Công ty Grumman Engineering đưa phi thuyền Apollo lên Mặt Trăng và quay về Trái Đất

Bob Kirchman

Vào mùa thu năm 1962, một hãng sản xuất phi cơ nhỏ bé ở Long Island – Công ty Grumman Aircraft Engineering – đã đánh bại tất cả bảy đối thủ cạnh tranh khác để thành công thu về hợp đồng thực hiện module đổ bộ Mặt Trăng (lunar module). Chuyện này đã diễn ra như thế nào?

Câu chuyện này bắt đầu khi nhà sáng lập công ty – ông Leroy Grumman – thành lập công ty vào năm 1929. Làm việc trong một nhà để xe được thuê, ông bắt đầu phát triển một số thiết kế thử nghiệm phi cơ riêng của mình. Năm 1932, ông đã giới thiệu với Hải Quân Hoa Kỳ phiên bản FF-1, chiến đấu cơ đầu tiên do ông sản xuất. Bản thiết kế phi cơ này tiếp tục được cải tiến nhiều lần, cuối cùng là sự ra đời chiếc F4F Wildcat – chiến đấu cơ đầu tiên của công ty Grumman với đôi cánh có thể gấp lại.

Ông Grumman đã chế tạo ra nhiều loại phi cơ rất cứng cáp. Dòng phi cơ “cat”, được chế tạo dành cho Hải Quân Hoa Kỳ, nổi tiếng về việc đưa các thủy thủ đoàn của họ quay trở về căn cứ an toàn. Chiếc phi cơ này rất chắc chắn – được thiết kế và chế tạo để có thể khai triển trên hàng không mẫu hạm – đem lại biệt hiệu “Công trình Sắt Thép của Grumman” cho công ty. Tuy nhiên, kim loại nhôm mới chính là loại vật liệu mà các kỹ sư của công ty Grumman đã thực sự tinh tường thành thạo – tạo hình kim loại này thành những hình dạng khí động học đẹp mắt để chế tạo các loại phi cơ của họ.

Kỹ sư hàng không Tom Kelly

Kỹ sư công ty Grumman – ông Tom Kelly – đã nói về sự tham gia của mình trong giai đoạn đầu phát triển phi thuyền đổ bộ mặt trăng như sau: “Kỳ thực, tôi nghĩ rằng bản thân mình đã tham gia vào những dự án liên quan đến Phi thuyền không gian Apollo cũng lâu như bất kỳ ai khác ở Grumman. Tôi đã bắt đầu việc này hồi năm 1960 – chính xác là vào tháng 04/1960.” Ông Kelly và đội ngũ của mình đã phải cạnh tranh để nhận được tài trợ nghiên cứu của NASA. Tuy họ không thắng được bất kỳ khoản tài trợ nào, nhưng ông Kelly cho biết, “chúng tôi đến và trình bày các kết quả nghiên cứu của mình cho nhân viên NASA cùng với những nhóm khác – nhóm của chúng tôi nhận được rất nhiều sự quan tâm ngay tại nơi đó, và chúng tôi không từ bỏ nghiên cứu của mình; cho dù có được tài trợ hay không, chúng tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu đó.” Công trình của ông Kelly đã mở ra một kỷ nguyên hoàn toàn mới cho công ty.

Công ty Grumman không phải là một trong những đối thủ cạnh tranh nặng ký cho các hợp đồng của NASA. Ban đầu, họ đề nghị được làm một nhà thầu phụ trong gói thầu của General Electric để xây dựng module Điều khiển và module Dịch vụ. Tuy nhiên, hãng North American Aviation đã đánh bại họ. NASA ban đầu dự định cho module Điều khiển và module Dịch vụ này đáp xuống Mặt Trăng và cất cánh trực tiếp từ bề mặt của Mặt Trăng để quay về Trái Đất. Hình dáng và cấu trúc của phi thuyền đặc thù đó đã được chứng minh là quá đồ sộ. Cần có một hỏa tiễn lớn hơn tất cả những hỏa tiễn đã được phát triển trước đó rất nhiều để đưa phi thuyền này vào không gian. Tuy nhiên, một kỹ sư của Trung Tâm Nghiên Cứu Langley – ông John Houbolt – đã đề nghị mang theo một phi thuyền cỡ nhỏ, chủ yếu chỉ để đáp lên Mặt Trăng. Sau đó, phi thuyền này sẽ cất cánh từ bề mặt Mặt Trăng và kết nối lại với Module Điều khiển, nhưng đến nay vẫn còn nằm trên quỹ đạo Mặt Trăng.

Phi thuyền đổ bộ (lander) sẽ bị bỏ lại ngay sau khi chuyên chở các phi hành gia trở lại bên trong module Điều khiển, và module Điều khiển này sẽ quay trở về Trái Đất một mình. Kế hoạch để hai phi thuyền tiếp xúc nhau trên quỹ đạo Mặt Trăng dường như có chút nguy hiểm, nhưng phương pháp này sẽ làm giảm rất nhiều sức nặng và cho phép chương trình không gian này tiến triển đủ nhanh để hoàn thành thử thách mà Tổng Thống John Kennedy đưa ra – đặt chân lên Mặt Trăng ngay trong thập niên đó. Khi NASA quyết định rằng họ sẽ phát triển chương trình để hai phi thuyền gặp nhau trên quỹ đạo Mặt Trăng, thì ông Tom Kelly và đội ngũ của ông đã chuẩn bị rất kỹ lưỡng để đưa ra giải pháp. Hãng Grumman đã soạn thảo giải pháp của mình, và Công ty General Electric đã trở thành nhà thầu phụ chuyên về hệ thống điện tử trên phi thuyền đổ bộ này.

Khi có được hợp đồng này vào năm 1962, ông Kelly và các kỹ sư trong đội ngũ của mình nhận ra rằng họ sẽ đối mặt với cùng một thách thức mà đại danh họa Leonardo da Vinci, anh em nhà Wrights, và nhà phát minh Charles Lindbergh đã từng gặp phải, đó chính là: khối lượng! Mỗi bước tiến của nhân loại hướng về bầu trời đều phải vượt qua các hạn chế mà trọng lực đã đặt định ra. NASA đưa cho họ ước lượng ban đầu về khối lượng của phi thuyền này là khoảng 30,200 pounds (~13,698 kg). Phi thuyền đáp xuống Mặt Trăng – và sau đó cất cánh từ bề mặt của Mặt Trăng trở về điểm tiếp xúc với module điều khiển – phải phù hợp với những giới hạn được quy định này. Họ có bảy năm để làm điều đó.

Vượt qua các thử thách

Toàn bộ đội ngũ của ông Kelly đã làm việc không ngừng để duy trì khối lượng theo nhiều cách khác thường – đặc biệt là nguyên lý thiết kế các ghế ngồi dành cho phi hành gia. Hãng Grumman đã chế tạo 15 chiếc phi thuyền đổ bộ, và 6 chiếc trong số đó thực sự đã được đưa lên Mặt Trăng. Một số phi thuyền khác thì được trưng bày trong các viện bảo tàng, và nhiều du khách cũng thường hỏi là các phi hành gia ngồi ở đâu. Năm 1964, đội ngũ thiết kế đã loại bỏ chúng. Các phi hành gia đã lái chiếc phi thuyền đổ bộ này ở tư thế đứng. Với điều kiện trọng lực chỉ bằng 1/6 của Trái Đất, các phi hành gia có thể cất cánh, bay, và hạ cánh với tư thế đứng ở bên trong phi thuyền không gian. Đôi chân của họ là bộ nhún giảm xóc mà họ cần. Không có các ghế ngồi, thì các phi hành gia sẽ có thêm nhiều khoảng trống để khoác các bộ trang phục không gian vào chuẩn bị cho việc đi bộ trên bề mặt Mặt Trăng. Đồng thời họ cũng có không gian để treo võng ngủ trong lúc họ cần nghỉ ngơi khi đang ở trên Mặt Trăng. Việc loại bỏ các ghế ngồi giúp giảm khối lượng, đồng thời cũng cho phép các phi hành gia đứng gần các cửa sổ phi thuyền hơn, giúp những cửa sổ nhỏ gọn hơn một cách đáng kể – tiết giảm được hàng trăm pounds kính thủy tinh.

Phi hành gia Pete Conrad đã gọi thiết kế cabin này như là một “dạng toa xe điện”. Thuộc tiểu bang New York, thị trấn Bethpage chỉ cách thành phố Brooklyn 30 dặm về phía Đông, là nơi những phi thuyền đổ bộ được chế tạo. Còn Brooklyn là nơi mà những người lái các toa xe điện trên đường ray phải ở tư thế đứng trong khi lái xe với tay trái điều khiển ga và tay phải kiểm soát thắng. Theo ông Kelly, những toa xe điện này đã truyền cảm hứng cho tên của một đội bóng chày. Cư dân Manhattan là những người sử dụng xe điện ngầm nhiều hơn, đôi khi gọi cư dân Brooklyn là “trolley dodgers” (Những xe điện lắt léo); kể từ đó tên của đội bóng này là Brooklyn Dodgers. Vậy liệu rằng những toa xe điện ở Brooklyn cũng ảnh hưởng đến thiết kế của phi thuyền đổ bộ mặt trăng đó không? Thông tin tham khảo của ông Conrad cho thấy cũng khá khả dĩ.

Module Đổ bộ (landing module, LM) phải hoạt động trong các điều kiện nhiệt độ vô cùng khắc nghiệt. Đội ngũ thiết kế đã nghĩ ra tấm Kapton (một loại màng sợi Mylar được phủ vàng lá), loại vật liệu làm một số bộ phận ở phía đuôi phi thuyền có vẻ ngoài trông như một “tấm thiếc”. Đơn giản là nó phản xạ nhiệt lượng của mặt trời ra khỏi thân phi thuyền vũ trụ, giống như tấm chắn kính lái của một chiếc xe hơi đang đậu. Bởi vì phi thuyền đổ bộ này không bao giờ bay trong bầu khí quyển [của Trái Đất], nên nó cũng không cần các thiết kế khí động học – không cần bề mặt cong, mượt mà để giảm ma sát không khí. Phi thuyền không gian này có thể chỉ cần có chân dài và hình dáng như chiếc hộp. Chiếc LM có người lái đầu tiên, được phóng vào quỹ đạo Trái Đất trong sứ mệnh Apollo 9, được gọi là “Con Nhện”. Sau thêm một lần thử nghiệm cuối ở quỹ đạo Mặt Trăng trong sứ mệnh Apollo 10, thì chiếc “Eagle” do hai phi hành gia Neil Armstrong và Buzz Aldrin vận hành trong sứ mệnh Apollo 11, đã đáp xuống Mặt Trăng. Hôm đó là ngày 20/07/1969 – tám năm sau khi tổng thống John F. Kennedy đặt ra thử thách này.

Ông Tom Kelly và đội ngũ tại Grumman đã thực hiện một số ý tưởng vượt ngoài phạm vi của sứ mệnh được giao và đã được chứng minh là vô giá ngay sau hai sứ mệnh đó. Họ đã đề nghị việc thiết kế sức chứa “thuyền cứu sinh” (lifeboat) có thể đưa vào bên trong Module đổ bộ. Phần không gian “thuyền cứu sinh” này có thể cứu được sinh mạng của các phi hành gia trên Phi thuyền Apollo 13 khi Module Điều Khiển và Dịch vụ của họ bị hư hại bởi một vụ nổ. Phi hành đoàn đã kích hoạt module đổ bộ và sử dụng nó để cung cấp việc cứu sinh và điều hướng cho đến đúng thời điểm thì họ phóng bỏ module này đi. Module Điều khiển là bộ phận duy nhất của chiếc phi thuyền có thể quay trở lại bầu khí quyển. Mặc dù là module đổ bộ mang tên “Aquarius” cuối cùng đã bốc cháy dữ dội khi quay trở lại bầu khí quyển Trái Đất, nhưng đội ngũ “Công Trình Sắt Thép của Grumman” cũng đã thành công đưa thêm một phi hành đoàn nữa trở về nhà của họ an toàn. Năm 1994, hãng Grumman đã sáp nhập cùng với Công ty Northrup để trở thành Northrup Grumman – một trong những nhà sản xuất phi cơ lớn nhất Hoa Kỳ.

Ông Bob Kirchman là họa sĩ minh họa kiến trúc đang sinh sống tại Quận Augusta, tiểu bang Virginia, cùng với vợ là bà Pam. Ông dạy về nghệ thuật phòng tranh cho các sinh viên tại trường Augusta Christian Educators Homeschool Co-op.