Video

Bản trích

Chúng ta là tù nhân trên Trái đất.

Vũ trụ chế nhạo chúng ta

bằng cách cho chúng ta thấy tất cả những nơi mà ta không đến được.

Tuy nhiên, nếu loài người muốn có một tương lai lâu dài

chúng ta phải vượt ngục.

Nhưng điều gì đã ngăn ta làm điều này?

Hóa ra chúng ta nợ vũ trụ một món nợ hơn 4,5 tỷ năm!

Nhà tù làm từ năng lượng

Tất cả mọi thứ có khối lượng trong vũ trụ

có thể hút các vật thể khác.

Chúng ta gọi đó là “Trọng lực”.

Nếu bạn càng gần một vật thể khối lượng lớn,

bạn càng bị vật thể đó hút vào.

Lực này giam giữ chúng ta ở Trái đất.

Chúng ta có thể coi đây giống như bị nhốt trong một nhà tù bằng trọng lực

hoặc một cái giếng trọng lực.

Nó tuy không phải thật

nhưng lại là một khái niệm giải thích cách thức hoạt động của nó.

Ở trong một nhà tù trọng lực

nghĩa là bạn nợ trọng lực năng lượng.

Nhưng tại sao chúng ta lại nợ năng lượng?

Bởi vì trong vũ trụ, mọi vật luôn có xu hướng bảo toàn hướng di chuyển hay tốc độ.

Để buộc chúng di chuyển,

bạn phải dùng thêm năng lượng.

Hàng tỷ năm trước,

trọng lực giúp hàng tỷ bụi sao gần Mặt trời kết lại với nhau để hình thành một hành tinh.

Quá trình này dùng năng lượng

và tạo ra Trái đất cùng một cái giếng trọng lực nơi ta là một phần của nó.

Bạn càng ở sâu trong giếng trọng lực

thì bạn nợ trọng lực càng nhiều năng lượng.

Nếu bạn không tìm cách để có đủ năng lượng,

bạn sẽ không rời đi được, cho dù bạn có làm gì đi nữa.

Bởi vì nguyên tử của bạn từng là một phần của bụi sao

mà vũ trụ đã phải tiêu năng lượng để được như ngày nay.

Được rồi. Hmm…

Hãy tóm tắt lại những gì tôi vừa nói:

Vật thể trong vũ trụ không thích di chuyển, bạn phải “thuyết phục” chúng làm điều đó bằng năng lượng.

Trọng lực đã làm điều tương tự để tạo ra Trái đất của chúng ta.

Điều này đã tạo ra một nhà tù trọng lực giam hãm chúng ta.

Để vượt ngục, ta cần trả nợ bằng năng lượng.

Được thôi. Chúng ta phải làm như thế nào?

Thoát khỏi nhà tù năng lượng

Để lên vũ trụ,

chúng ta phải trải qua một quá trình trao đổi năng lượng phức tạp.

Trong kế hoạch này,

chúng ta tạo ra một cỗ máy trả năng lượng thế năng âm,

còn được biết đến với một tên gọi nhàm chán: “Tên lửa”.

Tên lửa hoạt động dựa trên một phản ứng sản sinh nhiều năng lượng nhất mà ta biết

để đốt cháy nhiên liệu một cách có kiểm soát.

Quá trình này chuyển hoá hoá năng thành động năng.

lửa và hơi tạo ra từ phản ứng sẽ được dẫn ra ngoài,

đẩy tên lửa bay lên, rời khỏi Trái đất.

Bằng cách trả thêm năng lượng, ta đã làm tăng mức thế năng trọng trường,

hay nói cách khác là trả đủ món nợ năng lượng của mình với trọng lực.

Nhưng thực ra thì phức tạp hơn thế nhiều.

Khi bạn đốt nhiên liệu để lên quỹ đạo,

bạn mất một phần lớn năng lượng bị thất thoát do nhiệt, buồng thải và lực kéo khí quyển.

vì vậy bạn sẽ cần nhiều năng lượng hơn nữa.

Và bạn không thể chỉ chất một số lượng lớn chất phóng xạ tốn kém hay nhiên liệu nguy hiểm gần bệ phóng rồi kích nổ được.

Bạn cần một cơ chế phức tạp nhằm kiểm soát sự cháy,

do đó khiến cho tên lửa rất nặng,

đồng nghĩa với việc trọng lượng của nó sẽ tăng.

Một vật càng nặng thì bạn càng phải dùng nhiều năng lượng để di chuyển nó,

thế nên bạn sẽ cần nhiều nhiên liệu hơn nữa để đẩy tên lửa.

Nhưng nếu cần thêm nhiên liệu tức là phải thêm nhiều tên lửa hơn để chở số nhiên liệu đó lên.

Nhưng điều đó khiến cho tên lửa ngày càng nặng,

và ta phải thêm nhiều nhiên liệu hơn để chở số tên lửa đó lên, và cứ thế.

Cuối cùng, bạn sẽ cần ít nhất 100 lần khối lượng nhiên liệu so với khối lượng cần chở.

Ví dụ như tên lửa Ariane 6 của Châu Âu

nặng 800 tấn đủ khả năng mang 10 tấn hàng hoá lên quỹ đạo địa tĩnh

hoặc 20 tấn lên quỹ đạo trái đất tầm trung.

Nhưng một tên lửa chỉ có thể được chế tạo để đạt đến một khối lượng nhất định,

đủ để có thể bay lên.

Nếu bạn chất thêm quá nhiều

nó sẽ không bay được

nên việc xây thêm các bồn nhiên liệu to hơn là điều không thực sự cần thiết.

Đây là phương trình chuyên chế của tên lửa

tức là phóng tên lửa sẽ chẳng bao giờ dễ dàng cả.

Nhưng nó còn tồi tệ hơn thế nữa!

Lên được vũ trụ là chưa đủ–

ta vẫn bị mắc kẹt ở rìa nhà tù trọng lực

và vẫn sẽ rơi lại xuống Trái đất.

Ở trên vũ trụ khó hơn rất nhiều so với việc lên vũ trụ.

Để lên đến một vị trí ổn định, nơi mà bạn có thể lở lửng trong không gian

tên lửa phải lên được quỹ đạo gần.

Để làm được thế cần rất nhiều động năng,

nghĩa là bay rất nhanh.

Ở độ cao khoảng 100 km, vận tốc sẽ vào khoảng 8 km/s.

28000 km/h đủ nhanh để đi vòng quanh Trái Đất trong vòng 90 phút.

Ở đây, chúng ta có thể dùng một mẹo.

Thay vì bay thẳng lên,

ta có thể bay ngang.

Do Trái đất hình cầu,

nên nếu bạn bay ngang đủ nhanh, kể cả là đang rơi xuống Trái đất,

mặt đất sẽ “đỡ” bên dưới bạn.

Vậy chừng nào bạn còn ở trên cách bầu khí quyển 100km

bạn có thể lơ lửng quanh quỹ đạo.

Đây là điều mà trạm ISS đã làm,

quay vòng quanh Trái đất,

tiêu năng lượng để giữ cho trạm di chuyển đủ nhanh.

Một điều đáng cười ở đây là,

quỹ đạo gần Trái đất rất gần nó.

Các vệ tinh khi muốn đến các hành tinh khác

lại phải trả thêm năng lượng.

Lên được quỹ đạo là phần khó nhất của việc lên không gian.

Ví dụ, nếu bạn muốn phóng tên lửa lên sao Hỏa

bạn sẽ cần 50% năng lượng để lên quỹ đạo,

còn lại là để lên sao Hỏa.

Vì thế để hiệu quả nhất,

tên lửa sẽ không được chế tạo thành một khối khổng lồ,

thay vào đó là nhiều khoang dọc theo chiều dài của tên lửa.

Ta không cần mang theo các khoang nhiên liệu khi chúng cạn,

tên lửa sẽ tự tách chúng ra.

Tên lửa ngày nay có thể tách rời từng khoang khi chúng bay lên trong từng giai đoạn phóng,

với mỗi khoang là một tên lửa,

với động cơ và nhiên liệu của riêng chúng.

Thế nên đây là lí do tại sao lên vũ trụ lại khó khăn đến thế.

Nếu bạn thấy tất cả điều này rất khó hiểu, không sao cả.

Vì nó là khoa học mà!

Video này được tài trợ bởi Airbus Safran launchers và Ariane Space

Họ đang chuẩn bị phóng tên lửa Ariane 6 vào vũ trụ vào năm 2020.

Bạn có thể tìm hiểu nhiều hơn về tên lửa bằng cách nhấn vào đây.

Nếu bạn thích video của chúng tôi

hãy ủng hộ chúng tôi trên Patreon.com.

Điều đó thực sự giúp chúng tôi rất nhiều!

Nếu bạn muốn biết thêm về vũ trụ:đây là danh sách cho bạn