Hà
Dương Cự/Người Việt
February 16, 2017
Vệ tinh là một tinh thể bay quanh một tinh thể khác
lớn hơn. Trái Ðất là một vệ tinh của Mặt Trời và Mặt Trăng là vệ tinh của Trái
Ðất. Tuy nhiên, khi người ta nói tới vệ tinh thường có nghĩa là vệ tinh nhân tạo
tức là một vật thể do con người phóng lên không trung và bay vòng quanh trái đất.
Trong bài này cũng vậy, vệ tinh có nghĩa là vệ tinh nhân tạo.
Trạm Không Gian Quốc Tế. (Hình: nasa.gov)
Lịch
sử của vệ tinh
Nga Xô là nước phóng vệ tinh đầu tiên lên không
trung. Ðó là Spunik 1, được phóng vào ngày 4 Tháng Mười, 1957. Sputnik 1 hình một
quả cầu tròn có đường kính 58 cm và nặng 83.6 kg. Sputnik bay vòng quanh trái đất
và phát sóng vô tuyến. Vì sức cản của không khí Sputnik bay chậm dần và vào
Tháng Giêng, 1958, thì bị cháy khi rơi sâu vào khí quyển.
Vệ tinh nhân tạo đầu tiên Sputnik 1. (Hình:
nssdc.gsfc.nasa.gov)
Bốn tháng sau thì Hoa Kỳ phóng vệ tinh Explorer 1
lên không trung và cuộc đua vũ trụ bắt đầu.
Khởi đầu từ cuối thập niên 1950 tới đầu thập niên
1960, Liên Bang Xô Viết dẫn trước Hoa Kỳ. Phi hành gia đầu tiên là người Nga,
ông Yuri Gagarin, được phóng lên không trung và bay vòng quanh Trái Ðất vào ngày
12 Tháng Tư, 1961. Gần một năm sau Hoa Kỳ mới đưa được phi hành gia đầu tiên
bay vòng quanh Trái Ðất, đó là ông John Glenn.
Vào cuối thập niên 1960, Hoa Kỳ qua mặt Liên Bang Xô
Viết với chương trình Apollo. Ông Neil Armstrong là người đầu tiên đặt chân lên
Mặt Trăng vào ngày 21 Tháng Bảy, 1969, với phi thuyền Apollo 11.
Kỹ
thuật phóng vệ tinh
Nếu bạn nhảy lên thì sẽ phải rơi xuống, đó là vì sức
hút của Trái Ðất. Muốn thoát khỏi sức hút Trái Ðất thì phải có một vận tốc lớn
hơn 40,000 kilomét/giờ (hay 25,000 dặm/giờ). Nhưng để đặt một vật làm vệ tinh
thì chỉ cần một vận tốc nhỏ hơn. Tuy nhiên nếu vận tốc không đủ lớn thì sẽ bị
trọng lực kéo xuống và bị rơi xuống Trái Ðất.
Vận tốc quỹ đạo (orbital velocity) của một vệ tinh
là vận tốc cần thiết để có sự cân bằng giữa trọng lực kéo vệ tinh xuống và quán
tính của sự chuyển động của vệ tinh. Thí dụ ở độ cao 150 dặm thì vận tốc phải
là khoảng 17,000 dặm/giờ.
Có hai giai đoạn của việc phóng vệ tinh, một là
phóng lên và hai là bay quanh Trái Ðất. Giai đoạn phóng lên thì hỏa tiễn thường
bay thẳng lên, lý do là để tiết kiệm nhiên liệu. Khi lên tới gần quỹ đạo thì hệ
thống điều khiển của hỏa tiễn bắn một luồng phản lực nhỏ để đưa vệ tinh quay
ngang vào tầm quỹ đạo. Khi đó vệ tinh được tách rời khỏi hỏa tiễn và bay vào vòng
quỹ đạo. Trong suốt thời gian bay, hỏa tiễn luôn luôn được một hệ thống điều hướng
theo dõi lộ trình và điều chỉnh hướng bay nếu cần.
Vì cần nhiều nhiên liệu nên việc phóng một vệ tinh
lên rất đắt tiền. Các khoa học gia đã nghĩ nhiều cách để giảm phí tổn.
Hỏa tiễn Saturn V của Hoa Kỳ. (Hình: nasa.gov)
Cách thứ nhất là giảm bớt nhiên liệu. Lợi dụng vòng
quay của trái đất để có thêm một chút lực đẩy. Trái đất quay nhanh nhất ở xích
đạo nên nơi phóng càng gần xích đạo càng tốt. Một điều nữa là các vệ tinh thường
bay về hướng Ðông vì trái đất cũng quay về hướng Ðông.
Cách thứ hai là dùng phi thuyền con thoi (space
shuttle) như Hoa Kỳ đã làm. Những vệ tinh được cột chặt trong khoang chứa hàng
(cargo bay) của phi thuyền con thoi. Phi thuyền này được phóng lên, rồi ở một độ
cao nào đó các vệ tinh được thả ra. Nhưng Hoa Kỳ đã ngưng chương trình phi thuyền
con thoi.
Cách mới nhất để giảm phí tổn là dùng lại các hỏa tiễn.
Các hỏa tiễn sau khi đã đốt hết nhiên liệu và đã đưa vệ tinh lên tới gần quỹ đạo
thì được tách rời ra và rơi xuống. Các hỏa tiễn thường bị cháy tiêu luôn khi
vào vùng khí quyển. Như vậy rất tốn kém. Mới đây công ty SpaceX có ý kiến là
thu hồi hỏa tiễn đã dùng rồi sửa chữa và dùng lại. SpaceX đã thử nghiệm thành
công việc thu hồi lại hỏa tiễn. NASA sẽ dùng hỏa tiễn của SpaceX để đem đồ tiếp
tế lên cho Trạm Không Gian Quốc Tế.
Các
loại quỹ đạo
Tùy theo áp dụng các nhà khoa học có thể đặt vệ tinh
bay theo hình vòng tròn hay theo hình elip và bay gần hay bay xa Trái Ðất. Có
hai loại quỹ đạo đáng chú ý, quỹ đạo gần Trái Ðất và quỹ đạo địa tĩnh.
– Quỹ đạo gần Trái Ðất (low earth orbit): Vệ tinh
nào có quỹ đạo từ 100 tới 1,240 dặm thì được nói là có quỹ đạo gần Trái Ðất. Ða
số các vệ tinh là thuộc loại này. Những vệ tinh cho GPS, Trạm Không Gian Quốc Tế,
thiên văn kính Hubble Space Telescope và phi thuyền con thoi đều có quỹ đạo gần
Trái Ðất.
Ðiều tiện lợi của loại quỹ đạo này là không cần hỏa
tiễn mạnh. Tuy nhiên cũng có một điều bất tiện. Ở độ cao đó vẫn còn sức cản của
không khí. Tuy rằng sức cản ấy rất nhỏ, nhưng ngày này qua tháng nọ cũng làm cho
vệ tinh chậm lại và cuối cùng thì bị rơi vào bầu khí quyển và cháy mất tiêu. Vì
vậy lâu lâu người ta phải dùng máy phản lực để đẩy Trạm Không Gian Quốc Tế lên
cho bằng vị trí cũ.
– Quỹ đạo địa tĩnh (geostationary orbit): Khi vệ
tinh bay cách mặt đất khoảng 22,000 dặm (hay 36,000 cây số) ở vùng xích đạo thì
vệ tinh có cùng vận tốc với trái đất. Vì vậy đối với người ở dưới đất vệ tinh
có vẻ như đứng yên một chỗ trên không trung, do đó có từ “địa tĩnh.” Vì đứng
yên một chỗ nên vệ tinh loại này rất hữu ích trong việc theo dõi thời tiết hay
giám sát trong một vùng cố định, cũng như cho công việc truyền thông. Nếu bạn ở
Mỹ mà dùng DirecTV hay Dish tức là bạn đã nhận tín hiệu những đài truyền hình
qua một vệ tinh truyền thông có quỹ đạo địa tĩnh.
Có
bao nhiêu vệ tinh bay quanh trái đất?
Hiện nay, trên 70 quốc gia có vệ tinh, trong đó có cả
Việt Nam (ba vệ tinh). Theo tổ chức Union of Concerned Scientists thì tính cho
tới ngày 30 Tháng Sáu, 2016, có 1,419 vệ tinh bay quanh trái đất. Hoa Kỳ dẫn đầu
với số 576, sau đó là Trung Quốc (181) và Nga Xô (140).
Nhưng không phải nước nào cũng phóng được vệ tinh.
Ða số là thuê nước khác đem vệ tinh của mình lên không gian. Theo trang mạng
www.spaceanswers.com, chỉ có chín nước có hỏa tiễn đủ mạnh để phóng vệ tinh. Ðó
là Nga Xô, Hoa Kỳ, Ấn Ðộ, Trung Quốc, Pháp, Nhật, Do Thái, Iran và Bắc Hàn.
Riêng Anh có phóng vệ tinh, nhưng đã ngưng chương trình không gian.
Trạm
Không Gian Quốc Tế
Trạm Không Gian Quốc Tế là một vệ tinh nhân tạo lớn
nhất từ trước tới nay và là một sự hợp tác về khoa học và kỹ thuật của 15 quốc
gia trên thế giới. Trạm Không Gian Quốc Tế bay ở độ cao trung bình 360 kilomét
và bay vòng quanh trái đất trong 90 phút, có tốc độ khoảng 17,500 dặm/giờ.
Trạm Không Gian Quốc Tế to đến nỗi có thể nhìn thấy
bằng mắt thường. Vấn đề là phải biết vị trí để tìm. Bạn có thể vào trang mạng http://www.space.com/32054-satellite-tracker.html
để theo dõi Trạm Không Gian Quốc Tế.
Trạm Không Gian Quốc Tế được ráp từ từ từng bộ phận
một trong không gian. Bộ phận đầu tiên là của Nga Xô, được phóng lên vào năm
1998. Trạm Không Gian Quốc Tế luôn luôn có các phi hành gia từ năm 2000 và sẽ
còn hoạt động cho tới năm 2020.
Một phi hành gia ngoài Trạm Không Gian Quốc Tế.
(Hình: nasa.gov)
Nguồn
tài liệu:
No comments:
Post a Comment