Tên lửa Zhuque-2 của công ty Trung Quốc Landspace phóng lên không gian tháng 7/2023. Ảnh: VCG
Tên lửa phải bay rất nhanh để thoát khỏi Trái Đất vì Trái Đất có lực hấp dẫn - lực mà con người trải nghiệm hàng ngày. Lực hấp dẫn kéo con người về phía mặt đất, giữ con người đứng vững trên Trái Đất thay vì trôi ra ngoài không gian.
Tuy nhiên, lực hấp dẫn cũng khiến việc rời khỏi Trái Đất trở nên khó khăn với tên lửa vũ trụ. Lực hấp dẫn không chỉ mạnh mà nó có phạm vi lớn, vươn rộng ra xung quanh hành tinh.
Về cơ bản, tên lửa phải tạo sức đẩy bằng cách đốt cháy chất đẩy để sinh ra khí nóng, sau đó phun khí nóng ra từ vòi phun. Quá trình này tương tự thổi phồng một quả bóng bay rồi thả tay, khiến quả bóng bay đi khi khí thoát ra.
Chất đẩy của tên lửa gồm cả nhiên liệu lẫn chất oxy hóa. Nhiên liệu thường là chất dễ cháy như hydro, methane hoặc dầu kerosene. Chất oxy hóa thường là oxy lỏng, phản ứng với nhiên liệu và gây cháy.
Để thoát khỏi Trái Đất và phóng vào không gian, tên lửa cần rất nhiều lực, vì vậy chúng tiêu thụ chất đẩy rất nhanh. Đó là một vấn đề vì tên lửa không thể mang đủ chất đẩy để tạo lực đẩy mãi mãi. Lượng chất đẩy lớn sẽ khiến tên lửa quá nặng để cất cánh. Khi chất đẩy hết, sức đẩy biến mất và lực hấp dẫn làm chậm tên lửa cho đến khi nó dần dần rơi trở lại Trái Đất.
May mắn là các nhà khoa học có thể phóng tên lửa với một chút động lượng ngang để khi trở về, nó không đâm xuống Trái Đất. Họ thậm chí có thể khiến tên lửa "liên tục rơi quanh Trái Đất", nghĩa là tiến vào quỹ đạo và bắt đầu quay quanh hành tinh.
Nhiều phương tiện phóng cố tình không rời khỏi Trái Đất hoàn toàn. Có hàng nghìn vệ tinh đang quay quanh hành tinh xanh, giúp điện thoại và TV hoạt động, hiển thị các mô hình thời tiết cho các nhà khí tượng học, thậm chí cho phép người mua dùng thẻ tín dụng để thanh toán tại cửa hàng hoặc trạm xăng. Đôi khi người ta có thể bắt gặp những vệ tinh này, thậm chí cả Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS), trên bầu trời đêm.
Nhưng đôi khi, mục tiêu là để tên lửa hoàn toàn thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái Đất và bay vào không gian xa xôi. Khi đó, các nhà khoa học sử dụng phương pháp tách tầng tên lửa. Ban đầu, một tên lửa lớn phóng lên, nhưng khi tới không gian các tầng tên lửa dần bị loại bỏ. Bằng cách này, hành trình có thể tiếp tục mà không cần trọng lượng lớn của tên lửa ban đầu, mức tiêu thụ chất đẩy cũng giảm.
Kể cả với phương pháp này, cuối cùng tên lửa cũng sẽ hết chất đẩy. Nhưng nếu tên lửa bay đủ nhanh, nó có thể hết chất đẩy mà vẫn tiếp tục trôi khỏi Trái Đất, không bị lực hấp dẫn kéo lại. Điều này giống như đạp xe, nếu tạo đủ tốc độ, chiếc xe có thể chạy mà người lái không cần đạp.
Giống như xe đạp, tên lửa cũng có ngưỡng tốc độ tối thiểu để có thể tự di chuyển. Ngưỡng tốc độ tối thiểu mà tên lửa cần để trôi vào không gian là 40.000 km/h. Giới khoa học gọi đây là vận tốc thoát. Tên lửa cần bay nhanh như vậy để động lượng đẩy nó khỏi Trái Đất mạnh hơn lực hấp dẫn kéo lại. Nếu chậm hơn, tên lửa sẽ đi vào quỹ đạo Trái Đất.
Vật thể khối lượng lớn hơn sẽ có lực hấp dẫn mạnh hơn. Do đó, tên lửa phóng từ một hành tinh lớn hơn Trái Đất sẽ cần vận tốc thoát cao hơn. Ví dụ, sao Mộc là hành tinh có khối lượng lớn nhất hệ Mặt Trời, lớn đến mức có thể nuốt chửng 1.000 Trái Đất. Vì vậy, hành tinh này đòi hỏi vận tốc thoát rất cao: 214.000 km/h, gấp hơn 5 lần vận tốc thoát của Trái Đất.
Nhưng sao Mộc vẫn rất nhỏ bé so với hố đen - vật thể có khối lượng cực kỳ lớn. Vận tốc thoát của hố đen cao đến mức ngay cả ánh sáng với tốc độ hơn 1 tỷ km/h cũng không đủ nhanh để thoát ra.
Thu Thảo (Theo Conversation)