Trung Quốc trên con đường tới Mặt trăng

Ba vấn đề mà giới nghiên cứu cho rằng Trung Quốc cần phải giải quyết nếu muốn hoàn thành sứ mệnh Mặt Trăng gồm thứ nhất, phát triển phương tiện phóng hạng nặng có khả năng đưa người lên Mặt Trăng; thứ hai, đảm bảo điều kiện sinh tồn, an toàn và điều kiện làm việc của những người sẽ lên Mặt Trăng; và thứ ba, xây dựng thêm nhiều cơ sở mặt đất để đảm bảo thành công trong các cuộc thử nghiệm.

Tính đến nay Trung Quốc đã khởi động việc phát triển và sản xuất tên lửa đẩy, tàu vũ trụ có người lái, các module hạ cánh, quần áo phi hành gia, xe tự hành Mặt Trăng thế hệ mới có thể chở phi hành đoàn cùng nhiều kế hoạch tham vọng khác.

Bên cạnh nỗ lực thúc đẩy sứ mệnh đưa con người lên Mặt Trăng, Trung Quốc đã triển khai hàng loạt kế hoạch khám phá vệ tinh của Trái Đất. Sứ mệnh của tàu thăm dò Mặt Trăng Hằng Nga-6 dự kiến ​​được thực hiện vào năm 2024 với nhiệm vụ chính là lấy mẫu ở vùng tối của Mặt Trăng và mang các mẫu vật này trở về Trái Đất. Đây dự kiến cũng là lần đầu tiên con người thu thập mẫu đất tại vùng tối Mặt Trăng.

Trong khi đó, tàu Hằng Nga-7 được lên kế hoạch phóng vào khoảng năm 2026 để đi đến cực Nam của Mặt Trăng tìm các bằng chứng về nước. Thực hiện nhiệm vụ rất phức tạp và có độ rủi ro rất cao này, Hằng Nga-7 dự kiến ​​sẽ là tàu vũ trụ đầu tiên hạ cánh xuống cực Nam của Mặt Trăng và là một phần trong giai đoạn thứ tư của sứ mệnh thám hiểm Mặt Trăng Trung Quốc.

Hằng Nga-8 dự kiến sẽ phóng vào năm 2028 với nhiệm vụ chính là thăm dò tài nguyên trên Mặt Trăng và tiến hành các thí nghiệm tái sử dụng tài nguyên, nhằm đảm bảo cho các nghiên cứu khoa học quy mô lớn về Mặt Trăng trong tương lai.

Hằng Nga-7 sẽ cùng Hằng Nga-8 tạo thành mô hình cơ bản của Trạm Nghiên cứu khoa học Mặt Trăng quốc tế được Trung Quốc dự kiến hoàn thành trước năm 2030 để hiện thực hóa giấc mơ người Trung Quốc đặt chân lên Mặt Trăng.

Niềm hy vọng của tên lửa đẩy Trường Chinh 10

Một yếu tố cốt lõi để đảm bảo thành công cho sứ mệnh tham vọng của Trung Quốc hiện có tên Trường Chinh 10, tên lửa đẩy thế hệ mới. Theo Cơ quan Vũ trụ có người lái Trung Quốc (CMSA), Trung Quốc có kế hoạch phóng thử 2 tên lửa đẩy để lần lượt đưa một tàu đổ bộ và một tàu vũ trụ có người lái lên quỹ đạo Mặt Trăng. Theo kế hoạch, tàu vũ trụ và tàu đổ bộ sẽ đồng bộ tại quỹ đạo và các phi hành gia từ tàu vũ trụ sẽ vào tàu đổ bộ. Khi tàu đổ bộ hạ cánh xuống Mặt Trăng và đến khu vực định sẵn, các phi hành gia sẽ tiến hành khám phá và thu thập các mẫu vật. Sau khi hoàn thành các nhiệm vụ theo kế hoạch, phi hành gia sẽ quay trở lại tàu đổ bộ, tàu sẽ đưa họ trở lại quỹ đạo Mặt Trăng để về tàu vũ trụ và trở lại Trái Đất.

Kế hoạch này được xây dựng tương tự Thiên Vấn 3, dự kiến phóng tàu đổ bộ không có người và tàu vũ trụ độc lập lên Sao Hỏa cũng vào năm 2030.

Tên lửa đẩy Trường Chinh 10 gồm 2 phiên bản có và không có động cơ đẩy tăng cường. Cả hai phiên bản đều gồm các phần cơ bản là tầng thứ nhất, tầng thứ hai, tầng thứ ba, tháp thoát hiểm và vỏ bảo vệ. Động cơ tên lửa sử dụng nhiên liệu phản lực oxy lỏng lớp 130 tấn là phiên bản nâng cấp của động cơ lực đẩy cao hiện đang được sử dụng trong thế hệ tên lửa đẩy như Trường Chinh 5.

Phiên bản có động cơ đẩy tăng cường dài 92m, trọng lượng cất cánh 2.678 tấn, được thiết kế để đưa trạm đổ bộ Mặt Trăng và tàu vũ trụ tới quỹ đạo chuyển tiếp Mặt Trăng. Động cơ đẩy tăng cường có đường kính 5m, với ưu tiên hàng đầu là khả năng mang trọng lượng lớn, điều cần thiết cho nhiệm vụ Mặt Trăng có phi hành đoàn. Giới chức và các chuyên gia Trung Quốc kỳ vọng tên lửa sẽ mang được trọng tải 27 tấn lên quỹ đạo chuyển tiếp Trái Đất-Mặt Trăng hoặc 70 tấn lên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp.

Để phục vụ các nhiệm vụ tại trạm vũ trụ, Trung Quốc phát triển tên lửa phiên bản không có động cơ đẩy tăng cường giúp tiết kiệm chi phí vận hành. Tầng đầu tiên của tên lửa dự kiến có thể tái chế.

Theo kế hoạch, Trung Quốc sẽ thử nhiệm một số nhiêm vụ không có phi hành đoàn trước khi Trường Chinh 10 được đưa vào sử dụng cho nhiệm vụ chở người đầu tiên, dự kiến diễn ra năm 2027. Trong khi đó, việc phóng tên lửa đẩy Trường Chinh 9 sẽ bị lùi lại từ năm 2030 đến năm 2035 khi các nhà khoa học Trung Quốc “tiếp bước” SpaceX của tỷ phú Elon Musk là tập trung vào các động cơ chạy bằng khí metan.

Bước đà vững chắc

Một phần quan trọng trong việc phục vụ sứ mệnh Mặt Trăng, Trung Quốc cũng đang tích cực phát triển các thế hệ tàu vũ trụ chở người, với cấu trúc module giúp tàu vũ trụ dễ dàng ghép thêm các phần có thể tái sử dụng. Tàu vũ trụ mới được thiết kế gồm tháp thoát hiểm, khoang hồi quyển và khoang thiết bị.

Khoang hồi quyển là nơi phi hành đoàn lưu trú và điều khiển tàu vũ trụ, đồng thời sẽ trở về khí quyển. Khoang thiết bị cung cấp năng lượng và cấp điện cho tàu vũ trụ. Tàu vũ trụ chở người đang được phát triển nặng khoảng 26 tấn và mang theo được khoảng 3 phi hành gia. Tham vọng xa hơn của Trung Quốc là phát triển tàu vũ trụ cho quỹ đạo Trái Đất tầm thấp, chở nhiều hành khách hơn và mở ra cơ hội phát triển du lịch vũ trụ. Theo đó, khoang hồi quyển, tháp thoát hiểm và tàu vũ trụ gần như không thay đổi, trừ khoang thiết bị có thể sẽ có những điều chỉnh phù hợp với đòi hỏi của nhiệm vụ.

Trung Quốc đang phát triển trạm đổ bộ Mặt Trăng, nặng khoảng 26 tấn, gồm một module Mặt Trăng và một module đẩy. Công việc của trạm là đưa các phi hành gia từ quỹ đạo quanh Mặt Trăng xuống bề mặt, sau đó quay trở lại quỹ đạo.

Xe thám hiểm và phòng thí nghiệm di động cũng là 2 trong số các dự án khác được đầu tư mạnh tay. Nặng 200 kg, xe thám hiểm sẽ là phương tiện vận chuyển cho tối đa 2 phi hành gia để thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu trên Mặt Trăng, trong khi phòng thí nghiệm di động có thể di chuyển tự động trong phạm vi rộng, và phi hành đoàn cũng có thể ở trong đó một thời gian ngắn.

Dần thành hiện thực

Hạ tuần tháng 7, Tập đoàn Khoa học và Công nghệ hàng không vũ trụ Trung Quốc (CASC) cho biết đã hoàn thành một cuộc thử nghiệm mới cho động cơ chính của tên lửa đẩy cho các tàu vũ trụ và tàu đổ bộ. Theo các nhà nghiên cứu, cuộc thử nghiệm đã đáp ứng các yêu cầu liên quan và một số thử nghiệm mô phỏng độ cao sẽ tiếp tục được tiến hành vào nửa cuối năm nay để hoàn thiện hiệu suất và các thông số liên quan.

Năm 1969, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia Mỹ (NASA) đã sử dụng tên lửa Saturn V để thực hiện sứ mệnh Apollo 11, mang cả tàu vũ trụ và tàu đổ bộ phóng lên Mặt Trăng. Tên lửa có thể nâng 130 tấn lên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp và 50 tấn lên quỹ đạo chuyển Trái Đất-Mặt Trăng. Trong giai đoạn đầu tiên Saturn V sử dụng 5 động cơ Rocketdyne F-1, mỗi động cơ có thể tạo ra lực đẩy 6.770 kilonewton (kN).

Trong khi đó, tầng đầu tiên của Trường Chinh 10 và 2 tên lửa đẩy được trang bị 21 động cơ YF-100K, mỗi động cơ có thể cung cấp lực đẩy 1.250 kN. Tên lửa có thể nâng 70 tấn lên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp và 27 tấn lên quỹ đạo chuyển Trái Đất-Mặt Trăng.

YF-100K có thể tái sử dụng tương tự YF-100, phiên bản nâng cấp của RF-120 được công ty KB Pivdenne phát triển ở Ukraine vài thập kỷ trước. Khi Liên Xô tan rã năm 1991, Trung Quốc đã mua 2 động cơ RF-120 và một số động cơ RD-170 từ công ty này. YF-100 đã đóng góp cho các sứ mệnh Mặt Trăng của Trung Quốc từ năm 2019 và 2020.

Với công nghệ tương tự, vào năm 2011 Viện Động cơ hàng không vũ trụ Bắc Kinh, Viện Nghiên cứu số 6 thuộc Tập đoàn Khoa học và Công nghiệp hàng không vũ trụ Trung Quốc (CASIC), đã phát triển động cơ YF-130 và tuyên bố động cơ có lực đẩy 4.800 kN (500 tấn). Các nhà nghiên cứu sau đó điều chỉnh phiên bản phát triển thành động cơ YF-135 với lực đẩy 3.600 kN.

Theo kế hoạch ban đầu được công bố tháng 5-2021, tên lửa đẩy Trường Chinh-9 sẽ sử dụng 12 động cơ YF-130 để đưa các phi hành gia lên Mặt Trăng vào khoảng năm 2030. Tháng 6-2021, giới chức thay đổi kế hoạch, cho biết Trường Chinh-9 sẽ sử dụng 16 động cơ YF-135 có thể nâng 150 tấn lên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp và 53 tấn lên quỹ đạo chuyển Trái đất-Mặt Trăng. Điều đáng nói là hiện tại, cả YF-130 và YF-135 vẫn đang trong phòng thí nghiệm.

Các kế hoạch liên tục được điều chỉnh, sau thông tin hồi tháng 4-2022 về việc tên lửa đẩy sử dụng 26 động cơ chạy bằng khí metan, tháng 2 năm nay, giới chức cho biết số lượng động cơ trong giai đoạn đầu tiên của tên lửa đẩy sẽ tăng lên 30 trong khi 2 động cơ trong giai đoạn thứ hai cũng sẽ chạy bằng khí metan. Do kế hoạch này, việc phóng tên lửa đẩy Trường Chinh-9 bị lùi lại từ năm 2030 đến năm 2035 khi các nhà khoa học Trung Quốc “tiếp bước” SpaceX của tỷ phú Elon Musk là tập trung vào các động cơ chạy bằng khí metan.

Khí metan khi cháy được cho là “sạch hơn” và tạo ra nhiều năng lượng hơn nhiên liệu đốt truyền thống, do đó một tên lửa sử dụng khí metan có thể dễ dàng được tái chế hơn. Nhiên liệu được sử dụng trong tên lửa Super Heavy Starship của SpaceX, được cung cấp từ 33 động cơ Raptor.

Tuy nhiên, việc sử dụng cùng lúc 30 động cơ chạy bằng khí metan không phải là không có rủi ro vì có thể tạo ra các vấn đề về cộng hưởng. Theo một số ý kiến, nếu thử nghiệm cho thấy động cơ metan không phù hợp, Trường Chinh-9 có thể trở lại sử dụng YF-130 hoặc YF135.

Khi xu hướng sử dụng khí metan phổ biến hơn, có ý kiến cho rằng các khoản đầu tư vào YF-135 là lãng phí. Tuy nhiên, cũng đã có những lập luận phản bác điều này. Nếu YF-135 có thể tái sử dụng, chúng sẽ có lợi thế về chi phí và có thể thay thế YF-100 trong tương lai. Về cơ bản, YF-100 hiện vẫn được xem là sự lựa chọn đáng tin cậy nhất cho sứ mệnh Mặt Trăng của Trung Quốc vào năm 2030 khi công nghệ động cơ khí metan của Trung Quốc vẫn chưa trưởng thành.