Tàu vũ trụ đã làm chúng ta say mê trong nhiều thập kỷ, cho phép nhân loại khám phá xa hơn hành tinh của chúng ta.

Nhưng làm sao những cỗ máy đáng kinh ngạc này có thể bay được trong môi trường chân không của vũ trụ?

Sự vắng mặt của không khí và trọng lực đặt ra những thách thức độc đáo mà tàu vũ trụ phải vượt qua để điều hướng không gian rộng lớn. Dưới đây, chúng ta sẽ khám phá cách tàu vũ trụ di chuyển trong không gian và các công nghệ giúp tất cả trở nên khả thi!

1. Vai trò của động cơ đẩy trong chuyển động của tàu vũ trụ

Trong trường hợp không có không khí, tàu vũ trụ dựa vào tên lửa và động cơ đẩy để đẩy. Không giống như trên Trái đất, nơi máy bay sử dụng cánh để tạo lực nâng bằng cách đẩy không khí xuống dưới, tàu vũ trụ không cần lực nâng. Thay vào đó, chúng sử dụng động cơ đẩy, là lực tạo ra bằng cách đẩy khối lượng ra ở tốc độ cao.

Điều này tuân theo Định luật chuyển động thứ ba của Newton, trong đó nêu rằng đối với mọi hành động, đều có một phản ứng bằng và ngược lại. Bằng cách phun nhiên liệu ở tốc độ cao từ động cơ hoặc bộ đẩy, tàu vũ trụ tạo ra đủ lực để di chuyển theo hướng ngược lại, cho phép chúng di chuyển trong không gian.

2. Cách tàu vũ trụ duy trì tốc độ của chúng

Một trong những khía cạnh hấp dẫn nhất của chuyến bay vũ trụ là khi tàu vũ trụ đạt được tốc độ mong muốn, nó không cần phải liên tục sử dụng nhiên liệu để duy trì tốc độ đó. Điều này là do không có ma sát trong không gian. Không giống như trên Trái đất, nơi sức cản của không khí làm chậm các vật thể chuyển động, trong không gian, hầu như không có vật chất nào tạo ra lực cản.

Khi tàu vũ trụ đạt được tốc độ của nó, nó tiếp tục chuyển động do động lượng của nó, được bảo toàn cho đến khi có lực khác tác động vào nó, như lực hấp dẫn từ một hành tinh hoặc một vật thể khác. Đây là lý do tại sao tàu vũ trụ có thể lướt qua không gian trong thời gian dài mà không sử dụng nhiều nhiên liệu.

3. Điều hướng trong Không gian: Sử dụng Hỗ trợ trọng lực

Tàu vũ trụ cần phải điều hướng những khoảng cách rất xa, và với kích thước khổng lồ của không gian, các phương pháp điều hướng truyền thống như lái ô tô hoặc máy bay là không thể. Thay vào đó, tàu vũ trụ thường sử dụng hỗ trợ trọng lực hoặc "động tác ná cao su". Bằng cách bay gần một hành tinh hoặc mặt trăng, tàu vũ trụ có thể khai thác lực hấp dẫn của vật thể đó để tăng vận tốc và đổi hướng. Kỹ thuật này cho phép tàu vũ trụ tiết kiệm nhiên liệu và tăng tốc bằng cách "đánh cắp" năng lượng từ lực hấp dẫn của một hành tinh.

4. Tầm quan trọng của việc sắp xếp tên lửa

Hầu hết các sứ mệnh không gian đều sử dụng tên lửa nhiều tầng, trong đó mỗi tầng có động cơ và nhiên liệu riêng. Khi một tầng đốt hết nhiên liệu, nó sẽ bị loại bỏ, giúp tàu vũ trụ nhẹ hơn và cho phép tầng tiếp theo tiếp tục hành trình. Quá trình này rất quan trọng đối với các sứ mệnh vào không gian sâu, vì tàu vũ trụ phải thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái đất và tiếp tục tăng tốc hướng đến đích. Mỗi tầng hoạt động theo trình tự, cho phép tăng dần vận tốc, điều này rất quan trọng để vượt qua lực hấp dẫn của Trái đất và vươn tới không gian.

5. Tinh chỉnh chuyển động của tàu vũ trụ bằng động cơ đẩy

Trong không gian, tàu vũ trụ không có sự xa xỉ khi sử dụng vô lăng hoặc bánh lái như máy bay. Thay vào đó, chúng sử dụng hệ thống điều khiển phản ứng (RCS) là các động cơ đẩy nhỏ nằm trên thân tàu vũ trụ. Các động cơ đẩy này giúp tàu vũ trụ thay đổi hướng và thái độ, cho phép điều chỉnh chính xác khi kết nối, hạ cánh hoặc điều chỉnh hướng đi. Các động cơ đẩy hoạt động bằng cách đẩy ra một lượng nhỏ nhiên liệu, tạo ra đủ lực để xoay hoặc dịch chuyển vị trí của tàu vũ trụ mà không cần lượng lớn nhiên liệu.

5. Tinh chỉnh chuyển động của tàu vũ trụ bằng động cơ đẩy

Trong không gian, tàu vũ trụ không có sự xa xỉ khi sử dụng vô lăng hoặc bánh lái như máy bay. Thay vào đó, họ sử dụng hệ thống điều khiển phản ứng (RCS) là các động cơ đẩy nhỏ nằm trên thân tàu vũ trụ. Động cơ thúc này giúp tàu vũ trụ thay đổi hướng và thái độ, cho phép điều chỉnh chính xác khi kết nối, cánh cánh hoặc điều chỉnh hướng đi. Động cơ thúc đẩy hoạt động bằng cách cung cấp một lượng nhiên liệu nhỏ, tạo ra đủ năng lượng để xoay hoặc dịch chuyển vị trí của các trụ vũ trụ mà không cần lượng lớn nhiên liệu.

6. Tàu vũ trụ giảm tốc độ trong không gian như thế nào

Mặc dù tàu vũ trụ có thể lướt qua không gian mà không gặp nhiều lực cản, việc giảm tốc độ vẫn cần thiết để hạ cánh hoặc điều khiển vào quỹ đạo. Điều này thường đạt được bằng cách sử dụng động cơ đẩy ngược, hoạt động theo hướng ngược lại với hướng di chuyển. Trong một số trường hợp, tàu vũ trụ cũng có thể sử dụng lực hấp dẫn của hành tinh để giảm tốc. Ví dụ, khi vào quỹ đạo quanh một hành tinh, tốc độ của tàu vũ trụ phải được điều chỉnh để phù hợp với quỹ đạo của hành tinh, được thực hiện bằng cách bắn động cơ đẩy theo hướng ngược lại với hướng chuyển động của nó.

7. Thiết kế tàu vũ trụ và hệ thống dẫn đường

Tàu vũ trụ hiện đại được trang bị hệ thống dẫn đường và con quay hồi chuyển tiên tiến để giúp phi công hoặc hệ thống tự động điều khiển tàu vũ trụ. Các hệ thống này sử dụng cảm biến để phát hiện hướng của tàu vũ trụ và thực hiện các điều chỉnh cần thiết. Ngoài ra, tàu vũ trụ được thiết kế bằng vật liệu có thể chịu được các điều kiện khắc nghiệt của không gian, chẳng hạn như biến động nhiệt độ, va chạm của thiên thạch nhỏ và bức xạ.

Khoa học đằng sau cách tàu vũ trụ bay trong không gian là sự kết hợp giữa vật lý Newton, kỹ thuật tiên tiến và công nghệ tiên tiến. Động cơ đẩy, động lượng, hỗ trợ trọng lực và hệ thống điều khiển chính xác cho phép tàu vũ trụ di chuyển những khoảng cách xa và đạt tốc độ đáng kinh ngạc.

Khi việc khám phá không gian tiếp tục phát triển, những nguyên tắc này sẽ hướng dẫn chúng ta đi sâu hơn vào vũ trụ, mở ra những khả năng mới cho hành trình của nhân loại vào các vì sao. Với mỗi nhiệm vụ mới, câu hỏi về cách tàu vũ trụ bay trong không gian không chỉ là về vật lý, mà còn là về việc đẩy lùi ranh giới của những điều có thể!