Tìm hiểu về tàu vũ trụ

23 1.1K 0
Tìm hiểu về tàu vũ trụ

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Vũ trụ là một trong những nhiều những bí ẩn và thách thức với con người. Với sự phát triển của khoa học và công nghệ hiện nay, con người dần từng bước tạo được những dấu ấn trong tìm hiểu các bí ẩn ngoài Trái Đất. Xuất phát từ bài tập lớn môn học: “ Các hệ thống thông tin vệ tinh” chúng tôi giới thiệu về tàu vũ trụ một trong các công nghệ hàng đầu trong hỗ trợ con người khám phá vũ trụ. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ đưa ra các khái niệm dễ hiểu nhất về vũ trụ và các cột mốc lịch sử quan trọng gắn liền với tàu vũ trụ. Sau đó, chúng tôi sẽ mô tả các hoạt động cụ thể của tàu vũ trụ và trọng tâm là 4 vấn đề. Cụ thể gồm các phần: cách phóng tàu vũ trụ, kiến trúc của tàu vũ trụ, truyền thông ngoài không gian và tàu vũ trụ trở về trái đất. Khoa học vũ trụ đòi hỏi công nghệ cao, bài viết của chúng tôi có thể mang tới một các nhìn cụ thể hơn về tàu vũ trụ, cung cấp thông tin về quá trình từ khi phóng lên bầu trời đến khi trở về Trái Đất của tàu vũ trụ với người đọc.

1 Tàu Vũ Trụ Nguyễn Hồng Quân (20122280), Nguyễn Hữu Phúc (20122234), Lương Cao Phong (20122218), Nguyễn Văn Khỏe (20121926), Trần Minh Nhật (20122201) Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Tạ Hải Tùng Viện Công nghệ thông tin Truyền thông Đại học Bách khoa Hà Nội - Việt Nam Hà Nội, tháng 12 năm 2015 Tóm tắt nội dung Vũ trụ nhiều bí ẩn thách thức với người Với phát triển khoa học công nghệ nay, người dần bước tạo dấu ấn tìm hiểu bí ẩn Trái Đất Xuất phát từ tập lớn môn học: “ Các hệ thống thông tin vệ tinh” giới thiệu tàu vũ trụ công nghệ hàng đầu hỗ trợ người khám phá vũ trụ Trong viết này, đưa khái niệm dễ hiểu vũ trụ cột mốc lịch sử quan trọng gắn liền với tàu vũ trụ Sau đó, mô tả hoạt động cụ thể tàu vũ trụ trọng tâm vấn đề Cụ thể gồm phần: cách phóng tàu vũ trụ, kiến trúc tàu vũ trụ, truyền thông không gian tàu vũ trụ trở trái đất Khoa học vũ trụ đòi hỏi công nghệ cao, viết mang tới nhìn cụ thể tàu vũ trụ, cung cấp thông tin trình từ phóng lên bầu trời đến trở Trái Đất tàu vũ trụ với người đọc I TỔNG QUAN VỀ TÀU VŨ TRỤ A Khái Niệm Tàu Vũ Trụ Thiết bị vũ trụ (spacecraft) tên gọi chung thiết bị với chức thực nhiều toán khác không gian vũ trụ, tiến hành nghiên cứu công việc khác bề mặt thiên thể khác Các thiết bị vũ trụ đưa lên quỹ đạo nhờ tên lửa đẩy Thiết bị vũ trụ dùng để vận chuyển người hay trang bị, hàng hóa lên khoảng không bên tầng khí Trái Đất gọi tàu vũ trụ hay phi thuyền không gian B Phân Loại Tàu Vũ Trụ Phân loại theo chức cấu tạo có sẵn: Hình Tàu vũ trụ • Tàu vũ trụ có người lái tàu Phương Đông (Liên Xô), tàu Soyuz (Nga), hệ thống tàu thoi (Mỹ), tàu Thần Châu (Trung Quốc) • Tàu vận tải (tàu vũ trụ không người lái) tàu vận tải Tiến (Nga), tàu vận tải HTV (Nhật) • Ngoài thiết bị vũ trụ bao gồm vệ tinh loại, trạm vũ trụ ("Hòa Bình", Quốc tế), kính thiên văn không gian Hubble, kính thiên văn không gian James Webb Phân loại theo hoạt động tàu: • Trạm vệ tinh (hay trạm không gian): loại tàu vũ trụ phóng trở thành vệ tinh nhân tạo Trái Đất nhằm làm trạm có khả kết nối với tàu vũ trụ khác, thực thí nghiệm không gian, dùng làm trạm trung chuyển cho chuyến phi hành có người lái vào khoảng không xa vũ trụ Thường trạm lại vĩnh viễn quỹ đạo không dùng Ví dụ: Skylab, Trạm không gian quốc tế • Tàu thám hiểm: Đây loại tàu vũ trụ có khả bay theo quỹ đạo vượt khỏi tầm hút Trái Đất Ví dụ: Các phi thuyền chương trình Apollo, phi thuyền đến Sao Hỏa Phân loại theo chức tàu: • Phi thuyền mẹ • Phi thuyền • Phi thuyền thoi C Phóng Tàu Vũ Trụ Có phương pháp phóng tàu vũ trụ chính: • Mượn phản lực tên lửa nằm tàu Các tên lửa đẩy tự động rời tàu hết nhiên liệu • Dùng buồng phản lực riêng kết hợp với sức đẩy tên lửa D Vai Trò Của Thám Hiểm Không Gian Bằng Tàu Vũ Trụ • Giúp người khám phá thêm không gian vũ trụ, hiểu biết thêm hành tinh hệ mặt trời xa ngân hà, hình thành biến hành tinh, hoạt động mặt trời, mặt trăng phục vụ cho thiên văn học cảnh báo thời tiết Trái Đất • Tìm kiếm sinh vật sống hành tinh khác, tìm nguồn lượng sử dụng, Mục đích ban đầu công thám hiểm không gian chạy đua tranh giành ảnh hưởng không gian (và ảnh hưởng lên toàn giới lại) Liên Xô Hoa Kỳ thời kỳ Chiến tranh Lạnh (1950-1990) Kể từ sau Chiến tranh Lạnh, tiến kỹ thuật phát triển chương trình thám hiểm không gian ứng dụng rộng rãi vào viễn thông dân dụng Kính viễn vọng Hubble đẩy mạnh hiểu biết thiên hà xa xôi; thí nghiệm môi trường không trọng lực Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) giúp tạo loại hợp kim Cụ thể, kỹ thuật du hành vũ trụ kỉ 20 cung cấp cho nghiên cứu khoa học điều kiện tốt cho khoa học độ chân không cao, môi trường siêu tĩnh, xạ Mặt Trời, môi trường vi trọng lực, gia công số lượng lớn nguyên vật liệu, thí nghiệm sinh vật, thu thập vật liệu bán dẫn, kim loại hợp thành có tính siêu cao như: Telu-Cudimi-thủy ngân, vật chất Anbumin mở tiền đồ rộng rãi cho công trình sinh vật vũ trụ Thương nghiệp hóa ngành du hành vũ trụ, dấu hiệu bật cạnh tranh chế tạo phóng vệ tinh tên lửa chở lên quỹ đạo, làm cho kỹ thuật vũ trụ phát triển nhanh chóng E Các Cột Mốc Lịch Sử • Ngày 4/10/1957, Liên Xô (Nga) phóng thành công vệ tinh Sputnik lên quỹ đạo Trái đất mở thời kì phát triển khoa học không gian, khởi đầu cho tranh đua vào vũ trụ quốc gia giới 4 Hình Biểu đồ số lượng tàu vũ trụ vệ tinh phóng lên giai đoạn 1958-2014 • Liên Xô lần gửi lên tàu vũ trụ liên hành tinh lên Sao Kim Sao Hỏa vào năm 1960 Tàu thành công việc bay gần Sao Kim Mariner Mỹ, vào 14 tháng 12 năm 1962 • Hoa Kỳ phóng lên Mariner 10, bay ngang qua Sao Kim đường bay tới Sao Thủy, vào năm 1974 Nó trở thành tàu vũ trụ bay ngang qua Sao Thủy • Mariner 4, phóng năm 1965 Hoa Kỳ, trở thành tàu vũ trụ bay ngang qua Sao Hỏa; gửi hình ảnh không ngờ tới Tàu vũ trụ hạ cánh lên Sao Hỏa, Mars 3, phóng vào năm 1971 Liên Xô, không gửi ảnh Tàu Viking hạ cánh năm 1976 gửi ảnh Tính đến năm 2011, có quốc gia có tàu vũ trụ có người lái thực thành công chuyến bay bao gồm Liên Xô (Nga), Mỹ Trung Quốc • Ngày 12/4/1961, tàu vũ trụ có người lái Vostok chở nhà du hành vũ trụ Liên Xô Yuri Gagarin (1934–1968) bay vào không gian, hoàn thành quỹ đạo Trái đất đầy đủ vòng 103 phút • Chuyến bay có người lái bắt nguồn từ Liên Xô, từ ngày 11/8 đến 15/8/1962 • Ngày 16/6/1963, Valentina Vladimirovna Tereshkova (sinh năm 1937) Liên Xô trở thành người phụ nữ vũ trụ tàu Vostok • Ngày 21/7/1969, nhà du hành người Mỹ Neil Armstrong (1930-2012) trở thành người bước bề mặt Mặt Trăng sau hạ cánh ngày hôm trước Và lời Armstrong bước lên Mặt Trăng ghi vào lịch sử: "Đây bước chân nhỏ bé người, bước tiến khổng lồ nhân loại." • Phạm Tuân (sinh năm 1947) phi hành gia Việt Nam Châu Á bay lên vũ trụ vào năm 1980 chương trình Interkosmos Liên Xô • Năm 2003, Trung Quốc phát triển thành công thực đưa tàu vũ trụ có người lái có tên Shenzhou • Các quốc gia khu vực có kế hoạch đưa tàu vũ trụ có người lái vào không gian: Ấn Độ, Nhật Bản, Châu Âu / ESA, Iran, Hàn Quốc, Bắc Hàn Quốc, Đan Mạch, Romania II CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH PHÓNG VỆ TINH A Tên Lửa Đẩy 1) Mô hình tên lửa đẩy nhiều tầng: Để đưa vệ tinh vượt qua lực hấp dẫn Trái Đất để vào quỹ đạo, ta cần phải có tên lửa đẩy Về bản, tên lửa đẩy (hay gọi tên lửa vũ trụ) loại tên lửa đạn đạo (có thể điều khiển đường bay) để đưa tàu vũ trụ vệ tinh nhân tạo vào quỹ đạo quanh Trái Đất tiền hành du hành vũ trụ đến hành tinh phạm vi Hệ Mặt Trời thoát khỏi hệ mặt trời Chỉ đạt tốc độ bay 7.9 km/s vệ tinh nhân tạo hay tàu vũ trụ không rơi trở lại mặt đất Các tàu lên mặt trăng cần có tốc độ 11,2 km/s, muốn bay tới hành tinh khác tốc độ phải lớn Làm để đạt tốc độ đó? Chỉ có tên lửa đẩy đảm đương việc Muốn làm cho vật thể chuyển động với tốc độ 7,9 km/s để thoát khỏi sức hút trái đất, đòi hỏi phải dùng lượng lớn Một vật nặng g muốn thoát khỏi trái đất cần lượng tương đương điện cần thiết để thắp sáng 1.500 bóng đèn điện 40 W Mặt khác, tên lửa bay nhờ vào việc chất khí phía sau tạo nên phản lực Khí nhanh, tên lửa bay chóng Muốn đạt tốc độ bay lớn, đòi hỏi phải có tốc độ khí cao ra, phải mang theo nhiều nhiên liệu Nếu tốc độ khí 4.000 m/s, để đạt tốc độ thoát ly 11,2 km/s tên lửa phải chứa số nhiên liệu nặng gấp lần trọng lượng thân Các nhà khoa học cố gắng giải vấn đề cách thoả đáng Làm để trình bay, với tiêu hao nhiên liệu vứt bỏ phận không cần thiết nữa, giảm nhẹ trọng lượng tiếp tục trình bay, nâng cao tốc độ bay Đó phương án sử dụng tên lửa nhiều tầng Hiện phóng vệ tinh nhân tạo tàu vũ trụ vào không gian sử dụng loại tên lửa 6 Tên lửa nhiều tầng có hai tên lửa trở lên, lắp liên tiếp Khi nhiên liệu tên lửa hết, tự động tách tên lửa thứ hai phát động Khi tên lửa thứ hai dùng hết nhiên liệu, tự động tách tên lửa thứ ba tiếp phát động làm cho vệ tinh tàu vũ trụ đặt tầng đạt tốc độ từ 7,9 km/s trở lên để bay quanh trái đất thoát khỏi trái đất Dùng tên lửa nhiều tầng giải vấn đề bay vũ trụ tiêu hao nhiêu liệu lớn Giả sử dùng tên lửa tầng để đưa tàu vào không gian, tốc độ khí tầng 2.5 km/s, tỷ lệ trọng lượng nhiên liệu vỏ 4/1, muốn cho tàu nặng 30 kg tầng cuối đạt tốc độ 12 km/s trọng lượng toàn tên lửa nhiên liệu bắt đầu phóng phải tới 1000 Hình Tên lửa đẩy Ariane mang Vinasat II lên quỹ đạo 2) Nhiên liệu cho tên lửa: Vấn đề nhiên liệu vấn đề cần xem xét nói tên lửa đẩy Ở khoảng cách 20km so với mực nước biển nồng độ oxy giảm gần 0, động phản lực làm việc Giải pháp đưa phải mang theo nhiên liệu lần Oxy khoang chứa tên lửa để đưa vệ tinh thoát khỏi bầu khí không gian Một số tên lửa sử dụng nhiên liệu máy bay Tuy nhiên số loại nhiên liệu khác sử dụng, bao gồm: • Nhiên liệu rắn: sản phẩm hỗn hợp loại nhiên liệu, đóng thành thỏi có khả cháy tốt • Nhiên liệu lỏng: – Oxy lỏng với nhiên liệu máy bay – Oxy lỏng với Hydro lỏng B Quá Trình Phóng Vệ Tinh 1) Đưa vệ tinh lên quỹ đạo: Tên lửa đẩy trực tiếp đưa vệ tinh lên quỹ đạo độ cao không 200km so với mặt đất Để đưa vệ tinh lên quỹ đạo địa tĩnh độ cao 35768 km so với mặt đất, ta cần đưa vệ tinh lên theo quỹ đạo: • Quỹ đạo tầm thấp LEO • Quỹ đạo chuyển tiếp (Hohmann) hay quỹ đạo GTO • Quỹ đạo địa tĩnh GEO Trước tiên, vệ tinh tên lửa đẩy đưa lên quỹ đạo tầm thấp Vệ tinh quỹ đạo khoảng thời gian để kiểm tra trạng thái Nếu sai sót sai sót mức độ cho phép, vệ tinh sẵn sàng cho việc chuyển lên quỹ đạo cao Tầng cuối tên lửa đẩy tăng tốc cho vệ tinh, giúp lên quỹ đạo chuyển tiếp (quỹ đạo Hohmann) có dạng hình elip, với bán trụ ngắn bán kính quỹ đạo tầm thấp, bán trụ dài bán kính quỹ đạo địa tĩnh Quá trình cuối vệ tinh sử dụng động mang theo, vị trí cực viễn quỹ đạo GTO tăng tốc để vào quỹ đạo địa tĩnh Trường hợp lý tưởng vệ tinh phóng từ điểm nằm xích đạo Khi quỹ đạo nằm mặt phẳng Tuy nhiên việc đặt đưuọc bãi phóng tên lửa đường xích đạo lúc dễ dàng, quốc gia có bãi phóng nằm nằm gần đường xích đạo Khi đó, quỹ đạo nằm mặt phẳng cắt Cũng thiên thể tự nhiên không gian chuyển động vệ tinh phỉa tuân theo định luật kepler: • Định luật 1: Các vệ tinh chuyển động quanh Trái Đất theo quỹ đạo hình elip với Trái Đất nằm tiêu điểm 8 Hình Các quỹ đạo trình phóng vệ tinh • Định luật 2: Đường nối vệ tinh với Trái Đất quét qua diện tích khoảng thời gian • Định luật 3: Bình phương chu kỳ quỹ đạo vệ tinh tỷ lệ với lập phương bán trục lớn quỹ đạo elip hành tinh Quỹ đạo địa tĩnh tròn dạng quỹ đạo đặc biệt tuân theo định luật 2) Vệ tinh quỹ đạo: Ngày tháng 10 năm 1957, Liên Bang Xô Viết phóng thành công Sputnik 1, vệ tinh nhân tạo loài người vào quỹ đạo Trái Đất Kể từ đến gần thập kỷ trôi qua, có bạn tự hỏi vệ tinh bay đầu chúng ta? Hiện có khoảng 1100 vệ tinh hoạt động Trái Đất, có đến 50% Mỹ Một nửa số bay quỹ đạo LEO (Low-Earth Orbit), khoảng 20% bay quỹ đạo MEO (Medium-Earth Orbit) lại phần lớn quỹ đạo địa tĩnh Tuy nhiên, bạn bất ngờ biết có tới 2600 vệ tinh hỏng lơ lửng quỹ đạo Có phóng lên từ năm 1958 Sẽ chúng đồng loại bị thổi bay vào Trái Đất Các vệ tinh lớn cỡ nào? Có nhiều loại vệ tinh kích thước đa dạng, Có vệ tinh to xe bus, nặng Phần lớn vệ tinh đạt trọng lượng khoảng vài Trong có bé hộp vuông cạnh 10 cm nặng chưa đầy kg 9 Hình Các vệ tinh quỹ đạo C Quá Trình Phóng Vinasat II Sau trình phóng tên lửa, Tên lửa đẩy tách khoang nhiên liệu độ cao 70 km sau tách phần mũi độ cao 200km, sau tách rời khoang chứa vệ tinh tên lửa đẩy ngừng hoạt động rơi xuống biển Vệ tinh Vinasat-II rời khoang chứa sau vào quỹ đạo, sau khoảng thời gian định tiến dần tới quỹ đạo địa tĩnh vị trí 131.8 độ Đông III KIẾN TRÚC TÀU CON THOI A Khái Niệm Tàu Con Thoi Tàu thoi, hệ thống tàu vũ trụ quỹ đạo thấp Trái Đất tái sử dụng, vận hành quan hàng không vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) Tàu thoi có thành phần bao gồm tàu vũ trụ / trạm quỹ đạo (OV - Orbiter Vehicle), đôi tên lửa đẩy nhiên liệu rắn thu hồi (SRBs - Solid Rocket Boosters), bình nhiên liệu (ET - External Tank) có chứa khí Hiđro lỏng Ôxy lỏng Tàu thoi phi thuyền sử dụng hệ thống điều khiển bay tự động máy tính fly-by-wire Điều có nghĩa kết nối học hay thủy lực 10 Hình Vệ tinh siêu nhỏ PicoDragon chế tạo Trung tâm Vệ tinh Quốc gia Việt Nam Hình Đường vệ tinh Vinasat 11 cần điều khiển phi công đến bề mặt điều khiển hay hệ thống điều khiển phản ứng động đẩy Trạm quỹ đạo giống máy bay với hai cánh delta, quét góc 81◦ rìa cánh 45◦ rìa cánh Cánh ổn định thẳng đứng có cạnh quét góc 45◦ phía sau Có bốn cánh tà, gắn vào rìa hai cánh, thắng cản, gắn vào rìa cánh ổn định, với cánh thân, điều khiển trạm quỹ đạo trình hạ cánh đáp xuống Hình Hình ảnh tàu thoi B Cấu Tạo Chính Của Tàu Con Thoi • Khoang chứa phi hành đoàn trạm quỹ đạo bao gồm tầng: tầng bay, tầng tầng sử dụng tiện ích Tầng tầng điều khiển bay với chỗ ngồi cho huy trưởng, phi công, hai chuyên gia chuyến bay ngồi đằng sau Tầng giữa, phía tầng bay, có thêm chỗ ngồi cho thành viên lại phi hành đoàn Bếp, phòng vệ sinh, chỗ ngủ, tủ chứa quần áo cửa sập bên hông cho việc vào tàu tầng này, cửa với khóa không khí (airlock) Khóa không khí có thêm cửa vào khoang chứa hàng hóa Nó cho phép hai phi hành gia, mang áo phi hành với đơn vị di động không gian (Extravehicular Mobility Unit - EMU), giảm áp suất trước bước không gian 12 Hình Tàu thoi không gian OTV-1 X37B • Khoang chứa hàng hóa, kích thước 60 ft x 15 ft (18 m x 4,6 m) chiếm hầu hết phần thân Các cửa vào khoang hàng hóa có tỏa nhiệt bề mặt bên trong, mở cho việc điều khiển nhiệt độ tàu thoi quỹ đạo Điều khiển nhiệt độ cách định hướng tàu tương đối so với Trái Đất Mặt Trời Bên khoang chứa hàng hệ thống cần cẩu điều khiển từ xa, biết đến Canadarm, cánh tay máy sử dụng để vận chuyển đưa thiết bị không gian • Ba động tàu thoi (Space Shuttle Main Engines - SSME) gắn vào đuôi trạm quỹ đạo dạng tam giác Ba động nghiêng lên 10.5◦ nghiêng xuống 8.5◦ từ bên sang bên trình phóng để thay đổi hướng đẩy chúng lái tàu thoi lúc đẩy C Các phận khác • Hệ thống điều khiển quỹ đạo (Orbital Maneuvering System - OMS) cung cấp điều khiển quỹ đạo, bao gồm vào quỹ đạo, kết nối, bay vòng quanh, chuyển đổi, gặp gỡ, rời bỏ quỹ đạo Hệ thống điều khiển phản ứng (Reaction Control System - RCS) cung cấp điều khiển độ cao chuyển dịch theo trục theo độ dốc, cuốn, trệch giai đoạn bay vào quỹ đạo, vòng quanh quỹ đạo, tái nhập khí • Hệ thống bảo vệ nhiệt độ (Thermal Protection System - TPS) bao phủ bên trạm quỹ đạo, bảo vệ từ độ lạnh cóng -121◦ C (-250◦ F) không gian đến 1649◦ C (3000◦ F), 13 nhiệt độ lúc vào lại khí Cấu trúc trạm quỹ đạo chủ yếu làm từ hợp kim nhôm cấu trúc động đẩy làm từ hợp kim titani • Bình nhiên liệu chứa (External Tank - ET) cung cấp 2,025 triệu lít (535.000 gallo) hiđrô lỏng ôxy lỏng để làm nhiên liệu cho động tàu thoi (SSME) Nó bỏ 8,5 phút sau phóng lên độ cao khoảng 60 nautical miles (111 km), bị đốt cháy vào lại khí Bình chứa dày 1/8 inch chủ yếu làm hợp kim nhôm-lithi • Hai tên lửa đẩy nhiên liệu rắn (Solid Rocket Boosters - SRB) cung cấp khoảng 83% sức đẩy tàu vào lúc phóng giai đoạn trình phóng Chúng vứt bỏ phút sau phóng độ cao vào khoảng 150.000 feet (45,7 km), bung dù hạ xuống đại dương để thu nhặt lại Vỏ tên lửa SRB làm thép dày khoảng 1/2 inch (1,27 cm) Hình 10 Các hệ thống bên tàu thoi 14 IV TRUYỀN THÔNG NGOÀI VŨ TRỤ A Làm Việc Ngoài Không Gian Mặc dù làm quen với vũ trụ từ 50 năm trước, cải tiến công nghệ kỹ thuật để hỗ trợ cách tốt cho người, máy móc thể thích nghi làm việc hiểu không gian Hoạt động thăm dò thuyền: Các hệ thống phải hỗ trợ nhu cầu sinh học cở người chuyến vũ trụ Cung cấp chế độ bảo vệ tác động không gian Hoạt động linh hoạt hỗ trợ Những hệ thống được tích hợp thử nghiệm với giao diện xe với áp lực thấp hơn, bầu không khí nhiều oxy B Duy Trì Sự Sống Nước, nguồn dự trữ nước oxy cho nhà vũ trụ Các trạm tàu vũ trụ khoảng thời gian tương đối dài nên việc cung cấp nước oxy cho nhà du hành vô cần thiết Nếu nước, tồn ngày Nếu oxy, não tổn thương vĩnh viễn Các nhà khoa học xác định lượng nước, oxy, lượng tối thiểu cho người ngày Trái đất Từ đẫn tới nghiên cứu vũ trụ Ở trái đất, cối hút khí CO2 thải khí O2 H20 Tuy nhiên không gian chế này, người giảm tối thiểu khí C02 , lấy lại nước oxy Cần trình khép kín (tối đa) Phản ứng H2 O2 sinh lương điện nước dùng để sản suất nước phần lượng Tuy nhiên việc cung cấp nước vũ trụ khó khăn, nên có tàu vũ trụ Nga phục vụ mục đích mang nước dự trữ đên trạm vũ trụ C02 loại bỏ từ không khí thải N2 khí trơ chiếm thành phần cao không khí đến 78% Tuy nhiên , N2 không phục vụ nho nhu cầu sinh học người , phục vụ cho việc giữ áp lực tàu mức ổn định Quá trình tái chế nước không khí không gian cần thiết cho tàu vũ trụ , sơ đồ cối môi trường trao đổi không gian Và khí C02 loại bỏ sơ đồ Các tàu thoi trước thường sử dụng hộp kim loại đựng 02 LiOH thay cho zeolio Tuy nhiên sử dụng khoảng 20-30 ngày, ngày người ta sử dụng hệ thống CDRA thường sử dụng trạm vũ trụ quốc tế 15 Hình 11 Quy trình tái chế nước không khí Có đến 2000 nghìn chất ô nhiễm amonic, ethanol sản sinh máy móc từ thoải loại từ thể người, chúng gây tác hại lớn cho tàu vũ trụ khả sử lý tự nhiên, người ta sử dụng hệ thống để thu chất thải lại giữ than hoạt tính C Truyền Thông Ngoài Không Gian Giới thiệu tàu vũ trụ Dragon: Là tàu vũ trụ phát triển để vận chuyển thiết bị vào không gian Tháng năm 2012, Dragon trở thành tàu vũ trụ cung cấp hàng hóa lên trạm vũ trụ quốc tế ISS trở thành công Vào tháng 10 năm 2012, Dragon hoàn thành sứ mệnh thứ hai vận chuyển hàng hóa cho NASA Cách thức thuyền thông tàu vũ trụ Dragon với thực thể khác: • Truyền thông tàu vũ trụ ISS cung cấp CUCU CUCU giao cho trạm không gian STS-129 • ISS truyền lệnh cho tàu vuc trụ bảng lệnh thuyền viên • Tàu vũ trụ giao tiếp băng S qua theo dõi liệu chuyển tiếp hệ thống trạm trái đất 16 Truyền thông vũ trụ vấn đề quan trọng Việc truyền tin đòi hỏi tính ổn định, an toàn chi phí tốt Với hệ thống tàu vũ trụ sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông Tuy nhiên việc truyền thông vũ trụ với khoảng cách lên tới hàng triệu kilomet, tốc đồ hiệu việc truyền tin quan tâm nhiều Chính NASA có dự án nghiên cứu phát triển nghiên cứu thử nghiệm truyền thông vũ trụ sở dụng laser Trong không gian kết nối liệu chậm gây nhiều vấn đề độ xác thông tin liệu thu Một báo cáo Nasa, nhà khoa học phải đợi 16 tháng để có tất liệu tàu vũ trụ New horizons bay qua diêm vương Và việc truyền tải liệu lase phá vỡ rào cản cũ sóng điện từ cho phép truyền liệu cách nhanh Hình 12 Truyền thông tin sử dụng laser Một ví dụ điển hình cho truyền tải liệu laser việc vẽ đồ hỏa Khi sử dụng tần số sóng phải tới năm để thu thập toàn liệu hỏa cho Google Tuy nhiên với laser, băng thăng mở rộng gấp 40 lần, điều có nghĩa thay thời gian lên tới năm chúng tháng để cung cấp đầy đủ liệu cho Google đồ hỏa Các phi hành gia tàu vũ trụ trạm vũ trụ quốc tế hay trí mặt trăng, nhận video HD hướng dẫn sửa chữa phần lỗi tàu vũ trụ mình, hướng dẫn điều trị cho thuyền viên bị bệnh 17 Một thí nghiệm Nasa thăm dò ảnh hưởng truyền trễ thông tin liên lạc trạm vũ trụ quốc tế cách bắt chước khoảng cách truyền thông xảy liên lạc với địa xa 50 giây trễ gây nhiều khó khăn cho nhà phi hành gia vũ trụ hoàn thành nhiệm vụ Trong vấn với thuyền viên tàu vũ trụ, việc gửi video cắt giảm khoảng cách làm giảm tác động tiêu cực Tốc độ ánh sáng - ghi nhận tốc độ nhanh có thể, làm cho truyền thông tức bên Tàu vũ trụ hỏa phải phút để nhận thông báo (trễ thời gian trình truyền đi, khoảng cách trái đất hỏa thay đổi khoảng cách lên tới quãng đường ánh sáng truyền 24 phút) Ngoài việc gửi nhiều liệu lúc làm giảm bớt gánh nặng cho việc chờ đợi Truyền hồng ngoại có nghĩa truyền thông chùm laser với chùm ánh sách cận hồng ngoại Một trình mà gửi liệu nhanh gấp 10-100 lần so với tiêu chuẩn thông thường Quá trình truyền tải sử dụng điện so với tín hiệu sóng điền từ nhanh mạnh Các cận hồng ngoại nhìn thấy mắt thường Thử nghiệm hệ thống liên lạc laser tàu vũ trụ, trạm vũ trụ trái đất cho thấy kết tích cực Hệ thống xây dựng từ off-the-shelf phần mà không thử nghiệm không gian Kết cho thấy truyền video chất lượng cao vòng 3.5 giây thay cho 10 phút truyền sóng vô tuyến từ trạm không gian Tuy nhiên nhiệm vụ đặc biệt khó khăn tính tập trung laser Các trạm vũ trụ di chuyển với tốc độ nhanh khoảng 28160 km/h hệ thống phải khóa tập trung vào đèn hiệu laser Trong sóng vô tuyến trải dài thành chùm rộng, chùm laser nhỏ tập trung Một số thử nghiệm nhà khoa học Đức thất bại, có đám mây cản trở việc trao đổi thông tin truyền Có số ý kiến đưa để nhằm giải vấn đề truyền tải Một số sử dụng truyền ánh sáng cận hồng ngoại mà công ty sử dụng sợi cáp quang giống internet FiOS Đối với đám mây cản trở việc truyền tải thông tin, nhà khoa học có ý tưởng sử dụng hệ thống thông tin liên lạc mặt đất, có vài mục tiêu bóng bay đám gửi liệu mặt đất Nasa có dự án đẩy công nghệ xa thời gian tới Trước thử nghiệm vào năm 2013 việc kết nối liên lạc địa điểm Mặt Trăng Mexico 18 Tuy nhiên để kết nối với địa điểm xa, ví dụ Hỏa, tín hiệu truyền cần lượng mạnh cỡ khoảng triệu lần Vì tia laser từ Hỏa hẹp cần rung lắc nhỏ tàu vũ trụ khiến việc nhân tin Trái đất bị gián đoạn Hình 13 Thử nghiệm truyền thông với laser Cho đến ngày truyền thông xa mặt trăng triển khai Nasa triển khai dự án quy mô nỗ lực nghiên cứu vấn đề Hy vọng việc triển khai dự án tạo bước nhảy trình chinh phục vũ trụ người V TÀU CON THOI QUAY VỀ TRÁI ĐẤT Quá trình tàu thoi quay Trái Đất trải qua giai đoạn: Giai đoạn rời khỏi quỹ đạo, giai đoạn tái nhập khí quyển, giai đoạn hạ độ cao hạ cánh Giai đoạn thường điều khiển robot Phi hành gia điều khiển giai đoạn tái nhập khí xảy trường hợp khẩn cấp Giai đoạn thường điều khiển thủ công A Giai Đoạn Rời Khỏi Quỹ Đạo Tàu chuyển từ quỹ đạo cao xuống quỹ đạo thấp nhờ lực hấp dẫn hành tinh bay quanh Với tàu thám hiểm Mặt Trăng, muốn chuyển quỹ đạo thấp quanh Trái Đất, bay vài vòng quanh Mặt Trăng lấy đà tăng tốc cho lực ly tâm thắng lực hướng tâm, để tàu thoát khỏi lực hấp dẫn Mặt Trăng (lực hướng tâm) bay theo phương tiếp tuyến quỹ đạo tới Trái Đất Theo National Geographic - tạp chí uy tín hàng đầu giới - cần 19 33 chất nổ đẩy để đưa tàu MAV mà Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) chế tạo thoát khỏi lực hấp dẫn Hỏa, bay tới nơi chuyển tiếp để Trái Đất Khi tới gần Trái Đất bị lực hấp dẫn Trái Đất hút lại nên bay quanh Trái Đất (quỹ đạo thấp) Tàu rời khỏi quỹ đạo thấp cách sử dụng động hệ thống OMS để phun phản lực ngược chiều với hướng quỹ đạo tại, vận tốc tàu giảm xuống khoảng 322 km/h OMS (Orbital Maneuvering System) hệ thống điều khiển quỹ đạo tàu, cung cấp điều khiển quỹ đạo, bao gồm vào quỹ đạo, kết nối, bay vòng quanh, chuyển đổi, gặp gỡ, rời bỏ quỹ đạo Nguyên tắc tàu quỹ đạo thấp bay với vận tốc phù hợp để cân với lực hấp dẫn Trái Đất (lực ly tâm lực hướng tâm) Nếu tốc độ chậm lại, bị lực hấp dẫn Trái Đất hút rơi vào bầu khí Sau phút sử dụng động cơ, tàu quay ngược trở lại, đẩy phần đầu tàu xuống (thực "ngóc lên" so với trái Đất) B Giai Đoạn Tái Nhập Khí Quyển Khi vào bầu khí quyển, tàu chuyển động với vận tốc lớn - gần 28000 km/h Để đưa trở lại Trái đất cách an toàn, cần phải giảm tốc xuống đáng kể Một cách giảm tốc dùng tên lửa đẩy tạo phản lực, tương tự phóng tàu Cách đòi hỏi lượng lớn nhiên liệu nên không khả thi Khối lượng nhiên liệu này, cộng thêm hàng hóa, khiến tàu trở nên nặng cồng kềnh Cách thứ hai lợi dụng tác động bầu khí Khí lớp chất khí bao quanh Trái Đất giữ lại lực hấp dẫn Trái Đất Trên hành trình quay Trái Đất, tàu phải qua bầu khí Các chất khí bị ion hóa bầu khí bao quanh tàu ngăn chặn thông tin liên lạc vô tuyến điện với mặt đất khoảng 12 phút Không khí bầu khí có trọng lượng cực lớn Theo ước tính nhà khoa học, bao bọc toàn Trái đất lớp không khí nặng 500 tỷ Mật độ không khí bầu khí giảm dần theo độ cao, hạ xuống sâu tàu phải chịu áp lực lớn Áp lực giúp giảm tốc cho tàu Mất khoảng 25 phút để tàu hạ đến tầng bầu khí (đây vùng độ bầu khí Trái đất với khoảng không vũ trụ, gọi tầng thoát ly) Không khí tầng loãng, nhiệt độ lại cao, lên đến 2000◦ C (nhiệt độ bầu khí biến đổi tỷ lệ thuận theo độ cao so với mực nước biển) Vỏ tàu bị nóng lên, lên đến 1650◦ C Tàu bốc cháy bầu khí mảnh vỡ sót lại rơi xuống đại dương 20 Hình 14 Luồng khí nóng từ tàu Atlantis tái nhập khí nhìn từ trạm vũ trụ Vì nguyên nhân mà vỏ tàu bọc lớp cách nhiệt cực tốt Tuy nhiên có trường hợp tính toán sai sót dẫn đến tai nạn vụ nổ tàu Columbia ngày 01/02/2003 Mảnh xốp cách nhiệt từ bình nhiêu liệu rơi trình cất cánh (16/01/2003) nguyên nhân gây thủng lỗ lớn bên cánh trái tàu Lỗ thủng khiến cho khí nóng tràn vào bên tàu trình ma sát với bầu khí quyển, gây vụ nổ hạ cánh Tất phi hành gia thiệt mạng Những mảnh vỡ tàu nặng 100 rơi rải rác miền Đông Bắc bang Texas, Mỹ Dù không mặt đất bị thương tàu Columbia đánh dấu thảm họa gây tử vong thứ hai chương trình tàu thoi kéo dài 30 năm NASA Khi bầu khí quyển, tàu điều khiển hệ thống RCS để bay hạ độ cao góc 40◦ với mũi tàu đường chân trời, tạo lực cản, không để giảm tốc, mà làm giảm sức nóng bầu khí RCS (Reaction Control System) hệ thống điều khiển phản ứng tàu, cung cấp điều khiển độ cao chuyển dịch theo trục Mật độ khí lúc tăng khiến góc 40◦ tàu từ từ giảm xuống Tàu phải thực lần nghiêng qua nghiêng lại - lần nghiêng khoảng vài phút, nhiều lúc tàu nghiêng tới 70◦ - để giữ nguyên góc 40◦ Sau nghiêng xong, tàu hoạt động máy bay thông thường Tàu giảm độ ngóc, chúi mũi xuống bắt đầu giai đoạn hạ độ cao hạ cánh C Giai Đoạn Hạ Độ Cao Và Hạ Cánh Khi tàu độ cao 3000 m, giai đoạn hạ độ cao hạ cánh bắt đầu Phi hành gia sử dụng phanh khí động để giảm tốc tàu từ 682 km/h xuống 346 km/h, vận tốc chạm 21 Hình 15 Một phận tàu Columbia tìm thấy bang Texas, Mỹ đường băng (so với 260 km/h máy bay thông thường) Càng bánh xe thả tàu bay với vận tốc 430 km/h Sau toàn chạm đường băng, vận tốc tàu 343 km/h Khi giảm tốc xuống 110 km/h, dù bán kính khoảng 12 m thả nhằm hỗ trợ thắng cho tàu Hình 16 Tàu Atlantis thả bánh xe trước hạ xuống đường băng Trung tâm Không gian Kennedy (KSC - Kennedy Space Center) mũi Canaveral, bang Florida, Mỹ điểm đáp ưu tiên hàng đầu tàu thoi Ở có đường băng 22 lớn giới: chiều dài 4472m, chiều ngang 91.4m, đầu có thêm đoạn đường an toàn dài 305m Nếu điều kiện không cho phép, tàu phải đáp xuống không quân Edwards bang California quân khác Mỹ giới Tuy nhiên, chi phí gia tăng, chẳng hạn tàu đáp xuống Edwards, NASA phải tốn thêm 1.7 triệu USD để đưa lại KSC Hình 17 Tàu Endeavour bung dù đáp xuống đường băng KSC ngày 21/08/2007 Sau hạ cánh, tàu lại đường băng khoảng vài tiếng để làm mát Một nhóm nhân viên đến kiểm tra động hệ thống RCS khu hàng hóa Một nhóm khác xử lý khí độc từ khoang nhiên liệu Một bác sĩ lên tàu kiểm tra sức khỏe cho phi hành đoàn trước họ rời xuống VI CONCLUSIONS Đề tài cung cấp nhìn tổng quan tàu vũ trụ, cung cấp trình tàu vũ trụ từ phóng lên bầu trời đến trở Các bước hành trình di chuyển không gian tàu vũ trụ đòi hỏi chuẩn bị tính toán kỹ lưỡng Quá trình phóng tàu sử dụng tên lửa đẩy mô tả cách tàu tìm quỹ đạo xác Quá trình liên lạc tàu vũ trụ trạm vũ trụ không gian nêu hướng truyền thông laser nghiên cứu triển khai Quá trình trở tàu vũ trụ mô tả cách thức tàu vũ trụ rời 23 quỹ đạo đến hạ cách xuống trái đất Đề tài tổng hợp phát triển môn học “Các hệ thống thông tin vệ tinh” Trong tương lai, hy vọng dự án liên quan tàu vũ trụ nghiên cứu phát triển nhiều nước ta TÀI LIỆU [1] Xem thêm địa http://www.nguoiduatin.vn/hang-chuc-nam-mang-tieng-vi-beo-hoa-dau-a4187.html [2] Blazing the Trail: The Early History of Spacecraft and Rocketry - Mike Gruntman, 2004 [3] A Brief History of the United States Astronomy Spacecraft and Crewed Space Flights – NASA Education Resources, 2001 [4] SpaceX CRS-6 Mission Press Kit - cargo resupply services mission - NASA, April 2015 - Download tài liệu địa chỉ: http://www.spacex.com/sites/spacex/files/spacex_nasa_crs-6_presskit.pdf [5] Reference Guide to the International Space Station - Assembly complete edition - NASA, November 2010 Download tài liệu địa chỉ: https://www.nasa.gov/pdf/508318main_ISS_ref_guide_nov2010.pdf [6] Minimizing the Maximum Heating of a Reentering Space Shuttle: An Optimal Control Problem with Multiple Control Constraints - H Kreim, B Kugelmann, H J Pesch, M H Breitner [7] Columbia and Challenger: organizational failure at NASA - Joseph Lorenzo Hall [8] Aerodynamics and Flight Dynamics - NASA, trang 236 [9] http://news.nationalgeographic.com/2015/10/151002-mars-mission-nasa-return-space/ [...]... một cái nhìn tổng quan nhất về tàu vũ trụ, cung cấp quá trình của một con tàu vũ trụ từ khi phóng lên bầu trời đến khi trở về Các bước trong hành trình di chuyển ngoài không gian của tàu vũ trụ đều đòi hỏi sự chuẩn bị và tính toán kỹ lưỡng Quá trình phóng tàu sử dụng tên lửa đẩy và mô tả cách tàu tìm quỹ đạo chính xác của mình Quá trình liên lạc giữa tàu vũ trụ và các trạm vũ trụ và không gian nêu ra... thiệu về tàu vũ trụ Dragon: Là tàu vũ trụ được phát triển để vận chuyển thiết bị vào không gian Tháng 5 năm 2012, Dragon trở thành tàu vũ trụ đầu tiên cung cấp hàng hóa lên trạm vũ trụ quốc tế ISS và đã trở về thành công Vào tháng 10 năm 2012, Dragon hoàn thành sứ mệnh thứ hai của nó về vận chuyển hàng hóa cho NASA Cách thức thuyền thông của tàu vũ trụ Dragon với các thực thể khác: • Truyền thông giữa tàu. .. liệu cho Google về một bản đồ sao hỏa Các phi hành gia trên các tàu vũ trụ trên các trạm vũ trụ quốc tế hay thậm trí trên mặt trăng, sẽ có thể được nhận các video HD hướng dẫn sửa chữa một phần lỗi của tàu vũ trụ của mình, ngoài ra có thể hướng dẫn điều trị cho một thuyền viên bị bệnh 17 Một thí nghiệm của Nasa mới đây đã thăm dò ảnh hưởng của truyền trễ thông tin liên lạc trên trạm vũ trụ quốc tế bằng... một hướng truyền thông mới bằng laser đang được nghiên cứu triển khai Quá trình trở về của tàu vũ trụ mô tả các cách thức tàu vũ trụ rời 23 quỹ đạo đến khi hạ cách xuống dưới trái đất Đề tài là một tổng hợp và phát triển của môn học “Các hệ thống thông tin vệ tinh” Trong tương lai, hy vọng rằng các dự án liên quan tàu vũ trụ sẽ được nghiên cứu phát triển nhiều hơn ở nước ta TÀI LIỆU [1] Xem thêm tại địa... Dragon với các thực thể khác: • Truyền thông giữa tàu vũ trụ và ISS được cung cấp bởi CUCU CUCU đã được giao cho các trạm không gian trên STS-129 • ISS truyền lệnh cho tàu vuc trụ bằng các bảng lệnh thuyền viên • Tàu vũ trụ cũng có thể giao tiếp trên băng S qua theo dõi dữ liệu chuyển tiếp hệ thống hoặc trên các trạm trái đất 16 Truyền thông ngoài vũ trụ là một vấn đề quan trọng Việc truyền tin đòi hỏi... thống tàu vũ trụ hiện tại sử dụng các sóng vô tuyến để truyền thông Tuy nhiên việc truyền thông ngoài vũ trụ với khoảng cách lên tới hàng triệu kilomet, tốc đồ và hiệu năng của việc truyền tin được quan tâm rất nhiều Chính vì vậy NASA đang có dự án nghiên cứu phát triển nghiên cứu và thử nghiệm truyền thông ngoài vũ trụ sở dụng laser Trong không gian kết nối dữ liệu chậm có thể gây ra rất nhiều vấn đề về. .. không có cơ chế này, vậy người giảm tối thiểu các khí C02 , và lấy lại nước và oxy đã mất Cần một quá trình khép kín (tối đa) Phản ứng H2 và O2 sinh ra năng lương điện và nước dùng để sản suất nước và một phần năng lượng Tuy nhiên việc cung cấp nước ở ngoài vũ trụ là khó khăn, nên luôn có một tàu vũ trụ của Nga phục vụ mục đích mang nước dự trữ đên các trạm vũ trụ C02 được loại bỏ từ không khí và thải... gây ra nhiều khó khăn cho các nhà phi hành gia vũ trụ trong hoàn thành nhiệm vụ của mình Trong một cuộc phỏng vấn với các thuyền viên của tàu vũ trụ, việc gửi video là cắt giảm khoảng cách có thể làm giảm tác động tiêu cực Tốc độ của ánh sáng - được ghi nhận là tốc độ nhanh nhất có thể, sẽ làm cho các truyền thông tức thì giữa 2 bên là không thể Tàu vũ trụ ở sao hỏa sẽ phải mất ít nhất là 4 phút để... ngoài tàu con thoi 14 IV TRUYỀN THÔNG NGOÀI VŨ TRỤ A Làm Việc Ngoài Không Gian Mặc dù đã làm quen với vũ trụ từ 50 năm trước, nhưng chúng ta luôn cải tiến công nghệ và kỹ thuật để hỗ trợ một cách tốt nhất cho con người, máy móc thể thích nghi và làm việc hiểu quả ở ngoài không gian Hoạt động thăm dò thuyền: Các hệ thống phải hỗ trợ nhu cầu sinh học cở bản của con người trong các chuyến đi ngoài vũ trụ. .. các nhà vũ trụ Các trạm tàu vũ trụ sẽ đi trong một khoảng thời gian tương đối dài nên việc cung cấp nước và oxy cho các nhà du hành là vô cùng cần thiết Nếu không có nước, có thể tồn tại trong 3 ngày Nếu không có oxy, não sẽ tổn thương vĩnh viễn Các nhà khoa học đã xác định được lượng nước, oxy, năng lượng tối thiểu cho một người một ngày ở Trái đất Từ đó đẫn tới các nghiên cứu ở ngoài vũ trụ Ở trái ...2 Hình Tàu vũ trụ • Tàu vũ trụ có người lái tàu Phương Đông (Liên Xô), tàu Soyuz (Nga), hệ thống tàu thoi (Mỹ), tàu Thần Châu (Trung Quốc) • Tàu vận tải (tàu vũ trụ không người lái) tàu vận... TRÚC TÀU CON THOI A Khái Niệm Tàu Con Thoi Tàu thoi, hệ thống tàu vũ trụ quỹ đạo thấp Trái Đất tái sử dụng, vận hành quan hàng không vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) Tàu thoi có thành phần bao gồm tàu vũ trụ. .. Không Gian Giới thiệu tàu vũ trụ Dragon: Là tàu vũ trụ phát triển để vận chuyển thiết bị vào không gian Tháng năm 2012, Dragon trở thành tàu vũ trụ cung cấp hàng hóa lên trạm vũ trụ quốc tế ISS trở

Ngày đăng: 25/12/2015, 20:16

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan