Wikibeta, Bách khoa tri thức mở

Tên lửa

(Đổi hướng từ Hỏa tiễn)

Tên lửa (tiếng Anh: rocket, bắt nguồn từ tiếng Ý: tiếng Ý: rocchetto, n.đ. ''ống chỉ/con thoi'', và được đặt tên theo hình dáng của nó)[lower-alpha 1][1] là một phương tiện bay thuôn dài sử dụng động cơ tên lửa để gia tốc mà không cần sử dụng bất kỳ không khí xung quanh nào. Động cơ tên lửa tạo ra lực đẩy bằng phản lực (định luật phản lực) từ khí thải được đẩy ra với tốc độ cao.[2] Không giống như động cơ phản lực, tên lửa được cung cấp năng lượng hoàn toàn bằng nhiên liệu mà chúng mang theo, không cần ôxi từ không khí; do đó tên lửa có thể bay trong môi trường chân không của vũ trụ, và trên thực tế động cơ tên lửa hoạt động hiệu quả hơn bên ngoài khí quyển.

Tập tin:Soyuz TMA-9 launch.jpg
Một tên lửa Soyuz-FG phóng từ "Bệ phóng Gagarin" (Bệ phóng 1/5), Sân bay vũ trụ Baikonur

Các loại tên lửa nhiều tầng có khả năng đạt đến vận tốc vũ trụ cấp 2 (vận tốc thoát) từ Trái Đất và do đó có thể đạt tới độ cao tối đa không giới hạn. So với động cơ lấy không khí, tên lửa nhẹ và mạnh mẽ, có khả năng tạo ra gia tốc lớn. Để điều khiển chuyến bay, tên lửa có thể sử dụng động lượng, cánh khí động, động cơ phản lực phụ, lực đẩy gimbal, bánh xe động lượng, động cơ đẩy vector, dòng chảy nhiên liệu, và chuyển động quay tự xoay, hoặc đơn giản là bay theo một quỹ đạo đạn đạo dưới tác động của trọng lực.

Tên lửa dùng cho mục đích quân sự và giải trí có từ ít nhất là thế kỷ 13 tại Trung Quốc.[3] Những ứng dụng khoa học, liên hành tinh và công nghiệp quan trọng chỉ xuất hiện cho đến thế kỷ 20, khi công nghệ tên lửa trở thành công nghệ nền tảng cho Thời đại Không gian, bao gồm cả việc đặt chân lên Mặt Trăng. Tên lửa ngày nay được sử dụng làm pháo hoa, tên lửa quân sự và các loại vũ khí khác, ghế phóng thoát hiểm, tên lửa đẩy cho vệ tinh nhân tạo, chuyến bay vũ trụ có người lái, và khám phá vũ trụ.

Tên lửa hóa học là loại tên lửa công suất cao phổ biến nhất, thường tạo ra dòng khí thải tốc độ cao bằng quá trình cháy của nhiên liệu với một chất ôxi hóa. Nhiên liệu lưu trữ có thể là khí nén đơn giản hoặc một nhiên liệu lỏng đơn phân hủy khi có chất xúc tác (đơn nhiên liệu), hai chất lỏng tự phản ứng khi tiếp xúc (nhiên liệu hypergolic), hai chất lỏng phải được kích cháy để phản ứng (như dầu hỏa RP-1 và ôxi lỏng, được sử dụng trong hầu hết tên lửa nhiên liệu lỏng), một sự kết hợp rắn của nhiên liệu với chất ôxi hóa (nhiên liệu rắn), hoặc nhiên liệu rắn kết hợp với chất ôxi hóa lỏng hoặc khí (hệ thống nhiên liệu hỗn hợp). Tên lửa hóa học lưu trữ một lượng năng lượng lớn ở dạng dễ giải phóng, và hậu quả của các sự cố có thể rất nghiêm trọng.

Lịch sử

Bài chi tiết: Lịch sử tên lửa

Bản mẫu:Further

Tập tin:Oldest depiction of rocket arrows.jpg
Các mũi tên hỏa tinh được mô tả trong cuốn Hỏa Long Kinh: "hỏa tiêu" (mũi tên lửa), "long hình tiêu khung" (khung tên hình rồng), và một "hoàn chỉnh hỏa tiêu"

Các loại tên lửa vận hành bằng thuốc súng đã bắt đầu phát triển tại Trung Quốc vào thế kỷ 13 dưới thời Nhà Tống. Trong giai đoạn này, người Trung Quốc cũng đã chế tạo một dạng sơ khai của hệ thống phóng tên lửa nhiều nòng. Nhờ tiếp thu công nghệ tên lửa của Trung Quốc, người Mông Cổ đã lan truyền phát minh này sang khu vực Trung Đông và Châu Âu thông qua các cuộc xâm lược của Mông Cổ vào giữa thế kỷ 13.[4] Theo nhà sử học Joseph Needham, hải quân nhà Tống đã đưa tên lửa vào sử dụng trong một cuộc diễn tập quân sự năm 1245. Tài liệu năm 1264 có nhắc tới loại động cơ đốt trong đẩy tên lửa khi ghi lại sự việc "địa lão thử" (chuột đất), một loại pháo hoa, đã làm giật mình Hoàng thái hậu Cung Thánh trong buổi tiệc do con trai bà là Tống Lý Tông tổ chức mừng thọ.[5] Về sau, kỹ thuật chế tạo tên lửa được ghi chép lại trong cuốn binh thư Hỏa Long Kinh (hay Binh thư Hỏa Long) do sĩ quan pháo thủ Tiêu Dao biên soạn vào giữa thế kỷ 14. Tác phẩm này đề cập đến chiếc Hỏa long xuất thủy (Huo long chu shui), được xem là mẫu tên lửa nhiều tầng đầu tiên trong lịch sử và từng được hải quân Trung Quốc đưa vào tác chiến.[6]

Thời trung cổ và đầu thời hiện đại, tên lửa được ứng dụng trong quân sự như một loại vũ khí phóng hỏa phục vụ các trận vây hãm. Trong khoảng thời gian từ năm 1270 đến 1280, Hasan al-Rammah đã hoàn thành tác phẩm al-furusiyyah wa al-manasib al-harbiyya (Sách về kỹ thuật cưỡi ngựa quân sự và các thiết bị chiến tranh tinh xảo), trong đó ông giới thiệu 107 công thức chế tạo thuốc súng, bao gồm 22 công thức dành riêng cho tên lửa.[7][8] Tại Châu Âu, nhà triết học Roger Bacon đã đề cập đến pháo nổ được sản xuất ở nhiều nơi trên thế giới trong cuốn Opus Majus (1267). Giữa năm 1280 và 1300, cuốn Liber Ignium (Sách Hỏa) tiếp tục đưa ra các hướng dẫn chế tạo những thiết bị dạng pháo nổ dựa trên các nguồn ghi chép gián tiếp.[9] Tới khoảng năm 1405, Konrad Kyeser đã mô tả nguyên lý tên lửa trong cuốn binh thư Bellifortis của ông.[10] Đến năm 1420, Giovanni Fontana, một kỹ sư người Padua, đã chế tạo các mô hình động vật có khả năng chuyển động nhờ động cơ tên lửa.[11][12]

Tên gọi "rocket" trong tiếng Anh bắt nguồn từ tiếng Ý rocchetta, nghĩa là "ống chỉ" hoặc "con thoi nhỏ", do hình dáng của tên lửa rất giống với ống chỉ dùng trên guồng quay sợi. Leonhard Fronsperger và Conrad Haas đã đưa thuật ngữ tiếng Ý này vào tiếng Đức từ giữa thế kỷ 16, trước khi từ "rocket" chính thức xuất hiện trong tiếng Anh vào đầu thế kỷ 17.[1] Tác phẩm Artis Magnae Artilleriae pars prima do Casimir Siemienowicz biên soạn (xuất bản lần đầu tại Amsterdam năm 1650) đã trở thành một trong những công trình nghiên cứu nền tảng đầu tiên thời hiện đại về pháo tên lửa.

Tập tin:Rocket warfare.jpg
Các loại tên lửa Mysorean và pháo tên lửa được sử dụng để đánh bại một tiểu đoàn của Công ty Đông Ấn trong Trận Guntur

Tên lửa Mysorean là những mẫu tên lửa bọc sắt đầu tiên thử nghiệm thành công, do Hyder Ali cho phát triển vào cuối thế kỷ 18 tại Vương quốc Mysore (thuộc Ấn Độ ngày nay).[13]

Tập tin:William Congreve at Copenhagen 1807.jpg
William Congreve trong cuộc pháo kích Copenhagen (1807) thời các cuộc chiến tranh của Napoleon

Dựa trên thiết kế tên lửa Mysorean, Sir William Congreve đã phát triển mẫu tên lửa Congreve cho quân đội Anh vào năm 1804. Loại tên lửa này nhồi thuốc súng nén chặt và đã được triển khai thực chiến trong các cuộc chiến tranh của Napoleon. Chính những quả tên lửa Congreve này đã truyền cảm hứng cho Francis Scott Key viết nên câu thơ nổi tiếng "ánh sáng đỏ của tên lửa" (rockets' red glare) khi ông chứng kiến quân Anh pháo kích Pháo đài McHenry vào năm 1814.[14] Các cải tiến nối tiếp của Mysore và Anh đã nâng tầm bắn hiệu quả của tên lửa quân sự từ 100 đến 2.000 thước Anh (91 đến 1.829 m).

Khảo luận toán học đầu tiên về động lực học lực đẩy tên lửa do nhà toán học người Anh William Moore thực hiện vào năm 1813. Đến năm 1814, Congreve xuất bản một cuốn sách bàn về việc ứng dụng bệ phóng nhiều tên lửa.[15][16] Sang năm 1815, Alexander Dmitrievich Zasyadko chế tạo thành công các bệ phóng cho phép bắn tên lửa theo từng đợt loạt (6 quả cùng lúc) cùng các thiết bị ngắm bắn đi kèm. Năm 1844, William Hale đã cải tiến thiết kế giúp tăng đáng kể độ chính xác cho pháo tên lửa, và đến năm 1865, Edward Mounier Boxer tiếp tục nâng cấp hoàn thiện thêm dòng tên lửa Congreve.

Ý tưởng dùng tên lửa cho chuyến bay đưa con người vào vũ trụ lần đầu tiên được William Leitch đề xuất vào năm 1861. Ông trình bày mô tả này trong bài luận "A Journey Through Space" (1861) đăng trên một tạp chí ở Edinburgh, trước khi đưa vào cuốn sách God's Glory in the Heavens (1862).[17][18] Sau đó vào năm 1903, Konstantin Tsiolkovsky cũng độc lập phát triển ý tưởng này và xây dựng nên một hệ thống lý thuyết toàn diện, đặt nền móng vững chắc cho sự ra đời của ngành du hành vũ trụ hiện đại.

Quân đoàn Không quân Hoàng gia Anh đã thiết kế một loại tên lửa có hướng dẫn trong Thế chiến I. Archibald Low từng tuyên bố: "...vào năm 1917, Xưởng Thử nghiệm đã thiết kế một loại tên lửa điều khiển bằng điện… Các thử nghiệm tên lửa đã được tiến hành theo các bằng sáng chế của chính tôi với sự trợ giúp của Thiếu tá Brock."[19] Bằng sáng chế "Cải tiến trong Tên lửa" được nộp vào tháng 7 năm 1918 nhưng mãi đến tháng 2 năm 1923 mới được công bố vì lý do an ninh. Các bộ điều khiển kích hoạt và hướng dẫn có thể sử dụng dây dẫn hoặc sóng không dây. Dòng khí thải của tên lửa phục vụ cho cả việc tạo lực đẩy và điều hướng thoát ra từ nắp chắn hướng ở mũi.

Tập tin:Goddard and Rocket.jpg
Robert Goddard cùng với tên lửa sử dụng ôxi lỏng-xăng (1926)

Năm 1920, Giáo sư Robert Goddard thuộc Đại học Clark đã công bố các đề xuất cải tiến cho công nghệ tên lửa trong tác phẩm Phương pháp đạt tới độ cao cực hạn. Đến năm 1923, Hermann Oberth (1894–1989) xuất bản cuốn Die Rakete zu den Planetenräumen (Tên lửa vào không gian liên hành tinh). Kỷ nguyên tên lửa hiện đại chính thức bắt đầu vào năm 1926, khi Goddard gắn một ống phun siêu thanh (de Laval) vào buồng đốt áp suất cao. Ống phun này giúp chuyển đổi khí nóng từ buồng đốt thành một dòng khí siêu vượt âm mát hơn và có hướng định hình cao, làm tăng hơn gấp đôi lực đẩy và nâng hiệu suất động cơ từ 2% lên 64%. Việc ông sử dụng nhiên liệu lỏng thay cho thuốc súng đã giảm đáng kể khối lượng và tăng vượt bậc hiệu suất của tên lửa.

Tập tin:RIAN archive 303890 A battery of Katyusha during the 1941-1945 Great Patriotic War.jpg
Một đại đội pháo phản lực Katyusha của Liên Xô khai hỏa vào lực lượng Đức trong Trận Stalingrad, ngày 6 tháng 10 năm 1942

Năm 1921, cơ quan nghiên cứu và phát triển Phòng thí nghiệm Động lực học Khí Liên Xô bắt đầu nghiên cứu các loại tên lửa nhiên liệu rắn, dẫn đến đợt phóng thử nghiệm đầu tiên vào năm 1928 với tầm bay đạt khoảng 1.300 mét.[20] Những loại tên lửa này đến năm 1931 đã được ứng dụng thành công lần đầu tiên trên thế giới trong công nghệ hỗ trợ cất cánh bằng tên lửa cho máy bay,[21] đồng thời trở thành tiền thân cho các bệ phóng tên lửa Katyusha lừng danh trong Thế chiến II.

Năm 1929, bộ phim khoa học viễn tưởng Đức Người phụ nữ trên Mặt Trăng do Fritz Lang làm đạo diễn chính thức công chiếu. Bộ phim đã giới thiệu ý tưởng về tên lửa nhiều tầng, đồng thời khai phá khái niệm bệ phóng tên lửa (nơi tên lửa dựng đứng tựa vào một tòa nhà cao trước khi được đẩy chậm vào vị trí phóng) và đồng hồ đếm ngược trước giờ phóng.[22][23] Nhà bình luận điện ảnh Stephen Armstrong của tờ The Guardian nhận định Lang đã "tạo ra ngành công nghiệp tên lửa". Đạo diễn Lang lấy cảm hứng từ cuốn sách xuất bản năm 1923 Tên lửa vào không gian liên hành tinh của Hermann Oberth (người đảm nhận vai trò cố vấn khoa học cho bộ phim và sau này trở thành nhân tố trụ cột trong dự án phát triển tên lửa V-2).[24] Phim mô tả chân thực đến mức từng bị chính quyền Quốc xã cấm chiếu khi lên nắm quyền vì lo ngại làm lộ các bí mật quân sự liên quan đến tên lửa V-2.[25]

Tập tin:Bundesarchiv Bild 141-1880, Peenemünde, Start einer V2.jpg
Tên lửa V-2 được phóng từ Bệ thử nghiệm VII, mùa hè năm 1943

Năm 1943, Đức bắt đầu sản xuất hàng loạt tên lửa V-2. Mẫu tên lửa này do Trung tâm Nghiên cứu Quân sự Peenemünde thiết kế với Wernher von Braun giữ vai trò giám đốc kỹ thuật.[26] V-2 trở thành vật thể nhân tạo đầu tiên bay vào vũ trụ khi vượt qua Đường Kármán trong đợt phóng thẳng đứng của chuyến bay MW 18014 ngày 20 tháng 6 năm 1944.[27] Doug Millard, nhà lịch sử vũ trụ kiêm giám đốc bảo tàng công nghệ vũ trụ tại Bảo tàng Khoa học London (nơi trưng bày một quả V-2 ở sảnh chính), chia sẻ: "V-2 là một bước nhảy vọt mang tính đột phá về công nghệ. Chúng ta lên Mặt Trăng bằng công nghệ V-2, nhưng đây là công nghệ được đánh đổi bằng nguồn lực khổng lồ, bao gồm cả những nguồn lực đặc biệt tàn khốc. Chương trình V-2 cướp đi rất nhiều sinh mạng khi Đức Quốc xã đã bóc lột lực lượng lao động cưỡng bức để sản xuất nên những quả tên lửa này".[28] Song song với chương trình tên lửa có dẫn đường của Đức, tên lửa cũng được gắn trên máy bay để hỗ trợ cất cánh đường băng nằm ngang (RATO), cất cánh thẳng đứng (Bachem Ba 349 "Natter") hoặc cung cấp động lực bay trực tiếp (Me 163). Các chương trình tên lửa của phe Đồng Minh ít mang tính phức tạp công nghệ hơn, chủ yếu dựa vào các loại tên lửa không hướng dẫn như pháo phản lực Katyusha của Liên Xô hoặc đạn chống tăng bazooka của Mỹ, vốn đều sử dụng nhiên liệu hóa học rắn.

Sau khi phe Đồng Minh chiến thắng năm 1945, người Mỹ đã bắt giữ hàng loạt nhà khoa học tên lửa Đức (trong đó có Wernher von Braun) và đưa họ về Hoa Kỳ theo Chiến dịch Paperclip. Sau Thế chiến II, các nhà khoa học sử dụng tên lửa để nghiên cứu bầu khí quyển ở độ cao lớn thông qua kỹ thuật định đoạt từ xa radio về nhiệt độ, áp suất khí quyển và phát hiện tia vũ trụ. Đáng chú ý trong giai đoạn này là chiếc Bell X-1, phương tiện có người lái đầu tiên phá vỡ bức tường âm thanh vào năm 1947. Trong khi đó, chương trình vũ trụ của Liên Xô cũng diễn ra độc lập dưới sự lãnh đạo của tổng trình sư Sergei Korolev (1907–1966).

Trong thời kỳ Chiến tranh Lạnh, tên lửa nâng tầm vai trò chiến lược đặc biệt quan trọng về mặt quân sự với sự xuất hiện của các loại tên lửa đạn đạo liên lục địa (ICBM) hiện đại. Thập niên 1960 chứng kiến sự bùng nổ của công nghệ tên lửa, nổi bật tại Liên Xô với các dòng tên lửa Vostok, Soyuz, Proton, và tại Hoa Kỳ với mẫu máy bay thử nghiệm X-15. Tên lửa bắt đầu phục vụ đắc lực cho mục tiêu thám hiểm không gian. Các chương trình vũ trụ có người lái của Mỹ từ chương trình Mercury, chương trình Gemini cho tới chương trình Apollo đã chạm tới đỉnh cao vào năm 1969 với sự kiện đổ bộ có người lái đầu tiên xuống Mặt Trăng, sử dụng tàu hành trình được phóng bởi tên lửa đẩy khổng lồ Saturn V.

Thiết kế

Một thiết kế tên lửa có thể đơn giản như một ống bìa cứng chứa đầy thuốc súng đen, nhưng để tạo nên một tên lửa hay đạn đạo hiệu quả, đạt độ chính xác cao lại đòi hỏi phải giải quyết hàng loạt bài toán kỹ thuật phức tạp. Những thách thức lớn nhất bao gồm việc làm mát buồng đốt, kiểm soát hệ thống bơm nhiên liệu (đối với tên lửa nhiên liệu lỏng), cũng như điều khiển và hiệu chỉnh hướng chuyển động của tên lửa trong suốt hành trình.[29]

Thành phần

Một quả tên lửa tiêu chuẩn bao gồm nhiên liệu (chất đẩy), hệ thống lưu trữ (như bình chứa nhiên liệu) và loa phụt động cơ. Cấu tạo tên lửa còn có thể tích hợp một hoặc nhiều động cơ, các thiết bị ổn định hướng (như cánh đuôi ổn định, động cơ hiệu chỉnh tư thế, khớp lắc động cơ phục vụ điều hướng lực đẩy, hay hệ thống con quay hồi chuyển), cùng bộ khung cấu trúc (thường chế tạo theo dạng vỏ chịu lực monocoque) để liên kết các bộ phận này lại với nhau. Tên lửa thiết kế di chuyển với tốc độ cao trong khí quyển thường trang bị thêm vỏ bọc khí động học như chóp mũi tên lửa, nơi đặt tải trọng chính của phương tiện.[30]

Tùy theo mục đích sử dụng, tên lửa có thể mang thêm nhiều thành phần chuyên biệt khác như cánh (máy bay tên lửa), hệ thống dù thu hồi, bánh xe (xe đua tên lửa), hoặc thậm chí là phi công đối với thiết bị cá nhân (đai bay tên lửa). Các phương tiện tên lửa hiện đại thường được trang bị hệ thống định vị và hệ thống dẫn đường tự động, ứng dụng định vị vệ tinh kết hợp với hệ thống dẫn đường quán tính.

Động cơ

Bài chi tiết: Động cơ tên lửa
Tập tin:Viking 5C rocketengine.jpg
Động cơ tên lửa Viking 5C

Động cơ tên lửa vận hành dựa trên nguyên lý đẩy phản lực.[2] Các động cơ cung cấp động lực cho tên lửa rất đa dạng về chủng loại; danh sách chi tiết có thể tham khảo thêm tại bài viết động cơ tên lửa. Đa phần tên lửa ngày nay là tên lửa hóa học (thường hoạt động theo cơ chế động cơ đốt trong,[31] dù một số ít ứng dụng phản ứng phân hủy đơn chất đẩy) nhằm tạo ra luồng khí thải nhiệt độ cao. Động cơ tên lửa có thể vận hành bằng chất đẩy dạng khí, chất đẩy rắn, chất đẩy lỏng, hoặc kết hợp cả dạng rắn và lỏng. Một số dòng tên lửa lại tận dụng nhiệt lượng hoặc áp suất đến từ các nguồn ngoài phản ứng hóa học của chất đẩy, tiêu biểu như tên lửa hơi nước, tên lửa nhiệt mặt trời, tên lửa nhiệt hạt nhân, hay các thiết bị nén áp suất đơn giản như tên lửa nước và động cơ đẩy khí lạnh. Với các chất đẩy hóa học, phản ứng cháy giữa nhiên liệu và chất oxy hóa diễn ra bên trong buồng đốt, tạo ra khí nóng rồi gia tốc phụt mạnh qua ống phun động cơ tên lửa ở phần đuôi. Quá trình gia tốc luồng khí này sinh ra lực đẩy kéo phương tiện tiến về phía trước (theo Định luật 3 Newton). Về mặt bản chất, lực đẩy sinh ra do áp suất khí nén tác dụng lên thành buồng đốt bị mất cân bằng tại vị trí hở của loa phụt; hiện tượng này không xảy ra ở bất kỳ hướng nào khác. Hình dáng loa phụt cũng góp phần định hướng luồng khí thải dọc theo trục chuyển động để tối ưu lực đẩy cho tên lửa.[2]

Chất đẩy

Bài chi tiết: Nhiên liệu tên lửa
Tập tin:Gas Core light bulb.png
Tên lửa bóng đèn lõi khí (Gas Core light bulb)

Chất đẩy tên lửa là khối lượng vật chất được lưu trữ trong bình hoặc vỏ chứa, sau đó được xả ra từ động cơ tên lửa dưới dạng dòng lưu chất gia tốc để sinh ra lực đẩy.[2] Ở tên lửa hóa học, chất đẩy thường gồm nhiên liệu (như hydro lỏng hay dầu hỏa) phản ứng cháy cùng chất oxy hóa (như oxy lỏng hoặc axit nitric) nhằm tạo nên khối khí đốt có nhiệt độ và áp suất cực lớn. Chất oxy hóa có thể lưu trữ riêng và pha trộn trong buồng đốt, hoặc được trộn sẵn từ trước như ở tên lửa nhiên liệu rắn.

Trong một số trường hợp, chất đẩy không bị đốt cháy mà trải qua phản ứng phân hủy hóa học. Tiêu biểu là các 'đơn chất đẩy' như hydrazine, dinitơ monoxit hay hydro peroxide, có thể phân hủy nhờ chất xúc tác để tạo thành luồng khí nóng.

Ngoài ra, chất đẩy trơ có thể được làm nóng từ nguồn nhiệt bên ngoài, tương tự như cơ chế hoạt động của tên lửa hơi nước, tên lửa nhiệt mặt trời hay tên lửa nhiệt hạt nhân.[2]

Đối với các tên lửa cỡ nhỏ hay các động cơ hiệu chỉnh tư thế không đòi hỏi hiệu suất quá cao, người ta thường dùng khí nén làm chất đẩy và chỉ cần xả trực tiếp ra ngoài qua ống phụt để tạo lực đẩy cơ bản.[2]

Ngụy biện tên lửa con lắc

Tập tin:Pendulum rocket fallacy.png
Minh họa về ngụy biện tên lửa con lắc. Dù động cơ được gắn ở đáy (trái) hay đỉnh (phải) của phương tiện, vectơ lực đẩy (T) luôn hướng dọc theo trục cố định với phương tiện (trên), chứ không hướng thẳng đứng (dưới) độc lập với tư thế của phương tiện, điều này sẽ khiến phương tiện bị xoay.

Mẫu tên lửa nhiên liệu lỏng đầu tiên do Robert H. Goddard phát triển có thiết kế khác biệt rõ rệt so với các dòng tên lửa hiện đại. Động cơ tên lửa được đặt ở đỉnh, trong khi bình nhiên liệu nằm dưới đáy tên lửa,[32] dựa theo giả định của Goddard rằng tên lửa sẽ đạt độ ổn định tự nhiên nhờ cơ chế "treo" bên dưới động cơ như một chiếc con lắc khi bay.[33] Tuy nhiên trên thực tế, quả tên lửa đã chệch khỏi đường bay và đâm xuống đất cách bệ phóng 184 foot (56 m),[34] chứng minh rằng việc đặt động cơ ở đỉnh không hề giúp tên lửa bay ổn định hơn so với thiết kế đặt động cơ ở phần đế.[35]

Ứng dụng

Tên lửa hoặc các thiết bị phản lực tương tự mang theo chất đẩy riêng bắt buộc phải được sử dụng khi môi trường xung quanh không có sẵn bất kỳ vật chất nào (mặt đất, nước hay không khí) cũng như không thể tận dụng các lực bên ngoài (trọng lực, từ tính, ánh sáng) để một phương tiện khai thác di chuyển, tiêu biểu như trong không gian vũ trụ. Trong những điều kiện này, việc phương tiện phải mang theo toàn bộ lượng chất đẩy dự kiến sử dụng là yêu cầu bắt buộc.

Dù vậy, tên lửa cũng tỏ ra đặc biệt hiệu quả trong nhiều tình huống khác:

Quân sự

Bài chi tiết: Pháo phản lực và tên lửa có dẫn đường
Tập tin:Trident II missile image.jpg
Một tên lửa Trident II được phóng từ dưới biển

Một số loại vũ khí quân sự sử dụng động cơ tên lửa để đẩy đầu đạn tiến về phía mục tiêu. Tên lửa cùng tải trọng của nó thường được gọi là tên lửa có dẫn đường khi được trang bị hệ thống dẫn đường (cần lưu ý không phải mọi tên lửa có hướng dẫn đều dùng động cơ tên lửa, một số mẫu sử dụng các loại động cơ khác như động cơ phản lực không khí). Ngược lại, vũ khí được gọi là tên lửa không có dẫn đường (rocket) nếu không tích hợp hệ thống dẫn đường. Các loại tên lửa chống tăng và tên lửa phòng không ứng dụng động cơ tên lửa để đánh chặn mục tiêu ở tốc độ cao trong phạm vi vài dặm; trong khi các loại tên lửa đạn đạo liên lục địa có thể mang nhiều đầu đạn hạt nhân tấn công từ khoảng cách hàng nghìn dặm, và các hệ thống tên lửa chống đạn đạo được phát triển nhằm đánh chặn chúng. Tên lửa cũng từng được thử nghiệm cho nhiệm vụ trinh sát, tiêu biểu như mẫu tên lửa Ping-Pong phóng đi để giám sát mục tiêu đối phương. Mặc dù vậy, tên lửa trinh sát chưa bao giờ được đưa vào sử dụng rộng rãi trong lực lượng vũ trang.

Khoa học và nghiên cứu

Xem thêm: Tàu thăm dò vũ trụ
Tập tin:Bumper.jpg
Một tên lửa nghiên cứu Bumper

Các loại tên lửa nghiên cứu (sounding rocket) thường được sử dụng để mang thiết bị đo đạc thu thập dữ liệu ở độ cao từ 50 kilômét (31 mi) đến 1.500 kilômét (930 mi) so với bề mặt Trái Đất.[36] Những hình ảnh đầu tiên về Trái Đất chụp từ vũ trụ cũng được ghi lại từ một quả tên lửa V-2 vào năm 1946 trong chuyến bay số 13.[37]

Động cơ tên lửa còn được dùng làm động lực đẩy các xe trượt tên lửa chạy trên đường ray ở tốc độ cực lớn, với kỷ lục tốc độ mặt đất đạt tới Mach 8,5.[38]

Chuyến bay vũ trụ

Bài chi tiết: Du hành không gian

Những dòng tên lửa cỡ lớn thường được phóng từ bệ phóng tên lửa nhằm nâng đỡ và giữ ổn định phương tiện trong vài giây đầu khi kích hoạt động cơ. Do vận tốc khí thải rất cao (dao động từ 2.500 đến 4.500 m/s (9.000 đến 16.200 km/h; 5.600 đến 10.100 mph)), tên lửa là phương tiện lý tưởng cho các nhiệm vụ đòi hỏi vận tốc cực lớn, như việc đạt vận tốc vũ trụ cấp 1 (vận tốc quỹ đạo) ở mức khoảng 7.800 m/s (28.000 km/h; 17.000 mph). Tàu vũ trụ khi vào quỹ đạo sẽ trở thành các vệ tinh nhân tạo phục vụ nhiều mục đích thương mại và nghiên cứu. Trên thực tế, tên lửa đến nay vẫn là phương tiện duy nhất giúp đưa các phi thuyền lên quỹ đạo và tiến xa hơn vào không gian.[39] Chúng cũng được ứng dụng để tăng tốc nhanh cho tàu vũ trụ khi chuyển quỹ đạo hoặc hãm tốc rời quỹ đạo để hạ cánh. Ngoài ra, động cơ tên lửa nhỏ còn được dùng để giảm lực va chạm khi đáp bằng dù ngay trước thời điểm tiếp đất (xem tên lửa hãm xung).

Cứu hộ

Tập tin:Apollo Pad Abort Test -2.jpg
Thử nghiệm hủy bỏ trên bệ phóng Apollo với khoang phi hành đoàn mô hình

Tên lửa từng được ứng dụng để bắn dây cáp cứu hộ sang các tàu gặp nạn, giúp triển khai phao cứu hộ dây kéo để giải cứu người trên tàu. Tên lửa cũng là phương tiện phóng các loại pháo hiệu cứu hộ khẩn cấp.

Một số dòng tên lửa chở người nổi tiếng như Saturn V[40] hay Soyuz,[41] được trang bị hệ thống thoát hiểm khi phóng. Đây là một động cơ tên lửa nhỏ (thường dùng nhiên liệu rắn) có nhiệm vụ kéo nhanh khoang phi hành đoàn tách khỏi tên lửa chính đến vị trí an toàn khi xảy ra sự cố khẩn cấp. Các hệ thống này đã qua nhiều lần vận hành thực tế lẫn thử nghiệm và đều hoạt động chính xác.

Tiêu biểu như Hệ thống Bảo đảm An toàn (theo cách gọi của Liên Xô) đã kéo thành công khoang L3 ra khỏi vùng nguy hiểm trong ba trên bốn lần phóng thất bại của tên lửa Mặt Trăng N1 (các chuyến bay 3L, 5L và 7L). Trong cả ba sự cố này, khoang phi hành (dù không chở người) đều được cứu thoát nguyên vẹn. Chỉ ba tên lửa N1 kể trên được lắp Hệ thống Bảo đảm An toàn; riêng chiếc 6L mang khoang mô hình nên không trang bị hệ thống này, giúp hệ thống thoát hiểm của tên lửa N1 đạt tỷ lệ giải cứu thành công 100%.[42][43][44][45]

Một đợt giải cứu thực tế phi công người thật đã diễn ra khi tên lửa Soyuz T-10 phục vụ nhiệm vụ lên trạm vũ trụ Salyut 7 bốc cháy ngay trên bệ phóng.[46]

Trong không quân, ghế phóng vận hành bằng động cơ tên lửa nhiên liệu rắn được trang bị trên nhiều dòng máy bay quân sự để phóng phi hành đoàn thoát khỏi máy bay an toàn khi phương tiện mất kiểm soát.[47]

Sở thích, thể thao và giải trí

Bài chi tiết: Tên lửa mô hình

Tên lửa mô hình là loại tên lửa kích thước nhỏ được thiết kế để đạt độ cao thấp (khoảng 100–500 m (330–1.640 ft) với mẫu nặng 30 g (1,1 oz)) và được thu hồi bằng nhiều phương pháp khác nhau.

Theo Bộ Quy tắc An toàn của Hiệp hội Tên lửa Quốc gia Hoa Kỳ (NAR), tên lửa mô hình được chế tạo từ giấy, gỗ, nhựa cùng các vật liệu nhẹ khác.[48] Quy tắc này cung cấp các hướng dẫn chi tiết về cách chọn động cơ, địa điểm phóng, phương pháp phóng, bệ phóng, thiết kế hệ thống thu hồi và nhiều nội dung liên quan. Từ đầu thập niên 1960, bản sao của Bộ Quy tắc An toàn Tên lửa Mô hình đã được đính kèm trong hầu hết các bộ lắp ráp và động cơ thương mại. Dù làm việc với chất dễ cháy và các vật thể có đầu nhọn di chuyển tốc độ cao, phong trào chơi tên lửa mô hình trong lịch sử đã chứng minh là một sở thích rất an toàn,[49][50] trở thành nguồn cảm hứng quan trọng đưa nhiều trẻ em trở thành các nhà khoa học và kỹ sư sau này.[51]

Người chơi sở thích có thể chế tạo và phóng nhiều dòng tên lửa mô hình khác nhau. Dù nhiều công ty cung cấp sẵn bộ lắp ráp và phụ kiện, sự đơn giản trong nguyên lý đã giúp người chơi sáng tạo tên lửa từ hầu hết mọi vật liệu sẵn có. Tên lửa cũng là thành phần chính trong một số loại pháo hoa dân dụng và chuyên nghiệp. Mẫu tên lửa nước là một dạng tên lửa mô hình dùng nước làm khối lượng phản lực: bình chịu áp (đóng vai trò động cơ) thường làm từ vỏ chai nước ngọt bằng nhựa, nước được đẩy phụt ra ngoài nhờ khí nén theo đúng định luật 3 Newton.

Quy mô của hoạt động chơi tên lửa nghiệp dư rất rộng, từ các mẫu tên lửa nhỏ phóng ở sân nhà cho đến những quả tên lửa vươn tới ranh giới vũ trụ. Tên lửa nghiệp dư được phân làm ba cấp độ dựa trên tổng xung lực của động cơ: công suất thấp, công suất trung bình và công suất cao.[52]

Các loại tên lửa sử dụng hydro peroxide được ứng dụng để tạo động lực cho các đai bay tên lửa,[53] và từng dùng trên các mẫu xe đua tên lửa (dòng xe hiện nắm giữ kỷ lục tốc độ đua tăng tốc drag racing mọi thời đại, dù không chính thức).[54]

Quả tên lửa Corpulent Stump hiện là mẫu tên lửa phi thương mại mạnh nhất từng được phóng tại Vương quốc Anh bằng động cơ Aerotech.[55][56][57]

Chuyến bay

Tập tin:STS-134 launch 2.ogv
Video về đợt phóng của tàu Bản mẫu:OV trong nhiệm vụ STS-134

Các đợt phóng phục vụ các chuyến bay vũ trụ vào quỹ đạo hoặc tiến vào không gian liên hành tinh thường được triển khai từ một vị trí cố định trên mặt đất, nhưng cũng có thể thực hiện từ máy bay chuyên dụng hay tàu biển.

Các công nghệ phóng tên lửa bao gồm toàn bộ hệ thống kỹ thuật cần thiết để phóng thành công một phương tiện. Hệ thống này không chỉ riêng bản thân phương tiện, mà còn tích hợp cả hệ thống kiểm soát phóng, trung tâm điều khiển sứ mệnh, bệ phóng, trạm mặt đất và các trạm bám bắt phục vụ đợt phóng hoặc thu hồi (hoặc cả hai). Tất cả các yếu tố này thường được gọi chung là "phân đoạn mặt đất".

Các loại phương tiện phóng vào quỹ đạo thường cất cánh theo phương thẳng đứng, sau đó chuyển góc nghiêng dần sang một bên, thường tuân theo quỹ đạo chuyển hướng theo trọng lực.

Sau khi bay vượt lên khỏi phần lớn tầng khí quyển, phương tiện sẽ điều chỉnh góc nghiêng của luồng phản lực tên lửa, hướng luồng phụt chủ yếu theo phương nằm ngang nhưng hơi chếch xuống dưới. Điều này giúp phương tiện duy trì độ cao song song với việc tăng tốc độ di chuyển nằm ngang. Khi vận tốc tăng lên, phương tiện sẽ ngày càng nằm ngang hơn cho đến khi đạt vận tốc quỹ đạo cần thiết thì động cơ ngắt hoạt động.

Tất cả các phương tiện phóng hiện nay đều thực hiện quy trình tách tầng, tức là loại bỏ bớt phần phần cứng khung vỏ đã hết nhiên liệu trên đường bay vào quỹ đạo. Dù các thiết kế phương tiện một tầng vào quỹ đạo đã được đề xuất với khả năng bay thẳng vào quỹ đạo không cần tách tầng, chưa có mẫu phương tiện nào thuộc loại này được chế tạo thành công. Nếu chỉ vận hành bằng động cơ tên lửa thuần túy, yêu cầu nhiên liệu tăng theo hàm số mũ đối với phương tiện một tầng sẽ khiến khối lượng tải trọng hữu ích mang theo trở nên cực kỳ nhỏ hoặc bằng không. Đa số các phương tiện phóng trong quá khứ và hiện tại đều thải bỏ phần cứng tách ra bằng cách để rơi tự do xuống đại dương; dù vậy, một số hệ thống hiện đại đã thu hồi và tái sử dụng thành công tầng tên lửa bằng dù hoặc phương thức hạ cánh chủ động bằng lực đẩy động cơ.

Tập tin:PSLV XL C40 Cartosat-2F hazard zones for falling stage debris based on NOTAM.svg
Đường bay gấp khúc dogleg của một đợt phóng tên lửa PSLV tới các độ nghiêng quỹ đạo cực nhằm tránh vùng đất liền Sri Lanka

Trong quá trình đưa phi thuyền vào quỹ đạo, đường bay "gấp khúc" (dogleg) là cú chuyển hướng có chủ đích và có hướng dẫn trong giai đoạn bay lên, làm đường bay của tên lửa chệch khỏi một đường thẳng cố định. Việc bay theo đường gấp khúc là bắt buộc nếu góc phương vị phóng mong muốn (để đạt độ nghiêng quỹ đạo mục tiêu) có vệt quỹ đạo mặt đất đi qua vùng đất liền đông dân cư (Nga thường phóng qua đất liền nhưng chọn các khu vực hoang vắng không có người ở), hoặc khi tên lửa cần tiếp cận một mặt phẳng quỹ đạo không cắt qua vĩ độ của vị trí phóng. Dù vậy, các đường bay gấp khúc thường không được ưu tiên do làm tốn thêm nhiên liệu, khiến trọng lượng phương tiện tăng lên và giảm hiệu suất chung của chuyến bay.[58][59]

Tiếng ồn

Tập tin:Sound suppression water system test at KSC Launch Pad 39A.jpg
Các công nhân và truyền thông chứng kiến cuộc thử nghiệm Hệ thống Nước Giảm Âm tại Bệ phóng 39A

Khí thải từ động cơ tên lửa tạo ra nguồn năng lượng âm thanh khổng lồ. Khi luồng khí thải siêu thanh va chạm mạnh vào không khí xung quanh, các sóng xung kích sẽ lập tức hình thành. Cường độ âm thanh từ các sóng xung kích này phụ thuộc vào kích thước của tên lửa cũng như vận tốc khí phụt ra. Với các dòng tên lửa đẩy cỡ lớn, hiệu năng cao, cường độ âm thanh về mặt lý thuyết có thể gây tử vong cho con người nếu ở khoảng cách gần.[60]

Tàu thoi vũ trụ từng tạo ra mức tiếng ồn đạt tới 180 dB xung quanh phần đế bệ phóng.[61] Để khắc phục nguy cơ này, NASA đã phát triển hệ thống dập âm bằng nước với khả năng xả nước liên tục tới 900.000 gallon mỗi phút (57 m3/s) trực tiếp vào bệ phóng. Khối nước này giúp kéo giảm cường độ tiếng ồn từ 180 dB xuống còn 142 dB (vượt tiêu chuẩn thiết kế đề ra là 145 dB).[62] Nếu thiếu hệ thống dập âm, sóng âm thanh dữ dội sẽ phản xạ từ mặt bệ phóng dội ngược lên thân tên lửa, gây rung lắc mạnh làm hư hại tải trọng nhạy cảm cũng như đe dọa an toàn của phi hành đoàn, thậm chí phá hủy toàn bộ phương tiện.

Tiếng ồn bùng phát dữ dội nhất khi tên lửa còn ở sát mặt đất do âm thanh từ động cơ bức xạ lan xa và phản xạ trực tiếp từ mặt đất. Cường độ âm thanh có thể giảm bớt nhờ các rãnh thoát lửa có mái che, phun nước dập âm quanh luồng phản lực và làm lệch hướng luồng phụt theo một góc nhất định.[60]

Đối với các chuyến bay chở người, nhiều giải pháp kỹ thuật được áp dụng nhằm giảm bớt tiếng ồn tác động đến phi hành đoàn, trong đó việc bố trí khoang phi hành gia nằm cách xa động cơ giúp mang lại hiệu quả rõ rệt. Khi phương tiện đạt đến vận tốc siêu thanh, tiếng ồn đối với phi hành đoàn sẽ dứt hẳn do sóng âm không còn khả năng bắt kịp tốc độ di chuyển của tên lửa.[60]

Vật lý

Nguyên lý hoạt động

Bài chi tiết: Động cơ tên lửa
Tập tin:A balloon with a tapering nozzle.png
Một quả bóng bay có ống phun thu nhỏ dần. Quả bóng bị đẩy đi do áp suất ở phần đỉnh cao hơn áp suất xung quanh bên trong ống phun.

Tác động của quá trình đốt cháy chất đẩy trong động cơ tên lửa là làm tăng nội năng của các luồng khí sinh ra, khai thác năng lượng hóa học lưu trữ trong nhiên liệu. Khi nội năng tăng, áp suất cũng tăng lên, và một ống phun sẽ chuyển đổi năng lượng này thành động năng có hướng. Quá trình này tạo ra lực đẩy chống lại môi trường xung quanh nơi khí thải được giải phóng. Hướng chuyển động lý tưởng của khí thải là hướng tối ưu hóa lực đẩy. Tại đỉnh buồng đốt, dòng khí nóng giàu năng lượng không thể di chuyển tiếp về phía trước nên sẽ đẩy ngược lên đỉnh của động cơ tên lửa. Khi khí cháy tiến về phía lối thoát, tốc độ của chúng tăng dần. Tác động của phần hội tụ trên ống phun lên dòng khí cháy áp suất cao là làm luồng khí gia tốc lên tốc độ cực lớn. Tốc độ khí càng cao thì áp suất khí tác dụng lên vị trí đó của buồng đốt càng giảm (theo định luật Bernoulli hoặc định luật bảo toàn năng lượng). Trong một động cơ thiết kế chuẩn xác, dòng chảy sẽ đạt tốc độ Mach 1 tại cổ ống phun, và tiếp tục gia tốc phía sau điểm này. Phía sau cổ ống phun, phần mở rộng dạng hình chuông cho phép các luồng khí đang giãn nở ép vào thành động cơ, tạo thêm lực đẩy bổ sung. Nói một cách đơn giản, với mỗi lực tác dụng đều có một phản lực cùng độ lớn nhưng ngược hướng theo định luật 3 Newton, kết quả là luồng khí thoát ra tạo phản lực đẩy tên lửa gia tốc tiến về phía trước.[63][lower-alpha 2]

Tập tin:Rocket thrust.svg
Lực đẩy tên lửa được tạo ra bởi áp suất tác dụng lên cả buồng đốt và ống phun

Trong một buồng kín, áp suất phân bố đều theo mọi hướng nên không sinh ra gia tốc. Nếu tạo một khoảng hở ở đáy buồng, áp suất không còn tác dụng lên phần không gian bị thiếu đó nữa, mở đường cho khí thải thoát ra ngoài. Áp suất còn lại ở phía đối diện khoảng hở sẽ tạo nên lực đẩy tổng hợp, chính lực áp suất này đẩy tên lửa tiến lên.

Hình dáng của ống phun giữ vai trò đặc biệt quan trọng. Hãy xét một quả bóng bay chuyển động nhờ không khí thoát ra từ ống phun thu nhỏ dần: sự kết hợp giữa áp suất không khí và ma sát nhớt khiến ống phun không đẩy quả bóng, mà bị quả bóng kéo đi.[65] Việc ứng dụng ống phun hội tụ/phân kỳ sinh ra lực đẩy mạnh hơn nhiều do khí thải ép lên thành ống phun khi giãn nở ra ngoài, giúp nhân đôi tổng lực. Nếu liên tục bổ sung khí đẩy vào buồng đốt, các mức áp suất này có thể duy trì chừng nào còn chất đẩy. Cần lưu ý rằng với động cơ chất đẩy lỏng, hệ thống bơm di chuyển chất đẩy vào buồng đốt phải duy trì áp suất cao hơn áp suất trong buồng đốt (thường ở mức trên 100 khí quyển).[2]

Tác động song song của các áp suất này là gia tốc khí thải theo hướng ngược lại lên tốc độ rất cao (theo định luật 3 Newton).[2] Từ định luật bảo toàn động lượng, tốc độ khí thải xác định mức tăng động lượng thu được trên một lượng chất đẩy nhất định, gọi là xung lực riêng của tên lửa.[2] Vì tên lửa, chất đẩy và khí thải khi bay có thể coi là một hệ kín (nếu không có nhiễu động bên ngoài), tổng động lượng luôn bảo toàn. Do đó, tốc độ khí thải theo một hướng càng nhanh thì tốc độ tên lửa đạt được theo hướng ngược lại càng lớn, đặc biệt khi khối lượng thân tên lửa thường nhỏ hơn nhiều so với tổng khối lượng khí thải xả ra.

Các lực tác dụng lên tên lửa đang bay

Tập tin:Rktfor.gif
Các lực tác dụng lên tên lửa đang bay

Nghiên cứu tổng quát về các lực tác dụng lên tên lửa thuộc lĩnh vực đạn đạo học, còn đối với tàu vũ trụ sẽ được nghiên cứu chuyên sâu hơn trong phân ngành cơ học quỹ đạo.

Một tên lửa đang bay chủ yếu chịu tác động bởi các yếu tố sau:[66]

Ngoài ra, quán tính và lực ly tâm đóng vai trò đáng kể do quỹ đạo chuyển động của tên lửa quanh tâm thiên thể. Khi đạt tốc độ đủ cao đúng hướng và độ cao, tên lửa sẽ tiến vào một quỹ đạo ổn định hoặc đạt vận tốc thoát.

Các lực này, dưới tác động của bộ cánh đuôi ổn định (empennage), sẽ tự nhiên lái phương tiện tuân theo quỹ đạo xấp xỉ parabol gọi là chuyển hướng theo trọng lực (trừ khi có sự can thiệp điều khiển chủ ý). Quỹ đạo này thường được áp dụng trong giai đoạn đầu của quá trình phóng, ngay cả khi động cơ tên lửa gắn ở mũi. Nhờ đó, phương tiện duy trì góc tấn thấp hoặc bằng không, giảm thiểu ứng suất ngang lên tên lửa đẩy, cho phép sử dụng kết cấu tên lửa nhẹ hơn.[67][68]

Lực cản

Bài chi tiết: Lực cản không khí, Lực cản trọng lực, và Lực cản khí động học

Lực cản là lực ngược hướng với chiều chuyển động của tên lửa so với luồng không khí xung quanh, làm giảm tốc độ phương tiện và sinh ra tải trọng cấu trúc. Lực giảm tốc đối với các tên lửa di chuyển tốc độ cao được tính toán qua phương trình lực cản.

Lực cản có thể giảm thiểu bằng chóp mũi khí động học, ứng dụng kiểu dáng có hệ số đạn đạo cao (dạng tên lửa truyền thống thon dài), đồng thời giữ góc tấn ở mức thấp nhất có thể.

Trong quá trình phóng, khi tốc độ tăng lên còn khí quyển loãng dần, tên lửa sẽ trải qua điểm đạt lực cản khí động học cực đại gọi là Max Q. Điểm này quyết định ngưỡng độ bền khí động học tối thiểu của phương tiện, bởi vỏ tên lửa phải chịu đựng mà không bị móp gập trước các lực này.[69]

Lực đẩy ròng

Đối với mô hình chi tiết hơn về lực đẩy ròng của động cơ tên lửa bao gồm ảnh hưởng của áp suất khí quyển, xem Động cơ tên lửa § Lực đẩy ròng.
Tập tin:Rocket nozzle expansion.svg
Hình dạng luồng phản lực tên lửa thay đổi dựa trên áp suất không khí bên ngoài. Từ trên xuống dưới:Bản mẫu:Unbulleted list

Một động cơ tên lửa tiêu chuẩn có thể đốt cháy lượng chất đẩy bằng một phần đáng kể khối lượng bản thân mỗi giây, xả khí thải ra khỏi ống phun với tốc độ vài kilômét mỗi giây. Do đó, tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng của động cơ tên lửa và toàn bộ phương tiện có thể đạt mức rất lớn, trong trường hợp cực hạn có thể vượt quá 100 (so với mức trên 5 của một số động cơ phản lực hàng không hàng đầu).[70][71]

Lực đẩy ròng của một tên lửa được xác định theo công thức:

Bản mẫu:Block indent

trong đó:

Bản mẫu:Block indent Bản mẫu:Block indent

Vận tốc khí thải hiệu dụng ve xấp xỉ tốc độ khí thải rời khỏi phương tiện. Trong môi trường chân không ngoài vũ trụ, vận tốc khí thải hiệu dụng thường bằng tốc độ trung bình thực tế của dòng khí xả dọc theo trục lực đẩy. Dù vậy, thông số này có tính đến các hao hụt khác nhau, và sẽ giảm đi đáng kể khi vận hành trong tầng khí quyển.

Tốc độ dòng chất đẩy qua động cơ thường được chủ động điều chỉnh trong suốt chuyến bay để kiểm soát lực đẩy và vận tốc của tên lửa. Điều này giúp tối ưu hóa tổn thất khí động học, đồng thời giới hạn sự gia tăng của lực g khi khối lượng nhiên liệu giảm dần.

Tổng xung lực

Bài chi tiết: Xung lực

Xung lực được định nghĩa là một lực tác dụng lên vật thể theo thời gian, trong điều kiện không chịu các lực cản (như trọng lực và lực cản khí động học), sẽ làm thay đổi động lượng (tích phân của khối lượng và vận tốc) của vật thể đó. Do đó, xung lực là chỉ số đại diện tốt nhất cho năng lực hiệu suất (khối lượng tải trọng và khả năng đạt vận tốc tối đa) của một tên lửa, thay vì dựa vào lực đẩy khi cất cánh, khối lượng hay "công suất". Tổng xung lực của một tên lửa (hoặc một tầng tên lửa) khi đốt cháy hết chất đẩy được tính theo công thức:[2]:27

Bản mẫu:Block indent

Khi lực đẩy duy trì cố định, công thức đơn giản lại thành:

Bản mẫu:Block indent

Tổng xung lực của một tên lửa nhiều tầng bằng tổng xung lực của từng tầng riêng lẻ cộng lại.

Xung lực riêng

Bài chi tiết: Xung lực riêng
Isp trong chân không của một số loại tên lửa
Tên lửa Chất đẩy Isp, chân không (s)
Động cơ nhiên liệu lỏng
Tàu con thoi 		LOX/LH2 453[72]
Động cơ nhiên liệu rắn
Tàu con thoi 		APCP 268[72]
Hệ thống OMS
Tàu con thoi 		NTO/MMH 313[72]
Saturn V
tầng 1 		LOX/RP-1 304[72]

Như thể hiện trong phương trình lực đẩy, vận tốc khí thải hiệu dụng quyết định trực tiếp lượng lực đẩy tạo ra từ một lượng nhiên liệu bị đốt cháy mỗi giây.

Một đại lượng đo lường tương đương, đại diện cho xung lực ròng thu được trên một đơn vị trọng lượng chất đẩy xả ra, được gọi là xung lực riêng (Isp). Đây là một trong những chỉ số quan trọng nhất phản ánh hiệu suất của động cơ tên lửa. Mối liên hệ giữa Isp và vận tốc khí thải hiệu dụng được xác định qua công thức:

Bản mẫu:Block indent

trong đó: Bản mẫu:Block indent Bản mẫu:Block indent

Theo đó, xung lực riêng càng cao thì lực đẩy ròng thu được và hiệu suất động cơ càng lớn. Giá trị Isp được xác định thực nghiệm qua các đợt thử nghiệm động cơ. Trong vận hành thực tế, vận tốc khí thải hiệu dụng của tên lửa biến thiên nhưng có thể đạt mức rất cao, khoảng ~4500 m/s, gấp tầm 15 lần tốc độ âm thanh trong không khí ở mực nước biển.

Delta-v (phương trình tên lửa)

Bài chi tiết: Phương trình tên lửa Tsiolkovsky
Tập tin:Delta-Vs for inner Solar System.svg
Bản đồ giá trị delta-v ước tính xung quanh Hệ Mặt Trời giữa Trái Đất và Sao Hỏa[73][74]

Khả năng delta-v biểu thị tổng mức thay đổi vận tốc về mặt lý thuyết mà một tên lửa có thể đạt được trong điều kiện không chịu tác động từ môi trường bên ngoài (không có lực cản không khí, trọng lực hay ngoại lực khác).

Khi ve là hằng số, chỉ số delta-v của phương tiện được tính toán theo phương trình tên lửa Tsiolkovsky:[75]

Δv =veln⁡m0m1

trong đó: Bản mẫu:Block indent Bản mẫu:Block indent Bản mẫu:Block indent Bản mẫu:Block indent

Khi phóng từ Trái Đất, delta-v thực tế của tên lửa mang tải trọng đơn có thể đạt vài km/s, thậm chí một số thiết kế lý thuyết có thể đạt delta-v trên 9 km/s.

Chỉ số delta-v cần thiết cũng được tính toán chi tiết cho từng nhiệm vụ hoặc thao tác diễn tập cụ thể. Ví dụ, delta-v để phóng từ bề mặt Trái Đất lên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp rơi vào khoảng 9,7 km/s, giúp phương tiện đạt tốc độ di chuyển nằm ngang khoảng 7,8 km/s ở độ cao tầm 200 km. Trong thao tác này, khoảng 1,9 km/s vận tốc bị hao hụt do lực cản không khí, lực cản trọng lực và quá trình tăng độ cao.

Tỷ số m0m1 còn được gọi là tỷ số khối lượng.

Tỷ số khối lượng

Bài chi tiết: Tỷ số khối lượng
Tập tin:Tsiolkovsky rocket equation.svg
Phương trình tên lửa Tsiolkovsky thể hiện mối quan hệ giữa tỷ số khối lượng và vận tốc cuối cùng theo bội số của tốc độ khí thải

Phần lớn khối lượng của một tên lửa đẩy là chất đẩy.[76] Tỷ số khối lượng trong một giai đoạn hoạt động là tỷ lệ giữa khối lượng ban đầu và khối lượng còn lại của tên lửa sau khi đốt hết nhiên liệu.[77] Khi các điều kiện kỹ thuật khác tương đồng, tỷ số khối lượng lớn là mục tiêu hàng đầu vì nó chứng minh kết cấu tên lửa gọn nhẹ, giúp tối ưu hiệu suất bay (tương tự ưu thế của xe thể thao có trọng lượng nhẹ).

Động cơ tên lửa sở hữu tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng lớn nhất trong số các dòng động cơ, nhờ đó phương tiện đạt được tỷ số khối lượng vượt trội để tối ưu hành trình. Tỷ số này càng cao thì khối lượng kết cấu động cơ mang theo càng giảm, tạo không gian chứa thêm chất đẩy và cải thiện đáng kể delta-v. Ngược lại, một số mẫu tên lửa chuyên dụng (như hệ thống cứu hộ hay xe đua) chỉ mang lượng chất đẩy cùng tải trọng tương đối nhỏ nên ưu tiên tối giản cấu trúc để đạt gia tốc cực đại. Đơn cử như hệ thống thoát hiểm của tàu Soyuz có thể tạo ra gia tốc lên tới 20 g.[41]

Tỷ số khối lượng đạt được phụ thuộc lớn vào các yếu tố như dạng chất đẩy, thiết kế động cơ, hệ số an toàn cấu trúc và kỹ thuật chế tạo.

Các tỷ số khối lượng cao nhất thường xuất hiện ở tên lửa nhiên liệu lỏng, vốn là lựa chọn hàng đầu cho các phương tiện phóng vào quỹ đạo đòi hỏi delta-v lớn. Chất đẩy lỏng thường có khối lượng riêng tương đương với nước (ngoại trừ một số chất đặc thù như hydro lỏng hay mêtan lỏng), cho phép sử dụng các bình chứa áp suất thấp, trọng lượng nhẹ kết hợp với bơm tăng áp hiệu năng cao để đẩy chất đẩy vào buồng đốt.

Bảng dưới đây thống kê phân số khối lượng của một số phương tiện tiêu biểu (bao gồm cả máy bay để so sánh):

Phương tiện Khối lượng cất cánh Khối lượng cuối Tỷ số khối lượng Phân số khối lượng
Ariane 5 (phương tiện + tải trọng) 746.000 kg [78] (~1.645.000 lb) 2.700 kg + 16.000 kg[78] (~6.000 lb + ~35.300 lb) 39,9 0,975
Tầng một Titan 23G 117.020 kg (258.000 lb) 4.760 kg (10.500 lb) 24,6 0,959
Saturn V 3.038.500 kg[79] (~6.700.000 lb) 13.300 kg + 118.000 kg[79] (~29.320 lb + ~260.150 lb) 23,1 0,957
Tàu con thoi (phương tiện + tải trọng) 2.040.000 kg (~4.500.000 lb) 104.000 kg + 28.800 kg (~230.000 lb + ~63.500 lb) 15,4 0,935
Saturn 1B (chỉ riêng tầng tên lửa) 448.648 kg[80] (989.100 lb) 41.594 kg[80] (91.700 lb) 10,7 0,907
Virgin Atlantic GlobalFlyer 10.024,39 kg (22.100 lb) 1.678,3 kg (3.700 lb) 6,0 0,83
V-2 13.000 kg (~28.660 lb) (12,8 tấn) 3,85 0,74 [81]
X-15 15.420 kg (34.000 lb) 6.620 kg (14.600 lb) 2,3 0,57[82]
Concorde ~181.000 kg (400.000 lb [82]) 2 0,5[82]
Boeing 747 ~363.000 kg (800.000 lb[82]) 2 0,5[82]

Tách tầng

Bài chi tiết: Tên lửa nhiều tầng
Tập tin:Artistsconcept separation.jpg
Quá trình tách tầng giúp loại bỏ các phần không còn cần thiết nhằm giảm bớt khối lượng tên lửa
Tập tin:Ap6-68-HC-191.jpg
Apollo 6 trong khoảnh khắc tách bỏ vòng nối trung gian giữa các tầng

Cho đến nay, chưa một thiết kế tên lửa đơn tầng nào có thể tự đạt được vận tốc cần thiết (delta-v) để tiến vào quỹ đạo. Nguyên nhân là do khối lượng cố định của chất đẩy, bình chứa, cấu trúc vỏ, hệ thống dẫn đường, van dẫn và động cơ... luôn chiếm một tỷ lệ phần trăm tối thiểu nhất định trong tổng khối lượng cất cánh, khiến lượng chất đẩy mang theo không đủ tạo ra delta-v mục tiêu nếu tải trọng ở mức hợp lý. Do mô hình một tầng vào quỹ đạo chưa thể thực thi trong thực tế, các tên lửa đẩy quỹ đạo bắt buộc phải thiết kế thành nhiều tầng.

Ví dụ, tầng một của tên lửa Saturn V khi cõng thêm trọng lượng của các tầng trên chỉ đạt tỷ số khối lượng khoảng 10, với xung lực riêng 263 giây. Chỉ số này chỉ tạo ra delta-v tầm 5,9 km/s, trong khi yêu cầu thực tế để vào quỹ đạo là khoảng 9,4 km/s delta-v (đã tính đến các khoản hao hụt cho phép).

Thách thức này được giải quyết bằng kỹ thuật tách tầng: tên lửa sẽ chủ động trút bỏ bớt trọng lượng thừa (bình chứa rỗng và bộ động cơ tương ứng) trong quá trình bay. Việc tách tầng có thể thực hiện theo dạng nối tiếp (tầng sau chỉ kích hoạt khi tầng trước đã tách rơi tự do) hoặc song song (các tầng động cơ cùng khai hỏa đồng thời từ lúc cất cánh, sau đó tầng phụ sẽ tách ra khi cạn nhiên liệu).[83]

Về mặt lý thuyết, vận tốc tối đa đạt được qua kỹ thuật tách tầng chỉ bị giới hạn bởi tốc độ ánh sáng. Tuy nhiên, khối lượng tải trọng hữu ích mang theo sẽ giảm theo cấp số nhân với mỗi tầng bổ sung, trong khi lượng delta-v tăng thêm ở mỗi tầng chỉ mang tính chất cộng dồn.

Gia tốc và tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng

Bài chi tiết: Tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng

Từ định luật hai Newton, gia tốc a của một phương tiện được xác định theo công thức:

Bản mẫu:Block indent trong đó Bản mẫu:Mvar là khối lượng tức thời của phương tiện và Fn là hợp lực tác dụng lên tên lửa (chủ yếu là lực đẩy động cơ, bên cạnh ảnh hưởng từ lực cản không khí và các ngoại lực khác).

Khi lượng chất đẩy giảm dần trong quá trình đốt cháy, khối lượng tên lửa nhẹ đi đáng kể khiến gia tốc có xu hướng tăng liên tục cho đến khi cạn nhiên liệu. Điều này đồng nghĩa với việc phần lớn sự thay đổi vận tốc diễn ra ở giai đoạn cuối quá trình hoạt động của động cơ, thời điểm phương tiện đã đạt khối lượng tối thiểu.[2] Mặc dù vậy, lực đẩy có thể được chủ động điều chỉnh (hãm bớt hoặc tăng lên) để kiểm soát gia tốc theo yêu cầu kỹ thuật. Sự gián đoạn gia tốc cũng xuất hiện khi các tầng tên lửa lần lượt đốt hết nhiên liệu và tách bỏ, kéo theo gia tốc tụt xuống mức thấp hơn ở thời điểm tầng động cơ tiếp theo bắt đầu khai hỏa.

Gia tốc cực đại có thể nâng cao bằng cách tối ưu giản lược khối lượng phương tiện (giảm tải trọng nhiên liệu, kích thước bình chứa và kết cấu vỏ), dù giải pháp này sẽ làm giảm tầm bay, chỉ số delta-v cũng như thời gian hoạt động của động cơ. Mặc dù vậy, một số ứng dụng tên lửa chuyên biệt vẫn đòi hỏi gia tốc cực đại rất cao trong khoảng thời gian ngắn.

Mức khối lượng tối thiểu của một phương tiện gồm động cơ tên lửa cùng lượng nhiên liệu và kết cấu khung vỏ tối thiểu mang theo. Trong điều kiện đó, tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng[lower-alpha 3] của động cơ sẽ quyết định ngưỡng gia tốc thiết kế tối đa. Thực tế chứng minh các động cơ tên lửa sở hữu tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng cực kỳ ấn tượng (đạt 137 ở động cơ NK-33,[84] thậm chí một số động cơ nhiên liệu rắn vượt mốc 1000[2]:442). Nhờ đó, hầu hết các phương tiện chịu lực g cao trong thực tế đều ứng dụng động cơ tên lửa.

Nhờ ưu thế gia tốc lớn, các phương tiện tên lửa thường có khả năng cất cánh thẳng đứng, đồng thời có thể hạ cánh thẳng đứng nếu tích hợp hệ thống dẫn đường và điều khiển lực đẩy phù hợp. Để thực hiện các thao tác này, lực đẩy do động cơ tạo ra bắt buộc phải lớn hơn gia tốc trọng trường tại địa phương.

Năng lượng

Hiệu suất năng lượng

Bài chi tiết: Hiệu suất đẩy
Tập tin:Atlantis taking off on STS-27.jpg
Tàu Bản mẫu:OV trong giai đoạn phóng

Mật độ năng lượng của chất đẩy tên lửa tiêu chuẩn thường chỉ bằng khoảng một phần ba nhiên liệu hydrocarbon thông thường, do phần lớn khối lượng thuộc về chất oxy hóa (vốn có giá thành tương đối rẻ). Dù vậy, tại thời điểm cất cánh, tên lửa vẫn trữ một nguồn năng lượng khổng lồ bên trong các bình chứa chất đẩy. Mục tiêu tối thượng của thiết kế tên lửa là chuyển hóa tối đa năng lượng hóa học này thành động năng và thế năng cho thân phương tiện.

Trong hành trình bay, năng lượng nhiên liệu bị tổn hao bởi lực cản không khí, lực cản trọng lực, cũng như tiêu tốn để nâng độ cao và tăng tốc độ. Tuy nhiên, phần lớn năng lượng tổn thất lại thất thoát theo dòng khí thải ra môi trường.[2]:37–38

Với thiết bị đẩy hóa học, hiệu suất động cơ được tính bằng tỷ lệ giữa công suất động năng của dòng khí xả và tổng công suất khả dụng từ phản ứng cháy:[2]:37–38

Bản mẫu:Block indent

Đạt hiệu suất động cơ 100% (hiệu suất nhiệt ηc=100%) đồng nghĩa toàn bộ nhiệt năng từ sản phẩm cháy chuyển hóa hoàn toàn thành động năng của dòng phụt. Dù đây là trạng thái lý tưởng không thể đạt tới, việc ứng dụng các loa phụt tỷ lệ mở rộng lớn hoạt động gần trạng thái đoạn nhiệt đã giúp các động cơ tên lửa đạt mức tiệm cận đáng kinh ngạc: khi dòng khí giãn nở qua loa phụt, khí được làm mát và gia tốc, giúp hiệu suất năng lượng có thể đạt tới 70% (phần thất thoát chủ yếu là nhiệt năng dư thừa trong khí thải không thể thu hồi).[2]:37–38 Hiệu suất vượt trội này có được nhờ quá trình cháy diễn ra ở nhiệt độ cực cao còn khí thải xả ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiều, mang lại hiệu suất Carnot tối ưu.

Tuy nhiên, hiệu suất động cơ không phản ánh toàn bộ bức tranh năng lượng. Tương tự như các dòng động cơ phản lực, nhưng thể hiện rõ nét hơn ở tên lửa do tốc độ khí thải rất cao và thường cố định, các phương tiện tên lửa hoạt động cực kỳ kém hiệu quả ở dải tốc độ thấp, bất kể hiệu suất động cơ đạt mức nào. Nguyên nhân là ở tốc độ thấp, dòng khí phụt mang theo một lượng động năng khổng lồ thất thoát về phía sau. Hiện tượng này được đặc trưng bởi chỉ số hiệu suất đẩy (ηp).[2]:37–38

Khi vận tốc tên lửa tăng lên, vận tốc tương đối của khí xả so với môi trường giảm xuống, kéo theo hiệu suất năng lượng tổng thể tăng lên. Hiệu suất đạt đỉnh xấp xỉ 100% hiệu suất động cơ khi vận tốc chuyển động của tên lửa bằng đúng tốc độ xả của dòng khí thải. Trong điều kiện lý tưởng này, khí thải thoát ra sẽ đứng yên hoàn toàn trong không gian phía sau phương tiện, không mang theo năng lượng thất thoát, giúp toàn bộ năng lượng đọng lại ở thân tên lửa theo định luật bảo toàn năng lượng. Khi vận tốc phương tiện tiếp tục tăng cao hơn nữa, hiệu suất lại suy giảm do dòng khí thải bị kéo cuốn chuyển động về phía trước theo chiều bay của tên lửa.

Tập tin:Average propulsive efficiency of rockets.png
Đồ thị hiệu suất đẩy tức thời (xanh dương) và hiệu suất tổng thể của tên lửa gia tốc từ trạng thái nghỉ (đỏ) theo phần trăm hiệu suất động cơ

Từ các nguyên lý này, hiệu suất đẩy ηp của tên lửa di chuyển với vận tốc u và tốc độ khí thải c được xác định theo công thức:

Bản mẫu:Block indent

Và hiệu suất năng lượng tổng thể tức thời η> là: Bản mẫu:Block indent

Xét ví dụ với hiệu suất động cơ ηc đạt 0,7, một tên lửa bay ở vận tốc Mach 0,85 (tốc độ hành trình tiêu chuẩn của máy bay thương mại) với tốc độ khí thải Mach 10 sẽ chỉ đạt hiệu suất năng lượng tổng thể dự báo là 5,9%. Trong khi đó, một động cơ phản lực hàng không hiện đại có thể đạt hiệu suất gần 35%. Do đó, tên lửa tiêu tốn năng lượng gấp khoảng 6 lần, và nếu tính đến việc mật độ năng lượng của chất đẩy tên lửa chỉ bằng một phần ba nhiên liệu hàng không, khối lượng chất đẩy cần mang theo cho cùng hành trình sẽ lớn gấp 18 lần. Đây là lý do tên lửa không bao giờ được ứng dụng cho hàng không dân dụng thông thường.

Do năng lượng giải phóng từ nhiên liệu, tên lửa chỉ thực sự phát huy hiệu quả ở các nhiệm vụ đòi hỏi vận tốc cực lớn, tiêu biểu như ICBM hay các đợt phóng vào quỹ đạo. Đơn cử, Tàu con thoi của NASA phải đốt động cơ trong khoảng 8,5 phút, tiêu thụ 1.000 tấn chất đẩy rắn (chứa 16% nhôm) cùng 2.000.000 lít chất đẩy lỏng (gồm 106.261 kg nhiên liệu hydro lỏng) để đưa con tàu nặng 100.000 kg (mang 25.000 kg tải trọng) lên độ cao 111 km và đạt vận tốc quỹ đạo 30.000 km/h. Ở độ cao và vận tốc này, con tàu thu được động năng khoảng 3 TJ và thế năng khoảng 200 GJ. So với tổng năng lượng ban đầu là 20 TJ,[lower-alpha 4] Tàu con thoi đạt hiệu suất năng lượng khoảng 16% trong giai đoạn phóng lên quỹ đạo.

Vì lý do đó, các dòng động cơ phản lực không khí với sự tương thích tốt hơn giữa tốc độ bay và tốc độ khí thải (như turbofan, dù chỉ số ηc thấp hơn) giữ thế thượng phong trong môi trường khí quyển ở dải tốc độ cận âm và siêu âm. Ngược lại, tên lửa thống trị ở dải tốc độ cực siêu thanh. Ngoài ra, tên lửa vẫn được ứng dụng phổ biến trong nhiều dòng vũ khí quân sự tầm ngắn ở tốc độ tương đối thấp, nơi nhược điểm hiệu suất bị lấn áp hoàn toàn bởi ưu thế lực đẩy khổng lồ và gia tốc tức thì.

Hiệu ứng Oberth

Bài chi tiết: Hiệu ứng Oberth

Năng lượng tên lửa sở hữu một đặc tính vật lý tinh tế gọi là hiệu ứng Oberth. Một tầng tên lửa khi mang tải trọng nhất định sẽ cung cấp một giá trị delta-v cố định (đại diện cho mức tăng hoặc giảm vận tốc, không phụ thuộc vào vận tốc ban đầu của phương tiện). Tuy nhiên, vì động năng tỉ lệ thuận với bình phương vận tốc, tên lửa di chuyển với vận tốc ban đầu càng nhanh tại thời điểm khai hỏa sẽ thu được hoặc mất đi lượng năng lượng quỹ đạo càng lớn.

Hiện tượng này được ứng dụng rộng rãi trong du hành liên hành tinh. Khi tên lửa thực hiện chuyển quỹ đạo ở vận tốc cao (gần Trái Đất hoặc bề mặt các thiên thể), lượng delta-v cần thiết để đạt vận tốc thoát sẽ nhỏ hơn nhiều so với việc kích hoạt động cơ khi tên lửa đã di chuyển chậm lại ở độ cao lớn.

Xem thêm

Ghi chú

  1. ^ Từ tiếng Anh rocket, lần đầu tiên được ghi nhận vào năm 1566 (OED), được mượn từ thuật ngữ tiếng Ý, xuất phát từ sự tương đồng về hình dáng với ống chỉ hoặc con thoi dùng để giữ chỉ từ guồng quay sợi. Thuật ngữ tiếng Ý hiện đại là razzo.
  2. ^ "Nếu từng thấy một vòi chữa cháy lớn đang phun nước, bạn sẽ nhận ra cần rất nhiều sức mạnh để giữ vòi (đôi khi phải hai hoặc ba lính chữa cháy cùng giữ). Vòi nước đang hoạt động tương tự một động cơ tên lửa: phun nước theo một hướng, còn lính chữa cháy phải dùng sức nặng và cơ bắp để chống lại phản lực. Nếu buông tay, vòi nước sẽ quật xung quanh với lực rất mạnh. Nếu tất cả lính chữa cháy đứng trên ván trượt, vòi nước sẽ đẩy họ lùi lại phía sau với tốc độ rất lớn!"[64]
  3. ^ "Tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng Bản mẫu:Math là một thông số không chiều tương đương với gia tốc của hệ thống đẩy tên lửa (được biểu diễn bằng bội số của Bản mẫu:Math) ... trong môi trường chân không không có trọng lực"[2]:442
  4. ^ Mật độ năng lượng đạt 31 MJ/kg đối với nhôm và 143 MJ/kg đối với hydro lỏng, nghĩa là phương tiện đã tiêu thụ khoảng 5 TJ chất đẩy rắn và 15 TJ nhiên liệu hydro.

Tham khảo

  1. ^ a ă Bernhard, Jim (2007). Porcupine, Picayune, & Post: How Newspapers Get Their Names. University of Missouri Press. tr. 126. ISBN 978-0-8262-6601-9. Truy cập ngày 28 tháng 5 năm 2016.
  2. ^ a ă â b c d đ e ê g h i k l m n o Sutton, George P.; Biblarz, Oscar (2001). Rocket Propulsion Elements. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-32642-7. Lưu trữ bản gốc ngày 12 tháng 1 năm 2014. Truy cập ngày 28 tháng 5 năm 2016.
  3. ^ MSFC History Office. "Rockets in Ancient Times (100 B.C. to 17th Century)". A Timeline of Rocket History. NASA. Bản gốc lưu trữ ngày 9 tháng 7 năm 2009. Truy cập ngày 28 tháng 6 năm 2009.
  4. ^ "A brief history of rocketry". NASA Spacelink. Bản gốc lưu trữ ngày 5 tháng 8 năm 2006. Truy cập ngày 19 tháng 8 năm 2006. Rockets appear in Arab literature in 1258 A.D., describing Mongol invaders' use of them on February 15 to capture the city of Baghdad
  5. ^ Crosby, Alfred W. (2002). Throwing Fire: Projectile Technology Through History. Cambridge: Cambridge University Press. tr. 100–103. ISBN 978-0-521-79158-8.
  6. ^ Needham, Volume 5, Part 7, 510.
  7. ^ Hassan, Ahmad Y. "Gunpowder Composition for Rockets and Cannon in Arabic Military Treatises In Thirteenth and Fourteenth Centuries". History of Science and Technology in Islam. Bản gốc lưu trữ ngày 26 tháng 2 năm 2008. Truy cập ngày 29 tháng 3 năm 2008.
  8. ^ Hassan, Ahmad Y. "Transfer Of Islamic Technology To The West, Part III: Technology Transfer in the Chemical Industries". History of Science and Technology in Islam. Bản gốc lưu trữ ngày 9 tháng 3 năm 2008. Truy cập ngày 29 tháng 3 năm 2008.
  9. ^ McCaig, A. D. (2000). "'The Soul of Artillery': Congreve's Rockets and Their Effectiveness in Warfare". Journal of the Society for Army Historical Research. 78 (316): 252–263. JSTOR 44230626.
  10. ^ Riper, A. Bowdoin Van (2004). Rockets and missiles : the life story of a technology. Westport: Greenwood Press. tr. 10. ISBN 978-0-313-32795-7.
  11. ^ Grafton, Anthony (2007), "The Devil as Automaton", Genesis Redux, University of Chicago Press, tr. 46–62, doi:10.7208/chicago/9780226720838.003.0003, ISBN 978-0-226-72081-4, truy cập ngày 18 tháng 2 năm 2024
  12. ^ Battisti, Eugenio; Saccaro Del Buffa Battisti, Giuseppa; Fontana, Giovanni (1984). Le macchine cifrate di Giovanni Fontana: con la riproduzione del Cod. icon. 242 della Bayerische Staatsbibliothek di Monaco di Baviera e la decrittazione di esso e del Cod. lat. nouv. acq. 635 della Bibliothèque nationale di Parigi. Milano: Arcadia Edizioni. ISBN 978-88-85684-06-5.
  13. ^ Bản mẫu:Cite encyclopedia
  14. ^ Winter, Frank (tháng 9 năm 2014). "The Rockets That Inspired Francis Scott Key". Air & Space Magazine. Truy cập ngày 22 tháng 8 năm 2022.
  15. ^ Morris, Charles W. "MLRS and Maneuver Warfare". Marine Corps Association. Truy cập ngày 22 tháng 8 năm 2022.
  16. ^ Congreve, William (2018) [1814]. The Details of the Rocket System. Project Gutenberg.
  17. ^ "Former Queen's principal explained space travel in 1861 | Queen's Gazette". www.queensu.ca (bằng tiếng Anh). Truy cập ngày 18 tháng 8 năm 2025.
  18. ^ Leitch, William (1862). God's Glory in the Heavens.
  19. ^ 'Flight 3 October 1952, A. M. Low, "'The First Guided Missile' p. 436
  20. ^ Zak, Anatoly. "Gas Dynamics Laboratory". Russian Space Web. Truy cập ngày 29 tháng 5 năm 2022.
  21. ^ Glushko, Valentin (1973). Developments of Rocketry and Space Technology in the USSR. Novosti Press Pub. House. tr. 7.
  22. ^ Bản mẫu:Cite AV media
  23. ^ Weide, Robert (Summer 2012). "The Outer Limits". DGA Quarterly. Los Angeles, California: Directors Guild of America, Inc.: 64–71. Bản gốc lưu trữ ngày 28 tháng 1 năm 2019. Truy cập ngày 25 tháng 7 năm 2022. A gallery of behind-the-scenes shots of movies featuring space travel or aliens. Page 68, photo caption: "Directed by Fritz Lang (third from right), the silent film "Woman in the Moon" (1929) is considered one of the first serious science fiction films and invented the countdown before the launch of a rocket. Many of the basics of space travel were presented to a mass audience for the first time."
  24. ^ "Woman in the Moon – Philip French on Fritz Lang's handsomely restored moon-mission yarn". The Guardian. Truy cập ngày 24 tháng 7 năm 2022.
  25. ^ "Watch the Silent Film that Brought Rocket Science to the Masses". Vice. Truy cập ngày 24 tháng 7 năm 2022.
  26. ^ Ordway, Frederick I., III.; Sharpe, Mitchell R. The Rocket Team. Apogee Books Space Series 36. p. 38.
  27. ^ Neufeld, Michael J. (1995). The Rocket and the Reich: Peenemünde and the Coming of the Ballistic Missile Era. New York: The Free Press. tr. 158, 160–162, 190. ISBN 9780029228951. Lưu trữ bản gốc ngày 28 tháng 10 năm 2019. Truy cập ngày 15 tháng 11 năm 2019.
  28. ^ Hollingham, Richard (ngày 8 tháng 9 năm 2014). "V2: The Nazi rocket that launched the space age". BBC. Truy cập ngày 26 tháng 2 năm 2023.
  29. ^ Richard B. Dow (1958), Fundamentals of Advanced Missiles, Washington (DC): John Wiley & Sons, loc 58-13458
  30. ^ United States Congress. House Select Committee on Astronautics and Space Exploration (1959), "4. Rocket Vehicles", Space handbook: Astronautics and its applications : Staff report of the Select Committee on Astronautics and Space Exploration, House document / 86th Congress, 1st session, no. 86, Washington (DC): U.S. G.P.O., OCLC 52368435, Bản gốc lưu trữ ngày 18 tháng 6 năm 2009, truy cập ngày 20 tháng 7 năm 2009
  31. ^ Charles Lafayette Proctor II. "internal combustion engines". Concise Britannica. Bản gốc lưu trữ ngày 14 tháng 1 năm 2008. Truy cập ngày 10 tháng 12 năm 2012.
  32. ^ Discover NASA and You (PDF). NASA. Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 27 tháng 5 năm 2010.
  33. ^ Bản mẫu:Cite AV mediaBản mẫu:Cbignore
  34. ^ Streissguth, Thomas (1995). Rocket man: the story of Robert Goddard. Twenty-First Century Books. tr. 37. ISBN 0-87614-863-1.
  35. ^ Sutton, George P. (2006). History of Liquid Propellant Rocket Engines. Reston, Virginia: American Institute of Aeronautics and Astronautics. tr. 267, 269.
  36. ^ Marconi, Elaine. "What is a Sounding Rocket?". NASA. Lưu trữ bản gốc ngày 2 tháng 6 năm 2016. Truy cập ngày 28 tháng 5 năm 2016.
  37. ^ Fraser, Lorence (1985). "High Altitude Research at the Applied Physics Laboratory in the 1940s" (PDF). Johns Hopkins APL Technical Digest. 6 (1): 92–99. Truy cập ngày 18 tháng 10 năm 2016.
  38. ^ "Test sets world land speed record". www.af.mil. Lưu trữ bản gốc ngày 1 tháng 6 năm 2013. Truy cập ngày 18 tháng 3 năm 2008.
  39. ^ "Spaceflight Now – worldwide launch schedule". Spaceflightnow.com. Bản gốc lưu trữ ngày 11 tháng 9 năm 2013. Truy cập ngày 10 tháng 12 năm 2012.
  40. ^ "Apollo launch escape subsystem". ApolloSaturn. Lưu trữ bản gốc ngày 16 tháng 7 năm 2012. Truy cập ngày 10 tháng 12 năm 2012.
  41. ^ a ă "Soyuz T-10-1 'Launch vehicle blew up on pad at Tyuratam; crew saved by abort system'". Astronautix.com. Bản gốc lưu trữ ngày 5 tháng 8 năm 2014. Truy cập ngày 10 tháng 12 năm 2012.
  42. ^ Wade, Mark. "N1 Manned Lunar Launch Vehicle". astronautix.com. Encyclopedia Astronautica. Bản gốc lưu trữ ngày 21 tháng 2 năm 2012. Truy cập ngày 24 tháng 6 năm 2014.
  43. ^ Wade, Mark. "N1 5L launch – 1969.07.03". astronautix.com. Encyclopedia Astronautica. Bản gốc lưu trữ ngày 27 tháng 7 năm 2015. Truy cập ngày 24 tháng 6 năm 2014.
  44. ^ Harvey, Brian (2007). Soviet and Russian Lunar Exploration. Springer Praxis Books. Berlin: Springer. tr. 226. Bibcode:2007srle.book.....H. doi:10.1007/978-0-387-73976-2. ISBN 978-0-387-73976-2. ISSN 2945-7483. LCCN 2006935327. OCLC 191464485. OL 7444379M.
  45. ^ "N1 (vehicle 5L) moon rocket Test – launch abort system activated". YouTube. 2015 YouTube, LLC. Lưu trữ bản gốc ngày 17 tháng 5 năm 2015. Truy cập ngày 12 tháng 1 năm 2015.
  46. ^ Wade, Mark. "Soyuz T-10-1". astronautix.com. Encyclopedia Astronautica. Bản gốc lưu trữ ngày 5 tháng 8 năm 2014. Truy cập ngày 24 tháng 6 năm 2014.
  47. ^ Bonsor, Kevin (ngày 27 tháng 6 năm 2001). "Howstuff works ejection seats". Science.howstuffworks.com. Bản gốc lưu trữ ngày 6 tháng 4 năm 2010. Truy cập ngày 10 tháng 12 năm 2012.
  48. ^ "Model Rocket Safety Code". National Association of Rocketry. Bản gốc lưu trữ ngày 5 tháng 2 năm 2014. Truy cập ngày 30 tháng 10 năm 2019.
  49. ^ "Safety". National Association of Rocketry. Bản gốc lưu trữ ngày 7 tháng 2 năm 2014. Truy cập ngày 6 tháng 7 năm 2012.
  50. ^ "Model Rockets". exploration.grc.nasa.gov. National Aeronautics and Space Administration. Bản gốc lưu trữ ngày 10 tháng 4 năm 2012. Truy cập ngày 6 tháng 7 năm 2012.
  51. ^ "Organizational statement of the NAR" (PDF). National Association of Rocketry. Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 17 tháng 6 năm 2024.
  52. ^ "CSXT Go Fast! Rocket Confirms Multiple World Records". Colorado Space News. ngày 4 tháng 9 năm 2014. Bản gốc lưu trữ ngày 4 tháng 3 năm 2016. Truy cập ngày 28 tháng 5 năm 2016.
  53. ^ "Demonstration of the flying rocket belt, Fort Eustis, Virginia and the Pentagon, 06/07/1961". U.S. National Archives. ngày 7 tháng 6 năm 1961. Truy cập ngày 30 tháng 4 năm 2023.
  54. ^ "Sammy Miller". Eurodragster.com. Bản gốc lưu trữ ngày 2 tháng 6 năm 2013. Truy cập ngày 10 tháng 12 năm 2012.
  55. ^ "'Amateur' rocket launch delayed". BBC News. ngày 25 tháng 8 năm 2007. Lưu trữ bản gốc ngày 12 tháng 11 năm 2012. Truy cập ngày 10 tháng 10 năm 2023.
  56. ^ "Rocket blasts into record books". BBC News. ngày 27 tháng 8 năm 2007. Lưu trữ bản gốc ngày 28 tháng 8 năm 2007. Truy cập ngày 10 tháng 10 năm 2023.
  57. ^ Taylor, Marianne (ngày 27 tháng 8 năm 2007). "Rocket men's quest for command of the Ayr". Glasgow Times. Lưu trữ bản gốc ngày 29 tháng 12 năm 2025. Truy cập ngày 10 tháng 10 năm 2023.
  58. ^ Benson, Charles D.; Faherty, William Barnaby (1978). Moonport (PDF). NASA. tr. 1–17. Bibcode:1978ntrs.rept03956B. hdl:2060/19790003956. LCCN 77029118. OCLC 3608505. OL 4558644M. SP-4204. Lưu trữ (PDF) bản gốc ngày 24 tháng 6 năm 2025. Truy cập ngày 31 tháng 7 năm 2020.
  59. ^ "Opinion: Another task for the PSLV". The Hindu. ngày 22 tháng 6 năm 2011. ISSN 0971-751X. Lưu trữ bản gốc ngày 29 tháng 4 năm 2014. Truy cập ngày 31 tháng 7 năm 2020.
  60. ^ a ă â Bản mẫu:Cite tech report Bản mẫu:Page needed
  61. ^ Bản mẫu:Cite tech report
  62. ^ "Sound Suppression System". Bản gốc lưu trữ ngày 29 tháng 6 năm 2011. Truy cập ngày 30 tháng 4 năm 2016.
  63. ^ Warren, J. W. (1979). Understanding force: an account of some aspects of teaching the idea of force in school, college and university courses in engineering, mathematics and science. London: Murray. tr. 37–38. ISBN 978-0-7195-3564-2.
  64. ^ Sự nhầm lẫn được minh họa trong Brain, Marshall (tháng 4 năm 2000). "How Rocket Engines Work". Howstuffworks.com. Truy cập ngày 22 tháng 8 năm 2022.
  65. ^ Warren, J. W. (1979). Understanding force: an account of some aspects of teaching the idea of force in school, college and university courses in engineering, mathematics and science. London: Murray. tr. 28. ISBN 978-0-7195-3564-2.
  66. ^ "Four forces on a model rocket". NASA. ngày 19 tháng 9 năm 2000. Bản gốc lưu trữ ngày 29 tháng 11 năm 2012. Truy cập ngày 10 tháng 12 năm 2012.
  67. ^ Glasstone, Samuel (1965). Sourcebook on the Space Sciences. D. Van Nostrand Co. tr. 209. OCLC 232378. Lưu trữ bản gốc ngày 19 tháng 11 năm 2017. Truy cập ngày 28 tháng 5 năm 2016.
  68. ^ Callaway, David W. (tháng 3 năm 2004). Coplanar Air Launch with Gravity-Turn Launch Trajectories (Master's thesis). Air Force Institute of Technology. tr. 2.
  69. ^ "Space Shuttle Max-Q". Aerospaceweb. ngày 6 tháng 5 năm 2001. Truy cập ngày 10 tháng 12 năm 2012.
  70. ^ "General Electric J85". Geae.com. ngày 7 tháng 9 năm 2012. Bản gốc lưu trữ ngày 22 tháng 7 năm 2011. Truy cập ngày 10 tháng 12 năm 2012.
  71. ^ "Mach 1 Club". Thrust SSC. Bản gốc lưu trữ ngày 17 tháng 6 năm 2016. Truy cập ngày 28 tháng 5 năm 2016.
  72. ^ a ă â b Braeunig, Robert A. (2008). "Rocket Propellants". Rocket & Space Technology.
  73. ^ "table of cislunar/mars delta-vs". Bản gốc lưu trữ ngày 1 tháng 7 năm 2007.
  74. ^ "cislunar delta-vs". Strout.net. Lưu trữ bản gốc ngày 12 tháng 3 năm 2000. Truy cập ngày 10 tháng 12 năm 2012.
  75. ^ "Choose Your Engine". Projectrho.com. ngày 1 tháng 6 năm 2012. Lưu trữ bản gốc ngày 29 tháng 5 năm 2010. Truy cập ngày 10 tháng 12 năm 2012.
  76. ^ "The Evolution of Rockets". Istp.gsfc.nasa.gov. Bản gốc lưu trữ ngày 8 tháng 1 năm 2013. Truy cập ngày 10 tháng 12 năm 2012.
  77. ^ "Rocket Mass Ratios". Exploration.grc.nasa.gov. Bản gốc lưu trữ ngày 16 tháng 2 năm 2013. Truy cập ngày 10 tháng 12 năm 2012.
  78. ^ a ă "Astronautix – Ariane 5g". Bản gốc lưu trữ ngày 25 tháng 12 năm 2003.
  79. ^ a ă "Astronautix – Saturn V". Bản gốc lưu trữ ngày 28 tháng 2 năm 2002.
  80. ^ a ă "Astronautix – Saturn IB". Bản gốc lưu trữ ngày 5 tháng 3 năm 2002.
  81. ^ "Astronautix-V-2". Bản gốc lưu trữ ngày 2 tháng 3 năm 2002.
  82. ^ a ă â b c "AIAA2001-4619 RLVs" (PDF). Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 6 tháng 12 năm 2013. Truy cập ngày 19 tháng 2 năm 2019.
  83. ^ NASA (2006). "Rocket staging". Beginner's Guide to Rockets. NASA. Bản gốc lưu trữ ngày 2 tháng 6 năm 2016. Truy cập ngày 28 tháng 5 năm 2016.
  84. ^ "Astronautix NK-33 entry". Astronautix.com. ngày 8 tháng 11 năm 2006. Bản gốc lưu trữ ngày 25 tháng 6 năm 2002. Truy cập ngày 10 tháng 12 năm 2012.

Liên kết ngoài

Tập tin:Commons-logo.svg
Wikimedia Commons có thêm hình ảnh và phương tiện về Tên lửa.
Lấy từ “https://wikibeta.org/index.php?title=Tên_lửa&oldid=27026”