Contents
Vì sao tàu vũ trụ thường bay dọc Hoàng Đạo?
Hầu hết các hành tinh trong Hệ Mặt Trời nằm gần như trên cùng một mặt phẳng do chúng được hình thành từ một đĩa khí bụi quay cách đây khoảng 4,57 tỷ năm.
Mặt phẳng này chính là nơi đường Hoàng Đạo nằm trên thiên cầu.
Khi phóng tàu theo mặt phẳng Hoàng Đạo:
- Tiết kiệm rất nhiều năng lượng.
- Dễ tiếp cận các hành tinh khác.
- Không phải thực hiện các cú đổi mặt phẳng quỹ đạo cực kỳ tốn nhiên liệu.
Có thể xem Hoàng Đạo như "xa lộ chính" của Hệ Mặt Trời.
Trợ giúp hấp dẫn là gì?
Một hành tinh không chỉ có khối lượng mà còn đang chuyển động quanh Mặt Trời với vận tốc rất lớn.
Ví dụ:
- Trái Đất: khoảng 30 km/s.
- Sao Mộc: khoảng 13 km/s.
Khi một tàu vũ trụ bay sát qua hành tinh, lực hấp dẫn của hành tinh sẽ bẻ cong quỹ đạo của con tàu.
Nếu đi đúng hướng
Tàu sẽ:
- Nhận thêm động lượng từ hành tinh.
- Tăng vận tốc so với Mặt Trời.
- Bay xa hơn mà gần như không tiêu tốn nhiên liệu.
Nếu đi ngược hướng
Tàu có thể:
- Mất bớt động lượng.
- Giảm tốc.
- Rơi sâu hơn vào vùng trong của Hệ Mặt Trời.
Có thực sự là "ăn cắp" năng lượng không?
Về mặt vật lý, có.
Năng lượng bổ sung của tàu đến từ chính chuyển động quỹ đạo của hành tinh.
Theo định luật bảo toàn động lượng:
- Tàu tăng tốc.
- Hành tinh mất đi một lượng động lượng tương ứng.
Tuy nhiên, hiệu ứng này cực kỳ nhỏ.
Ví dụ:
- Sao Mộc nặng gấp khoảng 318 lần Trái Đất.
- Một tàu thăm dò chỉ nặng vài trăm kilôgam hoặc vài tấn.
Sự thay đổi quỹ đạo của hành tinh nhỏ đến mức không thể đo được trong thực tế.
Những nhiệm vụ nổi tiếng sử dụng trợ giúp hấp dẫn
Voyager 1 và Voyager 2
NASA đã tận dụng một sự thẳng hàng hiếm gặp của:
- Sao Mộc
- Sao Thổ
- Sao Thiên Vương
- Sao Hải Vương
để lần lượt "đi ké" qua các hành tinh này.
Nhờ đó:
- Voyager 1 và Voyager 2 có thể vượt ra ngoài Hệ Mặt Trời.
- Tổng quãng đường đạt hàng chục tỷ kilomet.
Cassini
Tàu Cassini không bay thẳng tới Sao Thổ.
Nó lần lượt bay qua:
- Sao Kim
- Trái Đất
- Sao Mộc
để tích lũy đủ vận tốc trước khi tới đích.
Parker Solar Probe
Mục tiêu của tàu là tiến sát Mặt Trời.
Nghe có vẻ chỉ cần lao vào trong, nhưng thực tế tàu phải loại bỏ phần lớn vận tốc quỹ đạo quanh Mặt Trời.
NASA đã sử dụng nhiều lần bay ngang Sao Kim để hãm tốc dần dần, cho phép Parker tiến gần Mặt Trời hơn bất kỳ tàu nào trong lịch sử.
Vì sao kỹ thuật này quan trọng?
Nếu không có trợ giúp hấp dẫn:
- Nhiều sứ mệnh sẽ cần tên lửa lớn hơn rất nhiều.
- Khối lượng nhiên liệu sẽ tăng mạnh.
- Một số nhiệm vụ gần như không thể thực hiện bằng công nghệ hiện nay.
Nhờ "đi ké" hành tinh, con người có thể gửi tàu tới:
- Rìa Hệ Mặt Trời.
- Không gian liên sao.
- Các hành tinh cách hàng tỷ kilomet.
mà chỉ với lượng nhiên liệu tương đối hạn chế.
Kết luận
🚀 Trợ giúp hấp dẫn là một trong những ứng dụng đẹp nhất của cơ học thiên thể. Thay vì chống lại các quy luật tự nhiên, các nhà khoa học tận dụng chính chuyển động của các hành tinh để biến chúng thành những "máy gia tốc miễn phí" khổng lồ. Nhờ kỹ thuật này, các tàu như Voyager, Cassini hay Parker Solar Probe đã đi được những quãng đường mà nếu chỉ dựa vào nhiên liệu mang theo thì gần như không thể thực hiện.
