Nhiên liệu hỗn hợp dễ sử dụng và ít độc hại
Hệ thống tên lửa đẩy của Tàu SpaceShipOne đã sử dụng Ôxyt nitrô (N2O) và một hợp chất cao su có tên HTPB (Hydroxy-Terminated Polybutadiene) chất này khá ổn định và dễ tồn trữ. Người ta trộn HTPB với N2O thành một hỗn hợp cho tên lửa có động cơ sử dụng nhiên liệu rắn. Điều quan trọng là nhiên liệu này phải tạo đủ sức đẩy để đưa phi thuyền hay hoả tiễn đến một độ cao vượt khỏi lực hút của quả đất.
Ngày 21/6/2004 chuyến bay đầu tiên của SpaceShipOne đã thành công và ngày 4/10/2004 đoạt Giải Ansari X Prize với giá trị 10.000.000 USD. Đây là một giải có điều kiện như sau: phi thuyền của cá nhân hay tổ chức tư nhân; có người điều khiển, phải đạt độ cao 100 km; và chuyến thứ hai phải bay sau chuyến thứ nhất không quá 2 tuần.
Jim Benson, Nhà sáng lập và điều hành SpaceDev, Công ty quản lý SpaceShipOne đặt căn cứ tại Poway, California cho biết: động cơ tên lửa hỗn hợp (Hybrid Rocket Engine) này ổn định và không thải các chất độc hại. Công ty có nhiệm vụ nạp những nguyên liệu chính cho động cơ hỗn hợp của Tàu SpaceShipOne; đây là loại nhiên liệu pha trộn giữa nhiêu liệu đặc và lỏng truyền thống.
Nhiên liệu cho tên lửa gồm 2 phần: nhiên liệu và chất oxy hóa (Oxidizer), hai chất này trộn lẫn vào nhau giúp động cơ dễ dàng đốt cháy. HTPB là cao su nhân tạo (một chất chính làm vỏ xe hơi) và N2O được đưa vào một buồng đốt cao 2,4 mét. HTPB được xem như nhiên liệu chính và N2O được xem là chất oxy hóa.
Chất độc ít, sức đẩy mạnh
Theo qui ước, nhiên liệu có thể được trộn sẵn như tên lửa nhiên liệu rắn (loại tên lửa đẩy của tàu con thoi). Hoặc hai bồn chứa nhiên liệu lỏng hydro và oxy được bơm vào ngay trước giờ phóng. Cả hai loại động cơ trên có nhược điểm là nhiên liệu dễ bay hơi hoặc không quản lý được khí thải độc hại.
Greg Zillac, Nhà nghiên cứu loại động cơ hỗn hợp của NASA tại Trung tâm nghiên cứu Ames ở Moffett bang California, trước đây chuyên nghiên cứu về sử dụng paraphin làm nhiên liệu cho tên lửa đẩy; cho biết: nhiên liệu này không gây nổ, có thể vận chuyển bằng các phương tiện bình thường. Chất HTPB được SpaceDev nghiên cứu có tính ổn định, pha chế dễ dàng, lưu trữ an toàn hơn các nguyên liệu khác. Chứa trong những thùng rẻ tiền có dung tích 5 gallon (19 lít), áp suất không thay đổi và dễ bơm vào buồng đốt. Ngoài ra loại động cơ này đang được giới thiệu là động cơ tương đối sạch vì nó chỉ thải ra hơi nước, carbon dioxide, carbon monoxide và nitrogen. Trong khi đó, loại tên lửa đẩy nhiên liệu rắn với nguyên liệu gồm ammonium, muối perchlorate (muối của acide perclorite HClO4) và bột nhôm, chất thải ra độc hại hơn và thời gian phân hủy cũng dài hơn.
Động cơ hỗn hợp sử dụng nhiên liệu gốc cao su có khuynh hướng cháy chậm hơn so với nhiên liệu rắn; điều này cũng ảnh hưởng đến sức đẩy của động cơ. Tuy vậy SpaceDev cũng nghiên cứu thêm một vài chất phụ gia rắn để khắc phục nhược điểm này. Hiện nay hỗn hợp HTPB đang là chất bí mật, vì SpaceDev phải phát triển nguyên liệu này để vượt các đối thủ cạnh tranh với các loại động cơ tên lửa qui ước.
Động cơ của tương lai
Zilliac cho biết chuyến bay SpaceShipOne thành công sẽ làm thúc đẩy sự nghiên cứu và phát triển loại động cơ hỗn hợp, nhất là trong lĩnh vực không gian. Hiện nay loại động cơ chủ yếu sử dụng nguyên liệu có gốc hydrazine đang chiếm lĩnh. Hydrazine là một chất lỏng hoá học có công thức N2H4 sử dụng làm nguyên liệu cho động cơ tên lửa, cũng giống như ammonia đây là một chất không bền vững. Ông cho biết thêm hydrazine dễ nổ, độc tố cao và mỗi lần nạp nhiên liệu rất khó, do đó sự lựa chọn nhiên liệu cho động cơ hỗn hợp là sự lựa chọn tất nhiên.
SpaceDev đã hợp tác với Phòng thí nghiệm nghiên cứu không quân (Air Force Research Laboratory) để phát triển động cơ giai đoạn 2 trong ứng dụng đẩy những vật thể nhỏ bay xung quanh trái đất; bay lên các quỹ đạo cao hay thấp tùy theo yêu cầu. Công ty cũng đang nghiên cứu một chương trình riêng về các cuộc phóng tên lửa có tên Streaker bằng động cơ hỗn hợp .
Nguồn: Fuels, 1/2006