Buzz
NASA và nhiều công ty trong ngành hàng không vũ trụ đã mất nhiều thập kỷ để tìm kiếm "chén thánh", nhưng họ đã thất bại cho đến khi trí tuệ nhân tạo (AI) xuất hiện và thay đổi cuộc chơi.
Kể từ những năm 1990, NASA và các công ty trong lĩnh vực hàng không vũ trụ đã dồn sức nghiên cứu và thử nghiệm để tạo ra động cơ aerospike, một thiết kế động cơ tên lửa hứa hẹn hiệu suất vượt trội ở tất cả các độ cao. Tuy nhiên, các vấn đề kỹ thuật và chi phí khổng lồ đã khiến những dự án này không thể thành công. Mọi thứ đã thay đổi khi Noyron, một trí tuệ nhân tạo được phát triển bởi Leap71, đã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công một động cơ aerospike chỉ trong ba tuần. Thành công này không chỉ chứng minh sự đột phá trong công nghệ AI mà còn thể hiện khả năng sáng tạo của Leap71 trong việc giải quyết các thách thức kỹ thuật khổng lồ.
Đây là một trong những lý do khiến các tên lửa hiện nay phải sử dụng hai hoặc ba giai đoạn, mỗi giai đoạn được tối ưu hóa cho một môi trường khí quyển cụ thể: giai đoạn đầu cho mực nước biển, giai đoạn sau cho chân không. Quá trình phóng tên lửa sẽ thể hiện rõ điều này: ban đầu, khí thải tạo thành một cột khí nóng hẹp, nhưng ngay trước khi tên lửa tách giai đoạn, khí thải mở rộng thành hình nón rất lớn. Mỗi phân tử khí thoát ra không đi thẳng xuống đều làm thất thoát năng lượng, vốn có thể chuyển hóa thành lực đẩy. Tuy nhiên, việc sử dụng nhiều giai đoạn không chỉ làm tăng chi phí và sự phức tạp trong thiết kế mà còn làm giảm hiệu quả tổng thể của tên lửa.
Kể từ những năm 1990, NASA và các công ty trong lĩnh vực hàng không vũ trụ đã dồn sức nghiên cứu và thử nghiệm để tạo ra động cơ aerospike, một thiết kế động cơ tên lửa hứa hẹn hiệu suất vượt trội ở tất cả các độ cao. Tuy nhiên, các vấn đề kỹ thuật và chi phí khổng lồ đã khiến những dự án này không thể thành công. Mọi thứ đã thay đổi khi Noyron, một trí tuệ nhân tạo được phát triển bởi Leap71, đã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công một động cơ aerospike chỉ trong ba tuần. Thành công này không chỉ chứng minh sự đột phá trong công nghệ AI mà còn thể hiện khả năng sáng tạo của Leap71 trong việc giải quyết các thách thức kỹ thuật khổng lồ.
Động cơ Aerospike và ý nghĩa quan trọng của nó
Thông thường, động cơ tên lửa truyền thống sử dụng vòi phun hình chuông, một thiết kế đã trở thành chuẩn mực trong ngành hàng không vũ trụ. Tuy nhiên, loại động cơ này có một nhược điểm lớn: hiệu suất của vòi phun bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi môi trường khí quyển. Cụ thể, động cơ này cần các vòi phun có độ dài khác nhau tùy thuộc vào độ cao mà chúng hoạt động. Ở mực nước biển, động cơ chỉ cần vòi phun ngắn để tối ưu hóa lực đẩy, nhưng khi lên đến không gian chân không, vòi phun phải dài ra rất nhiều để tránh khí thải thoát ra hai bên. Nếu không, năng lượng từ khí thải sẽ bị lãng phí thay vì chuyển hóa thành lực đẩy.Đây là một trong những lý do khiến các tên lửa hiện nay phải sử dụng hai hoặc ba giai đoạn, mỗi giai đoạn được tối ưu hóa cho một môi trường khí quyển cụ thể: giai đoạn đầu cho mực nước biển, giai đoạn sau cho chân không. Quá trình phóng tên lửa sẽ thể hiện rõ điều này: ban đầu, khí thải tạo thành một cột khí nóng hẹp, nhưng ngay trước khi tên lửa tách giai đoạn, khí thải mở rộng thành hình nón rất lớn. Mỗi phân tử khí thoát ra không đi thẳng xuống đều làm thất thoát năng lượng, vốn có thể chuyển hóa thành lực đẩy. Tuy nhiên, việc sử dụng nhiều giai đoạn không chỉ làm tăng chi phí và sự phức tạp trong thiết kế mà còn làm giảm hiệu quả tổng thể của tên lửa.
Thành công và thất bại: Lịch sử phát triển động cơ aerospike
Mặc dù tiềm năng của động cơ aerospike đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, nhưng các dự án thử nghiệm với loại động cơ này vẫn gặp phải không ít thất bại. Vào thập niên 1960, Rocketdyne đã phát triển mẫu động cơ J-2T Aerospike nhằm cải thiện động cơ J-2 trên tên lửa Saturn V. Tuy nhiên, dự án này đã phải dừng lại vì độ phức tạp và chi phí sản xuất quá cao. Đến những năm 1990, NASA và Lockheed Martin đã thử nghiệm chế tạo động cơ XRS-2200 Linear Aerospike cho chương trình X-33—một tàu vũ trụ SSTO, nhưng dự án cũng bị hủy bỏ vào năm 2001 do những vấn đề kỹ thuật phức tạp, trong đó có việc làm mát động cơ, cùng với ngân sách vượt khỏi tầm kiểm soát.
Toroidal aerospike, mẫu động cơ aerospike mà NASA đã thử nghiệmKhông chỉ NASA, nhiều công ty khác cũng gặp khó khăn với aerospike. Tuy nhiên, một số công ty đã đạt được những thành tựu đáng kể. Năm 2021, Pangea Aerospace tại Tây Ban Nha đã thành công trong việc thử nghiệm động cơ DemoP1 Aerospike, sử dụng nhiên liệu methane-oxygen, và có kế hoạch phát triển động cơ lớn hơn đạt lực đẩy 300 kN. Tương tự, Polaris Raumflugzeuge tại Đức cũng đã thiết kế và thử nghiệm thành công động cơ aerospike trong chuyến bay thử nghiệm mẫu MIRA-II. Những nỗ lực này cho thấy aerospike là một thiết kế đầy hứa hẹn, mặc dù việc ứng dụng thực tế của nó vẫn là một thách thức chưa thể giải quyết triệt để.
Một trong những thách thức lớn nhất đối với aerospike là việc làm mát, vì mũi động cơ này nằm trực tiếp trong luồng khí thải nóng và phải chịu đựng nhiệt độ cực cao lên đến 3.000°C. Đây là một mức nhiệt vượt quá khả năng chịu đựng của các vật liệu kim loại hiện nay. Ngay cả những hợp kim chịu nhiệt tốt nhất cũng chỉ có thể chịu đựng nhiệt độ nóng chảy khoảng 1.500°C. Để giải quyết vấn đề này, cần thiết phải có các kênh làm mát phức tạp với độ chính xác cao, nhưng việc chế tạo chúng bằng các phương pháp truyền thống vẫn là một thử thách cực kỳ khó khăn.
Tư duy vượt giới hạn: AI bước vào cuộc chơi
Leap71 không chỉ đơn thuần là một công ty công nghệ mà còn là biểu tượng cho sự đổi mới sáng tạo. Với mục tiêu xây dựng một trí tuệ nhân tạo mạnh mẽ như Jarvis trong Iron Man, Leap71 đã đối mặt với một trong những thách thức kỹ thuật lớn nhất: chế tạo động cơ aerospike. Thay vì đi theo con đường cải tiến các thiết kế cũ, Leap71 đã lựa chọn một hướng đi mới. Theo Josefine Lissner, đồng sáng lập công ty, nếu chỉ làm những gì đã được thử nghiệm trước đó, kết quả mà Leap71 có thể đạt được sẽ bị hạn chế rất nhiều.
Mô hình in 3D của một bộ phận trong động cơ do Leap71 phát triểnSau khi hoàn tất thiết kế, Noyron đã sử dụng công nghệ CAD để tạo ra bản thiết kế động cơ aerospike và chuyển nó thành tệp in 3D với sự hỗ trợ của Aconity3D. Quá trình này cho phép chế tạo động cơ với cấu trúc đồng nhất. Aconity3D sử dụng công nghệ Laser Powder Bed Fusion, giúp làm nóng chảy bột kim loại siêu mịn được tạo từ các hợp kim đặc biệt như Đồng (với khả năng dẫn nhiệt và điện tuyệt vời), Chromium (tăng độ bền và khả năng chống mài mòn mà không làm giảm độ dẫn) và Zirconium (cải thiện độ ổn định cấu trúc và khả năng chịu nhiệt cao). Bột kim loại được nung chảy và đông đặc theo từng lớp, cho phép tạo ra các kênh làm mát phức tạp bên trong mũi nhọn và buồng đốt.
Động cơ do Leap71 phát triểnBên cạnh đó, Leap71 còn hợp tác với Viện Công nghệ Laser Fraunhofer để xử lý nhiệt, nâng cao độ bền của kim loại. Công ty Solukon tại Đức cũng tham gia vào việc làm sạch hoàn toàn các bột kim loại thừa trong các khoang bên trong động cơ, một bước quan trọng để tránh tạp chất có thể gây lỗi hoặc nổ. Nhờ kết hợp các công nghệ tiên tiến này, Leap71 đã vượt qua được giới hạn của các phương pháp sản xuất truyền thống. Từ thiết kế, sản xuất đến thử nghiệm, tất cả các giai đoạn đều được tối ưu hóa bởi AI và công nghệ hiện đại, chứng minh rằng ngay cả những thách thức kỹ thuật phức tạp nhất cũng có thể được giải quyết.
Thử nghiệm và triển vọng tương lai
Vào tháng 12 năm 2024, động cơ aerospike của Noyron đã được thử nghiệm tại cơ sở Airborne Engineering ở Westcott, Anh Quốc. Nơi thử nghiệm là một boong-ke từ Thế chiến II, được thiết kế để chịu đựng các vụ nổ nếu có sự cố xảy ra. Động cơ aerospike này được chế tạo nguyên khối, điều này có nghĩa là nhóm nghiên cứu không thể hoàn toàn đảm bảo rằng toàn bộ cấu trúc bên trong đã được thiết kế và sản xuất như kế hoạch.
Thiết kế của Leap71 đã thành công ngay trong lần thử nghiệm đầu tiênĐể chuẩn bị cho thử nghiệm, Leap71 đã hợp tác với nhóm Race 2 Space tại Đại học Sheffield, những người đã đóng vai trò quan trọng trong việc chuẩn bị động cơ cho buổi thử nghiệm. Mặc dù đối mặt với nhiều rủi ro kỹ thuật và một thiết kế hoàn toàn mới, nhóm nghiên cứu đã không ngờ rằng động cơ sẽ thành công ngay trong lần thử nghiệm đầu tiên. Thành công này không chỉ đánh dấu một cột mốc quan trọng đối với Leap71 mà còn mở ra một kỷ nguyên mới cho động cơ aerospike, một thiết kế đã bị coi là bất khả thi trong suốt nhiều thập kỷ qua.
Thành công của động cơ aerospike này không chỉ là một bước tiến lớn trong ngành hàng không vũ trụ mà còn là minh chứng cho tầm nhìn chiến lược của Leap71. Đội ngũ này hiện đang nỗ lực hoàn thiện động cơ aerospike để thử nghiệm vào năm 2025, và trong tương lai xa, có thể sử dụng động cơ này cho các sứ mệnh vũ trụ.
Nguồn: Fast Company
