“Lỗ hổng” trong thiết kế của NASA
Triết lý thiết kế đằng sau kiến trúc tàu đổ bộ Mặt Trăng của Mỹ phụ thuộc rất nhiều vào một động cơ chính hiệu suất cao duy nhất, chịu trách nhiệm cho các giai đoạn quan trọng của nhiệm vụ. Trong quá trình hạ cánh, động cơ đó điều khiển toàn bộ hành trình từ quỹ đạo Mặt Trăng xuống bề mặt Mặt Trăng.
Trong quá trình phóng lên, hệ thống điều khiển một điểm duy nhất trở thành phương tiện duy nhất để đưa các phi hành gia trở lại quỹ đạo Mặt Trăng. Việc thiếu tính dự phòng có nghĩa là một sự cố sẽ loại bỏ mọi phương án dự phòng, một mối lo ngại được nêu bật trong một nghiên cứu được bình duyệt công bố trên tạp chí Khoa học và Công nghệ Vũ trụ Trung Quốc vào tháng 3, trong đó lập luận rằng hệ thống này “chứa một số điểm yếu rõ rệt”.
Ngược lại, tàu đổ bộ Mặt Trăng do Trung Quốc đề xuất lại áp dụng phương pháp đa động cơ. Được phát triển bởi một nhóm nghiên cứu tại phòng thí nghiệm quốc gia ở Thượng Hải, nó sử dụng bốn động cơ có lực đẩy thay đổi, tạo ra tổng cộng hơn 30 kilonewton. Ngay cả khi một động cơ bị hỏng hoàn toàn, ba động cơ còn lại vẫn sẽ tạo ra lực đẩy tương đương với động cơ chính của tàu vũ trụ Orion của NASA.
Cuộc tranh luận về an toàn khi phóng lên Mặt Trăng tập trung vào vấn đề dự phòng so với các ràng buộc về khối lượng.
Ngoài hệ thống động cơ đẩy chính, thiết kế còn bao gồm một lớp bảo vệ bổ sung nhằm cải thiện khả năng phục hồi của nhiệm vụ. Nếu các động cơ chính ngừng hoạt động, sáu động cơ đẩy điều khiển quỹ đạo nhỏ hơn vẫn có thể được kích hoạt trên bề mặt Mặt Trăng, cung cấp một lộ trình thay thế để nhanh chóng bay lên. Sự dự phòng này đặt ra một câu hỏi kỹ thuật rộng hơn: nếu nhiều động cơ mang lại sự an toàn cao hơn so với một động cơ duy nhất, tại sao chúng không được áp dụng rộng rãi, tờ South China Morning Post viết.
Hạn chế nằm ở khối lượng, vì việc bổ sung động cơ thường làm tăng trọng lượng tổng thể của tàu, làm giảm hiệu suất và khả năng tải trọng. Nhóm kỹ sư Trung Quốc đã giải quyết sự đánh đổi này thông qua một phương pháp tối ưu hóa cấu trúc được gọi là thùng nhiên liệu vách ngăn chung, tích hợp khả năng lưu trữ nhiên liệu hiệu quả hơn và giảm khối lượng dư thừa trong khi vẫn cho phép cấu hình nhiều động cơ.
Phiên bản của Trung Quốc liệu có tốt hơn?
Trung Quốc đã giới thiệu một thiết kế thùng nhiên liệu mới cho tàu vũ trụ có người lái, sử dụng hệ thống cấp nhiên liệu bằng áp suất, trong đó nhiên liệu và chất oxy hóa được ngăn cách bởi một vách chung, thường được gọi là "đáy chung". Trong các thiết kế tàu đổ bộ lên Mặt Trăng trước đây, hai loại nhiên liệu này được chứa trong các thùng hoàn toàn riêng biệt, điều này làm tăng thêm trọng lượng cấu trúc và chiếm nhiều không gian hơn bên trong tàu.
Bằng cách kết hợp chúng thành một cấu trúc duy nhất với một lớp chắn chung, hệ thống này giảm thiểu sự trùng lặp không cần thiết trong khung bể chứa. Theo các nhà nghiên cứu, sự thay đổi này giúp giảm trọng lượng ở mức "hàng trăm kilôgam", làm cho thiết kế tổng thể hiệu quả hơn mà không làm giảm dung tích hoặc hiệu suất.
Các thử nghiệm đốt nóng đã xác nhận tính hiệu quả của kiến trúc thùng nhiên liệu nhẹ mới cho các sứ mệnh không gian.
Việc giảm khối lượng nhờ thiết kế này cho phép sử dụng bốn động cơ thay vì một động cơ chính duy nhất, tăng khả năng dự phòng mà không vượt quá các giới hạn khi phóng. Được chế tạo từ vật liệu composite, thùng nhiên liệu này đạt được mức giảm trọng lượng hơn 20% so với các lựa chọn thay thế bằng kim loại truyền thống.
Ngoài chức năng lưu trữ nhiên liệu, cấu trúc này còn đóng vai trò kép như một bộ phận chịu lực của tàu vũ trụ, thực chất trở thành một phần khung của phương tiện và cải thiện hiệu quả khối lượng tổng thể. Phương pháp này được hỗ trợ bởi sự kiểm chứng thực nghiệm, với bài báo sử dụng kết quả từ các thử nghiệm đốt nóng toàn hệ thống. Các thử nghiệm này cung cấp dữ liệu hiệu suất thực tế trong điều kiện hoạt động, xác nhận tính khả thi của thiết kế cấu trúc và hệ thống đẩy tích hợp.
Kết quả thử nghiệm cho thấy bốn động cơ lực đẩy biến đổi có thể được phối hợp chặt chẽ, giữ cho sự thay đổi lực đẩy trong phạm vi dưới 100 Newton. Độ chính xác này rất quan trọng để ngăn ngừa chuyển động không ổn định có thể khiến tàu đổ bộ bị lật trong các giai đoạn bay quan trọng. Các thí nghiệm cũng cho thấy các thách thức về áp suất bên trong thùng chứa chung có thể được quản lý hiệu quả.
Việc sao chép hệ thống này sẽ rất khó khăn đối với bất kỳ chương trình không gian nào khác. Nó đòi hỏi khả năng điều khiển tự động chính xác cao về áp suất bên trong cấu trúc thùng chứa chung, hoạt động với biên độ an toàn rất hẹp. Ngoài ra, nó còn yêu cầu hiệu suất được đồng bộ hóa chặt chẽ giữa nhiều động cơ điều tiết,
