Phi thuyền Mars Orbiter vào quỹ đạo mặt trời, Ấn độ tiến một bước dài chinh phục không gian

1-    Quỹ đạo:

Ta thường hay nghe từ quỹ đạo. Quỹ đạo nghĩa là đường bay một vật thể (theo quy luật xác định), với viên đạn, gọi là đạn đạo. Với phi thuyền, quỹ đạo được hiểu là đường bay khép kín quanh trái đất (hay mặt trăng, mặt trời...)

[Chữ quỹ (Hán Việt) còn gặp trong quỹ tích (hay quỹ tích điểm) là các phép toán lớp 8(?) để mô tả tập hợp các điểm (thành đường) có tính chất nào đó.]

Quỹ đạo tuần hoàn mọi vật bay là một hình elip (ellipse). Khi điều kiện đặc biệt, quỹ đạo hình elip tiến đến hình tròn.

Để lọt vào quỹ đạo quanh trái đất, vận tốc phi thuyền phải đạt 7,9 km/giây. Đây là vận tốc vũ trụ cấp 1.

Các tên lửa đạn đạo có vận tốc chừng 5-7 km/giây (tùy tên lửa chiến thuật hay chiến lược), chúng cũng thoát ra bầu khí quyển, vận tốc giảm dần... rồi rơi trở lại trái đất với vận tốc tăng dần. Đạn đạo là một hình parabol có đỉnh ở trên.

2-    Quỹ đạo tầm thấp:

Quỹ đạo tầm thấp là quỹ đạo tròn.

Vận tốc quanh 7,9 km/giây sẽ đưa vệ tinh lọt vào quỹ đạo thấp, cách mặt biển chừng 400 km trở lên. Các vệ tinh do thám hay Trạm vũ trụ ở quỹ đạo nầy. Do còn không khí loãng, theo thời gian, vệ tinh sẽ giảm dần vận tốc = hạ thấp độ cao và cuối cùng sẽ lao vào bầu khí quyển dày bên dưới để đa số tự bốc cháy. Vì thế đời sống các vệ tinh nầy khá ngắn, chừng vài năm. Riêng Trạm vũ trụ, lâu lâu các phi thuyền tiếp tế phải đẩy giúp nó tăng độ cao trở lại.

3-    Quỹ đạo địa tĩnh:

Là quỹ đạo khá tròn, hoặc chấp nhận là qũy đạo tròn ở khoảng cách 35.786 km tính từ mặt biển trên mặt phẳng đường xích đạo.

Để đạt quỹ đạo nầy, sau khi vệ tinh vào quỹ đạo thấp, vệ tinh tiếp tục khai hỏa từng đợt nhỏ để tăng tốc từ từ làm quỹ đạo dãn rộng = tăng độ cao, nếu phụt mạnh có tốc độ tăng nhanh sẽ khiến quỹ đạo vệ tinh biến thành elip!

Quá trình tăng tốc = tăng độ cao của vệ tinh địa tĩnh là một quá trình tỉ mỉ là lâu = chừng nữa tháng!

Các vệ tinh bay trên quỹ đạo địa tĩnh, có vận tốc góc bằng vận tốc góc của trái đất tự quay, do đó nó luôn luôn cố định đối với một điểm trên mặt đất.

4-    Quỹ đạo tầm cao:

Tăng tốc mạnh trên 8 km sẽ có quỹ đạo elip rõ ràng.

Quá trình tăng tốc là cả nghệ thuật: Phóng mạnh từ mặt đất đòi hỏa tiễn rất lớn (vì gia tốc trọng trường lớn = 9,8 m/s^2), do đó chi phí cao, chưa kể vấn đề kỹ thuật có chế tạo hỏa tiễn như thế hay không.

Đa số các nước chọn lên được quỹ đạo tròn thấp, lúc nầy mới khai hỏa tăng tốc, sẽ đạt quỹ đạo tầm cao như ý.

Cần nhắc lại ở gần tiêu điểm trái đất, vệ tinh có vận tốc nhanh nhất khi bay qua trái đất. Càng bay xa, vận tốc giảm dần.

- Tăng tốc một lần = mạnh ở gần tiêu điểm trái đất, hình elip sẽ kéo dài

- Tăng tốc từng chút = yếu, nhiều lần ở tiêu điểm xa trái đất, elip dãn rộng khá tròn.

5-    Phi thuyền Mars Orbiter vào quỹ đạo mặt trời.

Để vào quỹ đạo mặt trời (thoát ly sức hút trái đất), tại mặt đất, phi thuyền cần đến tốc độ vũ trụ cấp 2 là 11,2 km/giây.

Chả có nước nào chế ra hỏa tiễn mạnh cỡ đó, hơn nữa là quá phí tiền. Đa số chọn tăng tốc trên quỹ đạo. Tốc độ thoát sức hút trái đất lúc đó giảm nhiều, chỉ cần xấp xỉ chừng [chưa chính xác] 9 km/giây.

Hình trên mô tả phi thuyền Mars Orbiter từng bước tăng tốc để có quỹ đạo elip với độ cao 192.918 km (elip ngoài cùng) . Sau đó phi thuyền nổ động cơ tăng tốc để đạt quỹ đạo mới (màu lục). [Chả biết ở vòng cuối, tốc độ Mars Orbiter lướt qua trái đất là bao nhiêu?]

Thông tin từ Ấn độ thì:

Vòng elip thứ 5 trong hình đã đạt độ cao 215.000 km (phóng ngày 5/11 đến lúc đó là 30/11 = 25 ngày bay quanh trái đất để lấy độ cao cần thiết).

Hỏa tiễn lúc đó khai hỏa trong 22 phút giúp vận tốc Mars Orbiter tăng thêm 648 m/giây. Phi thuyền lọt vào quỹ đạo mặt trời!

Nghe quỹ đạo mặt trời lạ tai, nhưng nhìn hình trên sẽ rõ: quỹ đạo màu lục là quỹ đạo quanh mặt trời, không như trước đó.

Và trên hình, Phi thuyền Mars Orbiter theo quỹ đạo mặt trời bay đến một điểm vô hình trong tương lai: 9/2014 (phía bên kia mặt trời nhìn từ trái đất) để gặp sao Hỏa vừa trờ đến. Lúc ấy cũng khó là làm sao Mars Orbiter bay khớp lọt vào quỹ đạo sao Hỏa!

Chuyện kể trên, đối Mỹ, Nga và EU thì êm rồi. Tàu và hình như Nhật đều chưa qua khâu trên: tăng tốc trên quỹ đạo cao để lọt vào quỹ đạo mặt trời!

Chúc mừng nhân dân Ấn độ, các nhà khoa học không gian Ấn độ!