Tên lửa đã được phóng lên không gian từ hơn 80 năm nay, lần đầu là vào năm 1942 khi tên lửa đạn đạo V-2 của Đức đã vọt lên tới độ cao 84 cây số và gần chạm đến không gian. Sau Thế chiến II Hoa Kỳ đã gom một số tên lửa V-2 để ngâm cứu và đã phóng lên độ cao gần 400 km một tên lửa hai tầng vào năm 1949. Từ đó cuộc đua không gian ngày càng nóng lên với hàng loạt tên lửa được phóng đi cả quân sự lẫn dân sự.
Tên lửa rất khác về chủng loại nhưng có điểm chung là thùng nhiên liệu thường làm bằng thép không gỉ hoặc hợp kim nhôm, kể cả “cụ tổ” V-2 cũng xài thùng bằng thép để chứa nhiên liệu lỏng. Thép có thể chịu sức nóng cả ngàn độ C và không phản ứng hoá học với nhiên liệu nhưng lại rất nặng nề, trong khi mỗi gram trong không gian đều mang ý nghĩa sống còn. Nên một startup của Đức là Blackwave đã nhận ra vấn đề này và giới thiệu giải pháp: trang bị cho tên lửa các bình nhiên liệu bằng sợi carbon siêu nhẹ.
Blackwave do một cựu sinh viên Đại học Kỹ thuật Munich là Bastian Behrens lập ra. Chuyên môn của startup này là chế tạo các bình áp suất bằng sợi carbon cho xe đua và máy bay. Các bình này có thể chịu áp lực lên tới 414,5 atm và hoạt động tốt từ âm 50°C đến 120°C.
Blackwave dùng máy quấn sợi carbon để làm thành cái bình
Tên lửa rất khác về chủng loại nhưng có điểm chung là thùng nhiên liệu thường làm bằng thép không gỉ hoặc hợp kim nhôm, kể cả “cụ tổ” V-2 cũng xài thùng bằng thép để chứa nhiên liệu lỏng. Thép có thể chịu sức nóng cả ngàn độ C và không phản ứng hoá học với nhiên liệu nhưng lại rất nặng nề, trong khi mỗi gram trong không gian đều mang ý nghĩa sống còn. Nên một startup của Đức là Blackwave đã nhận ra vấn đề này và giới thiệu giải pháp: trang bị cho tên lửa các bình nhiên liệu bằng sợi carbon siêu nhẹ.
Blackwave do một cựu sinh viên Đại học Kỹ thuật Munich là Bastian Behrens lập ra. Chuyên môn của startup này là chế tạo các bình áp suất bằng sợi carbon cho xe đua và máy bay. Các bình này có thể chịu áp lực lên tới 414,5 atm và hoạt động tốt từ âm 50°C đến 120°C.
Blackwave dùng máy quấn sợi carbon để làm thành cái bình
Thực chất loại vật liệu này chưa phổ biến trong ngành hàng không vũ trụ mà thường gặp nhất trên xe đua. Chúng có mặt ở khắp nơi từ khung gầm, thân xe, các tấm chắn gió, ghế lái, vô-lăng cho đến hệ thống phanh. Các nhà sản xuất xe đua chuộng sợi carbon vì nó nhẹ hơn thép nhưng vẫn cứng cáp, chịu lực nén cao nên khó suy suyển lúc khi xe lao đi nhanh. Chưa kể nó cũng dẻo nên dễ nắn thành các linh kiện cho xe.
Dựa trên những ưu điểm đó, Blackwave muốn tạo ra những bình bằng sợi carbon nhẹ, trơ về mặt hoá học và dễ lắp vào tên lửa và các vệ tinh. So với thép thì sợi carbon nhẹ hơn nên khi thay thép bằng carbon, khối lượng thùng nhiên liệu sẽ giảm mạnh. Việc này đồng nghĩa với tăng tải trọng hàng chở được: mỗi kí lô giảm dì ở các thành phần của tên lửa có thể chuyển thành tăng thêm một kí lô hàng hoá.
Khi bay trong không gian thùng nhiên liệu luôn gặp lực kéo rất mạnh, mà sợi carbon thì chịu lực này tốt hơn thép nên nó chính là vật liệu lý tưởng. Điểm đáng tiền nữa là nó không phản ứng với nhiên liệu tên lửa, trong khi dù là thép không gỉ hay nhôm thì vẫn là kim loại, vẫn có nguy cơ bị ăn mòn. Vì có tính dẻo, người ta có thể làm các bình theo hình cái chai chứ không nhất thiết là hình cầu, giúp các kỹ thoải mái hơn khi sắp đặt không gian trong tên lửa.
Nhưng không có gì là tuyệt hảo 100%, nhược điểm lớn nhất của sợi carbon là khung chịu nhiệt còn hạn chế. Mức trần 120°C chỉ cao hơn nhiệt độ sôi của nước chút đỉnh và nếu cao đến chừng 400°C thì có khi bốc cháy. Trong khi đó thép có thể chịu được sức nóng rất cao và hợp kim nhôm cũng đến nỗi tệ.
Lấy thí dụ thùng nhiên liệu chứa oxy và metan lỏng của Starship, SpaceX chọn làm nó từ thép không gỉ chịu được hơn 800°C rất hợp để tên lửa chống chọi khi về lại bầu khí quyển. Hay như trong tên lửa New Glenn, các thùng nhiên liệu ở tầng đẩy và tầng trên đều làm bằng hợp kim nhôm và chí ít vẫn chịu được 200 độ C.
Mục tiêu của Blackwave là giảm khối lượng tên lửa và chở được nhiều thú hơn, chấp nhận dải nhiệt hoạt động thu hẹp lại. Dĩ nhiên họ có thể trấn an rằng 120 độ C là đủ cho phần lớn điều kiện thực tế trong khoang nhiên liệu nhưng nói gì thì nói, chuyện này chắc chắn sẽ bị các công ty hàng không không gian ngán ngại. Nên để bán được chúng thì Blackwave vẫn có một số hướng đi thí dụ như trước mắt chỉ làm các bình nhiên liệu nhỏ cho vệ tinh thôi, hoặc cung cấp một số linh kiện khác cho tên lửa bằng sợi carbon, rồi sau này mới đề xuất cho họ các bình nhiên liệu lớn.
Quảng cáo
