Tàu vũ trụ chắc hẳn không còn là cái tên xa lạ với chúng ta hiện nay. Phi thuyền được lên ý tưởng và chế tạo từ những nhà phát minh vĩ đại bậc nhất thế giới. Nếu bạn muốn tìm hiểu rõ hơn về những khái niệm, vận hành của phi thuyền này thì cùng xem tiếp nội dung bên dưới nhé!
Hiểu tàu vũ trụ là gì?
Tàu vũ trụ hay còn biết với cái tên như phi thuyền không gian là phương tiện di chuyển với tốc độ ánh sáng. Nó đưa con người tìm kiếm và khám phá đến những vùng đất, hành tinh mới. Đây được xem là phát minh vĩ đại trong nền công nghệ tiên tiến hiện đại ngày nay.
Phân loại tàu cụ thể
Tùy vào hoạt động và chức năng của phi thuyền khác nhau mà sẽ có những cách phân loại không giống nhau. Bạn có thể phân loại phi thuyền vũ trụ cụ thể dựa trên hai nguyên tắc sau đây:
Theo hoạt động tàu vũ trụ
Gồm có hai loại là trạm vệ tinh và tàu thám hiểm. Trạm vệ tinh là các tàu vũ trụ phóng đi và trở thành vệ tinh nhân tạo trên Trái Đất làm nhiệm vụ như một trạm để quan sát và kết nối với các phi thuyền vũ trụ khác. Trạm vệ tinh thực hiện những thí nghiệm trong không gian và làm trạm trung chuyển giúp những chuyến phi hành có người lái dễ dàng đi xa hơn vào vũ trụ.
Tàu thám hiểm được hiểu là loại tàu đi vào vũ trụ có khả năng bay theo một quỹ đạo nào đó hay vượt qua khỏi tầm nhìn của Trái Đất. Chẳng hạn như phi thuyền bay đến Sao Hoả.
Theo chức năng tàu vũ trụ
Dựa theo chức năng sẽ phân thành ba loại: Phi thuyền mẹ (tàu mẹ), phi thuyền con (tàu con) và phi thuyền con thoi (tàu con thoi). Ngoài ra, tàu con thoi sẽ có phần chính: Hai tên lửa đẩy nhiên liệu rắn, thùng chứa để cung cấp nhiên liệu và trạm quỹ đạo chứa đoàn phi hành.
Tại sao phải phóng tàu vũ trụ theo chiều quay Trái Đất?
Bạn đã biết nếu muốn nhảy xa hay ném lao đều phải lấy đà. Đây được xem là lợi dụng lực quán tính. Lực này giúp bạn nhảy xa hơn nay cây lao cũng bay xa hơn. Tương tự như thế, khi phóng một tên lửa theo hướng quay của Trái Đất, lực quán tính được dùng trong lúc này.
Theo kiến thức đã học, Trái Đất tự quay quanh trục và theo một hướng từ Tây sang Đông. Nhưng tốc độ quay của Trái Đất là bao nhiêu và cần mượn bao nhiêu lực tự quay? Trên thực tế, không phải mọi điểm Trái Đất đều quay với cùng một tốc độ. Tốc độ quay của Trái Đất sẽ chậm dần từ đường xích đạo về hai cực Nam, Bắc.
Về hai cực Bắc và Nam tốc độ quay gần như bằng không. Nhưng tại xích đạo, tốc độ quay lên đến 465 mét/giây. Do đó, trừ hai khu vực tại Bắc cực và Nam cực, con người đều áp dụng được lực quay của Trái Đất.
Khi tàu vũ trụ phóng đi tại xích đạo, vận tốc của tàu sẽ được cộng với vận tốc quay của Trái Đất. Vì thế, dù lực ban đầu của tàu phóng đi có yếu hơn so với dự định đôi chút, nó vẫn có thể thắng được sức hút của Trái Đất. Tuy nhiên, càng lên cao do gần hai cực nên tốc độ quay của Trái Đất càng chậm, tên lửa càng ít lợi dụng được lực này.
Phi thuyền vũ trụ sử dụng nguồn năng lượng gì?
Một tàu vũ trụ sẽ nhận năng lượng từ tối thiểu một trong ba nguồn năng lượng sau: Mặt trời, năng lượng nguyên tử và pin. Để lựa chọn ra nguồn năng lượng tốt nhất cho phi thuyền vũ trụ, các nhà phát minh phải xem xét các yếu tố như nơi đang hoạt động, dự định làm gif và thời gian hoạt động là bao lâu. Nguồn năng lượng được nêu rõ như sau:
Năng lượng từ mặt trời – Năng lượng chủ yếu của tàu vũ trụ
Các tấm pin mặt trời sản xuất từ tế bào quang điện gallium-arsenide để chuyển ánh sáng từ mặt trời thành điện năng dựa theo hiệu ứng quang điện. Các tấm pin mặt trời thường được đặt nghiêng để tiếp xúc diện tích tối đa với ánh sáng mặt trời. Các phi thuyền vũ trụ xoay quanh Trái Đất, có tên gọi là vệ tinh, gần với mặt trời để các vệ tinh có thể sử dụng được năng lượng mặt trời.
Điện từ tấm pin mặt trời được nạp vào và lưu trữ pin trong tàu vũ trụ, những viên pin này có nhiệm vụ cung cấp năng lượng cho tàu ngay khi phi thuyền di chuyển ra khỏi khu vực có ánh sáng mặt trời trực tiếp. Các con tàu thám hiểm xa mặt trời thường trang bị các tấm pin rất lớn để có đủ điện năng cần thiết. Các tấm pin mặt trời được gấp lại để phóng đi và sẽ được ở ra khi con tàu đã đi vào quỹ đạo.
Tuy nhiên, năng lượng mặt trời không phải lúc nào cũng hoạt động cho tất cả các tàu vũ trụ. Một lý do cho thấy là khi tàu đi xa mặt trời hơn, năng lượng mặt trời ngày càng trở nên kém hiệu quả hơn.
Các nhà thám hiểm sử dụng nguồn năng lượng mặt trời cũng có khả năng gặp khó khăn bởi thời tiết hay các mùa khắc nghiệt của hành tinh đó cũng như bức xạ mặt trời (một dạng năng lượng). Và các phi hành gia này có thể không khám phá trong một môi trường tối, bụi, chẳng hạn như các hang động trên mặt trăng.
Năng lượng từ pin lưu trữ
Đôi lúc, các nhiệm vụ được thiết kế nhằm kéo dài thêm một khoảng thời gian ngắn. Ví dụ, phi thuyền thám hiểm Huygens đáp cánh tại mặt trăng lớn Titan của Sao Thổ và chỉ hoạt động trong vài giờ. Do đó, chỉ cần một tấm pin đã cung cấp đủ năng lượng cho phi thuyền đổ bộ và thực hiện công việc, nhiệm vụ của nó.
Pin tàu vũ trụ phải được thiết kế có độ bền khá cao vì pin sử dụng cần phải làm việc ở một môi trường khắc nghiệt trong không gian và trên bề mặt của những hành tinh khác. Pin cũng phải được sạc lại rất nhiều lần.
Qua nhiều thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, các nhà khoa học đã đưa ra phát minh được nhiều cách nhằm cải thiện những viên pin này. Hiện tại, chúng được thiết kế với kích thước nhỏ gọn hơn nhưng lại mang nhiều năng lượng và độ bền cao hơn.
Năng lượng từ nguyên tử
Nguyên tử là một cấu tạo nhỏ của vật chất. Hầu như mọi thứ mà bạn biết trong vũ trụ đều được tạo thành từ các nguyên tử. Các nguyên tử phải tích trữ khá nhiều năng lượng để tự liên kết với nhau. Tuy nhiên, khi một số nguyên tử – Tên gọi khác là đồng vị phóng xạ không ổn định và bắt đầu tan rã. Khi các nguyên tử này tan đi, chúng sẽ giải phóng nguồn năng lượng ở dạng nhiệt.
Hệ thống điện đồng vị phóng xạ được hiểu là sử dụng sự chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt từ các nguyên tử không ổn định cùng với mức độ lạnh của không gian sản sinh ra điện. Các nhà khoa học sử dụng hệ thống này để cung cấp năng lượng cho nhiều mục đích khác nhau.
Đưa ra một minh chứng cụ thể, nó đã thực hiện các nhiệm vụ tới sao Thổ hay cả tàu vũ trụ đã thám hiểm đến không gian của các vì sao. Hệ thống đồng vị phóng xạ này tạo ra năng lượng sử dụng trong một thời gian khá dài, ngay cả những môi trường có điều kiện khắc nghiệt.
Các loại nguồn điện sử dụng cho phi thuyền vũ trụ
Mỗi nguồn điện cung cấp cho một vệ tinh hoặc các du thuyền thám hiểm vũ trụ khác đều có những thế mạnh và điểm yếu không giống nhau. Thường sẽ thông qua việc kết hợp các nguồn điện lại với nhau này, chúng ta mới có thể tìm thấy các nguồn điện một cách hiệu quả và thành công.
Tàu vũ trụ sử dụng nguồn điện từ pin
Pin là một sự chọn lựa đáng tin cậy và nhất quán. Tuy nhiên, nhu cầu điện năng cho vệ tinh yêu cầu khá cao, pin để cung cấp năng lượng cho một vệ tinh trong thời gian thực hiện nhiệm vụ sẽ có mức pin lớn hơn cả chính vệ tinh. Do đó, pin thường được sử dụng làm nơi lưu trữ tạm thời cho nguồn điện từ một nguồn điện khác.
Những tấm pin từ năng lượng mặt trời, đặc biệt là tấm hiện đại, cung cấp năng lượng dồi dào cho hầu hết tất cả nhu cầu của một vệ tinh và đảm bảo được mức độ an toàn và sạch sẽ khi phóng. Tuy nhiên, vẫn có một số hạn chế cụ thể:
- Các tấm pin từ năng lượng mặt trời là những công trình xây dựng lớn và mỏng manh, dễ bị các yếu tố bên ngoài làm hư hại (pháo sáng mặt trời hay thiên thạch) hay hơn thế là hỏng hóc cơ học.
- Các tấm pin này khá tốn kém khi xây dựng và đưa vào trong không gian vũ trụ.
- Tấm pin cần phải luôn luôn hướng về phía Mặt trời, tức là chúng không thể phát huy tác dụng khi bị các hành tinh hay các vật thể khác ngăn chặn lại.
- Chúng càng trở nên kém tác dụng hơn khi tàu vũ trụ càng đi xa Mặt trời. Việc này thường có nghĩa là các nhiệm vụ sử dụng nguồn điện từ năng lượng Mặt Trời sẽ không thể đi xa hơn quỹ đạo của sao Hỏa.
Máy phát nhiệt điện phóng xạ
Máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ cũng là lựa chọn đáng tin cậy và nhất quán. Nguồn điện này có xu hướng rất tốn kém để xây dựng và sự phản đối của con người đối với việc sử dụng chúng rất lớn vì mọi người lo lắng và sợ hãi việc nguồn điện này có thể làm rò rỉ các chất phóng xạ nếu xảy ra một lần phóng tàu vũ trụ không thành công.
Tế bào nhiên liệu
Tế bào nhiên liệu cũng có các chứng năng tương tự như pin nhưng các tế bào này sẽ có tuổi thọ cao hơn và có thể được cung cấp nhiên liệu. Tế bào nhiên liệu đã được sử dụng trong tàu con thoi và mang lại kết quả khá hữu ích trong các nhiệm vụ taij khu vực gần Trái đất khác.
Tuy nhiên, đối với những chuyến du hành trên tàu vũ trụ kéo dài thì chúng cần khá nhiều nhiên liệu. Các tế bào này cũng chạy rất nóng và nhiệt thải ra thường khó có thể kiểm soát được.
Kết luận
Trên đây là tất cả nội dung chúng tôi đã cung cấp cho bạn từ khái niệm cho đến các thông tin chi tiết về một con tàu vũ trụ. Hy vọng những thông tin về phi thuyền này sẽ mang đến cho bạn những kiến thức bổ ích có thêm hiểu biết về nền công nghệ hiện đại ngày nay trên thế giới.
