Phác họa bài post:
⓪
Quỹ đạo bay của tàu vũ trụ Artemis II
①
Các “chặng” bay của tàu vũ trụ Artemis II
②
Free-return trajectory (quỹ đạo hồi quy tự do)
③
TLI: Trans-lunar injection (Phóng chuyển tiếp Mặt Trăng)
④
Liên lạc giữa mặt đất với Artemis II được thực hiện như thế nào?
⑤
Lịch bay của Artemis II (tàu vũ trụ Orion)
-
Mấy hôm nay đài
báo nói nhiều về sứ mệnh Artemis II, chắc anh/chị đều biết hết cả rồi. Bài đàm
luận này tôi chỉ gói gọn trong khuôn khổ tò mò về mặt kỹ thuật và các nguyên lý
đứng đằng sau. Tham chiếu chủ yếu tôi lấy từ Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Artemis_II.
~
Để giúp anh/chị
quyết định có đọc tiếp hay không, tôi xin phép cung cấp các thông tin liên quan
đến bài post này như sau:
·
Chủ
đề: Space Technology
(Công nghệ vũ trụ)
·
Tính
thời sự: tháng 4/2026
·
Thời
gian đọc: 5 phút lướt ý
chính, mất 10 phút nếu đọc kỹ hơn
🌖
⓪ Quỹ đạo bay của tàu vũ trụ
Artemis II
Cách dễ hiểu nhất
là anh/chị quan sát hoạt ảnh sau:
Chú ý quan sát
3 tham số chạy của ảnh gif:
·
Trái
trên: Lịch bay của Artemis II: năm-tháng-ngày giờ:phút
·
Trái
dưới: tốc độ bay: km/s
·
Giữa
dưới: tổng đường bay (km)
Chú ý quỹ đạo
bay của Artemis II: vòng quanh Trái Đất rồi “đón lỏng” Mặt Trăng, bay ra phía
sau của Mặt Trăng theo ngược chiều quay của Mặt Trăng rồi trở về Trái Đất.
🌖
① Các “chặng” bay của
tàu vũ trụ Artemis II
Một cách chi tiết:
Nguồn
Đối với anh/chị
nào tò mò: click vào đường link nguồn,
rồi phóng to.
-
Tôi nhờ ChatGPT
dịch tiếng Anh ra tiếng Việt từ bức ảnh trên:
1. PHÓNG
(LAUNCH)
Các phi hành
gia cất cánh từ bệ phóng 39B tại Trung tâm Vũ trụ Kennedy.
2. TÁCH BỎ
Tách các tên lửa
đẩy nhiên liệu rắn, vỏ bảo vệ và hệ thống thoát hiểm khi phóng.
3. TẮT ĐỘNG CƠ
TẦNG LÕI CHÍNH
Ngắt động cơ tầng
lõi, kèm theo tách tầng.
4. ĐIỀU CHỈNH CẬN
ĐIỂM (PERIGEE RAISE MANEUVER)
5. ĐỐT ĐỘNG CƠ
TĂNG VIỄN ĐIỂM ĐẾN QUỸ ĐẠO TẦNG CAO
Bắt đầu khoảng
2,5 giờ kiểm tra tàu vũ trụ.
6. TÁCH TÀU
ORION KHỎI TẦNG ĐẨY ĐÔNG LẠNH TRUNG GIAN (ICPS), SAU ĐÓ THỰC HIỆN THỬ NGHIỆM HOẠT
ĐỘNG GẦN (PROX OPS)
Bao gồm đánh
giá khả năng điều khiển thủ công trong tối đa 2 giờ.
7. TÁCH TẦNG
TRÊN ORION (USUS)
Bắt đầu kiểm
tra quỹ đạo Trái Đất cao. Đánh giá hệ thống hỗ trợ sự sống và thiết bị sinh hoạt.
8. ĐỐT ĐỘNG CƠ
TĂNG CẬN ĐIỂM
9. PHÓNG CHUYỂN
TIẾP MẶT TRĂNG (TLI) BỞI ĐỘNG CƠ CHÍNH CỦA ORION
Khởi tạo quỹ đạo
hồi quy tự do quanh Mặt Trăng cùng mô-đun dịch vụ châu Âu.
10. HÀNH TRÌNH ĐẾN
MẶT TRĂNG
Thực hiện các lần
hiệu chỉnh quỹ đạo (OTC) (khi cần thiết) cho quỹ đạo hồi quy tự do; thời gian
bay khoảng 4 ngày.
11. BAY LƯỚT
QUA MẶT TRĂNG (LUNAR FLYBY)
Độ cao: 6.479 dặm
/ 10.427 km (tối thiểu) phía xa Mặt Trăng.
12. HÀNH TRÌNH
TRỞ VỀ TRÁI ĐẤT (TRANS-EARTH RETURN)
Thực hiện các
điều chỉnh quỹ đạo (RTC) khi cần để vào khí quyển Trái Đất; thời gian bay khoảng
4 ngày.
13. TÁCH MÔ-ĐUN
PHI HÀNH ĐOÀN KHỎI MÔ-ĐUN DỊCH VỤ
14. TIẾP DIỆN
KHÍ QUYỂN (ENTRY INTERFACE – EI)
Đi vào khí quyển
Trái Đất.
15. HẠ CÁNH XUỐNG
BIỂN (SPLASHDOWN)
Tàu thu hồi các
phi hành gia và khoang.
-
Một cách ngắn
gọn:
1. Phóng lên từ Trái Đất
- Tên lửa đưa tàu Orion và phi hành
gia rời bệ phóng.
- Các phần không cần thiết (tên lửa đẩy,
vỏ bảo vệ) được tách ra.
2. Bay quanh
Trái Đất để kiểm tra
- Tàu vào quỹ đạo cao quanh Trái Đất.
- Phi hành đoàn kiểm tra hệ thống:
- hệ thống hỗ trợ sự sống
- điều khiển thủ công
- Thực hiện thử nghiệm tiếp cận và điều
khiển tàu.
3. Bay tới Mặt
Trăng
- Động cơ đẩy tàu vào đường bay gọi
là quỹ đạo hồi quy tự do.
- Mất khoảng 4 ngày để đến Mặt
Trăng.
4. Bay vòng
quanh Mặt Trăng
- Tàu không hạ cánh, chỉ bay lướt
qua phía xa của Mặt Trăng.
- Trọng lực Mặt Trăng “bẻ cong” quỹ đạo
để đưa tàu quay về.
5. Quay trở
lại Trái Đất
- Tàu tự động quay về theo quỹ đạo đã
tính sẵn.
- Tiếp tục mất khoảng 4 ngày.
6. Vào lại
khí quyển và hạ cánh
- Tách phần không cần thiết.
- Khoang phi hành đoàn lao vào khí
quyển Trái Đất.
- Rơi xuống biển (splashdown) và được thu hồi.
Ngắn gọn hơn
nữa:
Bay lên → kiểm
tra → bay tới Mặt Trăng → vòng qua → quay về → đáp xuống biển.
🌖
② Free-return trajectory
(quỹ đạo hồi quy tự do)
Đến đây thì chúng
ta đặt câu hỏi: Tại sao Artemis II bay theo đường quỹ đạo ở trên mà không phải là
một quỹ đạo khác? Hẳn phải có lý do nào đó chứ! Đúng vậy, mọi thứ đều có lý do
của nó cả.
Trong cơ học quỹ
đạo, quỹ đạo tự quay trở lại (hay hồi quy tự do) là quỹ đạo của một
tàu vũ trụ di chuyển ra xa vật thể chính (ví dụ: Trái đất) trong đó lực hấp dẫn
do vật thể phụ (ví dụ: Mặt trăng) gây ra khiến tàu vũ trụ quay trở lại vật thể
chính mà không cần lực đẩy (do đó có thuật ngữ tự do).
Bản vẽ phác thảo quỹ đạo quay quanh Mặt Trăng (không theo tỷ lệ), được vẽ trên hệ quy chiếu quay cùng với Mặt Trăng (chỉ hiển thị chuyển động của Mặt Trăng để dễ hình dung).
(Nguồn).
Hiểu một cách
đơn giản
- Tàu được phóng theo một hướng và tốc
độ tính toán rất chính xác.
- Khi đến gần Mặt Trăng, trọng lực
của Mặt Trăng sẽ bẻ cong đường bay.
- Sau khi lướt qua, tàu sẽ tự động
quay trở lại Trái Đất giống như một vòng cung khép kín.
Đặc điểm
chính
- Không cần nhiều nhiên liệu sau giai đoạn đầu
- An toàn cao: nếu gặp sự cố, tàu vẫn có thể
quay về
- Dựa vào trọng lực và quán tính
là chủ yếu
~
Tàu vũ trụ đầu
tiên sử dụng quỹ đạo quay trở lại tự do là sứ mệnh Luna 3 của Liên Xô vào tháng
10 năm 1959. Nó sử dụng lực hấp dẫn của Mặt Trăng để đưa nó trở lại Trái Đất,
nhờ đó các bức ảnh nó chụp được về phía xa của Mặt Trăng có thể được tải xuống
bằng sóng radio.
🌖
③ TLI: Trans-lunar
injection (Phóng chuyển tiếp Mặt Trăng)
Khi đọc các bản
tin về Artemis II, chúng ta thường gặp cụm từ ‘trans-lunar injection’,
viết tắt là TLI. Nó là gì vậy? Cụm từ này được dịch sang tiếng Việt là ‘Phóng
chuyển tiếp Mặt Trăng’ (căn cứ theo Wikipedia). Phóng chuyển tiếp Mặt Trăng là một
thuật ngữ kỹ thuật để chỉ thao tác thay đổi lực đẩy của tàu vũ trụ mà theo
đó tàu vũ trụ sẽ di chuyển theo quỹ đạo mới hướng tới Mặt Trăng.
Một tàu vũ trụ
thực hiện quá trình TLI để bắt đầu chuyển tiếp sang quỹ đạo bay đến Mặt Trăng từ
quỹ đạo tầm thấp xung quanh Trái Đất. Việc thay đổi quỹ đạo thường được thực
hiện bởi động cơ hóa học, làm gia tăng vận tốc của tàu vũ trụ, thay đổi quỹ đạo
từ quỹ đạo Trái Đất tầm thấp sang một quỹ đạo mới có độ lệch tâm lớn hơn. Khi
tàu vũ trụ di chuyển trên cung quỹ đạo chuyển tiếp Mặt Trăng, quỹ đạo của nó sẽ
gần đúng với dạng quỹ đạo elip xung quanh Trái Đất với điểm cực viễn gần với
bán kính quỹ đạo của Mặt Trăng. Lực đẩy và khoảng thời gian kích hoạt động cơ
trong quá trình TLI được tính toán để tàu vũ trụ bay chính xác vào vùng ảnh hưởng
trọng lực của Mặt Trăng khi nó đang quay quanh Trái Đất.
🌖
④ Liên lạc giữa mặt đất
với Artemis II được thực hiện như thế nào?
Câu hỏi tiếp
theo là Artemis II liên lạc với mặt đất bằng cách nào? Trả lời: Artemis II liên
lạc với mặt đất thông qua mạng DSN (Deep Space Network).
Thực ra mạng
DSN không sinh ra chỉ để liên lạc với Artemis II mà DSN có nhiệm vụ liên lạc và
giám sát tất cả các tàu vũ trụ của NASA.
Kiến trúc của
DSN? DSN gồm ba ăng-ten (antenna) khổng lồ đặt ở California (Hoa Kỳ), ở
Madrid (Tây Ban Nha) và ở Canberra (Australia). Ba điểm này tạo các góc khoảng
120 độ quanh Trái Đất (độ mở nhìn từ ăng-ten ra không gian ngoài Trái Đất). Khi
Trái Đất quay thì ít nhất một trong ba trạm ăng-ten này vẫn nhìn thấy tàu vũ trụ
cần giám sát/liên lạc. Khi một ăng-ten khuất dần tàu vũ trụ thì một ăng-ten
khác sẽ nhìn thấy và “tiếp quản” việc giám sát/liên lạc. Mỗi cơ sở nằm trên địa
hình bán sơn địa, hình bát úp giúp che chắn chống nhiễu tần số vô tuyến điện.
Như vậy, DSN đóng vai trò “đường truyền” cho các sứ mệnh (mission) của
NASA.
Bên lề ▼
Minh
họa DSN.
Chế
độ xem từ Cực bắc của Trái Đất, hiển thị trường quan sát của các vị trí ăng-ten
DSN. Khi một tàu vũ trụ cách Trái đất hơn 30.000 km (19.000 dặm), nó luôn ở
trong tầm quan sát của ít nhất một trong 3 trạm. (Nguồn).
Bên lề ▲
-
Theo bài đăng
trên Wikipedia thì phần truyền tin của Artemis II có một cải tiến: đang thử
nghiệm và chứng minh khả năng liên lạc quang học tới và từ Trái đất bằng Hệ thống
Liên lạc Quang học Orion Artemis II (O2O), sử dụng chùm tia laser. Hệ thống
quang học như vậy nhỏ hơn và nhẹ hơn so với radio thông thường và có thể sử dụng
ít năng lượng hơn, đồng thời tăng tốc độ truyền tải. Phần cứng O2O được tích hợp
vào tàu vũ trụ Orion và bao gồm một mô-đun quang học (kính viễn vọng 4 inch
[100 mm] và hai gimbal), một modem và thiết bị điện tử điều khiển. O2O sẽ liên
lạc với các trạm mặt đất ở California và New Mexico. Thiết bị lúc thử nghiệm
đang gửi dữ liệu tới Trái đất với tốc độ đường lên lên tới 260 megabit mỗi
giây.
🌖
⑤ Lịch bay của Artemis II (tàu vũ trụ Orion)
Ngày 1: Bay
quanh Trái Đất
- Tàu Orion di chuyển từ quỹ đạo
Trái Đất thấp lên quỹ đạo cao
- Các bộ phận còn lại của tên lửa
tách khỏi tàu vũ trụ
- Phi hành đoàn thực hiện cuộc diễn
tập ghép nối; chuẩn bị cho "phóng lên Mặt Trăng"
Ngày 2 đến
5: Trên đường đến mặt trăng
- Động cơ chính của Orion khởi động,
đưa tàu vào quỹ đạo hướng tới mặt trăng
- Phi hành đoàn thử nghiệm hệ thống
liên lạc thông qua Mạng lưới Không gian Sâu
- Tàu vũ trụ đi vào "vùng ảnh
hưởng của mặt trăng"
Ngày 6: Chuyến
bay ngang (flyby) lịch sử
- Bắt đầu chuyến bay ngang (flyby)
và quan sát Mặt Trăng
- Tàu Orion tiếp cận Mặt Trăng ở khoảng
cách gần nhất
- Sứ mệnh đạt khoảng cách tối đa so
với Trái Đất
Ngày 7 đến
10: Trở về nhà
- Tàu Orion bắt đầu hành trình trở về,
hoàn thành quỹ đạo hình số tám chưa từng có tiền lệ
- Phi hành đoàn thực hiện cuộc trình
diễn điều khiển bằng tay
- Tàu vũ trụ thực hiện các thao tác
hướng tới quá trình tái nhập khí quyển và hạ cánh xuống biển
Credit: CNN.
~
Chú ý rằng hôm
nay là ngày 5/4/2026; lịch bay ở trên là tính theo giờ Hoa Kỳ (kết thúc ngày 4
chuyển sang ngày 5) nên tàu Orion vẫn đang trên đường đến Mặt Trăng.
🌖
Trước khi kết
thúc bài post, xin mời anh/chị thưởng thức một cốc cà phê được pha trên vũ trụ.
(Credit craiyon.com)
Chúc anh/chị đọc vui nhã!
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét