Hiện tượng đẩy bằng tên lửa là một kỳ quan của khoa học hiện đại.

Nếu đốt cháy cần có ôxy, vậy làm sao các tên lửa có thể bay vào không gian, nơi không có ôxy? Câu trả lời nằm ở việc hiểu cách tên lửa tạo ra lực đẩy và cơ chế hoạt động của nó trong môi trường chân không!

Cách tên lửa hoạt động trên Trái Đất

Trên Trái Đất, hầu hết các hình thức đẩy, bao gồm động cơ ô tô, máy bay và thậm chí cả pháo hoa, đều dựa vào sự đốt cháy. Đốt cháy là phản ứng hóa học giữa nhiên liệu và ôxy, giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt và khí. Năng lượng này tạo ra áp suất đẩy vào không khí hoặc các vật liệu xung quanh, từ đó tạo ra chuyển động. Nhưng quá trình này phụ thuộc vào một chất ôxy hóa – ôxy hoặc một chất khác cung cấp phản ứng hóa học cần thiết.

Đẩy bằng tên lửa trong không gian: Điểm khác biệt then chốt

Tuy nhiên, trong không gian, tình huống lại khác. Không gian bên ngoài là một chân không, nghĩa là hầu như không có không khí và do đó cũng không có ôxy. Thế nhưng, các tên lửa vẫn có thể tự đẩy về phía trước. Bí quyết nằm ở định luật thứ ba của Newton, rằng "Mỗi lực tác động luôn có một lực phản tác dụng bằng nhau và ngược chiều." Tên lửa được thiết kế để sử dụng lực đẩy hóa học, nơi nhiên liệu và chất ôxy hóa được kết hợp bên trong động cơ tên lửa. Quá trình đốt cháy xảy ra bên trong động cơ của tên lửa, không phụ thuộc vào ôxy từ bên ngoài. Nhiên liệu và chất ôxy hóa được chứa trong các thùng riêng biệt và được trộn lẫn khi cần. Quá trình này sản sinh ra các loại khí nóng được phóng ra nhanh chóng qua vòi phun của tên lửa.

Vai trò của nhiên liệu và chất ôxy hóa trong động cơ tên lửa

Vì không có ôxy trong không gian, các tên lửa phải mang theo cả nhiên liệu và chất ôxy hóa để tạo ra sự đốt cháy. Chất ôxy hóa là một hợp chất hóa học cung cấp ôxy cần thiết cho sự đốt cháy. Trong thiết kế tên lửa hiện đại, các chất ôxy hóa phổ biến bao gồm ôxy lỏng (LOX) hoặc các hợp chất khác như nitrogen tetroxide (N2O4). Nhiên liệu có thể đa dạng, từ hydro lỏng (LH2) đến các hợp chất dựa trên dầu hỏa như RP-1. Những hỗn hợp nhiên liệu-ôxy hóa này được kết hợp trong động cơ tên lửa, tạo ra phản ứng hóa học cần thiết để sinh ra lực đẩy cần thiết cho việc phóng và du hành trong không gian.

Động cơ tên lửa: Một hệ thống tự vận hành

Khác với động cơ ô tô hay máy bay – nơi động cơ lấy ôxy từ không khí xung quanh – động cơ tên lửa là một hệ thống tự vận hành. Điều này có nghĩa là quá trình đốt cháy không cần bất kỳ không khí bên ngoài nào. Tên lửa mang theo cả chất ôxy hóa và nhiên liệu trong các thùng riêng biệt, được pha trộn và đốt cháy bên trong động cơ để sản sinh ra khí ở áp suất cực kỳ cao. Những khí này sau đó được phóng qua một vòi phun, tạo ra lực đẩy đẩy tên lửa vào không gian. Hiệu suất và sức mạnh của động cơ tên lửa phụ thuộc vào sự cân bằng chính xác giữa nhiên liệu và chất ôxy hóa, cùng với thiết kế của vòi phun tên lửa, nhằm tối đa hóa lực đẩy.

Tại sao điều này quan trọng đối với thám hiểm không gian

Khả năng để các tên lửa hoạt động mà không cần dựa vào ôxy từ bên ngoài là nền tảng của thám hiểm không gian. Hệ thống đốt cháy tự vận hành này cho phép tên lửa thoát khỏi khí quyển Trái Đất và bay qua môi trường chân không, nơi không có ôxy tồn tại. Đây cũng là lý do vì sao ôxy lỏng và các hợp chất cực kỳ hoạt hóa khác rất quan trọng đối với tên lửa hiện đại. Nếu không có sự kết hợp đúng đắn giữa nhiên liệu và chất ôxy hóa, các tên lửa sẽ không thể tạo ra đủ lực đẩy để thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái Đất. Tên lửa hoạt động trong không gian nhờ vào việc không cần phụ thuộc vào ôxy bên ngoài như các dạng đốt cháy khác.

Thay vào đó, chúng mang theo cả nhiên liệu và chất ôxy hóa bên trong, cho phép đốt cháy diễn ra nội bộ. Nguyên lý kỹ thuật sáng tạo này khiến việc du hành không gian trở thành hiện thực, và nó vẫn đang tiếp tục mở rộng giới hạn của sự khám phá vũ trụ!