VÌ SAO PHÓNG TÀU VŨ TRỤ PHẢI DÙNG TÊN LỬA NHIỀU TẦNG ?

Chỉ khi đạt được tốc độ bay 7,9 km/s thì vệ tinh nhân tạo hay tàu vũ trụ mới không rơi trở lại mặt đất. Các con tàu lên Mặt Trăng cần có tốc độ 11,2 km/s, còn muốn bay tới các hành tinh khác thì tốc độ phải lớn hơn nữa. Làm thế nào để đạt tốc độ đó? Chỉ có tên lửa đẩy mới đảm đương nổi việc này.

Muốn làm cho một vật thể chuyển động với tốc độ 7,9 km/s để thoát khỏi sức hút của Trái Đất, đòi hỏi phải dùng một năng lượng lớn. Một vật nặng 1g muốn thoát khỏi Trái Đất sẽ cần một năng lượng tương đương điện năng cần thiết để thắp sáng 1.500 bóng đèn điện 40W trong 1 giờ.

Mặt khác, tên lửa bay được là nhờ chất khisphutj ra phía sau tạo nên phản lực. Khí phụt ra càng mạnh, tên lửa bay càng nhanh. Muốn đạt được tốc độ bay rất lớn, ngoài tốc độ phụt khí rất cao, còn phải mang theo rất nhiều nhiên liệu. Nếu tốc độ phụt khí là 4.000 m/s, để đạt được tốc độ thoát ly là 11,2 km/s thì tên lửa phải chứa một số nhiên liệu nặng gấp mấy lần trọng lượng bản thân.

Các nhà khoa học đã cố gắng giải quyết vấn đề này một cach thỏa đáng. Làm sao để trong quá trình bay, cùng với sự tiêu hao nhiên liệu sẽ vứt bỏ được những bộ phận không cần thiết nữa, giảm nhẹ trọng lượng đang tiếp tục quá trình bay, nâng cao tốc độ bay. Đó chính là phương án sử dụng tên lửa nhiều tầng. Hiện nay phóng vệ tinh nhân tạo hoặc tàu vũ trụ vào không gian đều sử dụng loại tên lửa này.

Tên lửa nhiều tầng có ít nhất hai tên lửa trở lên, lắp liên tiếp nhau. Khi nhiên liệu ở tên lửa dưới cùng hết, nó tự động tách ra và tên lửa thứ hai lập tức được phát động. Khi tên lửa thứ hai dùng hết nhiên liệu, nó cũng tự động tách ra và tên lửa thứ ba tiếp đó được phát động... cứ như vậy sẽ làm cho vệ tinh hoặc tàu vũ trụ đặt ở tầng trên cùng đạt được tốc độ từ 7,9km/s trở lên để bay quanh Trái Đất hoặc thoát khỏi Trái Đất.

Dùng tên lửa nhiều tầng tuy có thể giải quyết vấn đề bay trong vũ trụ nhưng tiêu hao nhiên liệu rất lớn. Giả sử chúng ta dùng tên lửa 4 tầng để đưa tàu vào không gian, tốc độ phụt khí của mỗi tầng này là 2,5km/s, tỉ lệ giữa trọng lượng nhiên liệu và vỏ là 4/1, như vậy muốn cho một con tàu nặng 30kg ở tầng cuối đạt được tốc độ 12km/s thì trọng lượng toàn bộ tên lửa và nhiên liệu khi bắt đầu phóng phải tới trên 1.000 tấn.

Ngày nay, các tàu không gian còn có thể được nâng lên bởi các tên lửa đẩy gắn ở bên sườn. Chẳng hạn thế hệ tàu Ariane 5.

VÌ SAO PHÓNG TÀU VŨ TRỤ PHẢI DÙNG TÊN LỬA NHIỀU TẦNG ?

Chỉ khi đạt được tốc độ bay 7,9 km/s thì vệ tinh nhân tạo hay tàu vũ trụ mới không rơi trở lại mặt đất. Các con tàu lên Mặt Trăng cần có tốc độ 11,2 km/s, còn muốn bay tới các hành tinh khác thì tốc độ phải lớn hơn nữa. Làm thế nào để đạt tốc độ đó? Chỉ có tên lửa đẩy mới đảm đương nổi việc này.

Muốn làm cho một vật thể chuyển động với tốc độ 7,9 km/s để thoát khỏi sức hút của Trái Đất, đòi hỏi phải dùng một năng lượng lớn. Một vật nặng 1g muốn thoát khỏi Trái Đất sẽ cần một năng lượng tương đương điện năng cần thiết để thắp sáng 1.500 bóng đèn điện 40W trong 1 giờ.

Mặt khác, tên lửa bay được là nhờ chất khisphutj ra phía sau tạo nên phản lực. Khí phụt ra càng mạnh, tên lửa bay càng nhanh. Muốn đạt được tốc độ bay rất lớn, ngoài tốc độ phụt khí rất cao, còn phải mang theo rất nhiều nhiên liệu. Nếu tốc độ phụt khí là 4.000 m/s, để đạt được tốc độ thoát ly là 11,2 km/s thì tên lửa phải chứa một số nhiên liệu nặng gấp mấy lần trọng lượng bản thân.

Các nhà khoa học đã cố gắng giải quyết vấn đề này một cach thỏa đáng. Làm sao để trong quá trình bay, cùng với sự tiêu hao nhiên liệu sẽ vứt bỏ được những bộ phận không cần thiết nữa, giảm nhẹ trọng lượng đang tiếp tục quá trình bay, nâng cao tốc độ bay. Đó chính là phương án sử dụng tên lửa nhiều tầng. Hiện nay phóng vệ tinh nhân tạo hoặc tàu vũ trụ vào không gian đều sử dụng loại tên lửa này.

Tên lửa nhiều tầng có ít nhất hai tên lửa trở lên, lắp liên tiếp nhau. Khi nhiên liệu ở tên lửa dưới cùng hết, nó tự động tách ra và tên lửa thứ hai lập tức được phát động. Khi tên lửa thứ hai dùng hết nhiên liệu, nó cũng tự động tách ra và tên lửa thứ ba tiếp đó được phát động... cứ như vậy sẽ làm cho vệ tinh hoặc tàu vũ trụ đặt ở tầng trên cùng đạt được tốc độ từ 7,9km/s trở lên để bay quanh Trái Đất hoặc thoát khỏi Trái Đất.

Dùng tên lửa nhiều tầng tuy có thể giải quyết vấn đề bay trong vũ trụ nhưng tiêu hao nhiên liệu rất lớn. Giả sử chúng ta dùng tên lửa 4 tầng để đưa tàu vào không gian, tốc độ phụt khí của mỗi tầng này là 2,5km/s, tỉ lệ giữa trọng lượng nhiên liệu và vỏ là 4/1, như vậy muốn cho một con tàu nặng 30kg ở tầng cuối đạt được tốc độ 12km/s thì trọng lượng toàn bộ tên lửa và nhiên liệu khi bắt đầu phóng phải tới trên 1.000 tấn.

Ngày nay, các tàu không gian còn có thể được nâng lên bởi các tên lửa đẩy gắn ở bên sườn. Chẳng hạn thế hệ tàu Ariane 5.

Một máy bay bay ngang với vận tốc v 1 = 504 k m / h ở độ cao 2km muốn thả bom trúng một tàu chiến đang chuyển động đều với vận tốc v 2 = 90 k m / h trong cùng mặt phẳng thẳng đứng với máy bay. Hỏi máy bay phải cắt bom khi nó cách tàu chiến theo phương ngang một đoạn xa là bao nhiêu để bom rơi trúng tàu chiến? Xét trong hai trường hợp:

a. Máy bay và tàu chuyển động cùng chiều.

b. Máy bay và tàu chuyển động ngược chiều

Một máy bay bay ngang với vận tốc v 1 = 504 k m / h ở độ cao 2km muốn thả bom trúng một tàu chiến đang chuyển động đều với vận tốc v 2 = 90 k m / h trong cùng mặt phẳng thẳng đứng với máy bay. Hỏi máy bay phải cắt bom khi nó cách tàu chiến theo phương ngang một đoạn xa là bao nhiêu để bom rơi trúng tàu chiến? Biết máy bay và tàu chuyển động cùng chiều

A. 2,3km

B. 2,8km

C. 3km

D. 3,8km

Một máy bay bay ngang với vận tốc  v 1 = 504 k m / h  ở độ cao 2km muốn thả bom trúng một tàu chiến đang chuyển động đều với vận tốc  v 2 = 90 k m / h  trong cùng mặt phẳng thẳng đứng với máy bay. Hỏi máy bay phải cắt bom khi nó cách tàu chiến theo phương ngang một đoạn xa là bao nhiêu để bom rơi trúng tàu chiến? Biết máy bay và tàu chuyển động ngược chiều.

A. 2,3km

B. 3,3km

C. 3km

D. 3,8km

TẠI SAO TÀU VŨ TRỤ ĐƯỢC PHÓNG THEO CHIỀU QUAY CỦA TRÁI ĐẤT

Các vận động viên muốn nhảy xa phải lấy đà, muốn ném lao cũng lấy đà. Đó là sự lợi dụng lực quán tính. Lực quán tính đã giúp vận động viên hay cây lao bay xa hơn. Khi phóng tên lửa thuận theo hướng quay của Trái Đất, chính là chúng ta đã mượn thêm lực quán tính này.

Thực tế, không phải mọi điểm trên Trái Đất đều quay với tốc độ như nhau. Càng gần Bắc Cực và Nam Cực, tốc độ quay càng chậm. Càng gần xích đạo, tốc độ quay càng lớn ( Hình tượng này giống như chiếc đĩa hát quay trên máy quay đĩa. Cùng một vòng quay, nhưng các điểm ở rìa đĩa hát đi được một đoạn đường dài hơn so với các điểm ở tâm đĩa ). Trung tâm Bắc và Nam Cực quay với tốc độ bằng không. Nhưng ở vùng xích đạo, tốc độ này lên tới 465 mét/giây. Bởi vậy, trừ hai khu vực ở trung tâm Bắc Cực và Nam Cực, còn tại hầu hết các điểm khác, con người đều có thể lợi dụng lực quay của Trái Đất.

Khi tàu vũ trụ phóng lên ở vùng xích đạo, vận tốc của nó sẽ được cộng thêm vận tốc quay của Trái Đất ( tức là 465m/s). Và do vậy, dù lực phóng ban đầu của tàu có yếu hơn một chút, nó vẫn dễ dàng thắng được sức hút Trái Đất. Tuy nhiên càng lên các vĩ độ cao ( gần hai cực hơn ), tốc độ quay của Trái Đất càng chậm, do đó tên lửa càng lợi dụng càng ít hơn lực quay này.

TẠI SAO TÀU VŨ TRỤ ĐƯỢC PHÓNG THEO CHIỀU QUAY CỦA TRÁI ĐẤT

Các vận động viên muốn nhảy xa phải lấy đà, muốn ném lao cũng lấy đà. Đó là sự lợi dụng lực quán tính. Lực quán tính đã giúp vận động viên hay cây lao bay xa hơn. Khi phóng tên lửa thuận theo hướng quay của Trái Đất, chính là chúng ta đã mượn thêm lực quán tính này.

Thực tế, không phải mọi điểm trên Trái Đất đều quay với tốc độ như nhau. Càng gần Bắc Cực và Nam Cực, tốc độ quay càng chậm. Càng gần xích đạo, tốc độ quay càng lớn ( Hình tượng này giống như chiếc đĩa hát quay trên máy quay đĩa. Cùng một vòng quay, nhưng các điểm ở rìa đĩa hát đi được một đoạn đường dài hơn so với các điểm ở tâm đĩa ). Trung tâm Bắc và Nam Cực quay với tốc độ bằng không. Nhưng ở vùng xích đạo, tốc độ này lên tới 465 mét/giây. Bởi vậy, trừ hai khu vực ở trung tâm Bắc Cực và Nam Cực, còn tại hầu hết các điểm khác, con người đều có thể lợi dụng lực quay của Trái Đất.

Khi tàu vũ trụ phóng lên ở vùng xích đạo, vận tốc của nó sẽ được cộng thêm vận tốc quay của Trái Đất ( tức là 465m/s). Và do vậy, dù lực phóng ban đầu của tàu có yếu hơn một chút, nó vẫn dễ dàng thắng được sức hút Trái Đất. Tuy nhiên càng lên các vĩ độ cao ( gần hai cực hơn ), tốc độ quay của Trái Đất càng chậm, do đó tên lửa càng lợi dụng càng ít hơn lực quay này.

Một máy bay đang bay thẳng đều theo phương ngang với tốc độ  ở độ cao h muốn thả bom trúng một tàu chiến đang chuyển động thẳng đều với tốc độ  trong cùng mặt phẳng thẳng đứng với vận tốc máy bay. Hỏi máy bay phải cắt bom khi nó cách tàu chiến theo phương ngang một đoạn L bằng bao nhiêu? Biết rằng máy bay và tàu chuyển động ngược chiều nhau

A. L = v 1 + v 2 2 h g

B.  L = v 1 - v 2 2 h g

C. L = v 1 2 h g

D. L = v 1 + v 2 2 g h

Một máy bay đang bay thẳng đều theo phương ngang với tốc độ ở độ cao h muốn thả bom trúng một tàu chiến đang chuyển động thẳng đều với tốc độ trong cùng mặt phẳng thẳng đứng với vận tốc máy bay. Hỏi máy bay phải cắt bom khi nó cách tàu chiến theo phương ngang một đoạn L bằng bao nhiêu? Biết rằng máy bay và tàu chuyển động ngược chiều nhau

A.  L = v 1 + v 2 2 h g

B.  L = v 1 + v 2 2 h g

C.  L = v 1 2 h g

D.  L = v 1 + v 2 2 g h

Tốc độ vũ trụ cấp I (7,9 km/s) là tốc độ nhỏ nhất để các con tàu vũ trụ có thể bay quanh Trái Đất. Coi gia tốc của tên lửa phóng tàu là không đổi, để sau khi phóng 160 s con tàu đạt được tốc độ như trên thì tên lửa phóng tàu vũ trụ phải có gia tốc bằng

A. 10 m / s 2

B.  49 , 4 m / s 2

C.  55 m / s 2

D.  5 m / s 2