Tương lai máy bay vũ trụ có thể tái sử dụng

Trong những năm gần đây, Reaction Engines có trụ sở tại Anh phát đi thông báo về việc phát triển khái niệm máy bay vũ trụ mới được gọi là Skylon. Máy bay vũ trụ có thể tái sử dụng này có lợi thế là cất cánh và hạ cánh theo phương ngang (HOTOL) không cần sử dụng thiết bị tăng cường để đưa vào không gian.

Chìa khóa của phi cơ Skylon là động cơ SABER, một hệ thống hoạt động bằng nhiên liệu hydro/oxy. Về cơ bản, động cơ quay vòng giữa việc sử dụng tuabin phản lực để lấy oxy từ khí quyển và sử dụng nhiên liệu oxy lỏng (LOX) khi nó lên đến quỹ đạo. Điều này cho phép động cơ dựa vào phần tử phản lực để cất cánh và hạ cánh để có được tốc độ siêu âm cần thiết đạt tới Quỹ đạo Trái đất thấp (LEO).

Từ năm 2016, Tổ chức Nghiên cứu Không gian Ấn Độ (ISRO) bắt đầu phát triển và thử nghiệm hệ thống phóng được gọi là Phương tiện phóng có thể tái sử dụng (RLV), một hệ thống hai giai đoạn lên quỹ đạo bao gồm một tên lửa phóng và một máy bay có thể tái sử dụng. Tương tự như ý tưởng của động cơ SABER, chiếc máy bay này dựa trên động cơ phản lực siêu thanh đốt cháy không khí (scramjet) cũng như động cơ tên lửa. Những điều này có thể cho phép phi thuyền đến được quỹ đạo mà không cần phụ thuộc vào một bộ tăng lực.

Bristol Spaceplanes, một công ty hàng không vũ trụ Anh, đang theo đuổi việc tạo ra một đội máy bay vũ trụ có thể tái sử dụng cho các mục đích thương mại. Hiện tại, kế hoạch của họ là phát triển máy bay quỹ đạo phụ nhỏ gọi là Ascender - khái niệm sử dụng công nghệ hiện có và mở đường cho các phương tiện sau này. Tiếp theo sẽ là Spacecab, máy bay vận tải có thể tái sử dụng hoàn toàn để phóng Ascender nhỏ hơn (tương tự như hệ thống của Virgin Galactic).

Bước thứ ba và cuối cùng trong quá trình này sẽ là Spacebus, một phi cơ vũ trụ hạng nặng có thể chở 50 người đến và đi từ “khách sạn vũ trụ”, và vệ tinh phóng từ trên không hoặc tàu vũ trụ nhỏ hơn (như Ascender hoặc Spacecab). Cuối cùng, nhưng không kém phần quan trọng, đó là XS-1 “Phantom Express. Dự án này là nỗ lực hợp tác nhằm tạo ra chiếc máy bay có thể tái sử dụng giữa Boeing và DARPA (Cơ quan các dự án phòng thủ tiên tiến trực thuộc Lầu Năm Góc, Mỹ) như một phần của chương trình Tàu vũ trụ Thử nghiệm (XS). Máy bay được trang bị động cơ Aerojet Rocketdyne (AR-22) và chuyển tải trọng tải từ một khoang chứa hàng hoặc (trong trường hợp là vệ tinh hoặc tàu vũ trụ nhỏ) một tên lửa gắn bên ngoài.

Ngay từ đầu của Kỷ nguyên Không gian (Space Age), các nhà hoạch định sứ mệnh và kỹ sư đã nghĩ đến ý tưởng về những chiếc máy bay có thể tái sử dụng. Vào thời điểm đó, một số ý tưởng đã bị gạt sang một bên để ủng hộ các “capsule không gian” có thể sử dụng và tên lửa đẩy hạng nặng được sản xuất nhanh hơn mà không yêu cầu mức độ bảo trì tương tự. Vì thời kỳ đầu của thời đại vũ trụ đều hướng đến việc “đến đó trước”, các tàu vũ trụ được sản xuất và đưa vào phục vụ nhanh hơn đương nhiên được ưa chuộng.

Tuy nhiên, một khi cuộc đổ bộ lên Mặt trăng xảy ra và cuộc đua không gian bắt đầu hạ nhiệt, máy bay vũ trụ trở thành mục tiêu ưa thích của các nhà hoạch định sứ mệnh tìm cách cắt giảm chi phí và tạo ra sự hiện diện bền vững của con người trong không gian. Ngày nay, chúng ta cuối cùng cũng nhận ra tiềm năng của chúng.

Ngoài việc cung cấp chi phí phóng rẻ hơn bằng cách sử dụng các thành phần có thể tái sử dụng, chúng cũng mang lại sự linh hoạt mà tên lửa đẩy có thể sử dụng được. Như Tàu con thoi đã chứng minh, máy bay vũ trụ đưa vệ tinh và trọng tải lên quỹ đạo, tiến hành các thí nghiệm và nghiên cứu quan trọng, đồng thời vận chuyển các phi hành đoàn lên vũ trụ và đưa họ trở lại nhà.

Trong lĩnh vực thương mại, Space Ship One là một ví dụ điển hình về công nghệ máy bay vũ trụ có thể tái sử dụng. Công ty hàng không vũ trụ Scaled Composites bắt đầu chế tạo chiếc máy bay này vào năm 1994 và chuyến bay có phi hành đoàn đầu tiên được thực hiện vào năm 2004 - nhờ đó nó được trao Giải thưởng Ansari X trị giá 10 triệu USD.

Dự kiến Space Ship Two sẽ được sử dụng làm phương tiện vận chuyển hàng hóa và du lịch vũ trụ trong thập niên tới. Ngày 3-12-2020, công ty khởi nghiệp hàng không vũ trụ AEVUM có trụ sở tại Alabama (Mỹ) tiết lộ RAVN-X, một máy bay vũ trụ quỹ đạo con tự trị có khả năng gửi một trọng tải đến LEO chỉ trong 3 giờ. Công ty đã kiếm được khoảng 1 tỷ USD trong các hợp đồng quân sự, nhưng thị trường lớn nhất của RAVN-X dự kiến sẽ là các công ty viễn thông và Internet vệ tinh.