Language
Country/Area
No result found
Bí mật đáng ngạc nhiên của động cơ tên lửa: Tại sao chúng lại đẩy mình qua chân không?
Trong quá trình khám phá không gian, con người thường tò mò về cách hoạt động của động cơ tên lửa. Không giống như động cơ trong khí quyển, động cơ tên lửa có thể hoạt động trong chân không, cho phép chúng đạt được tốc độ đáng kinh ngạc, thậm chí phá vỡ giới hạn vận tốc thoát ly. Tại sao điều này có thể xảy ra?
Động cơ tên lửa là động cơ phản ứng tạo ra lực đẩy bằng cách đẩy khối lượng phản ứng về phía sau theo định luật chuyển động thứ ba của Newton.
Động cơ tên lửa hoạt động dựa trên một nguyên lý vật lý đơn giản. Chúng tạo ra lực đẩy bằng cách phun khí nóng với tốc độ cao. Các loại khí này được tạo ra bằng cách đốt cháy nhiên liệu được lưu trữ bên trong tên lửa, tạo ra luồng khí có áp suất cao. Trong trường hợp này, động cơ tên lửa mang theo chất oxy hóa riêng, nghĩa là chúng không phụ thuộc vào không khí bên ngoài để đốt cháy và do đó có thể hoạt động trong môi trường chân không của không gian.
So với các loại động cơ phản lực khác, tên lửa có trọng lượng nhẹ nhất và lực đẩy lớn nhất, nhưng hiệu suất đẩy lại thấp nhất.
Hiệu suất đẩy của động cơ tên lửa thường được đo bằng "xung lực riêng" của nó, tức là lượng lực đẩy mà nó có thể tạo ra trên mỗi đơn vị nhiên liệu. Giá trị xung lực riêng càng cao thì lực đẩy do động cơ tên lửa tạo ra càng lớn khi sử dụng cùng một khối lượng nhiên liệu đẩy. Ngoài ra, nhiên liệu tên lửa rất đa dạng và phong phú, bao gồm nhiên liệu rắn, nhiên liệu lỏng và nhiên liệu lai, mỗi loại có đặc tính cháy và tác dụng đẩy riêng.
Thiết kế của buồng đốt có vai trò quan trọng đối với hoạt động của động cơ tên lửa. Tất cả các chất đẩy cần phải đi vào buồng đốt này ở áp suất cao để đảm bảo quá trình đốt cháy hoàn toàn. Điều này đòi hỏi nhiều phương pháp thiết kế khác nhau, chẳng hạn như sử dụng bơm tua-bin để tăng áp suất nhiên liệu đầu vào hoặc tự động tăng áp suất bên trong bình bằng khí áp suất cao.
Thiết kế của vòi phun tên lửa có thể ảnh hưởng đến lực đẩy và hiệu quả hoạt động của động cơ. Loại được sử dụng phổ biến nhất là vòi phun Delaware.
Sự giãn nở của khí nóng qua vòi phun có thể chuyển đổi năng lượng nhiệt thành động năng, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của động cơ tên lửa. Thiết kế của vòi phun ảnh hưởng đến tốc độ và áp suất của luồng khí, từ đó ảnh hưởng đến lực đẩy tổng thể. Các cấu hình vòi phun khác nhau, chẳng hạn như vòi phun thay đổi, thậm chí có thể thích ứng với các áp suất môi trường khác nhau để duy trì hiệu suất tối ưu. Ngoài ra, hoạt động đẩy trong chân không cũng đòi hỏi phải cân nhắc đến thiết kế nhẹ và tối ưu hóa luồng không khí, đây là những thách thức trong quá trình phát triển công nghệ tên lửa hiện đại.
Để cải thiện hiệu suất của tên lửa, có thể sử dụng nhiều thiết kế vòi phun mới để thích ứng với những thay đổi khác nhau của môi trường.
Tuy nhiên, hiệu suất của động cơ tên lửa trong môi trường chân không phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm tính chất của chất đẩy, môi trường nhiệt độ và áp suất cao của quá trình đốt cháy và thiết kế phù hợp của vòi phun. Lực đẩy của tên lửa không chỉ đến từ vận tốc của khí thải mà còn từ áp suất bên trong buồng đốt. Trong chân không, lực đẩy này thay đổi khi áp suất xung quanh giảm, ảnh hưởng đến hiệu suất chung của tên lửa.
Với sự phát triển liên tục của công nghệ hàng không vũ trụ, để đáp ứng nhu cầu thám hiểm không gian sâu, các nhà khoa học cũng đang tích cực nghiên cứu các hệ thống đẩy tên lửa mới, chẳng hạn như hệ thống đẩy điện và hệ thống đẩy nhiệt hạt nhân. Những công nghệ mới nổi này cung cấp những khả năng mới cho du hành vũ trụ trong tương lai.
Các hệ thống đẩy tên lửa trong tương lai có thể áp dụng các công nghệ mới để cải thiện hiệu quả đẩy nhằm đáp ứng những thách thức mới của việc thám hiểm không gian.
Nhìn chung, nguyên lý đẩy của động cơ tên lửa trong chân không không chỉ dựa vào các định luật vật lý mà còn liên quan đến những cải tiến công nghệ ở nhiều khía cạnh. Từ thiết kế buồng đốt và lựa chọn chất đẩy cho đến hình dạng và hoạt động của vòi phun, mọi chi tiết đều ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và hiệu quả của tên lửa. Những vấn đề kỹ thuật như vậy đáng để chúng ta cân nhắc kỹ lưỡng: Công nghệ tên lửa trong tương lai sẽ đưa chúng ta khám phá xa hơn vào không gian như thế nào?
