9 giờ 12 phút tối 26-7-2005, truyền hình CNN đã trực tiếp buổi phóng tàu con thoi Discovery. Như vậy là sau hai năm rưỡi đình hoãn sau sự cố cháy tàu con thoi Columbia, NASA đã tái khởi động chương trình nghiên cứu không gian bằng tàu con thoi. Sau vụ bắn trúng sao chổi Temple 1, việc phóng thành công Discovery tiếp tục đem lại sự phấn chấn cho ngành không gian Mỹ trong năm nay. Nhân đây, thử xem vài thông số kỹ thuật về cỗ máy tàu con thoi độc nhất vô nhị trong lịch sử kỹ thuật hàng không thế giới.
Tàu con thoi Discovery cất cánh (26-7-2005).
Trong lịch sử chương trình tàu con thoi, Cơ quan quản lý hàng không-không gian Hoa Kỳ (NASA) có 5 tàu con thoi: Enterprise, Columbia, Challenger, Discovery, Atlantis và Endeavour (tàu Enterprise chỉ dùng thử nghiệm, chưa bao giờ bay vào vũ trụ; và tàu Challenger bị bốc cháy chỉ sau hơn một phút phóng). Tàu con thoi có bốn phần chính: tàu quỹ đạo (khoảng 2 triệu bộ phận), hai hỏa tiễn phóng (khoảng 25.000 bộ phận), bồn nhiên liệu lắp ngoài (khoảng 481.450 bộ phận) và ba động cơ chính mạnh 37 triệu mã lực.
Trong bốn phần trên, tàu quỹ đạo là bộ não của tàu con thoi. Do hãng Rockwell chế tạo, nặng khoảng 100 tấn, bằng chiếc máy bay DC-9 và là phần duy nhất của tàu con thoi hoạt động trong không gian, tàu quỹ đạo có hệ thống máy tính, trang thiết bị hỗ trợ sinh hoạt thường nhật cho phi hành đoàn và vô số máy móc trong đó có máy tạo không khí và máy tạo nước sinh hoạt. Làm bằng hợp kim nhôm, tàu quỹ đạo được bảo vệ bởi hàng ngàn miếng lợp che kín phần bụng, mũi và dưới cánh.
Các miếng lợp này tránh cho tàu khỏi bị bốc cháy khi lao vào quỹ đạo Trái đất trên đường quay về (chính phần miếng lợp hỏng có thể là một trong những nguyên nhân gây vụ cháy tàu Columbia ngày 1-2-2003). Làm bằng sợi silicate trộn với chất kết dính ceramic, miếng lợp có thể tản nhiệt cực nhanh, đến mức nếu một miếng lợp được cho vào lò vi ba nung nóng đến 1.260oC có thể được lấy ra bằng tay không. Sau sự cố tàu Challenger (28-1-1986), NASA đã thay đổi hơn 200 thiết kế cho tàu quỹ đạo nhằm bảo vệ tối đa tính mạng phi hành đoàn.
Tàu quỹ đạo cũng là nơi có cabin làm việc của phi hành đoàn, với buồng lái trị giá 9 triệu USD gồm 11 màn hình màu, được lắp lần đầu trên tàu Atlantis. Toàn bộ phi đoàn tàu con thoi NASA đều được lắp buồng lái mới này vào năm 2002. Khoang cabin có 11 cửa sổ và ba cửa khoang. Phần giữa tàu quỹ đạo là phòng ăn, phòng ngủ, kho chứa vật dụng sinh hoạt cá nhân… Cũng trong tàu quỹ đạo, còn có khoang hàng hóa, dài 18,2m và rộng 4,5m. Đây là một trong những khu vực quan trọng trong tàu quỹ đạo.
Nó chứa vệ tinh, thiết bị thí nghiệm và nhiều dụng cụ khoa học. Công cụ chính trong khoang hàng hóa là hệ thống điều khiển từ xa (RMS). Là cánh tay robot dài 15,2m và được vận hành từ khoang cabin, RMS (do Canada chế tạo) phụ trách bốc dỡ “hàng hóa”. Cuối thập niên 1970 đầu 1980, Bộ Quốc phòng Mỹ từng có ý định dùng tàu con thoi mang vệ tinh tình báo lên đặt vào quỹ đạo nhưng sau đó hủy kế hoạch trên bởi sự cố Challeger. Đến nay, chỉ trong hai sứ mạng quan trọng – phục vụ Kính viễn vọng Hubble (1990) và Trạm quan sát Chandra (1999), khoang hàng hóa tàu con thoi mới chứa đầy kín.
Để phóng hệ thống tàu con thoi lên quỹ đạo, người ta dùng hai hỏa tiễn cực mạnh sử dụng nhiên liệu rắn (solid-fuel rocket booster - SRB). Hãng được chọn chế tạo SRB là Morton Thiokol (Cordant Technologies như tên gọi hiện nay), đóng tại bang Utah. SRB là hỏa tiễn lớn nhất thế giới. Nếu đặt nằm, SRB dài bằng sân bóng đá và đường kính của nó đủ để một xe bus lọt vào.
Hai SRB nặng tổng cộng 1,2 triệu kg và lực đẩy của chúng tương đương lực đẩy của 32 chiếc Boeing 747. Điều tuyệt vời hơn cả là SRB có thể dùng nhiều lần. Mỗi SRB chỉ khạc lửa trong hai phút, đủ để đẩy tàu quỹ đạo vọt lên 45.000m cách mặt đất trong nháy mắt. Khi tàu quỹ đạo lọt vào quỹ đạo, SRB tách ta, tiếp tục vọt lên bầu trời, lên độ cao 66.000m, trước khi rơi trở lại Trái đất với chiếc dù bung ra từ mũi và cuối cùng nhào xuống biển. Hai chiếc tàu đợi sẵn để vớt chúng về.
Khi chúng nổi, với mũi ngểnh lên, thợ lặn bơm không khí vào để hai chiếc SRB rỗng ruột này nổi toàn thân. Người ta kéo chúng về Trung tâm không gian Kennedy. SRB rỗng ruột được chở bằng xe lửa đến nhà máy Cordant Technologies để được làm sạch và bơm nhiên liệu cho lần phóng kế tiếp. Khi gắn SRB vào dàn phóng, người ta dùng bốn con ốc khổng lồ (đường kính 8,9cm). Những con ốc này sẽ phát nổ vài giây sau khi SRB được kích hoạt, nhằm thả tự do cho tàu quỹ đạo phóng vào không trung.
Phần quan trọng nữa là ba động cơ chính của tàu quỹ đạo, sử dụng nhiên liệu lỏng. Sau khi rời bệ phóng từ lực đẩy của SRB, tàu quỹ đạo vẫn cần nguồn lực hỗ trợ để bay vào không gian. Nguồn lực này có được nhờ ba động cơ. Được chế tạo bởi phân nhánh Rocketdyne thuộc Boeing, chúng khạc lửa 6 giây trước khi tàu quỹ đạo rời bệ phóng và đốt cháy nhiên liệu để đẩy tàu đi trong toàn bộ 8 ½ phút tàu lao vào quỹ đạo.
Mỗi động cơ dài 4,3m, đường kính 2,4m và nặng 3.175 tấn. Như SRB, động cơ tàu quỹ đạo cũng có thể tái sử dụng (mỗi động cơ được thiết kế dùng cho 55 chuyến bay). Oxygen lỏng và hydrogen lỏng là nhiên liệu của động cơ. Tuabin động cơ quay 37.000 vòng/phút (so với khoảng 3.000 vòng/phút ở xe hơi chạy với vận tốc 97km/giờ). Phần cuối cùng là bồn nhiên liệu lắp ngoài (external tank – ET). Đây là phần duy nhất của hệ thống tàu con thoi không được tái sử dụng. Nó chính là “thùng xăng” chứa nhiên liệu cho ba động cơ nói trên.
Khoảng 9 phút sau khi phóng, ET tách khỏi tàu quỹ đạo và các mảnh vụn của nó rơi xuống biển trong chừng một giờ sau. Việc chế ra thùng xăng rời là một ý tưởng tuyệt vời, không chỉ giúp giảm chi phí mà còn bớt gánh nặng vô ích cho tàu quỹ đạo. Cao 47m, ET được chia thành hai khoang – khoang trên chứa 541.000 lít oxygen lỏng và khoang dưới chứa 1,4 triệu lít hydrogen lỏng. Nơi chế tạo ET là Martin Marietta (nay được gọi Lockheed Martin).
Là cỗ máy phức tạp nhất thế giới, tàu con thoi gồm hơn 2,5 triệu bộ phận, với gần 368 km dây điện, hơn 1.060 van, hơn 1.440 công tắc điện và hơn 27.000 miếng lợp tản nhiệt trên thân tàu. Trong 8 ½ phút đầu tiên sau khi phóng, tàu con thoi đạt vận tốc từ zero lên gấp 9 lần vận tốc đạn súng trường, tức khoảng 27.840km/giờ. Lúc phóng, hai hỏa tiễn của tàu con thoi ngốn hơn 10 tấn nhiên liệu/giây và sản sinh 44 triệu mã lực, tương đương 14.700 đầu máy xe lửa. Nhiệt độ trong ba động cơ chính lên đến 3.315oC (nóng hơn sắt chảy) nhưng nhiên liệu sử dụng (hydrogen lỏng) là loại chất lỏng lạnh thứ hai thế giới (-252,8oC)...Toàn bộ tàu con thoi dài 56,14m – trong đó tàu quỹ đạo (orbiter, hình giống máy bay) dài 37,23m với sải cánh 23,79m. Chi phí chế tạo một tàu con thoi hơn 2 tỷ USD. |
Ngoài bốn phần chính trên, tàu con thoi còn có hai động cơ dành cho hệ thống điều khiển quỹ đạo (OMS), dùng điều khiển tàu quỹ đạo bay đúng quỹ đạo hoặc đổi hướng từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác, cũng như giảm tốc độ tàu quỹ đạo khi nó trên đường trở về. OMS dùng nhiên liệu hydrazine (CH3NHNH2) và nitrogen tetroxide oxidizer (N2O4). Để đổi hướng, ngoài OMS, còn cần hệ thống kiểm soát phản ứng (RCS) nằm ở mũi tàu quỹ đạo, dùng nhiên liệu như OMS. Việc xác định độ cao hoặc hướng đi cần đến vệ tinh, công cụ bản đồ và kính viễn vọng. Thao tác đầu tiên khi bay về địa cầu là điều chỉnh vị trí và hướng bay cho tàu quỹ đạo.
Do bay với vận tốc 28.000km/giờ, tàu quỹ đạo va chạm các phân tử không khí và tạo ra sức nóng ma sát kinh khủng khoảng 1.650oC. Tuy nhiên, tàu quỹ đạo không bốc thành quả cầu lửa, nhờ các miếng lợp như nói ở trên và nhờ những “tấm mền” Nomex trắng che cửa khoang hàng hóa, cánh trên và giữa bụng. Tuy nhiên, do bị lớp khí ion nóng bao kín, mọi liên lạc giữa tàu quỹ đạo và Trái đất bị cắt đứt hoàn toàn trong khoảng 12 phút. Khi lọt an toàn qua khí quyển, tàu quỹ đạo bay bình thường như máy bay. Sau khi hạ cánh, phi hành đoàn dành khoảng 20 phút để tắt tất cả nguồn điện rồi mới có thể bước ra ngoài…
Trở lại với vụ phóng Discovery vào ngày 26-7-2005. Sau thảm họa Columbia, đây quả là một sự kiện mang tính cột mốc. Giám đốc NASA Michael Griffin đã yêu cầu mọi người “ghi chép những gì các bạn thấy hôm nay” về buổi phóng ở Trung tâm không gian Kennedy, nơi gần 2.500 khách mời trong đó có phu nhân Tổng thống Mỹ Laura Bush chứng kiến trực tiếp, cùng nhiều nghị sĩ cũng như thân nhân 14 phi hành gia tử nạn trong sự cố tàu Columbia và Challenger. Với những gì vừa miêu tả về tàu con thoi, quả thật người Mỹ đã có những thành tựu mới trong việc khám phá và chinh phục không gian.
ANH VŨ
