Cách đây 100 năm, vào ngày 16-3-1926, tại một cánh đồng phủ tuyết ở bang Massachusetts, một vật thể nhỏ bé bằng kim loại rung lên, phun ra ngọn lửa và lao khỏi mặt đất. Nó chỉ bay trong khoảng hai giây rưỡi, đạt độ cao chưa đầy 13 mét rồi rơi xuống cách điểm phóng vài chục mét. Đối với người chứng kiến, đó có thể chỉ là một thử nghiệm kỳ lạ. Nhưng với lịch sử khoa học, chuyến bay ngắn ngủi ấy đã mở ra kỷ nguyên tên lửa nhiên liệu lỏng — nền tảng của toàn bộ ngành du hành vũ trụ hiện đại.
Người đứng sau vụ phóng là Robert H. Goddard, một nhà khoa học người Mỹ sinh năm 1882. Ông thường được xem là một trong ba người đặt nền móng cho khoa học tên lửa hiện đại, cùng với Hermann Oberth ở Đức và Konstantin Tsiolkovsky ở Nga. Nhưng khác với nhiều nhà lý thuyết cùng thời, Goddard không chỉ viết ra các ý tưởng. Ông trực tiếp thiết kế, chế tạo và thử nghiệm những cỗ máy của mình. Tên lửa nhiên liệu lỏng đầu tiên trong lịch sử, được phóng ngày 16-3-1926 tại thị trấn Auburn, chính là kết quả của những nỗ lực đó.
Theo tiêu chuẩn ngày nay, chuyến bay này có vẻ không ấn tượng. Tên lửa chỉ bay lên hơn 12 mét trước khi rơi trở lại mặt đất. Nhưng điều quan trọng là nó chứng minh một ý tưởng táo bạo: một tên lửa sử dụng nhiên liệu lỏng hoàn toàn có thể hoạt động và được kiểm soát. Từ nguyên lý đó, toàn bộ công nghệ tên lửa hiện đại — từ các tên lửa đẩy đưa vệ tinh lên quỹ đạo cho đến những cỗ máy khổng lồ đưa con người lên Mặt trăng — mới có thể ra đời.
Từ giấc mơ khoa học viễn tưởng
Con đường đưa Goddard đến khoảnh khắc lịch sử ấy bắt đầu từ trí tưởng tượng. Khi còn nhỏ ở thành phố Worcester, bang Massachusetts, ông say mê các tác phẩm khoa học viễn tưởng của H.G. Wells và Jules Verne. Những câu chuyện về chuyến du hành đến các hành tinh xa xôi đã khơi dậy trong ông niềm tin rằng con người một ngày nào đó có thể rời khỏi Trái Đất.
Một khoảnh khắc mang tính biểu tượng trong cuộc đời ông xảy ra khi Goddard 17 tuổi. Trong lúc trèo lên cây anh đào để tỉa cành, ông nhìn ra cánh đồng xung quanh và bất chợt tưởng tượng ra một thiết bị có thể bay lên bầu trời, thậm chí vượt khỏi khí quyển. Sau này ông gọi đó là một trải nghiệm “gần như mơ mộng” nhưng đã định hướng cả cuộc đời mình: tìm cách chế tạo phương tiện có thể đưa con người ra ngoài không gian.
Những thí nghiệm đầu tiên
Những thử nghiệm ban đầu của Goddard diễn ra tại Đại học Clark, nơi ông theo học và sau đó nhận bằng thạc sĩ và tiến sĩ. Năm 1915, ông phóng tên lửa nhiên liệu rắn dạng bột đầu tiên bằng tiền túi của mình. Công trình nghiên cứu của ông dần thu hút sự chú ý của Viện Smithsonian và Đại học Clark, giúp ông có được một số hỗ trợ tài chính. Năm 1919, các nghiên cứu của ông được công bố trong một báo cáo khoa học quan trọng, trong đó ông phân tích khả năng sử dụng tên lửa để bay lên tầng cao của khí quyển, thậm chí tới Mặt trăng.
Trong quá trình nghiên cứu, Goddard nhanh chóng nhận ra rằng nhiên liệu rắn có nhiều hạn chế. Ông bắt đầu thử nghiệm với nhiên liệu lỏng — một ý tưởng khi ấy còn rất mới. Một trong những thiết kế quan trọng của ông là sử dụng oxy lỏng cực lạnh không chỉ làm chất ôxy hóa cho nhiên liệu mà còn giúp làm mát buồng đốt khi chảy qua hệ thống động cơ. Nguyên lý này, dưới nhiều biến thể khác nhau, vẫn được sử dụng trong các động cơ tên lửa hiện đại.
Tên lửa mà ông phóng vào tháng 3 năm 1926 dùng hỗn hợp oxy lỏng và xăng. Khi cất cánh, nó bay lên khoảng 41 feet, tức chưa đến 13 mét, trước khi rơi xuống sau khoảng hai giây rưỡi. Khoảng cách bay không xa, nhưng thí nghiệm đã chứng minh rằng một hệ thống tên lửa nhiên liệu lỏng có thể hoạt động ổn định — điều mà trước đó chưa ai thực hiện được.
Những ý tưởng đặt nền móng cho ngành tên lửa
Sau thành công ban đầu, Goddard tiếp tục phát triển các thiết kế của mình. Ông nhận được sự hỗ trợ tài chính từ nhiều nguồn, trong đó có phi công nổi tiếng Charles Lindbergh, gia đình Guggenheim và quân đội Mỹ. Những năm 1930, ông chuyển hoạt động nghiên cứu tới Roswell, bang New Mexico, nơi dân cư thưa thớt và có không gian rộng để thử nghiệm.
Trong những năm sau đó, Goddard phóng hơn hai chục tên lửa thử nghiệm. Nhiều công nghệ mà ông phát triển đã trở thành nền tảng của ngành công nghiệp tên lửa. Ông nghiên cứu các phương pháp ổn định chuyến bay, hệ thống điều khiển, cách cấp nhiên liệu vào buồng đốt và nhiều cải tiến khác.
Một trong những ý tưởng quan trọng mà Goddard theo đuổi là tên lửa nhiều tầng. Nguyên lý này dựa trên việc chia nhiên liệu thành nhiều tầng khác nhau. Khi nhiên liệu ở một tầng cạn kiệt, tầng đó sẽ được tách bỏ, giúp tên lửa nhẹ hơn và có thể bay cao hơn. Ngày nay, gần như mọi tên lửa quỹ đạo đều sử dụng nguyên lý nhiều tầng này.
Ông cũng nghiên cứu cách giữ cho động cơ không bị quá nhiệt. Buồng đốt của tên lửa có thể đạt nhiệt độ cực cao và dễ bị nóng chảy. Goddard thử nghiệm nhiều phương pháp làm mát, trong đó có kỹ thuật gọi là “làm mát màng” — phun một lớp nhiên liệu dọc theo thành buồng đốt để tạo lớp bảo vệ. Sau đó ông phát triển phương pháp hiệu quả hơn gọi là làm mát tái sinh, trong đó nhiên liệu được dẫn qua các kênh trong thành buồng đốt trước khi đi vào buồng đốt, vừa làm mát động cơ vừa làm nóng nhiên liệu để tăng hiệu suất cháy.
Không chỉ dừng ở đó, Goddard còn thực hiện nhiều thí nghiệm khác để chứng minh các nguyên lý của tên lửa. Năm 1916, ông chứng minh rằng tên lửa có thể hoạt động trong môi trường chân không — phản bác quan niệm phổ biến lúc bấy giờ rằng tên lửa cần “không khí để đẩy”. Năm 1929, ông phóng tên lửa đầu tiên mang theo thiết bị khoa học, mở đường cho việc sử dụng tên lửa trong nghiên cứu khí quyển.
Các thiết kế ban đầu của Goddard sử dụng hệ thống cấp nhiên liệu bằng áp suất: khí nén đẩy nhiên liệu và chất ôxy hóa vào buồng đốt. Nhưng khi kích thước tên lửa tăng lên, phương pháp này không còn đủ mạnh. Ông bắt đầu thử nghiệm các loại bơm ly tâm để đẩy nhiên liệu vào động cơ — tiền thân của các hệ thống bơm tăng áp khổng lồ trong các tên lửa hiện đại.
Những khó khăn và sự hoài nghi
Dù đạt được nhiều tiến bộ, sự nghiệp của Goddard không hề dễ dàng. Ông phải đối mặt với nhiều khó khăn về tài chính và vật liệu. Công nghệ luyện kim và vật liệu nhẹ thời đó còn rất hạn chế, khiến nhiều động cơ của ông bị nổ hoặc cháy do quá nhiệt và cháy không đều.
Ngoài ra, Goddard cũng từng bị chế giễu vì các ý tưởng của mình. Năm 1920, một bài xã luận của tờ báo The New York Times đã mỉa mai ý tưởng rằng tên lửa có thể hoạt động trong chân không. Phải đến năm 1969, khi con người chuẩn bị lên Mặt trăng, tờ báo này mới chính thức rút lại lời chỉ trích đó.
Những khó khăn ấy khiến Goddard thường làm việc khá cô lập, chỉ với một nhóm nhỏ cộng sự. Ông tự thiết kế, tự thử nghiệm và đôi khi tự sửa chữa thiết bị của mình trong một xưởng nhỏ.
Người đồng hành thầm lặng
Tuy nhiên, bên cạnh ông luôn có một người đồng hành quan trọng: vợ ông, Esther Goddard. Vai trò của bà trong lịch sử tên lửa thường ít được nhắc đến, nhưng thực tế lại vô cùng quan trọng.
Esther không chỉ hỗ trợ về mặt tinh thần. Bà ghi chép sổ sách, chụp ảnh các thí nghiệm, may dù cho các thiết bị phóng, thậm chí dập tắt những đám cháy nhỏ do các vụ thử gây ra. Phần lớn các bức ảnh ghi lại quá trình nghiên cứu của Goddard đều do chính bà chụp.
Sau khi Goddard qua đời năm 1945 vì ung thư cổ họng, Esther tiếp tục bảo vệ di sản khoa học của chồng. Bà sắp xếp tài liệu, hiến tặng hiện vật cho Viện Smithsonian và kiên trì làm việc với cơ quan sáng chế để đăng ký các bằng sáng chế dựa trên nghiên cứu của ông. Trong tổng số 214 bằng sáng chế liên quan đến công trình của Goddard, phần lớn được cấp sau khi ông qua đời nhờ nỗ lực của Esther.
Bà cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo rằng tên tuổi Goddard không bị lãng quên khi kỷ nguyên không gian bắt đầu. Sau Thế chiến II, các nhà khoa học tên lửa Đức trở thành tâm điểm của cả chương trình không gian Mỹ và Liên Xô. Trong bối cảnh đó, đóng góp của Goddard có nguy cơ bị lu mờ.
Di sản của người mở đường cho kỷ nguyên không gian
Nhờ công sức của Esther và các tổ chức khoa học, lịch sử sau này đã nhìn nhận đúng vai trò của ông. Trung tâm bay không gian Goddard của NASA tại bang Maryland được đặt theo tên ông, cùng nhiều vinh danh khác.
Ảnh hưởng của Goddard đối với ngành hàng không vũ trụ hiện đại là rất sâu rộng. Nhiều nguyên lý mà ông nghiên cứu — từ hệ thống nhiên liệu lỏng, làm mát động cơ, tên lửa nhiều tầng cho tới các phương pháp điều khiển — vẫn là nền tảng của các thiết kế tên lửa ngày nay.
Những người tiên phong của kỷ nguyên không gian hiểu rõ điều đó. Khi tàu Apollo 11 đưa con người lên Mặt trăng năm 1969, phi hành gia Buzz Aldrin đã mang theo một cuốn tự truyện của Robert Goddard lên bề mặt Mặt trăng như một cách tri ân.
Một chuyến bay kéo dài chưa đến ba giây ở một cánh đồng hẻo lánh vào năm 1926 có thể trông khiêm tốn. Nhưng từ khoảnh khắc ấy, một con đường mới đã mở ra cho nhân loại — con đường dẫn từ những giấc mơ khoa học viễn tưởng tới các chuyến bay vượt khỏi Trái Đất. Và sau một thế kỷ, thế giới vẫn đang bay trên quỹ đạo mà Robert Goddard đã khởi đầu chỉ bằng hai giây ngắn ngủi.
Robert Goddard đứng cạnh một tên lửa đã được thử nghiệm thành công tại Roswell, bang New Mexico, ngày 28-3-1935. Ảnh: Esther Goddard/ Getty Images
Robert H. Goddard đứng bên cạnh tên lửa nhiên liệu lỏng đầu tiên trên thế giới và bệ phóng của nó tại Auburn, bang Massachusetts, năm 1926 (trái); Goddard tạo dáng bên cạnh tên lửa nhiên liệu lỏng của mình (phải). Ảnh: NASA
Robert Goddard tại Clark College, nay là Đại học Clark. Ảnh: Bettmann/Getty Images
Esther Goddard, vợ góa của nhà tiên phong ngành tên lửa vũ trụ, theo dõi sự kiện tàu Apollo 11 hạ cánh xuống đại dương tại thành phố Worcester, bang Massachusetts, vào tháng 7-1969 với tư cách khách mời danh dự của thành phố. Ảnh: Bettmann/Getty Images
