Bên trong nhà máy tên lửa khổng lồ của Mỹ: NASA sẽ quay trở lại mặt trăng như thế nào?

Trong 50 năm qua, con người đã không đi vượt quá khoảng cách vài trăm km so với Trái đất. Những "bước nhảy ngắn" đó dù thể hiện trình độ cũng như sự hiện diện của chúng ta trong không gian, nhưng lại không vượt qua được những khoảng cách rất xa mà chúng ta đã từng làm.

Tuy nhiên, giờ đây, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA) đã một lần nữa để mắt đến mặt trăng và tham vọng đến được đó của họ đang ngày càng rõ ràng.

Nhưng để thực hiện chuyến đi này, họ sẽ cần một con tàu vũ trụ mạnh mẽ và tiên tiến nhất từ trước đến nay. Đó là một tên lửa siêu nặng được gọi là Hệ thống Phóng Không gian và một phương tiện phi hành đoàn công nghệ cao có tên là Orion.

Cùng với nhau, những phần cứng không gian ấn tượng này sẽ tạo nên Artemis, một phương tiện thám hiểm lịch sử và một chương trình không gian quy mô lớn, sẽ đưa người phụ nữ đầu tiên và người da màu đầu tiên lên mặt trăng, cũng như đưa nhân loại tiến xa hơn vào không gian sâu thẳm so với mọi nỗ lực trước đây.

NASA có ba chuyến bay được lên kế hoạch cho giai đoạn đầu của chương trình Artemis, tất cả đều sử dụng Hệ thống Phóng Không gian (SLS). Mỗi tên lửa SLS sẽ chỉ bay một lần. Sẽ không có cái gọi là chuyến bay thử nghiệm.

Tàu vũ trụ khổng lồ này sẽ được bắn lên mặt trăng trong lần phóng đầu tiên trong năm nay, có khả năng là vào tháng 8, mà không có phi hành đoàn. Trong chuyến bay thứ hai, trọng tải của SLS, viên nang Orion, sẽ đưa các phi hành gia bay xung quanh mặt trăng trước khi quay trở lại bầu khí quyển của Trái đất với tốc độ 40.000 km/h và nhiệt độ 2.760 độ C. Trong chuyến bay thứ ba, dự kiến vào đầu năm 2025, Orion sẽ hạ cánh để đưa tối đa bốn thành viên phi hành đoàn Artemis lên mặt trăng. Và nó sẽ đánh dấu lần đầu tiên con người đặt chân đến đó kể từ năm 1972.

 Đó là một mục tiêu đầy tham vọng, với một mức giá khổng lồ tương ứng: 93 tỷ USD kể từ năm 2012, theo một cuộc kiểm toán gần đây. Nhưng vào năm 2022, một thập kỷ sau khi những chi phí đó lần đầu tiên bắt đầu được tính toán, tên lửa đầu tiên đang chuẩn bị được phóng. Và thế giới cuối cùng sẽ được chứng kiến tên lửa mặt trăng thế hệ tiếp theo thực sự có khả năng gì.

Công trình xây dựng Artemis là một dự án lớn, và nó đang diễn ra tại Cơ sở lắp ráp Michoud ở bang New Orleans, nơi từng chế tạo tàu con thoi cho các chương trình thăm dò Sao Thổ và Apollo.

Đây là nơi được mệnh danh là "Nhà máy tên lửa của Mỹ". Và tại đây, NASA, Boeing và tập đoàn Lockheed Martin đang chế tạo thứ sẽ đưa chúng ta vào một hành trình lịch sử thực sự.

Giống như bất kỳ nhà máy nào, đó là một tổ hợp hoạt động, với các công trình xây dựng cho nhiều tên lửa khác nhau cùng một lúc. Tuy nhiên, tất cả mọi người ở đây biết tầm quan trọng của một dự án như Artemis.

“Chúng tôi không chế tạo máy giặt", Tim Livingston, Giám đốc kế hoạch tổng hợp của Lockheed Martin cho dự án Orion tại cơ sở Michoud, cho biết: "Chúng tôi xây dựng bảo vật quốc gia."

 Hãy tưởng tượng về nó như một dây chuyền sản xuất ô tô. Nhưng thay vì gắn cửa và tấm thân, bạn đang chế tạo một tên lửa cao 98 mét, lớn hơn cả tượng Nữ thần Tự do. Một dự án quy mô như vậy cần một nhà máy độc đáo với diện tích 190.000 mét vuông.

“Những gì bạn cần là không gian rộng mở", Giám đốc Cơ sở lắp ráp Michoud, Lonnie Dutreix nói. "Bạn phải có lối đi rộng mở, bạn phải có không gian lớn với cần cẩu để có thể nâng tên lửa hạng nặng. Và độ chắc chắn của mặt sàn, mọi người không nhận ra rằng ở Nam Louisiana không có đá tảng... vì vậy sàn nhà ở đây phải được gia cố để nâng đỡ trọng lượng cực lớn."

Cơ sở lắp ráp này rộng tới mức có một phòng riêng để đặt mô hình của nó, cho phép mọi người hình dung về toàn bộ nhà máy cũng như con đường mà tên lửa sẽ đi qua khi nó được chế tạo. Dutreix là kỹ sư giám sát công trình lớn nhất tại Michoud kể từ giai đoạn I của tên lửa Saturn V - thứ được xây dựng cho chương trình Apollo đầu tiên. Tên lửa Artemis I sẽ ngắn hơn một chút so với Saturn V, nhưng nó có thể chịu mức tải trọng lớn hơn rất nhiều.

Dutreix đã làm trong ngành công nghiệp vũ trụ trong nhiều thập kỷ. Ông đã giúp chế tạo và thử nghiệm các bộ phận cho chương trình tàu con thoi vào những năm 1990. Nhưng người đàn ông này không hề tự mãn với những trải nghiệm trong quá khứ, bởi Dutreix biết nhiệm vụ lần này khó khăn và quan trọng tới nhường này.

"Tôi sẽ sử dụng một phép loại suy, để so sánh với việc chế tạo một chiếc máy bay", ông nói. "Cần có sự dự phòng, độ tin cậy và rất nhiều thử nghiệm để đảm bảo rằng chiếc máy bay đó sẽ thực hiện công việc một cách an toàn, bởi vì bạn có con người ở trên khoang. Và hãy thực hiện đúng lối tư duy đó với một tên lửa, nhưng khuếch đại mọi thứ lên 100 lần".

 Trong khi NASA chú trọng đến độ chính xác và an toàn đối với mọi chương trình không gian và việc xây dựng mà họ đảm nhiệm, thì các khoản tiền "cược" thậm chí sẽ cao hơn nhiều với các chuyến bay có phi hành đoàn. Và trong khi chương trình Artemis sẽ không đưa phi hành đoàn lên chuyến bay đầu tiên, trọng tâm chính của chương trình là đưa con người lên mặt trăng và đi sâu hơn vào hệ mặt trời.

Trước mắt, NASA đang tập trung vào ba chuyến bay Artemis đầu tiên.

Artemis I dự kiến phóng vào năm 2022 và sẽ quay quanh mặt trăng mà không có phi hành gia. Chuyến bay này sẽ kiểm tra khả năng của Hệ thống Phóng Không gian SLS, tàu vũ trụ Orion và tất cả các Hệ thống Mặt đất Thăm dò (EGS) hỗ trợ chuyến bay. EGS được thành lập để phát triển và vận hành các hệ thống và phương tiện cần thiết để xử lý và phóng tên lửa cùng tàu vũ trụ trong quá trình lắp ráp, vận chuyển và phóng.

Trên Artemis II, NASA sẽ lần đầu tiên cử phi hành đoàn bay qua vùng phía xa của mặt trăng. Nó được thiết lập để phóng sau năm 2024. Còn với Artemis III, NASA cho biết sẽ không thể sớm hơn năm 2025, một tên lửa thứ ba và cuối cùng sẽ đưa người phụ nữ đầu tiên và người da màu đầu tiên chạm xuống cực nam của mặt trăng và ghi dấu chân của họ lên bề mặt của nó.

Mỗi giai đoạn cốt lõi và tàu Orion cho các chuyến bay đó đều được chế tạo tại Michoud. Trên thực tế, tên lửa và tàu vũ trụ chở phi hành đoàn của Artemis I đã được chuyển ra khỏi cơ sở và đang trên đường xuống bãi phóng ở mũi Canaveral ở Florida. Giờ đây, các công nhân tại cơ sở Michoud đang làm việc trên Artemis II, III và IV, cũng như các phần cho các sứ mệnh tới không gian sâu trong tương lai.

“Chúng ta phải đi trước việc xây dựng", Dutreix nói. "Nó không phải là việc làm từng thứ một."

 Tại cơ sở Michoud, Boeing đang thực hiện giai đoạn lõi của Hệ thống Phóng Không gian hay còn gọi tắt là SLS. Đây cũng là nơi tập đoàn Lockheed Martin đang chế tạo tàu vũ trụ Orion, một cấu trúc cho phép tạo ra áp suất như trong bầu khí quyển để các phi hành gia có thể sống sót trong không gian.

Chỉ riêng tầng lõi của SLS đã có kích thước 64 mét, dài hơn cả một bể bơi tiêu chuẩn Olympic. Về cơ bản, nó là hai thùng nhiên liệu khổng lồ được kết nối với nhau: một chứa 740 mét khối oxy lỏng siêu lạnh, và một thùng thứ hai lớn hơn chứa 2.000 mét khối hydro lỏng. Những thùng chứa này cùng với tên lửa đẩy rắn của SLS (là những bộ phận được nâng cấp từ chương trình tàu con thoi), sẽ cung cấp lực đẩy để nâng tên lửa nặng 27 tấn lên khỏi Trái đất và bay vào không gian.

Xây dựng cùng chế tạo một thứ gì đó to lớn là một nhiệm vụ cực kỳ khó khăn, nhưng nếu dạo quanh cơ sở Michoud, bạn sẽ nhận ra nó cũng giống với bất kỳ dây chuyền sản xuất nào khác. Các khu vực riêng lẻ tạo nên tên lửa được hàn với nhau để tạo thành các phần của thùng chứa lớn hơn và sau đó đóng nắp lại để tạo ra các thùng chứa hình viên thuốc. Các thành phần có thể rất lớn, nhưng giống như bất kỳ nhiệm vụ sản xuất nào khác, các kỹ sư vẫn ghép chúng lại với nhau từng mảnh một. Theo như một câu ngạn ngữ cổ, việc xây dựng Artemis chỉ đơn giản giống như việc muốn ăn thịt voi thì phải ăn từng miếng một. Ngoại trừ trường hợp này, đó là một con voi khổng lồ làm bằng kim loại, và nó có thể bay vào vũ trụ.

Đứng cạnh những mảnh của SLS trên sàn nhà máy ở Michoud, bất cứ ai cũng sẽ cảm thấy mình thật sự lùn đi. Nhưng theo Boeing, trong khi toàn bộ SLS trông rất lớn, lớp thành của nó lại mỏng một cách đáng kinh ngạc.

“Nếu bạn tưởng tượng một lon Coke có thể phóng to lên bằng kích thước của thùng chứa hydro lỏng, thì độ dày thành thùng cũng sẽ có tỷ lệ tương tự", Amanda Gertjejansen, trưởng nhóm dự án tích hợp của Boeing cho giai đoạn lõi Artemis II cho biết.

"Nhưng kỹ thuật và công nghệ cho phép nó có thể chịu được áp suất của hàng trăm mét khối nhiên liệu sẽ bị đốt cháy trong đó, cũng như khi chúng bị đông lạnh. Điều đó thật đáng kinh ngạc."

 Đi bộ xung quanh Michoud, bạn có thể xem và nghe cách một tên lửa đang được chế tạo. Các tấm nguyên liệu khổng lồ được xếp chồng lên nhau để hàn, và các phần của tên lửa di chuyển từ trạm này sang trạm khác. Mọi thứ bận rộn và ồn ào.

Tất cả các bộ phận của tên lửa SLS sẽ xoay vòng bên trong Cơ sở lắp ráp Michoud, để rồi cuối cùng sẽ đi đến Trung tâm lắp ráp dọc, nơi chúng được đưa vào một ngăn xếp khổng lồ, rồi được hàn lại với nhau thành một thùng chứa nhiên liệu đồ sộ.

Sau đó, chùng sẽ đi đến Khu vực lắp ráp cuối cùng, nơi các bồn chứa cuối cùng được kết hợp với nhau hoặc gắn với phần động cơ để trở thành hệ thống SLS đầy đủ. Và đó là nơi mà quy mô khổng lồ của toàn bộ công trình trở nên rõ ràng để đánh giá.

“Kích thước tuyệt đối của phương tiện mà chúng tôi đang chế tạo ở đây thật đáng kinh ngạc", Kỹ sư Chandler Scheuermann của NASA Stages cho biết. "Khả năng cần có trong việc thiết kế và chế tạo một phương tiện có kích thước như vậy có thể gây sốc đối với tất cả những người làm kỹ thuật trên toàn thế giới".

 Nếu SLS bao gồm việc tạo ra sức mạnh và lực đẩy tuyệt đối để đưa các phi hành gia vào không gian, thì việc chế tạo tàu vũ trụ Orion lại liên quan tới việc điều khiển và giữ cho họ sống sót cho tới khi tới nơi.

Mặc dù mọi phần của công trình Artemis đều là nhiệm vụ quan trọng, nhưng "tiền cược" là đặc biệt cao đối với các phương tiện chứa người.

“Khi bạn chế tạo một con tàu vũ trụ, bạn không thể mắc sai lầm", Tim Livingston, Giám đốc Kế hoạch Tích hợp Orion tại Lockheed Martin cho biết. "Bạn đang đi đến một môi trường mà không có ai và không có gì từng trông thấy trước đó. Và vì vậy bạn phải đảm bảo rằng sản phẩm tạo ra đủ mạnh để đảm bảo rằng không có thiệt hại về phương tiện hoặc tính mạng."

 Orion Crew Vehicle, tên đầy đủ của tàu vũ trụ Orion, được tạo thành từ vô số bộ phận. Mô-đun dịch vụ của nó được sản xuất tại căn cứ chuyên sản xuất mô-đun dịch vụ châu Âu, thuộc Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA). Mô-đun này sẽ dẫn đường cho Orion đi qua không gian và bay xung quanh mặt trăng sau khi tách ra khỏi SLS. Nó chứa đủ thức ăn và nước uống cho 4 phi hành gia trong suốt nhiệm vụ kéo dài 3 tuần.

Còn phía trên mô-đun dịch vụ là mô-đun phi hành đoàn. Đó là viên nang điều áp do tập đoàn Lockheed chịu trách nhiệm chế tạo. Nó lớn hơn khoảng một phần ba so với mô-đun chỉ huy của tàu Apollo trong quá khứ, với hệ thống tính toán nhanh hơn 4.000 lần. Nó có chỗ ngồi cho bốn phi hành gia (thay vì 3 như Apollo), một nơi trú ẩn bức xạ nơi mà phi hành đoàn có thể trốn để tránh khỏi ảnh hưởng từ các cơn bão mặt trời, và thậm chí là cả một máy tập thể dục nhỏ gọn. Nhưng trong khi NASA đang đặt mục tiêu vào các nhiệm vụ dài hơi hơn khi tiến vào không gian sâu, thì khoang chứa này không hẳn là quá rộng rãi.

“Nó vẫn thực sự chật chội", Livingston nói. "Đối với hầu hết các nhiệm vụ, sẽ có bốn phi hành gia ... vì vậy mọi người sẽ phải ở rất sát nhau trong một khoảng thời gian dài."

Nhưng mặc dù không gian chật hẹp, đây đã là một bước tiến rất lớn so với kỷ nguyên Apollo. Không còn những chiếc quần thấm hút chất thải nữa. Thay vào đó là một nhà vệ sinh có cửa.

 Và viên nang này không chỉ có nhiệm vụ giữ cho các phi hành gia sống sót trong không gian. Nó cũng phải bảo vệ họ khi trở lại Trái đất. Theo Livingston, các tàu vũ trụ có phi hành đoàn khi quay trở lại từ quỹ đạo Trái đất thấp trong 4 thập kỷ qua đã phải chịu mức nhiệt độ khoảng 1.600 độ C. Và trong hành trình quay trở lại, Orion sẽ dần đạt tốc độ 40.000 km/h trong quá trình "tái nhập cảnh", nhanh hơn bất kỳ tàu vũ trụ nào hiện tại được thiết kế cho con người. Tốc độ cao hơn có nghĩa là nhiệt độ cao hơn. Và Orion sẽ phải chịu được 2.760 độ C, vì vậy các hệ thống bảo vệ nhiệt sẽ khác nhau đáng kể.

“Đó là một môi trường khắc nghiệt", Livinston nói. "Nhưng đó là lý do tại sao họ là phi hành gia còn chúng tôi thì không."

 Khi công việc với SLS và Orion kết thúc, nhóm nghiên cứu tại Michoud sẽ chuyển chúng tới khu vực thử nghiệm tại Trung tâm Vũ trụ Stennis ở bang Mississippi, sau đó lắp ráp tại mũi Canaveral ở Florida. Và đó là nơi mà thành quả của quá trình làm việc tại Michoud được chứng minh và đền đáp. Hành trình được thực hiện bằng một sà lan đậu ở cảng biển sâu, ngay trước cửa cơ sở Michoud.

 Chương trình Artemis đã được thực hiện tại NASA trong hơn một thập kỷ qua. Quốc hội Mỹ ban đầu kêu gọi tên lửa sẽ sẵn sàng phóng vào cuối năm 2016. Và trong khi NASA hy vọng sẽ phóng Artemis I vào cuối năm nay, ngày quyết định đã bị lùi lại vài lần. Còn đối với thời điểm đặt chân lên mặt trăng? Năm 2025 có thể là cột mốc đầy tham vọng. Trên thực tế, Tổng thanh tra của NASA dự kiến ngày đó sớm nhất là vào năm 2026.

Và sau đó là vấn đề chi phí. Theo Tổng thanh tra NASA Paul Martin, chương trình này dự kiến sẽ tiêu tốn 93 tỷ USD vào năm 2025. Mỗi chuyến bay riêng lẻ của Artemis I, II và III ước tính trị giá 4,1 tỷ USD.

Chương trình cũng đã so sánh với các tên lửa hạng nặng khác của các công ty tư nhân như SpaceX, công ty đang chế tạo tàu vũ trụ Starship. Giống như Artemis, Starship đang được chế tạo để chở phi hành đoàn và hàng hóa lên mặt trăng và sao Hỏa. Nhưng không giống như chương trình Starship, không có nguyên mẫu sửa đổi nào của SLS hoặc Orion được gửi lên các chuyến bay thử nghiệm cho Artemis.

Theo Amanda Gertjejansen từ Boeing, phần lõi được chế tạo tại cơ sở Michoud là cùng một phương tiện đã được gửi đi thử nghiệm tại Trung tâm Vũ trụ Stennis và cũng là phương tiện đã được giao cho trung tâm Kennedy.

"Bạn có nguyên mẫu, thiết bị thử nghiệm và phương tiện khởi động tất cả trong một", cô nói.

Và mặc dù Artemis I sẽ không chở phi hành gia, nhưng tên lửa này vẫn là một "phương tiện được xếp hạng để chở người" theo Gertjejansen, có nghĩa là nó đã được chứng nhận an toàn để chở phi hành đoàn.

Cũng không giống như Starship của SpaceX, Artemis không được thiết kế để tái sử dụng. Mỗi tên lửa sẽ chỉ phóng một lần. Vì vậy, khi các công ty tư nhân đang phóng và hạ cánh cùng một tên lửa để sử dụng cho các nhiệm vụ lặp lại, tại sao lại phải chi tất cả số tiền đó cho một tên lửa sử dụng một lần?

Đối với NASA, khả năng tái sử dụng sẽ khiến họ phải trả giá rất đắt.

“Nhiệm vụ của chúng tôi là đưa được càng nhiều khối lượng lên mặt trăng càng tốt trong một lần phóng", ông Dutreix nói. "Khi bạn có khả năng tái sử dụng, sẽ phải đánh đổi tải trọng cho điều đó. Bạn phải có thiết bị để hạ cánh nó, bạn phải có thêm nhiên liệu - tất cả những điều đó sẽ lấy đi khối lượng mà bạn có thể đưa lên mặt trăng."

Bất chấp chi phí của chương trình, NASA cuối cùng vẫn muốn kiếm lại tiền từ khoản đầu tư của họ. Theo Dutreix, mục tiêu là thương mại hóa Artemis và bán tên lửa cho bất kỳ ai cần khả năng phóng hạng nặng.

“Với Artemis V, chúng tôi muốn nó chuyển thành sản xuất sang thương mại", Dutreix nói. "Nếu bạn chế tạo tên lửa, bạn có thể bán nó cho bất kỳ ai cần khả năng phóng hạng nặng ... và nếu họ có thể làm nó rẻ hơn và tốt hơn, họ cần phải làm điều đó. Chúng ta cần xem xét những thứ có rủi ro cao như đi đến sao Hỏa."

Và đó là tầm nhìn dài hạn. NASA muốn Artemis mở đường để đi vào không gian sâu. Những vụ phóng Artemis ban đầu này là bước đệm để hướng tới một mục tiêu lớn hơn, đó là đưa các phi hành gia lên mặt trăng, thiết lập một căn cứ trên mặt trăng và sau đó lên sao Hỏa.

So với lần cuối cùng NASA lên mặt trăng, giờ đây họ đang cố gắng giành chiến thắng trong cuộc đua không gian của những năm 1960 và 70, bằng cách đưa một nhóm phi hành gia ưu tú vào một cuộc hành trình tới vùng đất chưa được biết đến. Bây giờ NASA đang làm lại tất cả với Artemis, cái tên được đặt dựa vào vị thần là chị gái sinh đôi của Apollo. Một chương trình không gian sẽ đưa nhiều người vào không gian hơn, không chỉ 24 người đàn ông đã du hành lên mặt trăng trong thời đại Apollo hay một tá người may mắn đặt chân lên lớp bụi mặt trăng.

“Đây là lần đầu tiên của chúng tôi và nó rất thú vị", Dutreix nói. "Tôi cố gắng làm cho các kỹ sư và các nhà khoa học trẻ hào hứng nhận ra rằng bạn đang làm nên lịch sử. Bây giờ bạn có thể không nhận ra điều đó. Nhưng đến một lúc, khi bạn bằng tuổi tôi, bạn nhận ra rằng: Anh bạn, tôi đã ở đó khi chúng tôi đã bắt đầu nó."

(Theo Tổ Quốc, Cnet)

NASA công bố loạt ảnh vũ trụ từ kính viễn vọng 10 tỷ USD

Nhiều hình ảnh rõ nét về các khu vực khác nhau trong vũ trụ vừa được NASA công bố, là những thành quả đầu tiên của kính viễn vọng lớn nhất thế giới James Webb.