- Quân đội Mỹ vừa thực hiện một chiến dịch kéo dài 14 tháng nhằm giải cứu vệ tinh quân sự AEHF-1 trị giá 2 tỷ dollar bị hỏng động cơ đẩy khi đang ở trong không gian. Chiến dịch này kết thúc vào tháng 10 năm ngoái, nhưng đến tháng 1 năm nay, các chi tiết mới được chính thức công bố.
AEHF là hệ thống vệ tinh liên lạc quân sự mới nhất của Mỹ, gồm 6 vệ tinh, trong đó AEHF-1 là chiếc đầu tiên. Đây là một trong những dự án không gian lớn nhất của quân đội Mỹ trong vòng 10 năm qua. AEHF có băng thông gấp 10 lần hệ thống hiện tại. Nó đóng vai trò đảm bảo liên lạc thông suốt cho quân đội Mỹ cho đến cấp cao nhất. Nếu trong trường hợp tổng thống Mỹ phải ra lệnh cho quân đội trong một cuộc chiến tranh hạt nhân, mệnh lệnh này cũng sẽ được truyền qua hệ thống AEHF.
Vệ tinh AEHF-1, nặng 6 tấn, có giá thành tương đương 1 tàu ngầm hạt nhân nặng 8.000 tấn, được phóng lên không gian ngày 14/8/2010. Ngay sau khi tách thành công khỏi tên lửa đẩy, động cơ chính của nó gặp vấn đề và AEHF-1 gần như đã bị rơi trở lại Trái đất.
 |
| AEHF-1 trong quá trình lắp ráp |
Động cơ hydrazine nhiên liệu kép - động cơ chính của AEHF-1
Trước khi đi vào chi tiết chiến dịch giải cứu, ta cần hiểu về các loại động cơ đẩy được sử dụng trên vệ tinh AEHF-1. Cũng như nhiều vệ tinh hiện đại khác, AEHF-1 sử dụng 3 loại động cơ đẩy khác nhau: động cơ hydrazin nhiên liệu kép, động cơ hydrazine đơn, động cơ ion xenon.
Động cơ hydrazine nhiên liệu kép là động cơ chính của AEHF-1, có nhiệm vụ đẩy vệ tinh này từ quỹ đạo thấp, ngay sau khi nó tách khỏi tên lửa, lên quỹ đạo địa tĩnh, là nơi AEHF-1 sẽ duy trì vị trí của mình và thực thi nhiệm vụ. Động cơ này sử dụng nhiên liệu chính là hydrazine (N2H4), một loại nhiên liệu phổ biến trong ngành không gian, trộn lẫn với nitro tetroxide (NTO), một chất oxy hoá, để đốt cháy và tạo sức đẩy phản lực. Trên thực tế, hydrazine là 1 chất rất kém ổn định, có thể dễ dàng tự phân huỷ và tạo ra nhiệt lượng lớn mà không cần có oxy đốt cháy. Tuy nhiên trong loại động cơ này người ta vẫn trộn thêm chất oxy hoá để tăng thêm sức đẩy. Động cơ này trên AEHF-1 có sức đẩy khoảng 50 kg.
Động cơ hydrazine nhiên liệu đơn cũng sử dụng hydrazine, nhưng không cần được cung cấp oxy. Người ta cho hydrazine tiếp xúc với iridium, đóng vai trò là chất xúc tác, để nó tự phân huỷ thành khí amoniac, hydro và nitro, cùng với 1 lượng nhiệt lớn. Nhiệt lượng này làm các khí trên giãn nở rất nhanh và tạo ra luồng đẩy phản lực. Đây là động cơ phụ, đóng vai trò để điều chỉnh vị trí của vệ tinh, ví dụ như khi nó bị lệch khỏi vị trí đúng, hoặc khi cần phải tránh các vật thể lạ trong không gian. Động cơ này cung cấp sức đẩy 2.5 kg.
Loại động cơ cuối cùng là động cơ ion xenon, trong đó các nguyên tử khí xenon sẽ bị ion hoá. Các hạt ion này sau đó được tăng tốc bằng lực điện trường, tạo thành 1 luồng ion bắn về phía sau với tốc độ cao, và đẩy vệ tinh về phía trước. Ưu điểm của loại động cơ này là chúng chỉ dùng các nguyên tử khí làm nhiên liệu nên gần như không phải lo lắng về việc hết nhiên liệu, miễn là các tấm pin năng lượng mặt trời của vệ tinh vẫn tiếp tục cung cấp năng lượng điện cho động cơ. Điểm yếu của chúng là lực đẩy rất yếu, chỉ khoảng 0.03 kg, do đó chỉ được dùng để thực hiện những vận động nhỏ của vệ tinh khi nó đã ở cách xa Trái Đất.
Sự cố mảnh vải bị kẹt lại trong ống dẫn nhiên liệu
Sau khi tách khỏi tên lửa đẩy, AEHF-1 xoay quanh Trái Đất theo quỹ đạo tạm, theo kế hoạch nó sẽ được đưa lên quỹ đạo địa tĩnh, cách Trái đất hơn 35,000 km. Ngày 15/8/2010, trạm điều khiển bắt đầu quá trình nâng quỹ đạo cho AEHF-1 bằng cách ra lệnh cho động cơ chính, tức là động cơ hydrazine nhiên liệu kép, khai hoả. Tuy nhiên nó chỉ hoạt động trong vài giây rồi dừng. Hai ngày sau, động cơ được khởi động 1 lần nữa, nhưng vẫn thất bại. Toàn bộ Bộ tư lệnh không gian Mỹ được đặt trong tình trạng báo động. Một nhóm chuyên gia xem xét mọi dữ liệu được vệ tinh gửi về và xác định rằng lỗi xảy ra do một mảnh vải bị kẹt lại trong ống dẫn nhiên liệu trong quá trình lắp ráp động cơ chính. Nhóm chuyên gia cũng xác định rằng nếu cố gắng khởi động lại động cơ này thêm 1 lần nữa có thể làm nổ vệ tinh.
Quỹ đạo tạm thời mà AEHF-1 đang di chuyển có hình elip dẹp, lệch tâm khỏi Trái Đất, do đó khoảng cách giữa nó với Trái đất biến động rất lớn, từ 230 km cho đến 50.000 km. Trong hình dưới nó là quỹ đạo số 0. Do thường xuyên di chuyển rất gần Trái đất, AEHF-1 chịu ảnh hưởng mạnh của trọng lực, vì vậy mỗi ngày trôi qua độ cao của nó giảm khoảng 5 km. Nghĩa là nếu không được cứu kịp thời AEHF-1 sẽ từ từ rơi trở lại Trái đất. Ngoài ra, ở độ cao này, AEHF-1 còn thường xuyên phải tránh mảnh rác thải vũ trụ.
Các kỹ sư vì vậy phải tìm cách đưa được AEHF-1 lên quỹ đạo địa tĩnh chỉ bằng 2 loại động cơ phụ còn lại. Những người này được lệnh ở lại trong trung tâm điều hành cho đến khi phác thảo xong kế hoạch giải cứu chi tiết. Ngày 21/8/2010, đúng 1 tuần sau khi AEHF-1 được phóng lên không gian, kế hoạch giải cứu chính thức được thông qua, gồm nhiều giai đoạn khác nhau.
 |
| Các quỹ đạo của AEHF-1 qua từng giai đoạn của chiến dịch giải cứu |
Chiến dịch giải cứu với 500 lần khai hoả động cơ
Giai đoạn đầu tiên được khởi động từ ngày 29/8/2010, sử dụng 4 lần đốt các động cơ phụ hydrazine nhiên liệu đơn. Đến đầu tháng 9, quỹ đạo của AEHF-1 được nâng lên, điểm thấp nhất có độ cao 1.000 km. Giai đoạn 2 là sự tiếp nối của giai đoạn 1, các động cơ hydrazine đơn tiếp tục được khai hoả. Đến ngày 22/9/2010, giai đoạn 2 hoàn tất, lúc này khoảng cách từ AEHF-1 đến Trái đất là từ 4.800 km đến 50.000 km.
Trong quá trình AEHF-1 từ từ di chuyển lên các quỹ đạo cao hơn, nó phải phơi mình trước ánh sáng mặt trời trong thời gian dài. Vì vậy các kỹ sư phải viết lại phần mềm điều khiển để thường xuyên xoay AEHF-1 sao cho các phía của vệ tinh luân phiên có thời gian nguội lại.
Giai đoạn 3 bắt đầu từ tháng 10/2010 và kéo dài đến tháng 6/2011, đây là giai đoạn dài nhất và nhiều thử thách nhất. Lúc này AEHF-1 phụ thuộc hoàn toàn vào các động cơ ion xenon. Như đã giới thiệu, các động cơ này hầu như không tiêu thụ nhiên liệu, mà chỉ cần điện năng từ các tấm pin mặt trời của vệ tinh. Một khó khăn khác nảy sinh trong giai đoạn này. Đó là việc AEHF-1 lúc này đang đi vào khu vực vành đai Van Allen. Đây là khu vực có các hạt điện tích bị từ trường của Trái đất giữ lại, do đó có mức độ bức xạ rất cao. Bức xạ này có thể làm hỏng các tấm pin mặt trời.
Do đó, trạm điều khiển phải tìm cách đưa vệ tinh ra khỏi vành đai Van Allen càng nhanh càng tốt. Đây là lần đầu tiên trong lịch sử khám phá không gian một động cơ ion được sử dụng nhiều trong 1 thời gian dài như vậy. Giai đoạn này kết thúc vào ngày 2/6/2011. Quỹ đạo của AEHF-1 lúc này vẫn có hình elíp, với điểm xa Trái đất nhất vẫn ở khoảng 50,000 km, còn điểm gần nhất đã tăng lên 27,000 km.
Trong giai đoạn cuối cùng của chiến dịch, mục tiêu là chuyển quỹ đạo của AEHF-1 thành quỹ đạo tròn, cách Trái đất 35,000 km, cũng là quỹ đạo địa tĩnh mà AEHF-1 sẽ duy trì trong thời gian hoạt động của mình. Giai đoạn này vẫn tiếp tục sử dụng các động cơ ion xenon. AEHF-1 đạt được quỹ đạo mong muốn vào 24/10/2011.
Trong toàn bộ chiến dịch, người ta đã sử dụng gần 500 lần khai hoả động cơ khác nhau. Mặc dù quá trình này kéo dài đến 1 năm, lượng nhiên liệu được sử dụng gần như bằng với mức tiêu thụ trong điều kiện bình thường, do đó thời gian sử dụng của AEHF-1 sẽ không bị ảnh hưởng. Dự kiến nó sẽ có tuổi thọ 14 năm. Hiện nay AEHF-1 đang trong quá trình chạy thử các hệ thống, dự kiến đến tháng 3 tới nó sẽ chính thức được đưa vào sử dụng. AEHF-2 và 3 dự kiến cũng sẽ được phóng trong vòng năm nay.
Nhật Huy (Tổng hợp)
[links()]