Sức đẩy

“Sức mạnh” của một động cơ tên lửa được gọi là sức đẩy. Sức đẩy đo bằng đơn vị “pound sức đẩy” trong hệ đơn vị của Mĩ, và bằng đơn vị newton trong hệ mét (4,45 newton sức đẩy bằng 1 pound sức đẩy). Một pound sức đẩy là sức đẩy cần thiết để giữ một vật nặng 1 pound nằm cân bằng với lực hấp dẫn trên Trái đất. Vì thế, trên Trái đất, gia tốc hấp dẫn là 32 feet trên giây trên giây (21 dặm trên giờ trên giây). Nếu bạn đang bồng bềnh trong vũ trụ với một túi bóng chày thì khi bạn ném một quả bóng mỗi giây ra xa bạn ở tốc độ 21 dặm trên giờ, thì các quả bóng của bạn sẽ sinh ra tương đương 1 pound sức đẩy. Nếu như bạn ném với tốc độ 42 dặm trên giờ, thì bạn sẽ tạo ra 2 pound sức đẩy. Nếu bạn ném chúng ra xa ở tốc độ 2100 dặm trên giờ (có lẽ là bắn chúng ra khỏi một kiểu súng bắn bóng chày nào đó), thì bạn đang tạo ra 100 pound sức đẩy, và cứ thế.

Một trong những vấn đề khá buồn cười của bài toán tên lửa là tên lửa phải mang theo những vật nặng mà động cơ muốn ném đi. Cho nên, lấy ví dụ, bạn muốn tạo ra 100 pound sức đẩy trong một giờ bằng cách ném một quả bóng chày mỗi giây ở tốc độ 2100 dặm trên giờ. Điều đó có nghĩa là bạn phải bắt đầu với 3600 quả bóng chày nặng 1 pound (1 giờ có 3600 giây), hay 3600 pound bóng chày. Vì tính luôn bộ đồ du hành thì bạn chỉ cân nặng 100 pound, cho nên bạn có thể thấy trọng lượng của mớ “nhiên liệu” của bạn nặng hơn tải trọng (bản thân bạn) rất nhiều. Thật vậy, nhiên liệu nặng gấp 36 lần tải trọng. Và điều đó rất bình thường. Đó là nguyên do vì sao bạn phải có một tên lửa khổng lồ để mang một con người nhỏ xíu bay lên vũ trụ – bạn phải mang theo rất nhiều nhiên liệu.

Bạn có thể thấy sự tương quan trọng lượng rất rõ ràng trên tàu con thoi vũ trụ. Nếu bạn từng xem người ta phóng tàu con thoi, bạn sẽ thấy nó có ba phần:

·    Phi thuyền

·    Bể nhiên liệu lớn gắn ngoài

·    Hai tên lửa đẩy

Phi thuyền rỗng nặng 165.000 pound. Bể nhiên liệu ngoài rỗng nặng 78.100 pound. Hai tên lửa đẩy lúc rỗng mỗi cái nặng 185.000 pound. Nhưng sau đó bạn phải tải nhiên liệu vào. Mỗi tên lửa đẩy chứa 1,1 triệu pound nhiên liệu. Bể chứa ngoài giữ 143.000 gallon oxygen lỏng (1.359.000 pound) và 383.000 gallon hydrogen lỏng (226.000 pound). Toàn bộ tổ hợp thiết bị – tàu con thoi, bể nhiên liệu ngoài, hai tên lửa đẩy và toàn bộ nhiên liệu – có trọng lượng tổng cộng 4,4 triệu pound lúc phóng lên. 4,4 triệu pound để mang 165.000 pound lên quỹ đạo là một sự chênh lệch rất lớn! Thật ra, tàu con thoi còn mang thêm 65.000 pound tải trọng nữa (lên tới kích cỡ 15 x 60 feet), nhưng đó vẫn là một sự chênh lệch lớn. Nhiên liệu nặng gấp 20 lần so với phi thuyền.

Toàn bộ nhiên liệu đó bị phóng dần ra phía sau của tàu con thoi ở tốc độ có lẽ là 6.000 dặm trên giờ (vận tốc khí thải tên lửa tiêu biểu đối với các tên lửa hóa học biến thiên trong ngưỡng 5.000 đến 10.000 dặm trên giờ). Hai tên lửa đẩy đốt nhiên liệu trong khoảng hai phút và mỗi tên lửa tạo ra 3,3 triệu pound sức đẩy lúc phóng lên (trung bình là 2,65 triệu pound trong quá trình đốt). Ba động cơ chính (sử dụng nhiên liệu trong bể chứa ngoài) đốt cháy nhiên liệu trong khoảng tám phút, mỗi động cơ tạo ra 375.000 pound sức đẩy trong suốt quá trình đốt.

Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ khảo sát hỗn hợp nhiên liệu đặc biệt trong các tên lửa nhiên liệu rắn.

Thư viện vật lý (Theo How Stuff Works)