Dòng tên lửa đẩy Soyuz trứ danh của Nga và cuộc chay đua chinh phục vũ trụ

Vậy tên lửa đẩy siêu nặng mới được Nga phát triển như thế nào? Hãy ngược dòng lịch sử phát triển của dòng tên lửa đẩy siêu nặng để khám phá Soyuz 5 và Soyuz 6.

Ngược dòng lịch sử

Tên lửa Soyuz (Союз - Liên hợp) là tên lửa tầm trung của Liên Xô - Nga dùng để đưa các vệ tinh nhân tạo và tàu vũ trụ lên không gian. Dòng Soyuz - loại tên lửa duy nhất của Nga được sử dụng để đưa rất nhiều phi hành gia và khách du lịch thuộc nhiều quốc tịch khác nhau lên vũ trụ có là tiền thân là tên lửa R-7 - tên lửa đạn đạo xuyên lục địa đầu tiên trên thế giới do Liên Xô chế tạo. Hiện tại, thiết bị phóng này là phương tiện để Nga đưa các tàu chở người Soyuz và tàu không người lái Tiến bộ lên Trạm Vũ trụ Quốc tế.

Vào thập niên 50 của thế kỷ trước, dưới sự lãnh đạo của viện sỹ Sergey Korolev - người đứng đầu cục thiết kế OKB-1 (hiện là RKK Energia), R-7 đã được thiết kế và chế tạo. Khi đầu đạn hạt nhân trở nên nhỏ và nhẹ hơn, R-7 nhanh chóng bị thay thế bởi các loại tên lửa khác, nhưng nó là nền tảng của nhiều loại thiết bị phóng khác nhau của Liên Xô trước đây và Nga hiện nay, mà nổi tiếng nhất là tên lửa đẩy Soyuz. Chính loại tên lửa này đã mang Sputnik - vệ tinh nhân tạo đầu tiên của loài người lên không gian vào ngày 4/10/1957.

Phiên bản đầu tiên (11A511) được cải tiến từ tên lửa Voskhod - vốn xuất phát từ tên lửa R-7A (8K74) được nâng cấp từ R-7, ban đầu thuộc dự án Soyuz và được thiết kế để phóng tàu vũ trụ Soyuz 7K - 9K - 11K, cũng được đặt tên là tên lửa Soyuz, phổ biến và thông dụng cho đến nay. Năm 1973, một phiên bản đổi mới của Soyuz được đưa vào sử dụng gọi là Soyuz-U (11A511U), là loại phổ biến nhất trong dòng tên lửa Soyuz và được sử dụng cho tới tận ngày nay.

Tên lửa Soyuz có ba tầng, tầng thứ nhất và tầng thứ hai tương tự như của tên lửa hai tầng R-7. Cả ba tầng đều sử dụng nhiên liệu là dầu lửa và chất ôxi hóa là ôxi lỏng (Riêng loại Soyuz-U2 sử dụng Sintin - một loại dầu lửa tổng hợp). Các động cơ dùng trong tên lửa Soyuz được thiết kế bởi NPO Energomash. Ngoài 3 tầng này còn có thể có thêm một tầng thứ tư được lắp thêm vào phía trên tầng thứ ba để tăng sức mang trọng tải cho tên lửa Soyuz, gồm hai kiểu có tên goại là Ikar và Fregat, đều sử dụng nhiên liệu là UDMH và chất ôxi hóa là N2O4.

Qua nhiều thắng trầm bởi nhiều lý do, dòng tên lửa Soyuz đã liên tục phát triển và chiếm một vị trí đáng tự hào trong công cuộc chinh phục vũ trụ của con người. Soyuz được sử dụng nhiều và lâu nhất trên thế giới so với các loại thiết bị phóng khác với tổng cộng hơn 1700 lần phóng kể từ khi bắt đầu được sử dụng vào năm 1966. Loại tên lửa này nổi tiếng bởi số lần phóng khổng lồ cùng độ tin cậy cao, mặc dù thiết kế đã rất cũ - được coi là xương sống của các chương trình không gian có người lái và không người lái của Nga và được sản xuất bởi Trung tâm Vũ trụ Samara (TsSKB-Progress) tại Samara (Nga).

Tên lửa «Proton-M» và «Soyuz», cũng như những tên lửa đẩy khác của Nga, chiếm giữ hơn 50% toàn bộ các cuộc phóng thương mại trên thế giới. Tên lửa Soyuz được phóng lên không chỉ từ Sân bay vũ trụ Baykonur (Kazakhstan) và Plesetsk, bãi phóng Vostochny (Nga), mà còn từ bãi phóng Kourou của châu Âu ở Guyana (khu vực Nam Mỹ) thuộc Pháp.

Sứ mệnh mới của Soyuz

Tên lửa «Soyuz-5» được phát triển từ năm 2016 để thay thế cho tên lửa «Zenit» sử dụng cho các chuyến bay có người lái đưa các phi hành gia lên Trạm Không gian Quốc tế, và vì mục đích thương mại - phương tiện vận tải siêu nặng cho các chuyến thám hiểm vũ trụ trong tương lai. Soyuz-5 thực ra không thuộc dòng các phương tiện phóng Soyuz từ thời Liên Xô mà nó có nguồn gốc từ tên lửa đẩy Zenit được phát triển cho công ty Energia của Nga và được sử dụng cho bãi phóng trên biển. Vụ phóng Soyuz-5 đầu tiên dự kiến vào năm 2022, nhưng mới đây có lệnh hoãn lui đến năm 2023.

Soyuz-5 dài 62m, trọng lượng cất cánh khoảng 270 tấn sẽ thay thế tên lửa hạng nhẹ Soyuz-2 hiện nay và sẽ mang được 9 tấn hàng hóa lên các quỹ đạo thấp - gấp 3 lần tải trọng của Soyuz-2.1b. Theo báo chí Nga, Soyuz-5 không quá tối tân về công nghệ nhưng giá thành sẽ cao hơn tính toán. Soyuz-5 sẽ được lắp loại động cơ tên lửa RD-171 cho tầng một và RD-169 cho tầng hai. Cả hai động cơ đều sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên hóa lỏng và ôxy hóa lỏng. RD-171 là động cơ tên lửa mạnh nhất thế giới hiện nay.

RD-171MV có công suất 246.000 mã lực, lực đẩy vượt quá 800 tấn với khối lượng động cơ 10,3 tấn. RD-171MV là phiên bản sửa đổi của động cơ RD-171M được sử dụng trong giai đoạn đầu tiên của tên lửa đẩy Zenit. Tầng đầu tiên của Soyuz-5 cũng sẽ được sử dụng làm khối bên cạnh của tên lửa siêu nặng Yenisei. Tua bin và máy bơm của RD-171M tạo ra công suất 180MW - tương đương với ba tàu phá băng chạy bằng năng lượng hạt nhân. Chi phí cho vụ phóng Soyuz-5 khoảng 60 triệu USD. Cơ quan vũ trụ Nga Roscosmos tin rằng, tên lửa mới của Nga sẽ trở thành đối thủ của tên lửa Falcon 9 và Ariane 6 của Elon Musk.

Các nhà khoa học Nga còn dự trù sử dụng tầng một của Soyuz-5 làm động cơ đẩy cho một loại tên lửa siêu nặng có thể mang tới 80 tấn từ sân Baikonur lên quỹ đạo thấp của Trái Đất. Tên lửa «Soyuz-6» khác biệt với «Soyuz-5» ở chỗ sử dụng động cơ RD-180 thay vì RD-171 ở kỳ đầu tiên. RD-180 nhẹ bằng một nửa của RD-171. Trong tương quan này, công suất thiết kế của «Soyuz-6» sẽ là 9 tấn trên quỹ đạo gần Trái đất thay vì 17 tấn ở «Soyuz-5». Theo Rogozin - Tổng giám đốc Roscosmos cho biết: “Soyuz-5 sẽ trở thành nguyên mẫu của giai đoạn thứ nhất và Soyuz-6 sẽ trở thành nguyên mẫu của giai đoạn thứ hai của tên lửa đẩy siêu nặng”.

“Những tên lửa Soyuz-5 và Soyuz-6 mà cơ quan này đang thiết kế sẽ cạnh tranh được với các thiết bị phóng của Mỹ. Các thiết bị phóng này sẽ nằm trong nhóm có nhu cầu cao, có thể cạnh tranh trên thị trường. Chúng sẵn sàng cạnh tranh với bất kỳ nhà sản xuất nào của Mỹ hay một số nhà sản xuất khác." Ông Rogozin cho biết thêm.

Tên lửa này đang được lên kế hoạch thay đổi các thiết kế kỹ thuật để có thể tái sử dụng - giống như tên lửa của Elon Musk. Tập đoàn chế tạo đang xem xét các biện pháp bổ sung để giảm chi phí phóng tên lửa: sử dụng lại tầng đầu tiên của tên lửa bằng dù hoặc hạ cánh phản lực như Falcon-9; đưa phần động cơ trở về bằng dù.