Phóng vệ tinh quanh Trái Đất

Đây là bài viết kiến thức phổ thông, chỉ chú trọng cơ chế vận hành để mọi người có thể dễ tiếp thu, ngoài ra không chú trọng tính chính xác của toán học.

1-        Để vệ tinh lọt vào quỹ đạo quanh Trái Đất, vận tốc lúc phóng phải đạt chừng 8km/giây (=Vận tốc vũ trụ cấp 1 = Vtvtc1). Vận tốc như thế rất lớn, đòi hỏi tên lửa đẩy vệ tinh phải lớn, có nhiều tầng, tầng nào đốt hết nhiên liệu thì tách rời, tầng còn lại khai hỏa đẩy tiếp với khối lượng nhẹ hơn.

2-        Vận tốc khi phóng dưới Vtvtc1: vd 6km/giây như lúc phóng các tên lửa đạn đạo: Tên lửa đẩy đầu đạn vọt lên cao vài trăm km (ra khỏi bầu khí quyển) rồi hết đà, đầu đạn lại rơi vào bầu khí quyển Trái Đất theo phương quán tính hợp với chế độ rơi tự do.

·       Phương trình bay của đạn đạo (đơn giản) là phương trình bậc 2.

·       Tốc độ chạm đất rất lớn, vài km/giây.

·       Bán kính từ vài ngàn km đến hơn chục ngàn km.

3-        Với vận tốc phóng quanh Vtvtc1, đa số vệ tinh được đưa vào quỹ đạo tầm thấp: từ 300km đến hơn 1000km. Ở tầm nầy, đa số quỹ đạo vệ tinh là đường tròn, vận tốc vệ tinh trên quỹ đạo có suy giảm đôi chút, chừng 7,7km/giây.

4-        Trong vũ trụ, quỹ đạo quay quanh một thiên thể đa số đều là đường bầu dục (elip). Quỹ đạo tròn là trường hợp đặc biệt của quỹ đạo elip. Vệ tinh với vận tốc quanh Vtvtc1, khi lọt vào quỹ đạo tầm thấp mà gia tốc = 0 (Tên lửa thả rời vệ tinh), quỹ đạo vệ tinh là đường tròn.

5-        Nếu vệ tinh có vận tốc quanh Vtvtc1, khi lọt vào quỹ đạo tầm thấp mà gia tốc > 0 (động cơ tên lửa hay vệ tinh đang hoạt động), điểm vào quỹ đạo là điểm cực cận, và quỹ đạo vệ tinh là đường elip. Điểm cực viễn có thể khá cao, trên chục ngàn km.

Trong hình: quỹ đạo màu lục (D) là quỹ đạo tròn, hai quỹ đạo màu đen và màu tím (C) là quỹ đạo elip. Quỹ đạo màu đỏ (B) là quỹ đạo địa tĩnh, vệ tinh trên quỹ đạo nầy có vận tốc góc bằng vận tốc góc của Trái Đất, nên xem như không đổi với một điểm cố định trên mặt đất.

6-        Đa số các vệ tinh tầm thấp đều có quỹ đạo tròn, chỉ khác mặt phẳng quỹ đạo do địa điểm phóng tên lửa ở các vĩ độ khác nhau. Vì tầm thấp nên vệ tinh phải quay nhiều vòng quanh Trái Đất trong ngày.

·       Ưu điểm: Giá thành rẻ. Thông tin liên lạc tốt do tầm thấp.

·       Nhược điểm: Phủ sóng không rộng, vệ tinh nhanh vào vùng tối.

·       Để liên lạc thông tin thường xuyên từ quỹ đạo tầm thấp nầy, buộc cùng lúc phải có trên 10 vệ tinh tham gia mạng.

7-        Để giữ bền liên lạc, người ta phóng vệ tinh lên tầm cao, mặt phẳng quỹ đạo trùng mặt phẳng xích đạo. Ở độ cao 37.800km, vệ tinh có vận tốc góc bằng với vận tốc góc của Trái Đất, vì thế vệ tinh xem như lơ lửng cố định trên bầu trời một địa phương. Tầm phủ sóng rất lớn: Phát thông tin cho toàn bộ các vùng trên Trái Đất, người ta chỉ cần 3 vệ tinh địa tĩnh cách nhau 120⁰.

8-        Đưa một vệ tinh vào quỹ đạo địa tĩnh khó khăn và mất thời gian hơn.

·       Lúc phóng vệ tinh, người ta chọn quỹ đạo elip (Xem mục trên, chữ màu đỏ).

·       Lúc vệ tinh gần đến điểm cực viễn, vệ tinh khai hỏa động cơ để nắn quỹ đạo: Chỉnh mặt phẳng quỹ đạo trùng mặt phẳng xích đạo, và dãn rộng quỹ đạo đường elip để tiến dần đến đường tròn, và cuối cùng đạt độ cao 37786km cùng kinh độ yêu cầu.

·       Nguyên tắc gia tốc là: gia tốc ở điểm cực cận làm dài ra quỹ đạo elip (đạt độ cao); và gia tốc ở điểm cực viễn làm to ra quỹ đạo elip (tròn). Chuyên gia phải gia tốc từng tí một cho đến khi đạt yêu cầu. Làm kỹ thì vệ tinh sống lâu (còn dự trữ nhiên liệu nhiều). Sơ suất phải trả giá đốt nhiên liệu = giảm đời sống vệ tinh!

Quá trình phóng một vệ tinh địa tĩnh sau khi lọt vào quỹ đạo tầm thấp thường kéo dài khoảng 2 tháng.

Phú Trương.

Download: Quỹ đạo vệ tinh (xoay thực) như hình trên:

http://www.mediafire.com/download/6zcj9tecv91jygy/Quy+Dao+Ve+Tinh.exe