Starship là gì: tên lửa tái sử dụng toàn diện của SpaceX
Starship là tên lửa hai tầng của SpaceX gồm tầng tăng tốc Super Heavy và tầng trên cùng Starship, được thiết kế theo hướng tái sử dụng hoàn toàn và chở tải trọng lớn lên quỹ đạo thấp. Starship còn hướng tới những chuyến bay dài ngày tới vùng Mặt Trăng và các điểm đến xa hơn trong hệ Mặt Trời.
Vì sao phải có một tên lửa tái sử dụng hoàn toàn
Trước đây mỗi lần phóng tên lửa đều là một lần chi phí khổng lồ vì toàn bộ phương tiện bị bỏ lại sau khi cháy hết nhiên liệu. Ý tưởng của Starship là thu hồi cả tầng dưới lẫn tầng trên, làm lại vỏ và hạn chế mọi bộ phận chịu nhiệt, rồi bay lại trong thời gian ngắn nhất có thể. Nếu thực hiện được, chi phí mỗi chuyến bay giảm rất nhiều so với cách tiêu thụ một lần, nhờ đó tần suất phóng có thể tăng lên hàng chục lần mỗi năm.
Điều đó không chỉ có ý nghĩa kỹ thuật. Giá rẻ mỗi chuyến bay là điều kiện tiên quyết để dựng một mạng lưới hàng nghìn vệ tinh phủ kín quỹ đạo thấp, vì bản thân vệ tinh chỉ là một phần nhỏ chi phí. Cùng cơ sở đó, SpaceX cũng dùng phương tiện này để chở tàu hàng nặng lên các điểm đến trong hệ Mặt Trời.
Kiến trúc và thành phần chính
Super Heavy cao khoảng 71 mét, đường kính 9 mét, gắn 33 động cơ Raptor. Tầng trên dùng 6 động cơ Raptor gồm 3 bản nâng cao dùng trong khí quyển và 3 bản chân không dùng trong chân không. Toàn bộ nhiên liệu là oxi lỏng và mêtan lỏng, vốn thân khí quyển cũng được tái tạo trên sao Mộc, nên đây là loại nhiên liệu có thể làm mới ở bất kỳ đâu hữu ích.
Động cơ Raptor
Động cơ Raptor hoạt động theo chu trình hoàn toàn với nhiên liệu được đốt trực tiếp trong buồng cháy thay vì đốt trước ở bộ phun trước. Bản thế hệ ba đẩy mạnh ở mực biển đạt 250 tấn lực, tăng từ 230 tấn lực của bản trước, còn bản dùng trong chân không đạt 275 tấn lực. Khối lượng động cơ mực biển giảm còn 1.525 tấn từ 1.630 tấn, nhờ đó tiết kiệm khoảng một tấn cho mỗi động cơ khi tính trên toàn phương tiện.
- Raptor mực biển: 250 tấn lực, khối lượng động cơ 1.525 tấn
- Raptor chân không: 275 tấn lực
- Super Heavy: 33 động cơ, tổng đẩy trên 7.600 tấn lực
- Số van lá chắn đuôi của Super Heavy giảm từ 4 xuống 3, mỗi van lớn hơn một nửa
Lịch sử phát triển và các chuyến bay thử
Quá trình đi từ mẫu thử nhỏ Starhopper năm 2019 tới các bản mẫu kích thước đầy đủ SN8 đến SN15, rồi tới các chuyến bay tích hợp từ năm 2023. Mỗi chuyến bay thử nhắm vào một mục tiêu kỹ thuật khác nhau, từ độ tin cậy động cơ tới khả năng tách nóng và bay trở lại từ không gian. Trước năm 2021 có bốn bản mẫu kích thước đầy đủ đều nổ trong lúc hạ cánh hoặc ngay sau đó, cho thấy tốc độ thử nghiệm nhanh nhưng cũng đầy rủi ro.
Các mốc quan trọng
- Starhopper năm 2019: chiếc máy bay nhỏ đầu tiên đốt mêtan lỏng bằng động cơ Raptor, đạt độ cao giới hạn 150 mét
- SN15 tháng 5 năm 2021: lần đầu một Starship kích thước đầy đủ hạ cánh thành công, bay lên cao 10 km rồi hạ xuống đáp trong khoảng sáu phút
- Chuyến bay thử lần 2 tháng 11 năm 2023: tách nóng thành công lần đầu cho phương tiện cỡ này, tầng trên đạt khoảng 150 km
- Chuyến bay thử lần 3 tháng 3 năm 2024: tầng trên hoàn thành toàn bộ quãng đốt lên quỹ đạo dự kiến, lần đầu Starship vào lại khí quyển từ không gian
- Chuyến bay thử lần 4 tháng 6 năm 2024: Super Heavy đáp nước êm sau 7 phút 24 giây, tầng trên đáp nước ở Ấn Độ sau 1 giờ 6 phút
Hiệu năng và khả năng tải
Ở phiên bản tái sử dụng hoàn toàn, mỗi lần phóng được thiết kế để giảm chi phí xuống mức rất thấp. Tầng Starship có thể chở 150 tấn lên quỹ đạo thấp khi được tiếp nhiên liệu đầy đủ ở chân không, và khoảng 100 tấn xuống bề mặt Mặt Trăng. Trước mắt, các chuyến bay dùng quỹ đạo băng qua Trái Đất và không hoàn toàn đạt tốc độ quỹ đạo cần thiết để vào quỹ đạo trọn vẹn.
| Chỉ số | Giá trị |
|---|---|
| Chiều cao toàn hệ | khoảng 123 mét |
| Đường kính | 9 mét |
| Số động cơ Super Heavy | 33 |
| Số động cơ tầng trên | 6 |
| Tải trọng lên quỹ đạo thấp | 150 tấn |
| Tải trọng xuống Mặt Trăng | 100 tấn |
| Đẩy Raptor mực biển | 250 tấn lực |
| Đẩy Raptor chân không | 275 tấn lực |
Tiến trình bay lên Mặt Trăng
Cơ quan Quản lý Hàng không gian Mỹ chọn Starship làm phương tiện hạ cánh người cho chương trình Artemis, với giá trị hợp đồng 2,89 tỷ USD. Kiến trúc sứ mệnh dùng tàu SLS đưa bốn phi hành gia lên quỹ đạo bằng tàu Orion, sau đó phi hành gia chuyển sang phương tiện Starship để đi xuống bề mặt Mặt Trăng. Phiên bản hạ cánh người cao khoảng 50 mét, tương đương một tòa nhà khoảng mười lăm tầng, và có thang nâng đưa tàu và hàng lên xuống.
Trước khi sứ mệnh có người lái, SpaceX phải thực hiện một chuyến bay thử không người lái để chứng minh hệ thống. Trên phương diện khả năng chở hàng, mỗi tàu có thể mang hơn 600 mét khối thể tích có áp suất, tương đương khoảng hai phần ba thể tích có áp suất của trạm ISS, cùng hai cửa hơi khoảng 13 mét khối mỗi cửa. Phương án tiếp nhiên liệu trong không gian được dự kiến thực hiện bằng cách phóng hai tàu lên quỹ đạo rồi ghép nối bơm nhiên liệu qua đầu dò ghép, khoảng 5 tấn nhiên liệu lạnh đã được chuyển giữa các bể trong không gian trong một lần trình diễn.
Nguồn tham khảo: trang giới thiệu Starship của SpaceX, hệ thống hạ cánh người của NASA, thông báo lựa chọn của NASA, hồ sơ giấy phép của Cục Hàng không gian Liên bang.
