Cuộc đua tên lửa tái sử dụng: Định hình trật tự không gian toàn cầu

Từ mô hình tiên phong của SpaceX, Mỹ, Trung Quốc, châu Âu và Nhật Bản đều tăng tốc phát triển năng lực phóng chi phí thấp, tần suất cao, nhằm triển khai các chòm sao vệ tinh quy mô lớn và bảo đảm lợi ích kinh tế, an ninh trong kỷ nguyên không gian mới.

Mở đường cho kỷ nguyên mới

Mười năm sau khi SpaceX mở ra bước ngoặt trong lĩnh vực tên lửa tái sử dụng với lần hạ cánh thành công đầu tiên của tầng đẩy Falcon 9, phần còn lại của thế giới đang từng bước thu hẹp khoảng cách. Công nghệ phóng có khả năng thu hồi và tái sử dụng, từng được xem là mang tính thử nghiệm, nay đã trở thành một trong những trụ cột của chiến lược tiếp cận không gian hiện đại.

Giá trị mang tính cách mạng của mô hình vận chuyển nhanh chóng, chi phí thấp và có thể tái sử dụng lên quỹ đạo đã được chứng minh rõ nét thông qua sự thống lĩnh của SpaceX trên thị trường dịch vụ phóng. Cùng với đó là việc triển khai chòm sao vệ tinh băng thông rộng Starlink với quy mô lớn, mang lại hiệu quả kinh tế cao và tạo ra bước đột phá trong hạ tầng không gian, hiện chiếm tỷ trọng đáng kể trong tổng số vệ tinh hoạt động trên quỹ đạo Trái đất tầm thấp.

Tuy nhiên, cho đến gần đây, việc tái lập thành công mô hình của SpaceX vẫn là thách thức lớn đối với phần còn lại của ngành công nghiệp vũ trụ. Blue Origin – công ty hàng không vũ trụ của Mỹ – là một trong số ít đơn vị đạt được cột mốc hạ cánh tầng đẩy với tên lửa New Glenn trong một chuyến bay thử nghiệm.

Dù mới ở giai đoạn khởi đầu, New Glenn được kỳ vọng sẽ đảm nhiệm vai trò quan trọng trong các nhiệm vụ phóng vệ tinh thương mại thời gian tới, trong đó có việc triển khai chòm sao vệ tinh Kuiper của Amazon, đối thủ cạnh tranh trực tiếp với Starlink.

Những thành công còn hạn chế này không xuất phát từ việc các quốc gia khác thiếu nỗ lực. Ngày 3/12, tên lửa Zhuque-3 của Công ty vũ trụ thương mại LandSpace (Trung Quốc) đã được phóng từ Trung tâm Phóng vệ tinh Jiuquan, nằm trong sa mạc Gobi, trong một chuyến bay thử nghiệm nhằm đánh giá khả năng tái sử dụng một phần của phương tiện cao 66m.

Sau khoảng tám phút kể từ khi rời bệ phóng, khi tầng hai đã tách và tiếp tục bay lên quỹ đạo, tầng một thực hiện quá trình tái nhập khí quyển và tiến hành tiếp cận bãi đáp cách Jiuquan khoảng 390km. Tuy nhiên, thay vì hạ cánh chính xác theo thiết kế, tầng đẩy đã phát nổ ở rìa khu vực bãi đáp, khiến thử nghiệm kết thúc không trọn vẹn.

Dù chưa đạt kết quả như kỳ vọng, đây vẫn là lần đầu tiên Trung Quốc tiến hành thử nghiệm hạ cánh tầng một sau một vụ phóng lên quỹ đạo – một cột mốc đáng chú ý trong lộ trình phát triển công nghệ tên lửa tái sử dụng.

Sự kiện này cho thấy bức tranh rộng hơn, khi Trung Quốc và nhiều quốc gia khác đang từng bước thu hẹp khoảng cách với các công ty Mỹ trong việc làm chủ năng lực phóng tái sử dụng, triển khai các chòm sao vệ tinh quy mô lớn và thách thức vị thế dẫn dắt của Mỹ trong lĩnh vực không gian.

Zhuque-3 chỉ là một phần trong nỗ lực quy mô lớn hơn của Trung Quốc nhằm phát triển các hệ thống phóng tái sử dụng. Bước đi tiếp theo dự kiến sẽ sớm được triển khai với một dòng tên lửa khác.

Cụ thể, tên lửa Trường Chinh 12A do Học viện Công nghệ Hàng không Vũ trụ Thượng Hải (SAST) – đơn vị thuộc sở hữu nhà nước – phát triển, đã được dựng thẳng đứng trên bệ phóng chuyên dụng mới hoàn thành tại Khu thử nghiệm Đổi mới Không gian Thương mại Đông Phong, khu vực Cửu Bảo.

Hệ thống này đi kèm một bãi hạ cánh riêng, nằm cách bệ phóng khoảng 250km, tại huyện Mân Khánh, tỉnh Cam Túc, cho thấy Trung Quốc đang chuẩn bị đồng bộ hạ tầng cho các thử nghiệm thu hồi tầng đẩy trong thời gian tới.

Những nỗ lực phát triển công nghệ tên lửa tái sử dụng tại Trung Quốc không chỉ dừng lại ở một vài dự án đơn lẻ. Hàng loạt doanh nghiệp vũ trụ thương mại đã hoạt động lâu năm, như Space Pioneer, Interstellar Glory Aerospace Science and Technology (iSpace), Galactic Energy, CAS Space, Deep Blue Aerospace và Orienspace, đang tiến gần tới giai đoạn đưa các dòng tên lửa tái sử dụng do họ phát triển lên bệ phóng.

Song song với đó, hệ thống hạ tầng hỗ trợ - bao gồm cả các sà lan không người lái trên biển phục vụ thu hồi tầng đẩy cũng đang được xây dựng và hoàn thiện.

Bên cạnh các doanh nghiệp đã có chỗ đứng, nhiều công ty mới tiếp tục gia nhập thị trường, được thúc đẩy bởi những định hướng chính sách rõ ràng và nhất quán từ chính phủ. Đáng chú ý, không ít đơn vị đặt mục tiêu vượt qua mô hình tái sử dụng một phần tương tự Falcon 9 mà nhiều dự án hiện nay đang theo đuổi.

Thay vào đó, họ hướng tới phát triển các hệ thống phóng có khả năng tái sử dụng hoàn toàn, lấy cảm hứng từ siêu tên lửa Starship của SpaceX – một thiết kế mang tính đột phá với tham vọng thay đổi căn bản cách thức tiếp cận không gian.

Theo ông Ian Christensen - Giám đốc cấp cao phụ trách các chương trình khu vực tư nhân của Tổ chức phi lợi nhuận Secure World Foundation, động lực chính thúc đẩy Trung Quốc phát triển năng lực sản xuất và vận hành tên lửa tái sử dụng xuất phát từ tham vọng xây dựng các chòm sao vệ tinh quy mô lớn, tương tự Starlink.

Ông nhận định: “Tên lửa tái sử dụng là chìa khóa để đồng thời gia tăng tần suất phóng và giảm chi phí phóng”. Hai yếu tố này mang tính quyết định đối với việc triển khai hàng nghìn vệ tinh cỡ lớn - một năng lực có ý nghĩa vượt xa lĩnh vực cung cấp kết nối băng thông rộng toàn cầu.

Theo ông Christensen, các chòm sao vệ tinh khổng lồ còn mang giá trị chiến lược và an ninh quốc gia, cho phép duy trì thông tin liên lạc an toàn, linh hoạt và có khả năng dự phòng trong các kịch bản xung đột.

Ông dẫn chứng vai trò của Starlink trong việc hỗ trợ Ukraine duy trì năng lực tác chiến và tránh nguy cơ sụp đổ hệ thống thông tin khi Nga tiến hành chiến dịch quân sự năm 2022. Tương tự, kế hoạch phòng thủ tên lửa “Vòm Vàng” của Mỹ được cho là sẽ dựa vào một chòm sao vệ tinh quy mô lớn nhằm phát hiện và đối phó với tên lửa đạn đạo liên lục địa cùng các mối đe dọa trên không khác.

Đối với Trung Quốc, hai dự án chòm sao vệ tinh lớn đáng chú ý nhất hiện nay là Guowang và Thousand Sails, mỗi dự án đều dự kiến triển khai hơn 10.000 vệ tinh trên quỹ đạo Trái đất tầm thấp. Để đáp ứng các mốc thời gian đăng ký theo quy định của Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU), Trung Quốc cần bổ sung năng lực phóng bằng tên lửa tái sử dụng bên cạnh các phương tiện phóng dùng một lần hiện có.

Riêng dự án Thousand Sails, nhằm đạt mục tiêu gần 14.000 vệ tinh, sẽ đòi hỏi trung bình khoảng bảy vệ tinh được đưa lên quỹ đạo mỗi ngày cho đến cuối thập kỷ này – một thách thức chỉ có thể khả thi nếu năng lực phóng tái sử dụng được hiện thực hóa.

Tìm lối đi độc lập

Châu Âu cũng đang tăng tốc hướng tới năng lực phóng tên lửa tái sử dụng nhằm bảo đảm quyền tiếp cận không gian độc lập. Tại một cuộc họp gần đây của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), các quốc gia thành viên đã thảo luận và thống nhất các mức đóng góp cho những chương trình ưu tiên trong ba năm tới.

Trên nền tảng tên lửa Ariane 6 – hiện vẫn là hệ thống phóng dùng một lần – châu Âu tìm cách duy trì năng lực tiếp cận không gian trong bối cảnh công nghệ phóng tái sử dụng đang bùng nổ trên toàn cầu. Theo đó, các quốc gia thành viên đã cam kết tổng ngân sách hơn 4,4 tỷ euro cho lĩnh vực vận chuyển không gian.

Ông Jorn Spurmann - Giám đốc thương mại của Công ty khởi nghiệp phóng tên lửa Rocket Factory Augsburg (Đức), cho rằng sự hỗ trợ của ESA đối với các chương trình phóng là một cột mốc quan trọng, đồng thời nhấn mạnh tầm thiết yếu của khả năng tiếp cận không gian linh hoạt và độc lập đối với châu Âu.

“Điều này sẽ bảo đảm năng lực tiếp cận và vận hành của châu Âu trên quỹ đạo Trái đất và xa hơn nữa trong kỷ nguyên không gian sắp tới”, ông Spurmann nhận định và cho biết thêm, các nghiên cứu về thu hồi và tân trang tầng đẩy cùng động cơ đang được đẩy mạnh, qua đó giúp giảm chi phí và tăng tần suất phóng.

Song song với nỗ lực phát triển năng lực phóng, châu Âu cũng theo đuổi việc xây dựng các chòm sao vệ tinh quy mô lớn phục vụ mục tiêu liên lạc chủ quyền. Tiêu biểu là kế hoạch triển khai chòm sao vệ tinh IRIS² của Liên minh châu Âu, nhằm giải quyết các thách thức dài hạn về an ninh, an toàn và khả năng phục hồi của hạ tầng không gian khu vực. Ở cấp độ quốc gia, quân đội Đức cũng bày tỏ mong muốn sở hữu chòm sao vệ tinh liên lạc riêng, giảm sự phụ thuộc vào các đối tác và đồng minh trong các tình huống chiến lược.

Tương tự châu Âu, Nhật Bản cũng đang tìm kiếm năng lực tiếp cận không gian mang tính cạnh tranh và độ tin cậy cao thông qua việc chuyển hướng sang công nghệ tên lửa tái sử dụng, với sự hậu thuẫn mạnh mẽ từ chính sách và nguồn lực tài chính của chính phủ.

Theo GS Kazuto Suzuki - Trường Cao học Chính sách công, Đại học Tokyo, tên lửa H3 thế hệ mới của Nhật Bản hiện vẫn là phương tiện phóng dùng một lần, khó có khả năng cạnh tranh về chi phí và tần suất với Falcon 9 – hệ thống đang chi phối thị trường phóng thương mại toàn cầu.

Trước thực tế đó, Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) đang hợp tác với Mitsubishi Heavy Industries để phát triển một dòng tên lửa tái sử dụng hạng nặng kế nhiệm.

Song song với các chương trình do nhà nước dẫn dắt, nhiều doanh nghiệp tư nhân Nhật Bản cũng tích cực theo đuổi các dự án tên lửa độc lập, trong đó có Space One, Interstellar Technologies và cả Honda - tập đoàn công nghiệp đa ngành vốn không xuất phát từ lĩnh vực hàng không vũ trụ.

Ở cấp độ ứng dụng, Nhật Bản cũng đặt mục tiêu xây dựng chòm sao vệ tinh riêng phục vụ các nhu cầu chiến lược. “Hiện, chúng tôi đã có một chương trình cụ thể, với kế hoạch phóng khoảng 100 vệ tinh giám sát, còn gọi là chòm sao vệ tinh định vị mục tiêu, nhằm theo dõi các mối đe dọa từ tên lửa tầm xa”, GS Suzuki cho biết.

Ở bình diện rộng hơn, công nghệ phóng tên lửa tái sử dụng được đánh giá là có tiềm năng lan tỏa trên quy mô toàn cầu. Chi phí phóng thấp hơn cùng khả năng tăng tần suất phóng sẽ tạo điều kiện hình thành các chòm sao vệ tinh quy mô lớn trên quỹ đạo.

Tuy nhiên, sự phát triển này cũng kéo theo những hệ quả phức tạp, từ việc hình thành hạ tầng thông tin – liên lạc mới cho tới các thách thức ngày càng gia tăng đối với ngành thiên văn học, cũng như rủi ro liên quan đến mảnh vỡ quỹ đạo và va chạm trong không gian.

Theo ông Ian Christensen, tên lửa tái sử dụng có thể đóng góp tích cực cho tính bền vững của các hoạt động không gian, nhờ khả năng kiểm soát tốt hơn quá trình tái nhập khí quyển của phương tiện phóng và giảm số lượng tầng tên lửa bỏ lại trên quỹ đạo.

Tuy nhiên, ông cũng lưu ý rằng sự gia tăng mạnh mẽ các hoạt động trên quỹ đạo có thể làm trầm trọng thêm các rủi ro hiện hữu. Dù mang lại những lợi ích hay thách thức, sự phát triển toàn cầu của công nghệ tên lửa tái sử dụng đang mở ra những khả năng mới mang tính bước ngoặt, không chỉ cho không gian mà còn đối với Trái đất.