Kỷ nguyên vũ trụ sẽ không thể bắt đầu nếu thiếu đi tên lửa. Chính nguồn năng lượng khổng lồ từ động cơ tên lửa đã hiện thực hóa giấc mơ đưa con người và tàu vũ trụ bay vào khoảng không vô tận.
"Giáo trình" từ chiến lợi phẩm tên lửa V-2
Tháng 4/1945, khi quân Đồng minh tiến vào vùng núi Harz ở miền trung nước Đức, trong những đường hầm ẩm lạnh của Mittelwerk, họ tìm thấy các bộ phận của V-2 nằm rải rác - động cơ nhiên liệu lỏng, bồn chứa oxy lỏng, hệ thống dẫn đường, thân tên lửa và nhiều linh kiện kỹ thuật khác mà trước đó không lâu vẫn còn là bí mật quân sự của Đức Quốc xã.
V-2, viết tắt của Vergeltungswaffe 2 hay "Vũ khí báo thù số 2", còn có tên kỹ thuật là A-4/Aggregat 4. Đây là tên lửa đạn đạo tầm xa đầu tiên trên thế giới, sử dụng động cơ nhiên liệu lỏng và được thiết kế để mang đầu đạn bay theo quỹ đạo đạn đạo tới mục tiêu. Đức Quốc xã đã cưỡng bức tù nhân trại tập trung làm việc trong điều kiện tàn khốc để sản xuất loại vũ khí này (xây nhà máy nằm sâu trong núi, vận chuyển vật liệu và linh kiện, lắp ráp tên lửa...)
Khoảnh khắc tên lửa V-2 rời bệ phóng số VII tại Peenemünde, Đức, vào ngày 3/10/1942, ghi dấu chuyến bay thành công đầu tiên trong lịch sử. Tên lửa đã đạt tới độ cao 84,5 km. Ảnh: German Federal Archives/Cygni_18; CC BY-SA
Với Mỹ và Liên Xô, chiến lợi phẩm V-2 là câu trả lời cho một bài toán mà cả hai cường quốc đều đang theo đuổi, đó là làm thế nào để chế tạo một tên lửa có thể bay xa hơn pháo binh, cao hơn máy bay, nhanh đến mức gần như không thể bị đánh chặn. Trong Thế chiến II, Đức Quốc xã đã phóng gần 3.000 quả V-2 vào các mục tiêu Đồng minh như London (Anh) và Antwerp (Bỉ).
Sau chiến tranh, chính vũ khí từng gieo rắc kinh hoàng ấy lại trở thành "giáo trình vỡ lòng" đầu tiên cho kỷ nguyên tên lửa hiện đại.
V-2 có thân hình trụ, thon dần về phía đuôi, với bốn cánh đuôi hình chữ nhật cắt góc. Phần đầu tên lửa cũng thuôn nhọn theo dạng ogive, kết thúc bằng một mũi nhọn sắc. Thiết kế cánh đuôi cắt góc nhằm đáp ứng yêu cầu vận chuyển tên lửa quân sự qua các đường hầm đường sắt tiêu chuẩn ở châu Âu.
Khi vận hành, V-2 sử dụng oxy lỏng làm chất oxy hóa và hỗn hợp nhiên liệu gồm 75% cồn cùng 25% nước. Việc pha thêm nước giúp làm mát động cơ khi nhiệt độ trong buồng đốt có thể lên tới khoảng 2.700°C.
V-2 chủ yếu được chế tạo từ các tấm thép mỏng, ghép với nhau bằng mối hàn và đinh tán, đồng thời được gia cường quanh khung gỗ ở một số phân đoạn. Phần chóp mũi là ngòi nổ dùng để kích hoạt đầu đạn chứa khoảng 750 kg thuốc nổ Amatol khi va chạm mục tiêu. Bên dưới đầu đạn là khoang thiết bị, được chia thành bốn phần dành cho các hệ thống dẫn đường, điều khiển, vô tuyến và điện.
Những tòa nhà đổ nát tại Whitechapel (Anh), London, sau trận oanh tạc của tên lửa V-2 đánh vào thành phố ngày 27/3/1945; vụ nổ đã cướp đi sinh mạng của 134 người. Quả tên lửa V-2 cuối cùng rơi xuống London vào cuối ngày hôm đó tại Orpington, khiến một người thiệt mạng. Ảnh: Wikipedia
Chiến dịch tiếp cận đội ngũ kỹ sư thiết kế V-2 của nước Mỹ
Vào thời điểm Đức đang dội tên lửa V-2 xuống một châu Âu tan hoang vì khói lửa, các dòng tên lửa tầm xa của Mỹ vẫn chỉ là bản phác thảo trên bàn. Khi chiến tranh kết thúc vào năm 1945, tên lửa WAC Corporal ra đời, đại diện cho bộ mặt của ngành tên lửa Mỹ. Đây là dòng tên lửa nhiên liệu lỏng cỡ nhỏ do Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực (JPL) phát triển cho Lục quân Mỹ, nhưng sau này được sử dụng rộng rãi để thực hiện nghiên cứu khoa học trong các chuyến bay ngắn dưới quỹ đạo.
WAC Corporal sử dụng một tầng đẩy phụ nhiên liệu rắn gắn kèm để có thể rời khỏi tháp phóng. Tên lửa WAC đầu tiên được phóng tại Bãi thử White Sands, tiểu bang New Mexico vào tháng 10/1945, đạt tới độ cao khoảng 45 dặm (75 km). Các phiên bản cải tiến sau đó đã chạm mốc 60 dặm (100 km).
Sau Thế chiến II, Mỹ đã triển khai một kế hoạch tình báo bí mật mang mật danh Chiến dịch Paperclip, đưa hơn 1.600 nhà khoa học, kỹ sư và kỹ thuật viên từ Đức sang làm việc cho chính phủ Mỹ. Bên cạnh các ứng dụng khoa học và kỹ thuật khác, Chiến dịch Paperclip đã giúp Mỹ tiếp cận chương trình V-2. Vậy là nước Mỹ không chỉ thu giữ được các tên lửa V-2 mà còn tiếp cận được đội ngũ kỹ sư từng thiết kế ra chúng.
Binh lính Mỹ tại lối vào nhà máy Mittelwerk sau khi tiếp quản. Đây là nơi Đức Quốc xã từng dùng để sản xuất V-2. Ảnh: U.S. Air Force photo
Một kỹ sư tên lửa người Đức, được hai nhà sử học Frederick Ordway và Mitchell R. Sharpe trích dẫn trong cuốn sách The Rocket Team (Đội ngũ Tên lửa), đã thẳng thắn cân nhắc các lựa chọn của mình vào tháng 4/1945: "Chúng tôi khinh thường người Pháp, sợ hãi người Liên Xô, và không tin người Anh đủ tiền để nuôi chúng tôi. Vì vậy, lựa chọn duy nhất còn lại là người Mỹ."
Những kỹ sư V-2 gạo cội, tiêu biểu như Wernher von Braun, đã cố vấn cho các kỹ thuật viên của hãng General Electric - những người được giao nhiệm vụ phân loại và lắp ráp lại các linh kiện V-2 tại Bãi thử White Sands, bang New Mexico. Wernher von Braun chính là linh hồn đứng sau chương trình tên lửa V-2 của Đức Quốc xã.
Wernher von Braun (ở giữa, tay đang bó bột) cùng các nhà khoa học và kỹ sư từng phát triển tên lửa V-2, sau khi đầu hàng các sĩ quan Lục quân Mỹ tại Reutte, Áo, ngày 3/5/1945. Ảnh: National Archives, Washington, D.C/Britannica
Nhờ sự cố vấn của các chuyên gia Đức, tên lửa Corporal của Lục quân chính là dòng tên lửa đạn đạo đầu tiên của Mỹ tiệm cận được năng lực của V-2. Lục quân Mỹ bắt đầu đưa dòng Corporal vào sản xuất từ đầu những năm 1950 và sau đó triển khai tại châu Âu cho đến giữa thập niên 1960.
Đồng thời, dòng WAC Corporal cũ đã được cải tiến thành Bumper WAC - một loại tên lửa thăm dò hai tầng, với tầng thứ nhất là tên lửa V-2 và tầng thứ hai là tên lửa WAC. Sự kết hợp này đã tạo nên dòng tên lửa nhiên liệu lỏng hai tầng đầu tiên trên thế giới.
Tháng 7/1950, tên lửa Bumper 8 được phóng lên từ Mũi Canaveral, bang Florida. Đây là một chương trình tên lửa hai tầng đầy tham vọng, tích hợp tên lửa WAC Corporal lên đỉnh của phần thân tên lửa V-2. Ảnh: NASA/U.S. Army/Wikipedia
Không kém cạnh Lục quân, Hải quân Mỹ cũng triển khai những chương trình cải tiến V-2 của riêng mình để phục vụ nhu cầu đại dương và tầng cao. Từ năm 1947, dựa trên mẫu WAC Corporal của Lục quân, các kỹ sư Hải quân đã chế tạo dòng Aerobee. Khởi đầu là một dự án nghiên cứu của Phòng Thí nghiệm Vật lý Ứng dụng thuộc Đại học Johns Hopkins, nhưng những nâng cấp sau đó đã cho ra đời cả một dòng tên lửa thăm dò Aerobee phục vụ cho cả mục đích quân sự lẫn dân sự, với hơn 1.000 quả được phóng trong giai đoạn từ 1947 đến 1985.
Bên cạnh Aerobee, Hải quân Mỹ còn sở hữu tên lửa Viking do Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Mỹ (NRL) phát triển. Đây là loại tên lửa thăm dò để vừa phục vụ nhu cầu nghiên cứu, vừa giúp các kỹ sư tích lũy kinh nghiệm thiết kế và chế tạo tên lửa cỡ lớn. Từ năm 1949 đến năm 1957, tổng cộng 14 tên lửa Viking đã được chế tạo và phóng thử để kiểm tra các tính năng khác nhau và mang theo các thiết bị đo lường lớn hơn. Thiết kế của Viking có những cải tiến quan trọng về hệ thống điều khiển, cấu trúc và hệ thống đẩy. Đặc biệt, không có hai quả tên lửa Viking nào hoàn toàn giống nhau.
Tên lửa Viking chủ yếu được sử dụng để nghiên cứu tầng thượng quyển - nơi ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thống thông tin liên lạc vô tuyến tầm xa. Bên cạnh đó, Phòng thí nghiệm NRL cũng tiến hành một nghiên cứu và phóng thử nghiệm để đánh giá tiềm năng biến Viking thành một tên lửa đạn đạo chiến thuật.
Bức ảnh ghi lại khoảnh khắc Hải quân Mỹ phóng tên lửa Viking 4 vào ngày 11/5/1950, ngay trên boong tàu USS Norton Sound (AV-11) tại vùng biển Thái Bình Dương gần Xích đạo. Quả tên lửa Viking nặng 5 tấn này đã mang theo 227 kg thiết bị khoa học lên tới độ cao 171 km nhằm thu thập dữ liệu về tia vũ trụ. Ảnh: U.S. Navy/Wikipedia
Liên Xô không cam chịu Mỹ nẫng tay trên người tài
Liên Xô đã thu giữ các quả tên lửa V-2 khi chiến tranh kết thúc và dự định sử dụng chúng để phát triển công nghệ tên lửa quy mô lớn của riêng mình. Tuy nhiên, khi Hồng quân tiếp quản nhiều cơ sở ở miền đông nước Đức, phần lớn nhân sự chủ chốt và tài liệu tốt nhất đã lọt vào tay Mỹ hoặc chạy sang phía vùng kiểm soát của Mỹ ở phía tây.
Một trong những người thất vọng nhất lúc bấy giờ có Boris Chertok, kỹ sư hàng không vũ trụ 33 tuổi. Nhiệm vụ của ông là tìm kiếm và đánh giá các công nghệ của Phát xít Đức, đặc biệt là V-2. Khi nhận ra Mỹ đã nẫng tay trên các nhân tài từ Đức, ông và các đồng nghiệp đã cố thuyết phục họ về phe Liên Xô.
Các đặc phái viên của ông đã mạo hiểm đi vào vùng kiểm soát của Mỹ, tiếp cận các chuyên gia tên lửa và đưa ra những đặc quyền, phúc lợi nếu về phe Liên Xô. Một số đã bị thuyết phục, trong đó có Helmut Gröttrup, nhà vật lý tài năng và là chuyên gia đầu ngành về hệ thống điều khiển bay của V-2.
Helmut Gröttrup đang giải thích các nguyên lý cơ bản của tên lửa (năm 1958). Trong Thế chiến II, ông làm việc trong chương trình tên lửa V-2 của Đức dưới sự chỉ đạo của Wernher von Braun. Từ năm 1946 đến năm 1950, ông đứng đầu nhóm các nhà khoa học Đức làm việc cho chương trình tên lửa của Liên Xô dưới sự chỉ đạo của Sergei Korolev. Ảnh: Wikipedia
Như vậy, Liên Xô gom số chuyên gia còn lại, dựng lại dây chuyền, đưa người Đức sang các viện bí mật và bắt đầu bằng cách sao chép và cải tiến V-2. Vào năm 1947, Liên Xô đã phóng thành công quả tên lửa V-2 đầu tiên được lắp ráp từ các linh kiện của Đức. Một năm sau đó, quốc gia này tiếp tục phóng tên lửa V-2 đầu tiên do chính họ tự sản xuất trong nước. Liên Xô đặt tên phiên bản này là tên lửa R-1.
Quả tên lửa V-2 (lắp ráp từ linh kiện thu giữ của Đức) được vận chuyển đến bãi phóng trên một rơ-moóc xe tải. Thiết bị này được Liên Xô phóng vào ngày 18/10/1947 từ bãi thử Kapustin Yar; đạt tầm bay 206,7 km và bị lệch sang trái 30 km. Ảnh: Wikipedia
Dựa trên V-2, các kỹ sư Liên Xô tiếp tục phát triển nhiều loại tên lửa thăm dò và tên lửa hành trình khác nhau. Họ từng bước tăng lực đẩy của động cơ, mở rộng kích thước thân tên lửa và tích hợp bồn chứa nhiên liệu trực tiếp vào phần vỏ ngoài. Những cải tiến kỹ thuật này đã cải thiện tầm bắn của tên lửa. R-5, dòng tên lửa cuối cùng của Liên Xô dựa trên công nghệ V-2, đã đạt được tầm bắn lên tới 750 dặm (1.200 km).
Tên lửa đạn đạo liên lục địa châm ngòi cho cuộc đua vũ trụ
Những bước tiến vượt bậc về công nghệ dần dẫn đến sự ra đời của tên lửa đạn đạo liên lục địa (ICBM). Với vận tốc di chuyển nhanh gấp ít nhất 5 lần tốc độ âm thanh (tốc độ siêu thanh) và hoạt động hoàn toàn độc lập không cần tín hiệu điều khiển từ mặt đất, ICBM lúc bấy giờ được xem là "vũ khí tối thượng".
Từ năm 1954 đến năm 1957, nhà thiết kế tên lửa huyền thoại của Liên Xô, Sergei Korolëv, đã dẫn dắt dự án phát triển R-7 - dòng tên lửa ICBM đầu tiên trên thế giới. Sau lần thử nghiệm bay thành công vào tháng 8/1957, R-7 đã chứng minh được sức mạnh vượt trội của mình. Nó đủ sức mang đầu đạn hạt nhân vươn tới nước Mỹ, và cũng đủ khả năng đưa một tàu vũ trụ tiến thẳng vào quỹ đạo.
R-7 trên tem Nga phát hành năm 2004. Ảnh: Wikipedia
Trong lúc đó, Mỹ cũng bắt đầu quan tâm hơn đến các dòng tên lửa đạn đạo tầm xa. Quan điểm của giới chức Mỹ đã thay đổi rõ rệt, đặc biệt là sau khi ghi nhận những bước tiến mới trong năng lực hạt nhân. Đến năm 1953, các nhà thiết kế vũ khí Mỹ đã tìm ra giải pháp giúp bom khinh khí (bom H) nhỏ gọn và nhẹ hơn rất nhiều. Điều này đồng nghĩa với việc một quả tên lửa ICBM không cần phải có kích thước quá khổng lồ như những tính toán trước đây. Vụ thử nghiệm hạt nhân mang mật danh "Bravo" tại Nam Thái Bình Dương vào năm 1954 đã chứng minh tính khả thi của thiết kế bom H thế hệ mới này.
Đầu năm 1954, một báo cáo tối mật trình lên Không quân Mỹ đã đánh giá lại tiềm năng của tên lửa đạn đạo. Ủy ban Đánh giá Tên lửa Chiến lược lo ngại rằng Liên Xô có thể đang đi trước Mỹ trong cuộc đua tên lửa đạn đạo tầm xa, từ đó khuyến nghị Không quân cần đặt việc phát triển tên lửa vào danh mục "ưu tiên cực kỳ cao". Kỷ nguyên của ICBM đã cận kề.
Trong khuôn khổ "Năm Địa vật lý Quốc tế 1957-1958" (International Geophysical Year) - một chiến dịch toàn cầu nhằm nghiên cứu về Trái Đất - cả Mỹ và Liên Xô đều lần lượt đơn phương tuyên bố kế hoạch đưa vệ tinh khoa học của riêng mình lên quỹ đạo. Ban đầu, Lục quân Mỹ đề xuất phóng vệ tinh đầu tiên của nước này bằng một tên lửa đạn đạo Redstone cải tiến. Tuy nhiên, vì các lý do kỹ thuật và cũng để nhấn mạnh mục đích hòa bình của việc chinh phục không gian, Vanguard - một dòng phương tiện mới được phát triển từ tên lửa nghiên cứu - đã được lựa chọn thay thế.
Một kỹ thuật viên đang hoàn tất những bước kiểm tra cuối cùng trên vệ tinh Sputnik trước khi nó được phóng lên quỹ đạo. Ảnh: NASA
Thế nhưng, vào ngày 4/10/1957, một tên lửa ICBM của Liên Xô phóng thành công vệ tinh Sputnik lên quỹ đạo, chính thức mở ra Kỷ nguyên Vũ trụ.
Chính phủ Mỹ bị bất ngờ, và sự kiện này cũng làm chấn động cả thế giới, khiến mọi người nghĩ rằng nước Mỹ đang hụt hơi trước Liên Xô về khoa học và công nghệ. Những thất bại liên tiếp trong các vụ phóng sau đó của Mỹ càng làm hằn sâu thêm định kiến này. Cuộc cạnh tranh vốn bắt đầu từ mục đích quốc phòng và quân sự nhằm chế tạo các loại tên lửa mới, giờ đây chuyển mình thành một cuộc đua giành vị thế thống trị trong không gian.
Trái với thành công của Sputnik, việc tên lửa Vanguard của Mỹ phát nổ ngay trên bệ phóng vào ngày 6/12/1957 như một gáo nước lạnh, càng khiến dư luận đổ dồn sự chú ý vào sự vượt trội của Liên Xô.
Thành công đầu tiên của nước Mỹ trong không gian chỉ đến vào ngày 31/1/1958, khi vệ tinh Explorer 1 được phóng lên bằng tên lửa Jupiter-C của Lục quân - một phiên bản cải tiến từ tên lửa đạn đạo Redstone.
Cú nổ tung ngay trên bệ phóng của Vanguard TV-3 tại Cape Canaveral ngày 6/12/1957. Ảnh: U.S. Navy/NASA/Wkipedia
Thế nhưng, vào tháng Hai cùng năm, nỗ lực thứ hai của Mỹ nhằm phóng vệ tinh Vanguard đã thất bại. Cú vấp ngã liên tiếp này khiến dư luận và giới chính trị Mỹ không còn giữ được bình tĩnh. Họ ráo riết chất vấn chính phủ vì sao lại để thua Liên Xô ngay ở vạch xuất phát của kỷ nguyên không gian.
Trước sức ép, Tổng thống Eisenhower và Quốc hội Mỹ đã quyết định thành lập Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia (NASA). Một chương mới của ngành hàng không vũ trụ Mỹ đã được mở ra.
Việt Anh tổng hợp
---
Nguồn tham khảo:
The Military Rockets that Launched the Space Age, National Air and Space Museum.
https://airandspace.si.edu/stories/editorial/military-rockets-launched-space-age
The Rest of the Rocket Scientists, Smithsonian Magazine.
https://www.smithsonianmag.com/air-space-magazine/the-rest-of-the-rocket-scientists-4376617/
Missile, Surface-to-Surface, V-2 (A-4), Smithsonian.
https://www.si.edu/object/missile-surface-surface-v-2-4%3Anasm_A19600342000?