DON'T CALL ME A NOOB SONG (Official Roblox Music Video)
Tàu vũ trụ của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu ExoMars hiện đang bay trên đường cao tốc thiên thể, tám ngày trong hành trình bảy tháng tới Hành tinh Đỏ. Chúng ta biết nó sẽ hạ cánh trên sao Hỏa vào ngày 19 tháng 10, nhưng nó sẽ ở đâu trong một tháng nữa? Hay thứ tư của tháng bảy? Vị trí của nó có vẻ tính toán với tôi.Với thời gian tăng tốc của tàu vũ trụ, tốc độ bay và khoảng cách từ sao Hỏa khi phóng, tôi hình dung mình có thể giòn vài con số. Đây là - tôi biết bây giờ - sự kiêu ngạo thuần túy. Khoa học tên lửa là một nền tảng văn hóa, thậm chí sáo rỗng, vì một lý do.
Tôi phát hiện ra điều này trong khi cố gắng tìm tàu vũ trụ.
Đường cao tốc vũ trụ không giống như những con đường trên mặt đất, Michael Khan, Tiến sĩ, một chuyên gia cơ học thiên thể tại Văn phòng Phân tích Nhiệm vụ ESA, giải thích khi tôi hỏi lời khuyên của anh ấy về việc định vị ExoMars. Nếu có một điều cần lưu ý, ông nói, đó là điều này: Không có đường thẳng trong không gian. Trong một email được viết rất đẹp, anh ấy đã giải thích lý do tại sao tất cả chúng ta phải học lái xe trên một đường cong - và tại sao tương lai của du hành vũ trụ lại phức tạp hơn chúng ta nghĩ.
Thay vì cố gắng tóm tắt lời giải thích của anh ấy, tôi sẽ dán nó bên dưới vì nó rất đẹp.
Tôi sợ cơ học thiên thể, đó là khoa học làm nền tảng cho việc tính toán quỹ đạo của tất cả các quỹ đạo trong không gian (tự nhiên hoặc nhân tạo), hoạt động hơi khác so với những gì bạn dường như đang giả định.
Một sự chuyển giao liên hành tinh từ Trái đất sang một hành tinh khác (trong trường hợp này là Sao Hỏa) không phải là vấn đề bay trên một đường thẳng với tốc độ bay nhất định như một chiếc máy bay trên Trái đất, hoặc giống như một con tàu bay qua đại dương, với một số thay đổi theo hướng tại các điểm đã cho. Đó không phải là cách nó hoạt động trong hệ mặt trời. Bởi vì nó không hoạt động như thế này, tôi không nghĩ rằng nó sẽ đơn giản (hoặc thậm chí có thể) để thực hiện các phép tính đơn giản, thô sơ và sẵn sàng về việc ExoMars sẽ ở đâu vào lúc nào.
Về cơ bản, quy luật tự nhiên chi phối sự bay của một vật thể trong không gian là của Isaac Newton và Johannes Kepler từ nhiều thế kỷ trước. Tôi sẽ đơn giản hóa một chút: Trái đất và Sao Hỏa di chuyển trên các quỹ đạo có hình tròn nhiều hay ít (đối với Sao Hỏa, điều đó không hoàn toàn đúng, nhưng nó hoạt động cho người mới bắt đầu). Bây giờ chúng ta có quỹ đạo Trái đất, một vòng tròn rộng quanh Mặt trời và quỹ đạo Sao Hỏa, một vòng tròn thậm chí còn rộng hơn cũng có Mặt trời ở trung tâm.
Quỹ đạo chuyển tiếp theo ExoMars là một hình elip. Trong đó hình elip này gần Mặt trời nhất, nó ăn cỏ trên quỹ đạo Trái đất. Ở nơi xa nhất so với Sub, nó sượt qua quỹ đạo Sao Hỏa. Tàu vũ trụ bay từ điểm thấp nhất này đến điểm xa nhất. Nó chạm tới hình elip nhờ lực đẩy cực lớn được truyền bởi tên lửa proton M được sử dụng để phóng ExoMars, ném nó rất cao và nhanh đến mức tàu vũ trụ thực sự rời khỏi trọng lực Trái đất với tốc độ và hướng phù hợp để đáp ứng hình elip chuyển yêu cầu lên sao Hỏa. Tại thời điểm này (Thoát khỏi Trái đất), ExoMars nhanh hơn Trái đất một chút trên quỹ đạo quanh Mặt trời.
Trên hình elip chuyển này, tốc độ của ExoMars sẽ giảm liên tục. Để hiểu tại sao lại như vậy, hãy tưởng tượng một con lắc đồng hồ, Khi con lắc lắc lên, nó di chuyển chậm hơn và chậm hơn. Đó là vì có hai loại năng lượng: năng lượng tiềm năng (= năng lượng chiều cao) và động năng (= năng lượng chuyển động). Quỹ đạo tàu vũ trụ có tổng năng lượng nhất định. Điều này đã được truyền bởi launcher. Năng lượng này không tăng. Nó giống như túi tiền hoặc tiền lương, chúng ta chỉ cần làm cho nó tồn tại lâu dài.
Nếu tên lửa không cung cấp đủ năng lượng, quỹ đạo ExoMars sẽ không vươn tới quỹ đạo Sao Hỏa. Ngược lại, nếu tên lửa truyền quá nhiều năng lượng, quỹ đạo tàu vũ trụ sẽ vượt xa quỹ đạo Sao Hỏa. Vì vậy, chúng tôi muốn (và có) chính xác lượng năng lượng phù hợp, không quá ít, nhưng không quá nhiều. Điều này khác với tiền tiêu vặt hoặc tiền lương, nơi quá nhiều chắc chắn tốt hơn là quá ít.
Bây giờ, trên sự chuyển đổi hình elip, tàu vũ trụ mà nó trèo ra khỏi Mặt trời theo quỹ đạo Sao Hỏa và Mặt trời đang bám chặt vào tàu vũ trụ với lực hấp dẫn của nó. Vì vậy, khi ExoMars đang leo lên, năng lượng chiều cao của nó tăng lên. Do đó, năng lượng chuyển động phải giảm. Tổng năng lượng vẫn giữ nguyên. Vì vậy, trên chuyến bay tới Sao Hỏa, ExoMars liên tục chậm hơn và chậm hơn.
Để tính toán sự chuyển giao, một điều hoàn toàn phải tính đến là lực hấp dẫn xuyên qua mặt trời. Ngoài ra còn có các hiệu ứng khác như áp suất ánh sáng rất nhỏ lên các mảng năng lượng mặt trời và lực hấp dẫn của các hành tinh trong hệ mặt trời, và tất nhiên chúng ta phải tính đến mỗi khi sử dụng động cơ tên lửa trên tàu ExoMars để thay đổi quỹ đạo. Nhưng tất cả điều này có tác dụng ít hơn nhiều so với trọng lực mặt trời.
Về cơ bản, chúng ta sử dụng máy tính để tính toán quỹ đạo của tàu vũ trụ có tính đến tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến quỹ đạo đó và chúng ta cũng có thể đo được tàu vũ trụ đang ở đâu và tốc độ di chuyển từ thời điểm các tín hiệu truyền từ Trái đất đến tàu vũ trụ và trở lại và bằng cách tần số của tín hiệu thay đổi theo thời gian.
Trong một email sau đó, ông nói thêm:
Điều quan trọng nhất bạn thấy là quỹ đạo ExoMars, giống như tất cả các quỹ đạo trong không gian, có đường cong rõ rệt. Không có đường thẳng trong không gian. Một khi bạn có các cơ thể có khối lượng, chẳng hạn như các ngôi sao và các hành tinh, bạn có lực hấp dẫn và với sự hiện diện của trọng lực, mọi thứ sẽ bay trên các đường cong. Đường cong là tự nhiên, đường thẳng không. Khoảng cách được bao phủ theo đường màu đỏ cong từ Trái đất đến Sao Hỏa là khoảng 500 triệu km, để đưa điều đó vào viễn cảnh. Nửa tỷ km.