Tên lửa nhiên liệu lỏng đầu tiên

Goddard và tên lửa nhiên liệu lỏng đầu tiên. Ảnh: History.

Trong hàng trăm năm, con người chỉ biết sử dụng loại tên lửa thuốc súng [nhiên liệu rắn] do người Trung Quốc chế tạo lần đầu tiên vào thế kỷ 13 nhằm phục vụ mục đích quân sự. Tuy nhiên, loại vũ khí này nổi tiếng là bắn không chính xác và người ta cũng giảm dần việc sử dụng nó khi xe bắn pháo được cải tiến vào cuối thế kỷ 19. Người đàn ông đã giúp ngành khoa học tên lửa có những bước phát triển mới là Robert H. Goddard, một nhà phát minh người Mỹ. Các công trình nghiên cứu mang tính đột phá của ông đã mở đường cho sự phát triển nhanh chóng của động cơ tên lửa hiện nay trong các lĩnh vực quân sự và khám phá không gian.

Goddard sinh ra tại Worcester, Massachusetts vào ngày 5/10/1882. Ông thích thú với ý tưởng du hành không gian sau khi đọc cuốn tiểu thuyết khoa học viễn tưởng War of the Worlds của H.G. Wells. Năm 1899, trong lúc trèo lên một cây anh đào già để cắt tỉa những cành chết, ông nhìn chằm chằm lên bầu trời và bắt đầu mơ mộng về một thiết bị có thể giúp ông bay lên sao Hỏa. “Tôi đã trở thành một con người khác khi đi xuống từ cái cây này. Kể từ đó, tôi đã luôn nỗ lực hết mình để tìm cách thực hiện các chuyến bay vào không gian”, Goddard cho biết.

Goddard lần đầu tiên thu hút sự chú ý của công chúng về công việc chế tạo tên lửa vào năm 1907, khi ông thử nghiệm tên lửa thuốc súng tạo ra một đám khói lớn tại tòa nhà Khoa Vật lý của Học viện Bách khoa Worcester, nơi ông đang theo học. May mắn là các cán bộ nhà trường đã không đuổi học ông.

Ngay từ năm 1909, Goddard đã xem xét ý tưởng về một tên lửa sử dụng nhiên liệu lỏng. Ông tiếp tục nghiên cứu của mình sau khi trở thành giáo sư vật lý tại Đại học Clark (Mỹ). Năm 1919, Smithsonian xuất bản bài luận của Goddard với tựa đề “A Method of Reaching Extreme Altitudes” tạm dịch “Một phương pháp để đạt đến độ cao lớn”. Bài luận chỉ ra các lý thuyết toán học của ông về động cơ tên lửa và đề xuất việc phóng một tên lửa không người lái lên Mặt trăng trong tương lai. Tuy nhiên, báo chí thời đó đã chế giễu ý tưởng sáng tạo của nhà khoa học, thậm chí có tờ báo còn viết rằng: “Goddard dường như thiếu kiến thức được dạy ở trường trung học, vì ông nghĩ rằng động cơ tên lửa sẽ hoạt động được ở ngoài bầu khí quyển của Trái đất”.

Trong quá trình nghiên cứu, Goddard nhận ra rằng nhiên liệu rắn tạo ra vận tốc xả khí thấp hơn nhiên liệu lỏng. Tuy nhiên, nhiên liệu lỏng đòi hỏi phải có một nguồn cung cấp chất oxy hóa liên tục để đốt cháy, tạo ra lực đẩy tên lửa như mong muốn. Do đó, ông tìm cách kết hợp nhiên liệu lỏng và chất oxy hóa theo tỷ lệ thích hợp trong buồng đốt. Điều khó khăn nhất là áp suất cao được tạo ra bởi quá trình đốt cháy đòi hỏi nhiên liệu và chất oxy hóa phải được bơm vào buồng đốt với áp suất thậm chí còn cao hơn.

Sau một số nỗ lực tìm hiểu, Goddard cuối cùng đã chọn xăng làm nhiên liệu [chất đốt], và oxy lỏng (LOx) làm chất oxy hóa. Ở nhiệt độ -183°C, oxy trở thành một chất lỏng trong điều kiện áp suất khí quyển. Ở nhiệt độ cao hơn, nó chuyển sang dạng hơi, tạo ra áp suất cực lớn trong các thùng chứa kín. Goddard đã sử dụng áp suất của loại khí này để đẩy đồng thời cả hai chất lỏng [xăng và oxy lỏng] từ bể chứa của chúng qua các ống dẫn riêng biệt tới buồng đốt, nơi chúng bị trộn lẫn và đốt cháy.

Buồng đốt được trang bị hệ thống đánh lửa chứa ngòi nổ và thuốc súng đen, giúp tạo ra lửa khởi động cho sự đốt cháy của xăng và oxy lỏng.

Sau 17 năm miệt mài nghiên cứu chế tạo, Goddard cuối cùng đã thử nghiệm tên lửa nhiên liệu lỏng đầu tiên tại trang trại của một người dì tên là Effie ở Auburn, Massachusetts, vào ngày 16/3/1926. Goddard ghi lại sự kiện này trong nhật ký của mình: “Thật kỳ diệu khi tên lửa đã bay lên mà không tạo ra tiếng ồn hoặc ngọn lửa quá lớn”, ông viết thêm. “Tên lửa dường như muốn nói rằng: Tôi đã ở đây đủ lâu. Tôi nghĩ rằng tôi sẽ đi nơi khác nếu bạn không phiền.”

Theo mô tả của Goddard, tên lửa thử nghiệm dài 3m đã bay trong khoảng thời gian 2,5 giây với tốc độ tối đa ước tính là 60 dặm/h. Nó đạt độ cao 12,5 m và rơi xuống cách xa địa điểm phóng 56m. Mặc dù thiết kế tên lửa ban đầu của Goddard khá sơ sài, nhưng thử nghiệm của ông là tiền đề để phát triển các loại tên lửa hiện đại ngày nay. Tầm quan trọng của thử nghiệm này được ví như thành tựu chuyến bay có người lái do anh em nhà Wright thực hiện ở Kitty Hawk vào năm 1903.

Nhờ những thành công ban đầu trong việc chế tạo tên lửa nhiên liệu lỏng và sự trợ giúp của phi công Charles A. Lindbergh, Goddard nhận được một khoản tiền trợ cấp từ Quỹ Guggenheim về Thúc đẩy Khoa học Hàng không (Guggenheim Fund for the Promotion of Aeronautics). Goddard đã dùng khoản viện trợ này để xây một khu thử nghiệm ở Roswell, New Mexico, hoạt động từ năm 1930 đến năm 1942. Trong suốt thời gian làm việc tại đây, ông thực hiện 31 đợt bay thử nghiệm với những tên lửa lớn hơn và nhanh hơn, trong đó có một tên lửa đạt tầm cao 2,7 km chỉ trong 22,3 giây. Ông đã áp dụng con quay hồi chuyển và hệ thống thay đổi lực đẩy để điều khiển chuyển động tên lửa và kiểm soát hiệu quả đường bay của chúng.

Goddard sở hữu tổng cộng 214 bằng sáng chế, trong đó bao gồm ý tưởng về tên lửa nhiều tầng và tên lửa nhiên liệu lỏng. Trong khi Goddard tự mình tiến hành các thử nghiệm mà không có hỗ trợ chính thức từ Chính phủ Mỹ, thì phía Đức đã chủ động trong việc phát triển tên lửa. Tháng 9/1944, họ lần đầu sử dụng tên lửa hành trình V-2 của mình để chống lại nước Anh.

Goddard qua đời vào năm 1945 nên không thể chứng kiến những tiến bộ lớn trong việc chế tạo tên lửa vào thập niên 1950 và 1960, giúp con người thực hiện tham vọng chinh phục vũ trụ. Trung tâm Không gian Goddard của Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) ở Greenbelt, Maryland, đã được đặt theo tên Goddard nhằm tưởng nhớ đến công lao to lớn của ông. Ngoài ra, tên của ông cũng được đặt cho nhiều trường học, công trình trên khắp nước Mỹ, thậm chí là một miệng hố ở trên Mặt trăng.

Goddard từng nói rằng: “Thật khó để nói điều gì là không thể, vì giấc mơ của ngày hôm qua là niềm hy vọng của ngày hôm nay và thực tế của ngày mai”.