Trong cuộc đua trở lại Mặt trăng của thế kỷ 21, một câu hỏi cốt lõi đặt ra cho các kỹ sư là điều gì xảy ra nếu động cơ chính gặp sự cố? Trung Quốc và Mỹ đang tiếp cận bài toán này theo hai hướng hoàn toàn khác biệt.

Theo báo South China Morning Post ngày 14-6, từ chương trình Apollo những năm 1960 đến chương trình Artemis với con tàu Orion, thiết kế của Mỹ luôn dựa vào một động cơ chính công suất lớn.

Trong giai đoạn hạ cánh, động cơ này kiểm soát quá trình từ quỹ đạo Mặt trăng xuống bề mặt. Khi cất cánh, nó cũng là cách thức duy nhất đưa phi hành gia trở về. Nếu động cơ này gặp trục trặc, hệ thống gần như không có phương án dự phòng.

Một nghiên cứu công bố trên tạp chí Khoa học và Công nghệ vũ trụ Trung Quốc hồi tháng 3 nhận định thiết kế này "tiềm ẩn những điểm yếu chí mạng".

Ngược lại, tàu đổ bộ Mặt trăng của Trung Quốc sử dụng bốn động cơ chính có thể điều chỉnh lực đẩy, tạo tổng lực hơn 30 kilonewton.

Theo nhóm nghiên cứu tại một phòng thí nghiệm quốc gia ở Thượng Hải (Trung Quốc), ngay cả khi một động cơ ngừng hoạt động, ba động cơ còn lại vẫn đủ khả năng duy trì lực đẩy tương đương toàn bộ hệ thống của tàu Orion.

Dù cấu hình bốn động cơ tối ưu hơn, không phải quốc gia nào cũng có thể áp dụng do hạn chế về khối lượng. 

Nhiều động cơ hơn đồng nghĩa với khối lượng lớn hơn - một thách thức không nhỏ trong thiết kế tàu vũ trụ.

Để khắc phục, Trung Quốc phát triển bồn chứa nhiên liệu có vách ngăn chung. Lần đầu tiên trên tàu vũ trụ chở người sử dụng hệ thống cấp nhiên liệu bằng áp suất, Bắc Kinh áp dụng loại bồn cho phép chất oxy hóa và nhiên liệu dùng chung một vách ngăn.

Thiết kế này giúp loại bỏ phần cấu trúc dư thừa, tiết kiệm hàng trăm kg và giải phóng không gian để lắp đặt thêm động cơ.

Để sao chép thiết kế này, bất kỳ quốc gia nào cũng phải làm chủ công nghệ kiểm soát áp suất tự động trong điều kiện an toàn khắt khe, đồng thời đảm bảo đồng bộ lực đẩy giữa nhiều động cơ - bài toán phức tạp theo cấp số nhân với mỗi động cơ thêm vào.

Phương tiện được Mỹ kỳ vọng đưa con người đáp xuống Mặt trăng là hệ thống Starship của Công ty SpaceX - được làm bằng thép không gỉ và cao tới 50m.

Dù đầy tham vọng, nhiều chuyên gia cho rằng việc hạ cánh một cấu trúc cao như vậy xuống bề mặt Mặt trăng là một bài toán vật lý cực kỳ phức tạp, đồng nghĩa với rủi ro lớn đối với bất kỳ ai trên khoang.

Chương trình Artemis của Mỹ cũng từng gặp sự cố rò rỉ nitơ và hư hại lớp phủ tấm chắn nhiệt trong các chuyến bay thử nghiệm - những lỗi có thể gây hậu quả chết người.

Dù vậy, áp lực phải trở lại Mặt trăng trước Trung Quốc của Mỹ là vô cùng lớn và ngày càng gia tăng.

Trung Quốc cho phi hành gia sống một năm ngoài không gian, chạy đua với Mỹ lên Mặt trăng

Sứ mệnh Thần Châu-23 dự kiến phóng tối 24-5 được xem là bước thử nghiệm quan trọng trong kế hoạch đặt chân lên Mặt trăng trước năm 2030 của Trung Quốc.