1. Sự thật về môi trường không gian và nguyên lý của động cơ đốt
Để hiểu cách tàu con thoi hoạt động, trước hết chúng ta cần hiểu nguyên lý cơ bản của sự cháy. Ở Trái Đất, để một đốm lửa có thể bùng cháy (trong động cơ ô tô, xe máy hay bếp ga), chúng ta cần 3 yếu tố: Nhiên liệu, nhiệt độ và oxy. Oxy đóng vai trò là "chất oxy hóa" giúp duy trì phản ứng cháy.
Vì vậy, việc nhiều người thắc mắc: "Không có oxy thì tàu vũ trụ lấy gì để đốt cháy nhiên liệu?" là hoàn toàn có cơ sở khoa học và rất logic.
2. Bí mật giúp tàu con thoi hoạt động không cần khí quyển
Câu trả lời ngắn gọn và chính xác nhất cho câu hỏi này là: Tàu con thoi tự mang theo oxy từ Trái Đất.
Khác hoàn toàn với động cơ phản lực của máy bay (vốn hút không khí trực tiếp từ khí quyển để đốt nhiên liệu), động cơ tên lửa của tàu con thoi là một hệ thống khép kín hoàn toàn.
Tự mang theo "chất oxy hóa"
Để giải quyết bài toán thiếu hụt dưỡng khí ngoài không gian, các kỹ sư NASA đã trang bị cho tàu con thoi những bình chứa khổng lồ.
Nhiên liệu: Thường là Hydro lỏng hoặc hợp chất hóa học đặc biệt.
Chất oxy hóa: Oxy lỏng (Liquid Oxygen).
Khi cần tăng tốc hoặc điều chỉnh quỹ đạo, nhiên liệu và oxy lỏng sẽ được bơm đồng thời vào buồng đốt. Tại đây, chúng phản ứng với nhau để tạo ra sự cháy mãnh liệt, tạo ra lực đẩy mà không cần bất kỳ sự trợ giúp nào từ môi trường bên ngoài.
3. Không có không khí, tàu con thoi lấy gì để "đẩy"?
Một thắc mắc phổ biến khác là: Nếu không gian là chân không, động cơ phụt lửa ra thì lấy gì để "đẩy" vào mà tiến lên? (Giống như việc chúng ta bơi cần đẩy vào nước, chim bay cần quạt vào không khí).
Sự thật là tàu vũ trụ không cần "bám" hay "đẩy" vào bất cứ vật chất nào xung quanh cả. Tất cả đều vận hành dựa trên Định luật 3 Newton: Định luật hành động và phản lực.
"Khi một vật tác dụng lực lên vật thứ hai, vật thứ hai sẽ tác dụng một lực cùng độ lớn nhưng ngược chiều lên vật thứ nhất."
Khi động cơ tàu con thoi đốt cháy nhiên liệu, nó tạo ra một lượng khí thải cực nóng và nén dưới áp suất khổng lồ. Lượng khí này bị tống mạnh ra phía sau qua ống xả. Hành động "tống" khối lượng khí này ra phía sau tạo ra một phản lực tương đương đẩy ngược con tàu tiến về phía trước.
4. Tàu con thoi di chuyển trong không gian như thế nào?
Thực tế, các tàu vũ trụ không cần phải nổ máy liên tục trong suốt cuộc hành trình như ô tô trên đường.
Giai đoạn cất cánh: Tàu cần tiêu thụ một lượng nhiên liệu khổng lồ kết hợp giữa tên lửa đẩy nhiên liệu rắn và động cơ chính để chiến thắng trọng lực Trái Đất.
Giai đoạn trong không gian: Khi đã vào đúng quỹ đạo và đạt vận tốc cần thiết, phi hành gia sẽ tắt động cơ. Theo định luật quán tính, do không có lực cản của không khí (ma sát) trong chân không, tàu con thoi sẽ tự động lướt đi mãi mãi với vận tốc đó mà không tốn một giọt nhiên liệu nào.
Hệ thống điều động (RCS): Tàu con thoi chỉ kích hoạt các động cơ nhỏ li ti sử dụng chất đẩy hypergolic (loại chất tự bốc cháy khi tiếp xúc nhau mà không cần mồi lửa) để xoay hướng, lộn nhào hoặc điều chỉnh nhỏ quỹ đạo.
Lời kết
Tàu con thoi hoạt động được ngoài không gian không phải vì nó phá vỡ các định luật vật lý, mà nhờ vào đỉnh cao trí tuệ của con người khi chủ động mang theo cả "khí quyển" thu nhỏ (oxy lỏng) để phục vụ cho động cơ.