Thiên Văn Học

Các phi thuyền và vệ tinh được điều khiển thế nào?

Định luật Newton và Định luật Kepler đã vén mở bí mật chuyển động của mọi vật thể trong vũ trụ. Nhờ đó các nhà khoa học có thể tính toán hành trình và quỹ đạo để đưa các vệ tinh và phi thuyền lên không gian.

phi thuyen trong khong gian

Định luật hấp dẫn của Newton và các định luật của Kepler giúp chúng ta hiểu được quy tắc chuyển động của các vệ tinh Trái Đất và phi thuyền liên hành tinh, cũng như của các hành tinh. Sputnik, vệ tinh nhân tạo đầu tiên do Liên Xô phóng lên ngày 4/10/1957. Kể từ đó, hàng ngàn vệ tinh nhân tạo đã được con người đưa lên quỹ đạo. Đồng thời các phi thuyền cũng được phóng vào không gian, bay vào trong quỹ đạo của Mặt Trăng, Sao Thủy, Sao Mộc, và Sao Thổ, cũng một số tiểu hành tinh và sao chổi. Mời các bạn cùng dịch thuật Lightway tìm hiểu xem các phi thuyền và vệ tinh được điều khiển thế nào.

Vệ tinh được phóng vào không gian thế nào?

Một khi vệ tinh nhân tạo đã bay vào quỹ đạo thì nó sẽ chuyển động không khác gì vệ tinh tự nhiên, như Mặt Trăng. Nếu vệ tinh bay đủ cao để thoát khỏi lực ma sát của khí quyển, nó se chuyển động mãi mãi. Tuy nhiên, dù không mấy khó khăn để đưa vệ tinh vào quỹ đạo, nhưng lại cần rất nhiều năng lượng để nâng một phi thuyền ra khỏi Trái Đất, và gia tốc cho nó để bay theo quỹ đạo.

Để hiểu cách phóng một vệ tinh thế nào, các bạn hãy tưởng tượng đứng trên một đỉnh núi mà bắn một viên đạn theo chiều ngang, như trong hình dưới. Viên đạn sẽ chuyển động theo định luật Newton. Không khí trên đỉnh núi rất loãng nên lực ma sát thấp. Chỉ có một lực duy nhất tác động lên viên đạn sau khi nó rời khỏi nòng, đó là trọng lực của Trái Đất hút nó xuống.

Nếu viên đạn được bắn ra với tốc lực va, thì trọng lực sẽ kéo nó xuống rơi xuống đất tại điểm a. Nếu tăng tốc lực của đạn lên thành vbthì nó sẽ bay xa hơn, và rớt xuống đất tại điểm b.

Nếu tốc lực của viên đạn đủ mạnh, chẳng hạn vc, thì nó sẽ bay đủ một vòng quanh Trái Đất, độ cao với mặt đất sẽ không thay đổi. Tốc độ cần thiết cho việc này – gọi là tốc lực xoay vòng vệ tinh – là khoảng 8km/giây.

Mỗi năm có khoảng 50 vệ tinh mới được các quốc gia như Nga, Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ, Israel phóng lên quỹ đạo. Các vệ tinh này sẽ theo dõi thời tiết, môi trường, hệ thống định vị toàn cầu, truyền thông, các mục đích quân sự v.v. Hầu hết các vệ tinh được phóng vào quỹ đạo Thấp của Trái Đất, vì như thế sẽ cần ít năng lượng hơn. Ở tốc độ quỹ đạo 8km/giây, chúng sẽ xoay vòng quanh hành tinh khoảng 90 phút. Quỹ đạo thấp sẽ không ổn định, vì khí quyển của Trái Đất giãn nở từng lúc, tạo thành lực ma sát tác động lên các vệ tinh.

ERS 2, một vệ tinh quan sát Trái Đất của Cơ quan Vũ trụ châu Âu

Phi thuyền liên hành tinh

Việc khám phá hệ Mặt Trời chủ yếu do các phi thuyền thực hiện. Để thoát khỏi Trái Đất, các phi thuyền phải đạt đến tốc độ thoát (escape speed), là tốc độ để chúng rời khỏi Trái Đất mãi mãi. Tốc độ này là khoảng 11 km/giây. Sau khi thoát khỏi Trái Đất, các phi thuyền sẽ tiếp cận mục tiêu. Dọc đường sẽ có những tên lửa đẩy gắn trên khoang thực hiện vài điều chỉnh nhỏ về hướng đi của chúng. Trong một chuyến bay liên hành tinh, các phi thuyền sẽ tuân theo quỹ đạo Mặt Trời, quỹ đạo này sẽ thay đổi khi chúng bay qua gần một hành tinh nào đó.

Khi đến gần một hành tinh nào đó, phi thuyền sẽ bị lực hấp dẫn của hành tinh ấy kéo vào quỹ đạo, trong quá trình đó nó sẽ mất hoặc có thêm năng lượng. Lúc này, các thiết bị điều khiển trên phi thuyền sẽ hoạt động để lợi dụng trọng lực của hành tinh đó điều hướng phi thuyền tiếp tục di chuyển tới hành tinh mục tiêu. Chẳng hạn, phi thuyền Voyager 2 đã đi qua vùng trọng lực của một loạt các thiên thể để tiếp cận sao Mộc (1979), sao Mộc (1980), sao Diêm Vương (1986), và sao Hải Vương (1989). Phi thuyền Galileo, phóng lên năm 1989, bay qua sao Kim một lần và Trái Đất hai lần để lấy năng lượng cần thiết bay tiếp tới mục tiêu cuối cùng là quỹ đạo sao Mộc.

Hành trình di chuyển trên mặt phẳng hoàng đạo của phi thuyền Voyager 2 qua các năm. Nó đi qua gần như mọi hành tinh trong hệ Mặt Trời
Hành trình di chuyển trên mặt phẳng hoàng đạo của phi thuyền Voyager 2 qua các năm. Nó đi qua gần như mọi hành tinh trong hệ Mặt Trời

Nếu muốn phi thuyền bay vòng quanh một hành tinh nào đó thì người ta sẽ giảm tốc độ của nó bằng tên lửa, để cho trọng lực của hành tinh đó bắt lấy phi thuyền. Các tên lửa khác sẽ mang phương tiện hạ cánh xuống bề mặt hành tinh nếu cần thiết. Cuối cùng, nếu cần đưa phi thuyền đó trở về Trái Đất thì phải tạo ra một lực đẩy đủ mạnh để đảo ngược toàn bộ quy trình.

4.7/5 - (6 votes)

Các bài viết trong chuyên mục Kiến Thức này được biên dịch hoặc sưu tầm bởi Dịch Thuật Lightway. Trang đặt quảng cáo để có kinh phí duy trì. Nếu bài viết hữu ích với bạn, hãy kích vào quảng cáo ủng hộ trang nhé.

Khám phá với Lightway

Kích quảng cáo ủng hộ trang

Bạn có bình luận gì không?