Vulcan Centaur

Vulcan Centaur là một tên lửa đẩy hạng nặng do công ty  (ULA) phát triển và vận hành. Đây là một tên lửa đẩy hai tầng lên quỹ đạo, bao gồm tầng đầu tiên Vulcan và tầng thứ hai Centaur V. Được thiết kế để thay thế các tên lửa  và Delta IV của ULA, Vulcan Centaur có chức năng chủ yếu là đáp ứng nhu cầu của  (NSSL), cũng như là hỗ trợ các cơ quan tình báo và Bộ Quốc phòng nước này, nhưng ULA cho rằng họ có thể định giá các vụ phóng đủ thấp cho các nhiệm vụ có tính chất thương mại.

ULA bắt đầu phát triển phương tiện phóng mới vào năm 2014, chủ yếu để cạnh tranh với Falcon 9 của SpaceX, đồng thời tuân thủ yêu cầu của Quốc hội Hoa Kỳ về việc loại bỏ động cơ RD-180 do Nga sản xuất, vốn được sử dụng cho Atlas V. Vụ phóng đầu tiên của Vulcan Centaur dự kiến diễn ra vào năm 2019 nhưng đã bị trì hoãn nhiều lần do những thách thức trong quá trình phát triển với động cơ tầng đầu tiên mới () và tầng thứ hai Centaur V.

Vulcan Centaur đã có chuyến bay đầu tiên gần như hoàn hảo vào ngày 8 tháng 1 năm 2024, mang theo tàu đổ bộ Mặt Trăng . Lần phóng thứ hai diễn ra vào ngày 4 tháng 10 năm 2024. Mặc dù vòi phun trên một trong tầng đẩy nhiên liệu rắn GEM-63XL bị rơi ra dẫn đến lực đẩy giảm và bất đối xứng, nhưng tên lửa đã đưa được tàu vũ trụ vào quỹ đạo. Sau năm tháng đánh giá, Lực lượng Không gian Hoa Kỳ đã chứng nhận Vulcan cho các sứ mệnh NSSL vào tháng 3 năm 2025.

Đặc điểm
Tầng đầu tiên của Vulcan sử dụng chung thiết kế với Delta IV. Động cơ được sử dụng là do công ty  của Mỹ sản xuất, thay cho động cơ của Nga.

Tầng thứ hai (Centaur V) là phiên bản nâng cấp của Centaur III được sử dụng cho mẫu tên lửa , với hiệu suất cao hơn. Tầng này sử dụng hai động cơ  của công ty , sử dụng hydro lỏng.

Vulcan Centaur có thể được lắp ráp kèm theo các tầng đẩy phụ nhiên liệu rắn  do công ty Orbital ATK (nay là Northrop Grumman) sản xuất. Tùy theo cấu hình và tải trọng mang lên quỹ đạo thấp của Trái Đất, Vulcan Centaur có thể được phóng với hai, bốn hoặc sáu tầng đẩy tăng cường. Bên cạnh đó, tên lửa này cũng có cấu hình không sử dụng tầng đẩy phụ nhiên liệu rắn.

Vulcan Centaur có khả năng mang được tới 27,2 tấn tải trọng lên quỹ đạo Trái Đất thấp, tương đương với Falcon 9 của SpaceX. Mức trọng tải này có thể đạt được nếu tên lửa này được phóng đi với cấu hình sử dụng sáu tầng đẩy tăng cường nhiên liệu rắn.

Công ty  cung cấp thêm các linh kiện khác cho tên lửa, bao gồm bộ chuyển đổi tầng (interstage adapter), chóp nón bảo vệ tải trọng, tấm chắn nhiệt bảo vệ thiết bị, và phụ kiện đính kèm tải trọng, có vai trò kết nối tàu vũ trụ và chóp nón với tầng thứ hai của tên lửa cho đến khi có lệnh tách ra.

Vulcan Centaur được thiết kế cho nhiều loại nhiệm vụ và khách hàng khác nhau, từ các nhiệm vụ có tính chất thương mại, dân sự, khoa học, chở hàng hóa cho đến các nhiệm vụ vì an ninh quốc gia của Hoa Kỳ.

Tên lửa này còn được dự định sẽ trở thành một tên lửa đẩy có khả năng tái sử dụng.

Quá trình phát triển

Bối cảnh 
ULA quyết định phát triển Vulcan Centaur vào năm 2014 vì hai lý do chính. Lý do đầu tiên là sự phổ biến của tên lửa tái sử dụng Falcon 9 của SpaceX (vốn có chi phí mỗi lần phóng rẻ hơn) đối với các khách hàng thương mại, khiến ULA ngày càng phụ thuộc vào các hợp đồng với quân đội và các cơ quan tình báo của Mỹ. Lý do thứ hai là việc Liên bang Nga sáp nhập Krym vào năm 2014 khiến Quốc hội Hoa Kỳ không hài lòng với việc Lầu Năm Góc phụ thuộc vào tên lửa Atlas V, vốn sử dụng động cơ RD-180 do Nga sản xuất. Năm 2016, Quốc hội Mỹ thông qua luật cấm quân đội nước này ký hợp đồng thực hiện các vụ phóng tên lửa đẩy sử dụng động cơ RD-180 sau năm 2022.

Tháng 9 năm 2018, ULA thông báo về việc họ đã thay thế động cơ RD-180 của Nga bằng động cơ BE-4 của Blue Origin trên tầng đẩy đầu tiên mới. BE-4 sử dụng hỗn hợp nhiên liệu oxy lỏng và methan lỏng, với lực đẩy  cho mỗi động cơ. Có hai động cơ BE-4 được sử dụng cho tầng đẩy mới này. Vào thời điểm đó, BE-4 đã trải qua năm thứ ba trong quá trình phát triển, và ULA dự kiến ​​tầng đẩy và động cơ mới sẽ bắt đầu được thử nghiệm trong năm 2019.

Một tháng sau, ULA tái cấu trúc quy trình sản xuất và lực lượng lao động để giảm chi phí. Công ty cho biết mẫu tên lửa mới sẽ kế nhiệm cả Atlas V và Delta IV, với mục tiêu giảm một nửa chi phí phóng của Atlas V.

Xuất hiện 
Năm 2015, ULA thông báo về mẫu tên lửa Vulcan Centaur và đề xuất sẽ thay thế các tên lửa đẩy mà ULA đang có vào thời điểm này bằng Vulcan. Việc triển khai Vulcan dự kiến sẽ ​​bắt đầu với tầng đầu tiên mới dựa trên Delta IV. Động cơ được sử dụng dự kiến sẽ gồm hai động cơ BE-4; đồng thời, ULA cũng tính đến việc sử dụng động cơ  của Aerojet Rocketdyne làm phương án thay thế. Tầng thứ hai sẽ là Centaur III, đang được sử dụng trên Atlas V vào thời điểm đó. ULA dự kiến sẽ nâng cấp tầng thứ hai của Vulcan bằng một phiên bản mới, có tên là  (Tầng tiến hóa đông lạnh tiên tiến – ACES), dự kiến sẽ được sử dụng một vài năm sau chuyến bay đầu tiên của Vulcan. ULA cũng tiết lộ về việc tái sử dụng tầng đầu tiên của Vulcan. Theo ý tưởng này, tầng đầu tiên có thể được tách rời thành một mô-đun từ các thùng nhiên liệu sau khi động cơ đẩy đốt cháy hết nhiên liệu và dừng hoạt động; mô-đun này sẽ hồi quyển và được bảo vệ bởi một lớp chắn nhiệt. Sau đó, một máy bay trực thăng sẽ "câu" lại mô-đun này.

Chi phí 
Trong nhưng năm đầu tiên, hội đồng quản trị của ULA đã cam kết cấp kinh phí theo quý cho việc phát triển Vulcan Centaur. , chính phủ Mỹ cam kết khoảng 1,2 tỷ USD để phát triển Vulcan Centaur dưới hình thức đối tác công–tư. Mức đầu tư có thể tăng lên sau khi ULA hoàn thành hợp đồng phóng vệ tinh cho chương trình NSSL.

Đến tháng 3 năm 2016, Không quân Mỹ cam kết số tiền 202 triệu USD cho quá trình phát triển Vulcan. ULA vẫn chưa ước tính tổng chi phí phát triển, nhưng ông Tory Bruno (giám đốc điều hành của ULA) cho hay "các tên lửa mới thường có giá 2 tỷ USD, bao gồm 1 tỷ USD cho động cơ chính". Tháng 3 năm 2018, Bruno cho biết Vulcan Centaur được bơm 75% vốn tư nhân cho đến thời điểm đó. Tháng 10 năm 2018, sau quá trình kêu gọi đề xuất và đánh giá kỹ thuật, ULA được tài trợ 967 triệu USD để phát triển nguyên mẫu tên lửa đẩy Vulcan như một phần của chương trình NSSL.

Phát triển, sản xuất và thử nghiệm các tầng 
Tháng 9 năm 2015, dây chuyền sản xuất động cơ BE-4 được lên kế hoạch sẽ mở rộng, qua đó cho phép tiến hành thêm các cuộc thử nghiệm. Đến tháng 1 năm 2016, ULA được ghi nhận đã thiết kế hai phiên bản tầng đầu tiên của Vulcan; trong đó, phiên bản được trang bị động cơ BE-4 có đường kính  và sử dụng nhiên liệu methan có mật độ thấp hơn. Cuối năm 2017, tầng trên của tên lửa được thay đổi thành Centaur V lớn hơn và nặng hơn, và tên lửa đẩy được đổi tên thành Vulcan Centaur. Tháng 5 năm 2018, động cơ RL10 của  Aerojet Rocketdyne được chọn làm động cơ cho tầng trên của Vulcan Centaur. Bốn tháng sau, ULA cũng chọn động cơ BE-4 làm động cơ của tầng đầu tiên. Vụ phóng ban đầu được dự kiến diễn ra trong năm 2020. Tháng 10 năm 2018, Không quân Hoa Kỳ công bố một thỏa thuận dịch vụ phóng tên lửa với các yêu cầu mới cho chương trình NSSL, khiến chuyến bay đầu tiên bị hoãn đến tháng 4 năm 2021.

Tháng 2 năm 2021, ULA đã vận chuyển một phiên bản hoàn chỉnh của tầng đầu tiên của Vulcan đến Florida để tiến hành các thử nghiệm sơ bộ trước chuyến bay đầu tiên. Các hoạt động thử nghiệm tiếp tục diễn ra trong cùng năm đó.

Tháng 8 năm 2019, ULA cho biết Vulcan Centaur sẽ thực hiện chuyến bay đầu tiên vào đầu năm 2021, mang theo tàu đổ bộ Mặt Trăng '' của công ty . Đến tháng 12 năm 2020, những trục trặc kỹ thuật với động cơ chính BE-4 khiến chuyến bay đầu tiên của Vulcan Centaur bị dời đến năm 2022. Những sự chậm trễ trong quá trình chế tạo tàu đổ bộ Peregrine khiến chuyến bay đầu tiên tiếp tục bị hoãn đến năm 2023. Tháng 3 năm 2023, tầng tên lửa Centaur V đã gặp trục trặc trong quá trình thử nghiệm. Để khắc phục vấn đề này, ULA đã có những sự điều chỉnh về cấu trúc của tầng tên lửa này và chế tạo một tầng tên lửa Centaur V mới cho chuyến bay đầu tiên của Vulcan Centaur. Tháng 10 năm 2023, ULA cho biết công ty này đặt mục tiêu sẽ thực hiện vụ phóng đầu tiên của Vulcan Centaur vào cuối năm.

 Những chuyến bay thử nghiệm 

Ngày 8 tháng 1 năm 2024, chuyến bay đầu tiên của Vulcan Centaur đã diễn ra, mang theo tàu đổ bộ mặt trăng Peregrine''. Cấu hình tên lửa được sử dụng trong chuyến bay là VC2S, gồm hai tầng đẩy tăng cường nhiên liệu rắn và phần chóp nón có chiều dài tiêu chuẩn. Một đợt đốt nhiên liệu dài bốn phút cho quá trình phóng chuyển tiếp Mặt Trăng và quá trình tách tàu bay đã đưa tàu Peregrine vào quỹ đạo chuyển tiếp Mặt Trăng. 78 phút sau, tầng trên Centaur thực hiện lần đốt nhiên liệu thứ ba để di chuyển vào quỹ đạo nhật tâm để kiểm tra khả năng hoạt động trong các nhiệm vụ dài ngày, chẳng hạn như các nhiệm vụ đưa tải trọng lên quỹ đạo địa tĩnh.

Tàu Peregrine đã gặp sự cố trong hệ thống đẩy nên không thể hạ cánh xuống Mặt Trăng. Công ty Astrobotic cho biết tên lửa Vulcan Centaur đã vận hành chính xác.

Ngày 14 tháng 8 năm 2019, ULA đã trúng thầu hợp đồng phóng tàu vũ trụ  của . Tàu vũ trụ này sẽ được phóng đi trên chuyến bay thử nhiệm thứ hai, mang tên SNC Demo-1, với cấu hình VC4 (gồm bốn tầng đẩy phụ nhiên liệu rắn). Chuyến bay này dự kiến sẽ diễn ra vào tháng 4 năm 2024.

Sau chuyến bay thử nghiệm thứ hai, Vulcan Centaur có thể được sử dụng cho các nhiệm vụ mang tính chất quân sự của quân đội Hoa Kỳ. Tính đến tháng 8 năm 2020, Vulcan dự kiến ​​sẽ phóng 60% số lượng tải trọng của các vụ phóng trong chương trình NSSL mà ULA được ký hợp đồng trong giai đoạn 2022–2027. Tuy nhiên, những sự trì hoãn đã xảy ra. Có hai chuyến bay vốn được thực hiện bằng tên lửa Vulcan Centaur nhưng đã được chuyển sang thực hiện bằng tên lửa Atlas V: chuyến bay USSF-51 của Lực lượng Không gian Hoa Kỳ và chuyến bay của nguyên mẫu vệ tinh .

Sau chuyến bay đầu tiên, vì sự chậm trễ trong quá trình phát triển Dream Chaser mà ULA cân nhắc việc thay thế tàu vũ trụ này bằng một mô hình vệ tinh giả lập để Vulcan có thể thực hiện các chuyến bay chứng nhận theo yêu cầu của hợp đồng với Không quân Hoa Kỳ. Tháng 5 năm 2024, tờ Bloomberg News cho biết United Launch Alliance có thể bị phạt do sự trì hoãn với các hợp đồng phóng tên lửa cho quân đội Mỹ. Ngày 10 tháng 5, Trợ lý Bộ trưởng Không quân Mỹ  đã viết thư cho các giám đốc điều hành của Boeing và Lockheed Martin. Trong đó, ông bày tỏ lo ngại về khả năng của công ty trong việc mở rộng sản xuất Vulcan Centaur, dẫn đến sự suy giảm năng lực vệ tinh quân sự của Hoa Kỳ. Tháng 6 năm 2024, ông Tory Bruno (giám đốc ULA) cho biết Vulcan sẽ thực hiện chuyến bay thứ hai vào tháng 9 với một vệ tinh giả lập có khối lượng lớn cùng với một số "thí nghiệm và trình diễn", qua đó giúp phát triển những công nghệ sẽ được sử dụng trong tương lai cho tầng đẩy trên Centaur.

Chuyến bay thứ hai phục vụ chứng nhận cho các nhiệm vụ NSSL của Vulcan Centaur diễn ra vào ngày 4 tháng 10 năm 2024. Khoảng 37 giây sau vụ phóng, vòi phun của một trong số các tầng đẩy gặp trục trặc, khiến các mảnh vỡ rơi ra ở luồng khí phun ra từ tầng đẩy. Mặc dù tầng đẩy tăng cường nhiên liệu rắn hoàn thành trọn vẹn 90 giây đốt nhiên liệu, trục trặc khiến lực đẩy giảm xuống và trở nên bất đối xứng. Điều này khiến tên lửa hơi nghiêng trước khi hệ thống dẫn hướng và động cơ chính điều chỉnh thành công và kéo dài thời gian đốt cháy thêm khoảng 20 giây để bù lại. Dù vậy, tên lửa có thể đưa được vệ tinh vào quỹ đạo, mặc dù khả năng này chỉ dừng ở mức "chấp nhận được".

Trục trặc ở vòi phun trong chuyến bay thứ hai khiến quy trình chứng nhận Vulcan cho các nhiệm vụ NSSL kéo dài. Sau quá trình xem xét kéo dài năm tháng, ngày 26 tháng 3 năm 2025, Lực lượng Không gian Hoa Kỳ chứng nhận Vulcan cho các nhiệm vụ NSSL.

Mặc dù được chứng nhận, các quan chức quân đội vẫn bày tỏ sự không hài lòng với hiệu suất của Vulcan trong suốt thời gian phát triển. Trong văn bản điều trần gửi tới Ủy ban Dịch vụ Vũ trang Hạ viện Hoa Kỳ vào tháng 5 năm 2025, Thiếu tướng  cho biết quá trình phát triển không đạt yêu cầu trong năm trước đó. Ông lưu ý rằng quá trình chuyển đổi chậm chạp từ các tên lửa Atlas và Delta cũ hơn sang Vulcan đã làm trì hoãn bốn vụ phóng vệ tinh phục vụ mục đích quân sự, đồng thời cản trở việc hoàn thành các mục tiêu của Lực lượng Không gian nước này. Ông Purdy cũng cho rằng, trong tương lai, United Launch Alliance cần phải "khôi phục lòng tin" và thể hiện trách nhiệm giải trình cao hơn.

Các phiên bản và cấu hình 
Các cấu hình của Vulcan Centaur có tên gồm bốn kí tự, bắt đầu bằng "VC" (tên viết tắt của tên lửa, gồm: tầng đầu tiên Vulcan và tầng trên Centaur). Kí tự thứ ba chỉ số lượng tầng đẩy tăng cường nhiên liệu rắn được gắn kèm theo tầng đầu tiên, có thể là 0, 2, 4 hoặc 6. Ký tự cuối cùng chỉ loại chóp nón bảo vệ tải trọng theo độ dài: S cho phiên bản chiều dài tiêu chuẩn, dài ; còn L là phiên bản có chóp nón dài hơn, với chiều dài . Ví dụ, "VC6L" là phiên bản sử dụng tầng đầu Vulcan, tầng trên Centaur, sáu tầng đẩy phụ nhiên liệu rắn và chóp nón bảo vệ tải trọng loại kéo dài. Vulcan Centaur được cung cấp mặc định với các cấu hình sử dụng hai hoặc sáu tầng đẩy tăng cường, còn các cấu hình không sử dụng hoặc sử sụng bốn tầng đẩy phụ sẽ được cung cấp theo nhiệm vụ cụ thể.

Bắt đầu từ cuối năm 2025, ULA dự định nâng cấp tầng trên Centaur với động cơ , cho lực đẩy mạnh hơn. Qua đó, tên lửa sẽ có sự cải thiện nhỏ về tải trọng phóng.

Khối lượng tải trọng 
Theo ULA, khối lượng tải trọng mà Vulcan Centaur mang được đến các loại quỹ đạo khác nhau như sau:

Ghi chú

Những thông tin về tải trọng này phản ánh các yêu cầu của chương trình NSSL, cộng thêm khả năng phát triển trong tương lai.

Một tên lửa Vulcan Centaur với sáu tầng đẩy nhiên liệu rắn có thể đưa  vào quỹ đạo Trái Đất tầm thấp, gần bằng tải trọng của tên lửa  (ba tầng lõi) tới cùng quỹ đạo.

Các lần phóng được ghi nhận

Kế hoạch nâng cấp
ULA có kế hoạch nâng cấp Vulcan Centaur, bắt đầu từ năm 2025. Những sự nâng cấp cho tên lửa sẽ diễn ra mỗi hai đến ba năm. Công ty này đã lên kế hoạch cho những nâng cấp và cải tiến sau:
Tầng trên mới: Tại phiên bản Step Two, tầng trên Centaur sẽ được thay thế bởi một tầng trên khác mạnh hơn có tên là  (ACES). ACES có thể đốt không giới hạn thời gian, cho lực đẩy tương đương tầng trên của .
Tái sử dụng: Tên lửa sẽ sử dụng hệ thống SMART (Sensible, Modular, Autonomous Return Technology), một dạng động cơ lắp ghép có thể tái sử dụng các động cơ đẩy chính. Sau khi tải trọng tách khỏi tên lửa trên quỹ đạo, mô đun tầng 1 chứa động cơ sẽ thâm nhập khí quyển bằng một tấm chắn nhiệt. Sau khi bung dù, một máy bay trực thăng Chinook sẽ "câu" lại động cơ. Bộ phận này sẽ được tái sử dụng trên một tên lửa Vulcan Centaur khác, giúp giảm chi phí phóng.
Vulcan Heavy: Sẽ có ba tầng tên lửa Vulcan được sử dụng. Một tầng sẽ được sử dụng làm tầng thứ nhất của tên lửa, hai tầng còn lại sẽ làm tầng đẩy tăng cường.

Trong văn hóa đại chúng
Một tên lửa Vulcan Centaur mô hình đã được bé gái người Anh Elizabeth Norman chế tạo vì niềm đam mê vũ trụ của mình. Bị thu hút bởi niềm đam mê của cô bé, công ty United Launch Alliance đã dành chỗ trống cho cô bé được gửi vật dụng cá nhân là một tấm sticker lên tàu vũ trụ do công ty  chế tạo mà không mất chi phí, dự kiến được phóng đi vào cuối năm 2021.

Xem thêm
Delta IV
Falcon 9
Ariane-5
H-IIB

Tham khảo

Liên kết ngoài 

 

Tên lửa đẩy Hoa Kỳ
Hệ thống tên lửa đẩy dùng một lần