Tàu X-37B thử nghiệm sợi Zylon cho hệ thống hạ cánh HIAD lên sao Hỏa

Kỹ sư kiểm tra mô hình trình diễn công nghệ LOFTID của NASA, sử dụng vật liệu Zylon trong các dây đai webbing. (Ảnh: NASA)

Tàu vũ trụ X-37B của Lực lượng Vũ trụ Mỹ mang theo mẫu vật liệu có thể một ngày nào đó hỗ trợ NASA hạ cánh hàng hóa và phi hành đoàn lên sao Hỏa.

Tàu X-37B đã [phóng chuyến thứ tám] vào ngày 21 tháng 8 trên một tên lửa SpaceX Falcon 9 từ Trung tâm Vũ trụ Kennedy ở Florida. Trên khoang tàu có nhiều thí nghiệm, bao gồm hệ thống truyền thông bằng laser và “cảm biến quán tính lượng tử hiệu suất cao nhất từng được thử nghiệm trong không gian”, theo Lực lượng Vũ trụ Mỹ. Cảm biến này là một giải pháp thay thế chính xác và bền bỉ hơn GPS, cho phép tàu định vị ngay cả trong môi trường không có GPS.

Nhưng trong số hai công nghệ mới nổi đó, X-37B còn mang theo một thí nghiệm có tiềm năng cách mạng khác. Trên khoang tàu bí mật là một dải webbing gọi là Zylon, một polymer tổng hợp siêu bền được phát triển bởi SRI International. Webbing Zylon đang được xem xét để làm dây đai cho Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerator (HIAD) của NASA, một vỏ khí động học dạng đĩa bay có thể được sử dụng để hạ cánh phi hành đoàn và hàng hóa trên sao Hỏa.

Với kế hoạch thúc đẩy khám phá Mặt Trăng và sao Hỏa, các công nghệ như HIAD có thể trở thành then chốt trong chiến lược của NASA — cũng như nhu cầu về vật liệu đảm bảo hoạt động theo thiết kế.

“Chúng tôi đang nghiên cứu cách công nghệ HIAD có thể giúp đưa con người đến sao Hỏa. Chúng tôi muốn xem xét tác động của việc tiếp xúc lâu dài với không gian — như thể vật liệu Zylon sẽ trải qua một nhiệm vụ tiềm năng kéo dài từ sáu đến chín tháng đến sao Hỏa,” Robert Mosher, trưởng nhóm vật liệu và quy trình HIAD tại Trung tâm Nghiên cứu Langley của NASA, cho biết trong một [tuyên bố của cơ quan]. “Chúng tôi muốn chắc chắn rằng biết cách bảo vệ những vật liệu cấu trúc đó về lâu dài.”

Vỏ khí động học dạng đĩa bay như HIAD có thể giúp tàu lớn, tàu thăm dò hoặc các thiết bị khác hạ cánh qua bầu khí quyển của các hành tinh hay mặt trăng như Titan, theo NASA. Đó là nơi vật liệu như Zylon phát huy vai trò.

Zylon được xem để dùng làm các dây đai giữ vỏ HIAD lại và phân bổ tải trọng đồng đều khắp cấu trúc. Nhưng các nhà khoa học cần biết cách vật liệu phản ứng với môi trường khắc nghiệt của chuyến bay không gian dài hạn trước khi NASA đưa nó lên sao Hỏa hoặc xa hơn.

Để đánh giá, X-37B mang theo nhiều mẫu Zylon trong các hộp chứa, một số được gắn cảm biến nhiệt độ và độ ẩm. Các mẫu được đóng gói theo hai kỹ thuật: một cách được cuộn chặt, một cách thì nhồi vào, NASA viết trong tuyên bố mô tả thí nghiệm.

“Thông thường, chúng tôi đóng gói vỏ khí động học HIAD giống như gói dù, nên chúng được nén,” Mosher nói. “Chúng tôi muốn xem có khác biệt gì giữa vật liệu cuộn chặt và nhồi vật liệu như bạn thường thấy trên một HIAD hay không.”

Robert Mosher, trưởng nhóm vật liệu và quy trình HIAD tại Langley, cầm một mảnh webbing Zylon — thành phần của các dây đai HIAD. (Ảnh: NASA/Joe Atkinson)

Tàu X-37B là một tàu bay vũ trụ tái sử dụng, cho phép các nhà khoa học gửi vật liệu và thí nghiệm lên không gian rồi nghiên cứu khi chúng trở về Trái Đất. Mosher và các nhà khoa học NASA khác sẽ so sánh mẫu Zylon bay trong không gian với mẫu giữ lại trên Trái Đất để phân tích xem vật liệu đã bị suy giảm hay thay đổi thế nào trong môi trường không gian.

“Cơ hội để vật liệu Zylon tiếp xúc với không gian trong thời gian dài sẽ bắt đầu cung cấp dữ liệu về việc đóng gói lâu dài cho HIAD,” Mosher nói.

NASA đã thử nghiệm một nguyên mẫu HIAD. Vào ngày 10 tháng 11 năm 2022, một tên lửa ULA Atlas V đã [phóng] nguyên mẫu công nghệ HIAD có tên LOFTID (Low-Earth Orbit Flight Test of an Inflatable Decelerator).

Sau khi LOFTID tách khỏi tầng trên Centaur, nó phình ra ở độ cao khoảng 125 km và [thành công tái nhập khí quyển Trái Đất], hạ cánh xuống Thái Bình Dương cách Hawaii khoảng 800 km.

Tác động tiềm năng tại Việt Nam

Việc nghiên cứu và phát triển vật liệu Zylon cho hệ thống hạ cánh HIAD mở ra cơ hội lớn cho ngành công nghiệp vũ trụ và vật liệu tại Việt Nam. Với tiềm năng sử dụng trong các ứng dụng chịu tải cao và khắc nghiệt, các viện nghiên cứu và trường đại học Việt Nam có thể đẩy mạnh hợp tác quốc tế để thử nghiệm polymer mới. Bên cạnh đó, cơ hội đào tạo nguồn nhân lực chuyên sâu về vật liệu bay và khí động học cũng sẽ gia tăng, đáp ứng nhu cầu phát triển các dự án công nghệ cao trong nước. Sự hấp dẫn từ các thí nghiệm trên quỹ đạo như X-37B sẽ khuyến khích doanh nghiệp nội địa đầu tư vào R&D, từ đó thúc đẩy thị trường vật liệu chịu nhiệt, chịu lực và bền bỉ cho cả ứng dụng công nghiệp lẫn du hành vũ trụ.