Blue Origin's New Glenn rocket explosion linked to methane fuel ignition

Vụ nổ tên lửa New Glenn của Blue Origin hôm 28/5 cho thấy methane trong thùng nhiên liệu đã bốc cháy bằng cách nào đó, dẫn đến vụ nổ lớn đến mức có thể nhìn thấy từ cách bệ phóng hàng chục kilomet. Đến nay công ty chưa tiết lộ nguyên nhân sự việc, song dư luận vẫn đặt câu hỏi vì sao tên lửa dùng methane có thể phát nổ.

Hiện những tên lửa khổng lồ của SpaceX và Blue Origin đều sử dụng nhiên liệu là methane (CH₄), hợp chất hydrocarbon có cấu tạo hóa học gồm một nguyên tử carbon và 4 nguyên tử hydro ở xung quanh. Theo Ryan C. Fortenberry, phó giáo sư hóa học ở Đại học Mississippi, methane có những ưu điểm và nhược điểm riêng khi dùng làm nhiên liệu tên lửa.

Trong chương trình Apollo (1961-1972) ở Mỹ, trên các tên lửa vũ trụ có người lái đời đầu và thậm chí ở động cơ chính của tàu con thoi, nhiên liệu đẩy chính được sử dụng là khí hydro vì nó rất nhẹ và phản ứng cực kỳ hiệu quả với oxy, tạo ra năng lượng lớn. Do quá nhỏ, phân tử hydro có thể thấm qua thành của hầu hết thùng nhiên liệu. Để khắc phục vấn đề này, hydro phải được hóa lỏng sau khi làm lạnh tới -250 độ C. Việc đổ đầy hydro lỏng vào thùng nhiên liệu của tên lửa cũng mất nhiều thời gian do cần tiến hành chậm rãi để tránh làm nghẽn đường ống dẫn nhiên liệu.

Nhằm giải quyết những khó khăn trên, cả hai công ty hàng không vũ trụ là SpaceX và Blue Origin đều chọn methane thay vì hydro lỏng làm nhiên liệu cho tên lửa Starship và New Glenn. Theo Conversation, dù methane vẫn cần làm lạnh sâu và hóa lỏng, quá trình hạ nhiệt tới -162 độ C đỡ tốn kém hơn nhiều so với mức -250 độ C của hydro. Phân tử methane cũng lớn hơn nhiều so với phân tử hydro nên không bị rò rỉ qua thùng chứa và đường dẫn nhiên liệu, dễ vận chuyển và đổ vào thùng nhanh chóng hơn. Kết quả là toàn bộ tên lửa có thể tái sử dụng khiến quá trình phóng trở nên rẻ hơn.

Theo ACS Omega, về bản chất, methane vẫn là một loại hydrocarbon phản ứng mạnh với oxy nếu không kiểm soát đúng cách. Trong động cơ tên lửa, phản ứng này được điều hướng qua vòi phun để tạo ra lực đẩy. Nếu nhiên liệu bốc cháy mất kiểm soát, năng lượng đó sẽ biến thành một vụ nổ phá hủy. Loại tai nạn này không hiếm gặp trong ngành hàng không vũ trụ và SpaceX cũng từng trải qua một số vụ nổ tương tự trong quá trình phát triển tên lửa Starship. Zhuque-2, tên lửa quỹ đạo sử dụng methane đầu tiên trên thế giới do Trung Quốc chế tạo, cũng không thể tới quỹ đạo mục tiêu trong chuyến bay đầu tiên vào ngày 14/12/2022 và phát nổ sau khi rời bệ phóng.

Sử dụng methane làm nhiên liệu đẩy tên lửa có thể dẫn tới sự cố nghiêm trọng do một số thách thức về mặt vật lý và vận hành. Methane có khả năng cháy cực cao, dễ bắt lửa với rất ít năng lượng và có phạm vi cháy rộng. Chỉ cần một tia lửa nhỏ trong môi trường giàu oxy cũng đủ tạo ra hỗn hợp nổ.Việc duy trì nhiệt độ lạnh sâu đòi hỏi kiểm soát áp suất nghiêm ngặt. Nếu van, nắp bịt, hoặc bồn chứa bị rò rỉ, methane có thể phát nổ, tạo thành một quả cầu lửa lớn. Các động cơ methane tiên tiến hoạt động ở áp suất và nhiệt độ cực kỳ cao để tối đa hóa hiệu suất, có thể gây ra tình trạng không ổn định trong quá trình đốt cháy, phá hủy động cơ từ bên trong.