Vì sao chuyển lên quỹ đạo tròn cao hơn thường cần hai lần đổi vận tốc?
Khám phá mở rộng – Vật lý 10
Trong chuyển quỹ đạo Hohmann lý tưởng từ một vòng tròn thấp lên vòng tròn cao cùng mặt phẳng, lần đổi vận tốc đầu đưa tàu vào một elip, còn lần thứ hai làm tròn quỹ đạo ở phía cao. Một cú đẩy không chỉ “nâng tàu lên” như thang máy: nó đổi đường rơi tự do tiếp theo của tàu.
Đẩy theo hướng đang bay lại làm điểm xa cao hơn
Tàu trên quỹ đạo tròn đang có vận tốc tiếp tuyến. Nếu tăng vận tốc theo hướng ấy trong thời gian rất ngắn, vị trí của tàu chưa kịp đổi nhiều nhưng trạng thái chuyển động đã đổi. Quỹ đạo mới có thể là một elip với điểm xa ở độ cao lớn hơn.
Sau cú đẩy, tàu tiếp tục bay phần lớn hành trình nhờ hấp dẫn. Trong mô hình đang xét, không cần động cơ liên tục chống trọng lực suốt nửa vòng như một chiếc trực thăng đứng yên trên mặt đất.
Tới đúng độ cao vẫn chưa đúng quỹ đạo
Khi đến điểm xa của elip chuyển tiếp, tàu đã ở độ cao mong muốn nhưng vận tốc chưa bằng vận tốc cần cho quỹ đạo tròn tại đó. Nếu không đổi tiếp, nó sẽ quay lại phần thấp của elip.
Cú tăng vận tốc thứ hai ở điểm xa làm thay đổi phần còn lại của đường đi để tàu ở trên quỹ đạo tròn ngoài trong mô hình. Độ cao và vận tốc phải phù hợp nhau; chỉ tới một vị trí không đủ để giữ một kiểu quỹ đạo.
Một con đường tiết kiệm có điều kiện
Hohmann là một mô hình quan trọng cho hai quỹ đạo tròn đồng phẳng với các xung vận tốc ngắn. Nó giúp thấy vai trò riêng của từng lần điều chỉnh và đoạn trôi giữa chúng.
Nhưng mục tiêu thực có thể cần đổi mặt phẳng, tới đúng vị trí của một hành tinh đang chuyển động hoặc dùng động cơ lực nhỏ hoạt động lâu. Có những cách chuyển khác và đánh đổi về thời gian, nhiên liệu. Không gọi một mô hình là nhanh nhất hay tối ưu cho mọi chuyến đi.
Hiểu lầm: tàu ở cao hơn luôn phải bay nhanh hơn tại mọi thời điểm. Tốc độ trên elip và tốc độ của các quỹ đạo tròn khác nhau cần được phân biệt.
Ghi nhớ: cú đầu tạo elip nối hai độ cao; đoạn trôi đưa tàu tới phía cao; cú sau làm tròn quỹ đạo. Thay vận tốc là thiết kế đường đi.
Đọc thêm
- Tàu vũ trụ mượn chuyển động của hành tinh để đổi tốc độ ra sao?
- Vì sao vệ tinh ở điểm Lagrange L1 vẫn cần chỉnh quỹ đạo?