Tên lửa bay như thế nào

Nếu quan sát việc đốt pháo thăng thiên ta sẽ thấy rõ. Trong hoặc xung quanh pháo thăng thiên có bọc thuốc pháo, khi thuốc pháo bắt cháy phun xuống dưới thì pháo sẽ phóng lên cao rất nhanh, pháo thăng thiên chính là một loại tên lửa đầu tiên loại nhỏ.

Vì sao tên lửa phụt khí ra phía sau lại có được động lực để bay lên?

Để nói rõ vấn đề này chúng ta hãy chuyển câu chuyện đi xa hơn một chút. Lực tác dụng và phản lực là một hiện tượng thường thấy trong đời sống. Bạn dùng tay đập vào bàn, tay sẽ thấy đau; bạn dùng sức ném một viên đá lên mặt đường, viên đá sẽ văng lên. Những điều đó cho thấy khi tác động một lực vào bất kỳ một vật thể nào thì vật thể đó sẽ trả lại bạn một phản lực có độ lớn như vậy nhưng ngược chiều. Những người bắn súng đều có cảm giác thế này: khi ngắm đúng bia và bóp cò, “đoàng” một tiếng, viên đạn đã ra khỏi nòng; đồng thời cũng cảm thấy báng súng tì vào vai đẩy mạnh lại một cái. Khi bắn pháo tình hình này lại càng rõ. Khi đạn vừa ra khỏi nòng pháo, nòng pháo sẽ giật mạnh lại phía sau. Những cái đó đều do phản lực của súng và pháo.

Chất khí cũng có phản lực như vậy, chính là nhờ phản lực của khí cháy mà tên lửa bay lên được. Khi khí cháy phun xuống dưới thì tên lửa bay thẳng lên.

Máy bay tuabin phản lực phổ thông nhờ luồng không khí phụt về phía sau mà tiến lên, nên nó chỉ có thể bay trong khí quyển. Tên lửa dựa vào phản lực của khí cháy nên nó có thể bay ở không gian vũ trụ không có không khí.

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 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 7,9km/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 40 W trong 1 giờ.

Tên lửa bay được là nhờ vào việc chất khí phụt ra phía sau tạo nên một phản lực.

Mặt khác, tên lửa bay được là nhờ vào việc chất khí phụt ra phía sau tạo nên một phản lực. Khí phụt ra càng nhanh, tên lửa bay càng chóng. Muốn đạt được tốc độ bay rất lớn, ngoài đòi hỏi phải có tốc độ phụt khí rất cao ra, còn phải mang theo rất nhiều nhiên liệu. Nếu tốc độ phụt khí là 4.000m/s, để đạt được tốc độ thoát ly là 11,2km/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 cách thoả 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 nhiêu 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, tỷ 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.

Từ xưa đến nay, con người luôn cảm thấy rất hiếu kỳ đối với vũ trụ bao la rộng lớn, luôn mong có một ngày có thể bay ra khỏi Trái Đất để tới một tinh cầu khác tham quan. Phát minh tên lửa cuối cùng đã khiến cho con người thực hiện được giấc mơ này.

Tên lửa của hãng Space-X

Tên lửa có thể bay, nguyên lý này giống như các vật thể vận động khác, đều dựa vào lực tác dụng và phản lực để sinh ra động lực. Tên lửa sinh ra thể khí nóng thông qua nhiên liệu được đốt nóng, sau khi thể khí nở ra, khí thải ở phần đuôi tên lửa liên tục được thải ra, sinh sản một lực tác dụng mạnh mẽ.

Đồng thời nó sinh ra một phản lực có độ lớn tương đương và ngược chiều với lực tác dụng, phản lực này tác dụng lên tên lửa, đẩy tên lửa bay về phía trước. Do chịu ảnh hưởng lực hấp dẫn của Trái Đất, tên lửa phải đạt tới tốc độ 7,9 km/giây thì mới có thể bay ra khỏi Trái Đất.