Tầm quan trọng của nắp bình nhiên liệu trong cuộc đua vũ trụ
Cuộc cạnh tranh phát triển công nghệ vũ trụ giữa Mỹ và Trung Quốc đang tập trung vào một thành phần nhỏ nhưng cực kỳ quan trọng: nắp bình chứa nhiên liệu cho tên lửa. Đây là một lớp vỏ ellipsoid có đường kính vài mét nhưng chỉ dày vài milimet, có nhiệm vụ chịu đựng áp suất bên trong cực lớn cùng các rung động và va đập mạnh trong quá trình phóng và hạ cánh tên lửa. Khó khăn trong việc sản xuất hàng loạt chi tiết này với độ chính xác cao và độ bền cần thiết khiến nó trở thành nút thắt trong quá trình sản xuất tên lửa tái sử dụng, yếu tố then chốt trên thị trường vũ trụ tương lai.
Quốc gia nào có thể sản xuất nắp bình này nhanh, rẻ và đáng tin cậy sẽ dễ dàng xây dựng những đội tàu tên lửa tái sử dụng lớn phục vụ cho nền kinh tế vũ trụ đang mở rộng.
Trung Quốc giới thiệu công nghệ sản xuất nắp bình tiên tiến
Ngày 19/5, Trung Quốc đã lần đầu thành công thu hồi tên lửa tái sử dụng Long March 10B (CZ-10B) sau khi đưa các vệ tinh lên quỹ đạo. Tên lửa hạ cánh theo phương thẳng đứng xuống một lưới đệm khổng lồ đặt trên giàn thu hồi ngoài khơi, đánh dấu bước tiến lớn trong công nghệ tên lửa tái sử dụng của nước này.
Bình nhiên liệu trên CZ-10B được sản xuất bởi Công ty TNHH Công nghệ Điều khiển Số Thượng Hải (Shanghai Top Numerical Control Technology) sử dụng các thiết bị và tiêu chuẩn trong nước được so sánh với công nghệ của SpaceX dòng Falcon.
Quy trình sản xuất gồm hai công đoạn chính: phay gương năm trục kép và hàn khuấy ma sát (friction-stir welding). Công nghệ phay gương giúp gia công đồng bộ phần nắp cùng với bộ phận đỡ mặt sau để hạn chế biến dạng trong khi cắt, đảm bảo độ chính xác cao và hiệu quả. Trên thế giới, chỉ có ba nhà cung cấp có thể thực hiện công nghệ này gồm Dufieux (Pháp), M. Torres (Tây Ban Nha) và Shanghai Top Numerical (Trung Quốc) với ưu thế vượt trội về độ chính xác, thời gian và chi phí sản xuất.
Phương pháp hàn khuấy ma sát sử dụng công cụ quay nhanh tạo ra ma sát và nhiệt để làm mềm, dập luyện kim loại thành mối hàn không khuyết tật, tăng cường độ bền mỏi của mối nối nhiều lần so với hàn truyền thống, phù hợp với yêu cầu khắt khe của tên lửa tái sử dụng.
Shanghai Top Numerical Control nhận định sự kết hợp của hai công nghệ này chính là “con đường sản xuất cốt lõi giúp SpaceX Falcon series tái sử dụng thành công”. Cách làm này giảm được gần 400kg trọng lượng trên một nắp tên lửa so với phương pháp truyền thống, đồng thời vượt qua các tiêu chuẩn quốc tế hàng đầu.
Công nghệ tạo hình kim loại siêu lạnh - bước đột phá mới
Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Đại Liên đã phát triển phương pháp tạo hình kim loại mới mang tính cách mạng sử dụng công nghệ lạnh cực độ. Thay vì quan niệm thông thường rằng kim loại có xu hướng giòn và yếu ở nhiệt độ thấp, nhóm đã phát hiện hợp kim nhôm khi được làm lạnh đến -196 độ C lại tăng đồng thời khả năng kéo dài và độ bền khi làm cứng.
Ứng dụng hiện tượng này, họ tạo ra quy trình tạo hình nguyên khối cho nắp bình tên lửa: tấm nhôm dày 4mm được đặt trong buồng lạnh sâu và đột ngột tạo hình thành vỏ nắp liền mạch, mịn màng không cần gia công lại sau đó. So với cách lắp ghép các mảnh riêng lẻ rồi hàn nối truyền thống, phương pháp này nâng cao hiệu suất sử dụng vật liệu hơn 85% và rút ngắn thời gian sản xuất từ hơn một tuần xuống còn vài giờ, tiết kiệm trên 90% thời gian.
Dự án phối hợp với Viện Công nghệ Tên lửa Trung Quốc (CALT) này đã đưa sản phẩm vào thực tế trên các tên lửa Long March 12 và Long March 7A Y14. Đồng thời, tại khu phát triển kinh tế Jizhou, thành phố Thiên Tân, dây chuyền sản xuất đầu tiên cho nắp bình nguyên khối đường kính 4 mét đã được xây dựng, với công suất trên 1.000 nắp mỗi năm, đủ để hỗ trợ nhu cầu lắp ráp hơn 100 tên lửa.
Chính quyền Trung Quốc đặt mục tiêu phát triển sản xuất vượt rộng hơn 5 mét đường kính và chịu được lực trên 1.000 megapascals trong tương lai, nhằm giảm chi phí, nâng cao hiệu suất và mở rộng quy mô sản xuất tên lửa.
Ý nghĩa đối với cuộc đua vũ trụ Mỹ - Trung
Với hai hướng công nghệ sản xuất tiên tiến, Trung Quốc không chỉ đang nhanh chóng bắt kịp mà còn có thể vượt lên trong việc chế tạo các thành phần quan trọng của tên lửa tái sử dụng. Việc thu hồi thành công Long March 10B đánh dấu bước ngoặt quan trọng, mở ra triển vọng phát triển đội tàu tên lửa lớn phục vụ cho ngành công nghiệp vũ trụ thương mại.
So với các tiêu chuẩn khắt khe và quy trình sản xuất tốn nhiều thời gian của Mỹ, đột phá trong kỹ thuật phay gương năm trục kép và công nghệ tạo hình kim loại siêu lạnh cho phép Trung Quốc sản xuất hiệu quả hơn về mặt chi phí và thời gian, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm.
Trong bối cảnh cạnh tranh ngày càng gay gắt, những tiến bộ này có thể khiến cuộc đua vũ trụ đổi chiều, với cơ hội giành lợi thế nghiêng về phía Trung Quốc trong những năm tới.
Những điều rút ra từ bài viết
- Nắp bình chứa nhiên liệu là bộ phận quan trọng quyết định tính tái sử dụng và hiệu quả của tên lửa.
- Trung Quốc đã thành công trong việc phát triển công nghệ phay gương năm trục kép và hàn khuấy ma sát ngang tầm với SpaceX.
- Phương pháp tạo hình kim loại siêu lạnh giúp sản xuất nắp bình nhanh hơn 90% so với cách truyền thống.
- Dây chuyền sản xuất hàng loạt nắp bình nguyên khối với công suất trên 1.000 nắp mỗi năm đã được xây dựng tại Thiên Tân.
- Thành tựu công nghệ này có thể giúp Trung Quốc chiếm ưu thế trong cuộc đua vũ trụ với Mỹ trong tương lai gần.
Bài viết được biên tập với sự hỗ trợ của công cụ trí tuệ nhân tạo (AI), tổng hợp từ các nguồn tin dẫn bên dưới và đã qua kiểm duyệt của toà soạn Quang Minh Việt Nam.
