Ngày 12/6, SpaceX (mã SPCX) niêm yết trên Nasdaq, đạt vốn hóa hơn 2.000 tỷ USD ngay trong phiên đầu tiên. Đằng sau cột mốc tài chính này là bài toán kỹ thuật then chốt: làm sao để Starship chịu được nhiệt độ bề mặt vượt 1.400°C khi lao vào khí quyển Trái Đất ở tốc độ 28.000 km/h?

Tại sao tái nhập khí quyển nóng đến vậy?

Khi một vật thể lao vào bầu khí quyển ở tốc độ siêu thanh, nó nén không khí phía trước tạo thành sóng xung kích. Khối khí bị nén nóng lên đột ngột, nhiệt độ ở mũi tàu có thể vượt 1.650°C. Đây không phải ma sát như nhiều người lầm tưởng, mà là hiệu ứng nén khí đoạn nhiệt: năng lượng động năng khổng lồ chuyển thành nhiệt năng trong lớp khí mỏng bao quanh tàu.

Lớp phòng thủ đầu tiên: Thép không gỉ

SpaceX chọn thép không gỉ 304L làm vật liệu chính cho thân tàu, quyết định gây bất ngờ vì phần lớn tên lửa dùng hợp kim nhôm hoặc vật liệu sợi carbon. Thép không gỉ có điểm nóng chảy khoảng 1.450°C, cao hơn đáng kể so với hợp kim nhôm (660°C). Quan trọng hơn, thép giữ được phần lớn độ bền cấu trúc ở 800°C, trong khi sợi carbon mất gần hết sức chịu lực ở nhiệt độ tương tự. Thêm vào đó, thép không gỉ rẻ hơn nhiều lần và dễ gia công, phù hợp với triết lý sản xuất nhanh của SpaceX.

Lớp thứ hai: Tấm gốm lục giác

Mặt bụng Starship, nơi chịu nhiệt trực tiếp khi tái nhập, được phủ hàng nghìn tấm gốm chịu nhiệt hình lục giác. Mỗi tấm có khả năng cách nhiệt rất cao: Bề mặt ngoài có thể đạt 1.400°C, trong khi mặt trong chỉ ở mức vài trăm độ C. Hình lục giác không được chọn ngẫu nhiên. Cấu trúc này phân bố ứng suất nhiệt đều hơn hình vuông, nhờ đó giảm nguy cơ nứt vỡ ở các góc. Nếu một tấm hỏng, các tấm xung quanh vẫn bảo vệ được vùng lân cận nhờ hình dạng khớp chặt tự nhiên.

Gốm chịu nhiệt hoạt động theo nguyên lý dẫn nhiệt cực thấp kết hợp với độ phát xạ nhiệt cao. Nói đơn giản, tấm gốm hấp thụ nhiệt ở bề mặt ngoài nhưng bức xạ phần lớn nhiệt năng trở lại không gian thay vì truyền vào thân tàu. Đồng thời, gốm dẫn nhiệt rất chậm qua bề dày vật liệu, nên mặt trong vẫn mát hơn nhiều so với bề mặt tiếp xúc trực tiếp với luồng khí nóng.

So sánh với tàu con thoi

Tàu con thoi của NASA dùng hơn 24.000 tấm gốm hình vuông, mỗi tấm được cắt riêng theo hình dạng bề mặt tại vị trí lắp đặt. Quy trình bảo trì sau mỗi chuyến bay mất hàng tháng. Starship thay đổi triệt để cách tiếp cận: tấm lục giác tiêu chuẩn hóa, có thể thay thế nhanh bằng robot, phù hợp với mục tiêu tái sử dụng tên lửa nhiều lần mỗi tuần mà SpaceX đặt ra.

Hệ thống chắn nhiệt hai lớp, kết hợp thép chịu nhiệt với gốm cách nhiệt, là yếu tố then chốt giúp Starship tiến từ giai đoạn thử nghiệm tới mục tiêu trở thành phương tiện vận tải vũ trụ thương mại, qua đó mở đường cho tham vọng đưa con người lên Sao Hỏa.