trở nên gọn nhẹ hơn với dịch vụ phóng vệ tinh của các công ty như SpaceX và Virgin Orbit. Tuy nhiên, các công ty này vẫn cần địa điểm mới có thể phóng vệ tinh vào vũ trụ được.

Khi nghĩ đến các sân bay vũ trụ, mọi người nghĩ ngay đến hình ảnh biểu tượng hoành tráng từ chương trình không gian Apollo, với các tên lửa khổng lồ phụt khói như một vụ nổ lớn được phóng lên từ Trung tâm Vũ trụ Kennedy.

Tuy nhiên, các sân bay vũ trụ đang được lên kế hoạch của Anh sẽ rất khác biệt.

Các cơ sở được đặt trên khắp nước Anh sẽ cung cấp các dịch vụ phóng vệ tinh khác nhau. \”Chúng tôi không định xây dựng một trạm không quân như ở Mũi Canaveral nữa,\” Hammond giải thích. \”Tên lửa lớn nhất mà chúng tôi phục vụ có kích thước chỉ khoảng 30m (100 bộ) – như bạn biết cỡ này chỉ là tép riu so với các tên lửa phóng lên từ Mũi Canaveral mà thôi!\”

Toàn bộ các sân bay vũ trụ này sẽ tập trung vào việc phóng vệ tinh nhỏ vào không gian. \”Hiện nay cầu đang vượt cung rất nhiều,\” Mick O\’Connor, giám đốc dự án Sân bay Vũ trụ Prestwick nói. \”Chức năng của các sân bay vũ trụ ở Anh là giúp các công ty phóng vệ tinh nhỏ gọn vào không gian.\”

Các sân bay vũ trụ ở bờ biển phía bắc và ở đảo Shetland sẽ cung cấp dịch vụ phóng thẳng đứng dành cho các tên lửa được phóng từ mặt đất hướng lên trời. Việc này cho phép các vụ phóng vào quỹ đạo cực và giảm thiểu rủi ro đến các khu vực đông dân cư. Các sân bay vũ trụ ở bờ tây và nam sẽ cung cấp dịch vụ phóng hỗ trợ, hay còn được gọi là phóng ngang, và sẽ được đặt tại các sân bay hiện có.

Nhiều quốc gia cũng đang phát triển sân bay vũ trụ của riêng họ, nhưng một số đang cân nhắc các lựa chọn khác cho bệ phóng. Đức đang tính việc sử dụng giàn khoan dầu làm bệ phóng tên lửa, trong khi Nga đã từng phóng tên lửa từ một con tàu ngoài khơi.

Một trong những thử thách cốt lõi của việc phóng tên lửa từ mặt đất là làm sao kiểm soát phản lực từ vụ phóng, hạn chế tác động của lực nổ do động cơ tên lửa tạo ra.

Lúc ban đầu, điều này được khắc phục bởi một rãnh lửa với đoạn dốc nhằm dẫn lửa ra xa khỏi đuôi tên lửa. \”Việc này cần phải được thiết kế cẩn thận,\” Hammond nói. \”Không ai muốn phản lực từ động cơ dội ngược trở lên và gây ra đủ thứ rắc rối.\”

Hầu hết các tên lửa được phóng từ mặt đất hiện nay đều được hỗ trợ bởi một bệ kim loại cao khoảng 5m (16,5 bộ), với nước ở bên dưới. Điều này cho phép một phần năng lượng phản lực được chuyển hóa vào không khí khi mặt nước bốc hơi.

\”Khi bạn xem một vụ phóng, thứ trông như khói thực ra là hơi nước,\” Hammond nói. \”Nó thực ra là một vụ cháy \’sạch\’ vì nó chỉ toàn oxy hoá lỏng. Không những giúp làm giảm tiếng ồn, nó còn giúp bảo vệ bê tông và kim loại.\”

Tên lửa thực ra khá mong manh, cần được phóng trong điều kiện thời tiết lý tưởng.

Ngoài các mối lo về sức gió mạnh và mưa lớn, tên lửa còn dễ bị ảnh hưởng bởi tĩnh điện. Khi di chuyển quá nhanh, tên lửa sản sinh ra tĩnh điện. Tên lửa cần phải gọn nhẹ nên lớp vỏ bọc rất mỏng, do đó tĩnh điện có thể gây nguy hiểm cho hệ thống thiết bị trên tàu, và thậm chí trong trường hợp tệ nhất còn gây nổ.

Đối với các vụ phóng hỗ trợ, như tên gọi của nó, tên lửa được mang vào khí quyển trước khi được phóng vào không gian.

Việc này thường được thực hiện với sự hỗ trợ của máy bay: tên lửa được cố định vào dưới cánh máy bay Boeing 747 và được đưa lên độ cao 10km (6,2 dặm) trước khi bị tháo rời và phóng vào không gian.

Một trong những lợi ích của việc phóng hỗ trợ là nó loại bỏ nguy cơ từ điều kiện gió do tên lửa được phóng từ khí quyển.

Các dịch vụ phóng tên lửa này sẽ được cung cấp bởi các sân bay hiện có. Các sân bay này chỉ cần phải mở rộng để tích hợp thêm chức năng vào hoạt động sẵn có.

\”Với giấy phép vận hành sân bay vũ trụ, chúng tôi có thể thực hiện các vụ phóng tên lửa ngay ngày mai,\” Thorpe nói. \”Chúng tôi đang tiến hành một số hoạt động để đảm bảo địa điểm chịu được các bất trắc khó lường có thể xảy ra trong tương lai; mở rộng một phần cơ sở vật chất với đường biên và khúc quanh quay đầu, để tăng tính hiệu quả và an toàn. Chúng tôi có một trong những đường băng lâu đời nhất ở Anh, với chiều dài 2.744m (9.055 bộ). Chúng tôi đã sẵn sàng về mọi mặt.\”

Một phương pháp khác trong loại hình phóng hỗ trợ là phóng từ khinh khí cầu: tên lửa loại nhỏ được mang qua tầng bình lưu bằng khí cầu bình lưu. Tuy nhiên, trọng lượng là trở ngại chính với phương pháp này.

Các thiết bị phóng và tàu bay vũ trụ mới đang được phát triển, ví dụ như Dream Chaser. Giống như tàu con thoi không gian, các loại phương tiện này có thể rời quỹ đạo Trái Đất và quay trở về, nhưng vẫn cần một nơi để hạ cánh.

\”Chúng tôi đang xem xét lộ trình công nghệ có thể cho phép thực hiện các dịch vụ bay lên quỹ đạo từ sân bay vũ trụ Prestwick vào năm 2030,\” O\’Connor nói. \”Bạn có thể cập bến ở Trạm Không gian Quốc tế, phóng tàu vũ trụ lên quỹ đạo và bay đến phía bên kia của hành tinh trong vòng có 90 phút đồng hồ.\”

Các chuyến bay ngay bên dưới quỹ đạo (tàu bay đến rìa khí quyển nhưng không đi vào quỹ đạo) mở ra cơ hội giảm thời gian bay một cách đáng kể, vì các chuyến bay này không còn bị hạn chế tốc độ bởi lực cản khí quyển.

\”Phương pháp phóng tên lửa ngang có lợi thế hơn hẳn, đồng thời là công nghệ đã qua kiểm chứng, song chi phí lại có thể hơi cao hơn một chút, đặc biệt nếu so với chi phí thấp một cách đáng kinh ngạc của SpaceX nhờ khả năng tái sử dụng thiết bị,\” Nick Howes, người đứng đầu nghiên cứu và phát triển và là nhà phân tích thử nghiệm cho BMT, cho biết. \”Việc tính toán phạm vi an toàn và quỹ đạo dự kiến cho bệ phóng di động cũng không đơn giản như phương pháp phóng thẳng đứng.\”

Tuy nhiên, không phải tất cả mọi người đều ủng hộ việc xây dựng các sân bay vũ trụ.

Cơ quan Bảo vệ Môi trường Scotland (SEPA) đã bày tỏ quan ngại về việc kiểm soát than bùn tại sân bay vũ trụ dự tính đặt ở Unst, cụ thể là việc than bùn có thể bị khô và rò rỉ carbon vào không khí. Ngoài ra cũng có lo ngại về tiếng ồn. Tuy nhiên, các luận điểm phản đối xây dựng sân bay vũ trụ dự tính ở Sutherland gần đây đã bị nhà chức trách bác bỏ do không đủ cơ sở thuyết phục.

Mặc dù còn nhiều tranh cãi, các sân bay vũ trụ này chính là nền tảng tái lập mối quan tâm của chúng ta về không gian, giúp nước Anh một lần nữa đưa tàu vũ trụ bay vào quỹ đạo.

Bài tiếng Anh đã đăng trên BBC Future.