TIỂU LUẬN vật lý 3 đề tài du hành vũ trụ

1.1.3 Tàu vũ trụ Thiết bị vũ trụ được dùng để vận chuyển người hay các trang bị, hàng hóa lên khoảng không ở bên ngoài tầng khí quyển Trái Đất được gọi là tàu vũ trụ.. Chương 2: Du hành

TIỂU LUẬN VẬT LÝ 3

Đề tài: “Du hành vũ trụ”

GVHD : Trần Hải Cát Nhóm SVTH: Nhóm 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG



NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Lê Đức Dũng 19145349 - Soạn nội dung

PowerPoint

- Thuyết trình chương 1

A

Lê Thanh Thành Đạt 19145359 - Soạn nội dung chương 3

- Thuyết trình chương 3

A

Trương Ngọc 19145429 - Soạn nội dung chương 2

- Thuyết trình chương 2 A

Nguyễn Văn Nhiên 19145433 - Soạn nội dung chương 2

- Thuyết trình chương 2

A

Nguyễn Thành Phát 19145438 - Soạn nội dung chương 1

- Thuyết trình chương 1

A

Nguyễn Thanh Phúc 19145444 - Soạn nội dung chương 2

- Thuyết trình chương 2 A

MỤC LỤC

Chương 1: Khái quát về vũ trụ 4

1.1 Các khái niệm cơ bản 4

1.1.1 Vũ trụ là gì? 4

1.1.2 Du hành vũ trụ 4

1.1.3 Tàu vũ trụ 4

1.2 Lịch sử hình thành 4

Chương 2: Du hành vũ trụ 5

2.1 Các nhánh của ngành du hành vũ trụ 5

2.1.1 Môi trường không gian 5

2.1.2 Kỹ thuật hàng không - vũ trụ 6

2.1.3 Vật lý không gian 6

2.2 Thiết bị vũ trụ 6

2.2.1 Các loại thiết bị vũ trụ 6

2.2.2 Cấu tạo của thiết bị vũ trụ 7

2.3 Trang phục ngoài không gian 8

2.4 Quá trình bay vào vũ trụ 8

2.4.1 Người đầu tiên bay vào vũ trụ 8

2.4.2 Quá trình bay vào vũ trụ (tàu con thoi) 8

Chương 3: Vũ trụ trong cuộc sống của chúng ta 9

3.1 Vì sao phải nghiên cứu vũ trụ? 9

3.2 Sử dụng không gian bên ngoài 12

Chương 1: Khái quát về vũ trụ

1.1 Các khái niệm cơ bản

1.1.1 Vũ trụ là gì?

Vũ trụ bao gồm tất cả các vật chất, năng lượng và không gian hiện có, được coi

là một tổng thể Vũ trụ bao gồm các hành tinh, sao, thiên hà, các thành phần của không gian liên sao, những hạt hạ nguyên tử nhỏ nhất, và mọi vật chất và năng lượng Vũ trụ quan sát được có đường kính vào khoảng trong thời điểm hiện tại và ước tính có khoảng 2 nghìn tỉ thiên hà trong vũ trụ quan sát được Các nhà thiên văn chưa biết được kích thước toàn thể của Vũ trụ là bao nhiêu và có thể là vô hạn

1.1.2 Du hành vũ trụ

Du hành vũ trụ (Du hành không gian) là chuyến bay bằng cách phóng tên lửa đi vào không gian vũ trụ

1.1.3 Tàu vũ trụ

Thiết bị vũ trụ được dùng để vận chuyển người hay các trang bị, hàng hóa lên khoảng không ở bên ngoài tầng khí quyển Trái Đất được gọi là tàu vũ trụ Tàu vũ trụ còn có tên gọi là phi thuyền không gian, có hai loại cơ bản là tàu vũ trụ có người lái như tàu Phương Đông (Liên Xô), Tàu vũ trụ Soyuz (Nga), hệ thống tàu con thoi (Mỹ), tàu Thần Châu (Trung Quốc), tàu vận tải (tàu vũ trụ không người lái) như tàu vận tải Tiến Bộ (Nga), tàu vận tải HTV (Nhật)

1.2 Lịch sử hình thành

Sự giải thích nguồn gốc của vũ trụ luôn là đề tài gây nhiều tranh cãi ở mọi thời đại Bởi vì nó không chỉ mang ý nghĩa đơn thuần về mặt khoa học mà còn có ý nghĩa về mặt thế giới quan và phương pháp luận khoa học Có nhiều giả thuyết về nguồn gốc của vũ trụ nhưng trong thế kỉ XX thuyết được nhiều người chấp nhận

đó là thuyết Big Bang

Một cách ngắn gọn, Big Bang là thuyết được chấp nhận rộng rãi nhất để mô tả

quá trình hình thành Vũ trụ vào khoảng 13.8 tỷ năm trước Điểm kì dị có thể hiểu đơn giản là một điểm bất kỳ trong không gian, sở hữu trọng lực mạnh đến vô cùng

Có rất nhiều loại điểm kì dị: kì dị lỗ đen, kì dị trần trụi… nhưng chúng ta sẽ chỉ tìm hiểu về kì dị Big Bang Theo đó, do vũ trụ có xu hướng ngày càng mở rộng Vì vậy trong quá khứ chắc chắn nó đã từng tập trung tại cùng một điểm Hãy thử tưởng tượng 13.8 tỷ năm trước, khi tất cả ngôi sao, hành tinh, thiên hà đều dồn nén vào một điểm duy nhất có kích thước siêu nhỏ Như vậy điểm đó phải cực kì đặc, cực

kì nóng với độ cong không - thời gian (lực hấp dẫn) đạt đến vô hạn Và rất nhanh sau đó, khoảng 1 phần hàng triệu tỷ giây, không gian bên trong các điểm kì dị đột nhiên giãn nở nhanh hơn cả vận tốc của ánh sáng Như vậy, Big Bang không phải

là vụ nổ mà là một sự giãn nở nhanh bất thường của không - thời gian, mà nhờ sự giãn nở đó mới tạo ra vũ trụ Một khoảng thời gian sau đó vũ trụ nở ra với tốc độ chậm hơn nên hình thành 3 loại hạt cơ bản là proton, electron, notron Ngoài ra còn

có phản hạt 3 phút sau Big Bang, proton và notron kết hợp với nhau để tạo thành các hạt nhân nguyên tử 370000 năm sau Big Bang, các electron bắt đầu mất dần động năng do sự nguội đi của vu trụ Chúng bị các hạt nhân bắt giữ và từ đó vật chất được hình thành 1 tỷ năm tiếp theo, từ các vật chất hình thành nên lượng bụi khí khổng lồ rải rác khắp vũ trụ Chúng tụ lại vào nhau hình thành nên các ngôi sao

và thiên hà, tạo nên vũ trụ mà chúng ta thấy hiện nay

Chương 2: Du hành vũ trụ

2.1 Các nhánh của ngành du hành vũ trụ

2.1.1 Môi trường không gian

- Môi trường không gian là một nhánh của ngành du hành vũ trụ, kỹ thuật hàng không vũ trụ và vật lý không gian tìm cách hiểu và giải quyết các điều kiện tồn tại trong không gian ảnh hưởng đến việc thiết kế và vận hành tàu vũ trụ

- Bức xạ trong không gian thường đến từ ba nguồn chính:

+ Vành đai bức xạ Van Allen

+ Các sự kiện proton mặt trời và các hạt năng lượng mặt trời

+ Các tia vũ trụ thiên hà

2.1.2 Kỹ thuật hàng không - vũ trụ

- Kỹ thuật hàng không - vũ trụ là một trong những ngành kỹ thuật cơ bản liên quan đến thiết kế, kết cấu và khoa học về khí cụ bay và tàu vũ trụ Nó được chia thành hai nhánh lớn là kỹ thuật hàng không và kĩ thuật vũ trụ

- Kỹ thuật hàng không-vũ trụ có thể được hiểu bao gồm những lĩnh vực cấu thành sau: Cơ học lưu chất, Động lực học bay, Cơ học kết cấu máy,Toán học, Kỹ thuật điện, Động cơ phản lực, Kỹ thuật điều khiển, Kiểm soát không lưu, Vật liệu kết cấu, Cơ học vật rắn, Điện hàng không, Độ tin cậy bay, Phần mềm, Điều khiển nhiễu, Kiểm định bay, Công nghệ chế tạo thiết bị bay (máy bay, tên lửa, tàu vũ trụ)

- Kỹ thuật hàng không - vũ trụ có thể được học ở nhiều cấp học từ Kỹ sư, Thạc

sĩ, Tiến sĩ và Sau tiến sĩ ở nhiều nước công nghiệp hàng không vũ trụ phát triển trên thế giới như Mỹ, Nga, Pháp, Anh, Trung Quốc, Nhật

- Kỹ sư hàng không - vũ trụ có thể được hiểu là một kỹ sư trên các lĩnh vực cơ bản sau: Kỹ sư máy bay (dân dụng và quân sự), Kỹ sư tên lửa và Kỹ sư nghiên cứu

về các thiết bị vũ trụ (vệ tinh, tàu vũ trụ)

2.1.3 Vật lý không gian

- Là nghiên cứu về plasma khi chúng xảy ra một cách tự nhiên trong của Trái Đất thượng tầng khí quyển và trong Hệ Mặt Trời

- Vật lý không gian là một phần cơ bản của nghiên cứu về thời tiết không

gian và có ý nghĩa quan trọng không chỉ trong việc tìm hiểu vũ trụ, mà còn cho cuộc sống thực tế hàng ngày, bao gồm các hoạt động của thông tin liên lạc và vệ tinh thời tiết

2.2 Thiết bị vũ trụ

2.2.1 Các loại thiết bị vũ trụ

a Khái lược:

- Thiết bị vũ trụ là tên gọi chung của các thiết bị với chức năng là thực hiện nhiều bài toán khác nhau về không gian vũ trụ, tiến hành nghiên cứu các công việc khác nhau trên bề mặt của những thiên thể khác nhau Các thiết bị vũ trụ được đưa lên quỹ đạo nhờ các tên lửa đẩy

b Phân loại:

- Theo hoạt động:

+ Trạm vệ tinh: Là các loại tàu vũ trụ chỉ được phóng và trở thành một vệ tinh nhân tạo của Trái Đất nhằm làm một trạm có khả năng kết nối với các tàu vũ trụ khác, thực hiện các thí nghiệm không gian, và có thể dùng làm trạm trung chuyển cho các chuyến phi hành có người lái vào khoảng không xa hơn của vũ trụ Các trạm này sẽ ở lại vĩnh viễn trong quỹ đạo cho đến khi không sử dụng nữa

+ Tàu thám hiểm: Đây là loại tàu vũ trụ có khả năng bay theo một quỹ đạo nào đó hoặc vượt ra khỏi tầm hút của Trái Đất

- Theo chức năng:

+ Tàu mẹ (phi thuyền mẹ)

+ Tàu con (phi thuyền con)

+ Tàu con thoi (phi thuyền con thoi) gồm có 3 phần chính: Hai tên lửa đẩy nhiên liệu rắn, thùng chứa nhiên liệu (nằm bên ngoài) để cung cấp nhiên liệu cho

3 động cơ chính của tàu trong quá trình phóng, trạm quỹ đạo chứa phi hành đoàn

và được thiết kế để có thể kết nối vào trạm không gian

2.2.2 Cấu tạo của thiết bị vũ trụ

Gồm có 3 thành phần chính:

- Tàu vũ trụ: Dùng để vận chuyển người hay các trang bị, hàng hóa lên khoảng không ở bên ngoài tầng khí quyển Trái Đất, ngoài ra nó còn đóng vai trò như một tàu thoát hiểm cho các nhà du hành vũ trụ trên trạm trong trường hợp xảy ra sự cố

- Trạm quỹ đạo: Thiết kế cho con người sống trong không gian bên ngoài và khả năng cung cấp không gian sống, nghiên cứu lâu dài cho con người

- Bộ đôi tên lửa: Tạo ra phản lực cần thiết để đưa tàu vũ trụ ra không gian

2.3 Trang phục ngoài không gian

- Là một bộ quần áo được mặc để giữ cho con người sống trong môi trường khắc nghiệt của không gian bên ngoài thiên thể, chân không và nhiệt độ Bộ quần

áo vũ trụ thường được mặc bên trong tàu vũ trụ như một biện pháp phòng ngừa an toàn trong trường hợp mất áp suất cabin, và cần thiết cho hoạt động ngoài tàu vũ trụ (EVA), công việc được thực hiện bên ngoài tàu vũ trụ

- Tùy theo mục đích sử dụng để chia làm 3 loại chính:

+ IVA: Hoạt động bên trong tàu vũ trụ

+ EVA: Hoạt động bên ngoài tàu vũ trụ

+ IEVA: Hoạt động bên trong/ngoài tàu vũ trụ

2.4 Quá trình bay vào vũ trụ

2.4.1 Người đầu tiên bay vào vũ trụ

Người đầu tiên bay vào vũ trụ: Yuri Alekseyevich Gagarin (1934–1968): là một phi công và phi hành gia người Liên Xô Ông được ghi nhận là người đầu tiên trong lịch sử nhân loại thực hiện chuyến bay vào vũ trụ, ngày 12 tháng

4 năm 1961 trên tàu vũ trụ Phương Đông 1

2.4.2 Quá trình bay vào vũ trụ (tàu con thoi)

Nguyên lý hoạt động: Tàu con thoi được phóng thẳng đứng, như một tên lửa thường, với hai tên lửa được phóng song song với 3 động cơ chính của tàu vũ trụ, được bình nhiên liệu ngoài cung cấp nhiên liệu Bộ đôi tên lửa được thả ra trước khi tàu vũ trụ đạt tới quỹ đạo, và bình nhiên liệu ngoài được vứt bỏ trước khi tàu bắt đầu quá trình đạt tới quỹ đạo, lúc ấy tàu sẽ sử dụng đến 2 động cơ điều khiển quỹ đạo (OMS - Orbital Manuevering System) Khi kết thúc nhiệm vụ, tàu sẽ sử dụng tiếp 2 động cơ điều khiển quỹ đạo để rời quỹ đạo và tái nhập vào bầu khí

quyển

Chương 3: Vũ trụ trong cuộc sống của chúng ta

3.1 Vì sao phải nghiên cứu vũ trụ?

Đi vào vũ trụ là một việc nguy hiểm và đắt đỏ Vậy tai sao chúng ta phải bận tâm đến điều đó? Bởi vì không gian bên ngoài cung cấp một số lợi ích thuyết phục cho xã hội hiện đại ngày nay:

- Một góc nhìn toàn cầu - từ trên cao quỹ đạo

Ở càng cao thì bạn nhìn thấy càng nhiều diện tích bề mặt Trái Đất Trong hàng ngàn năm, các vị vua và những nhà cai trị đã lợi dụng thực tế này bằng cách đặt các trạm canh gác trên đỉnh những ngọn núi cao nhất để thăm dò được nhiều hơn vương quốc của họ, và cảnh báo nguy cơ bị tấn công Xuyên suốt lịch sử, nhiều trận chiến đã diễn ra để "giành lấy điểm cao" Không gian bên ngoài nhận lấy nhiệm vụ này cho một góc nhìn lớn hơn bao giờ hết Từ một điểm thuận lợi trong không gian, chúng ta có thể quan sát những khu vực rộng lớn của bề mặt Trái Đất Các tàu vũ trụ quỹ đạo do đó có thể phục vụ như là "tai mắt của bầu trời" để cung cấp nhiều dịch vụ hữu ích

- Một cái nhìn rõ ràng về "thiên đường" - không bị cản trở bởi bầu khí quyển

Khi chúng ta nhìn những ngôi sao trên bầu trời đêm, chúng ta thấy ánh sáng lấp lánh đặc trưng của chúng Ánh sáng lấp lánh này bị gây ra bởi việc làm mờ "ánh sao" khi nó đi xuyên qua bầu khí quyển, mà chúng ta gọi là sự nhấp nháy

(scintillation) Bầu khí quyển làm mờ đi một ít ánh sáng này, và chặn hoàn toàn các ánh sáng khác, khiến cho các nhà thiên văn học - những người cần phải tiếp cận toàn bộ các vùng của phổ điện từ để khám phá một cách đầy đủ về vũ trụ - phải thất vọng Bằng cách đặt một đài quan sát vào không gian bên ngoài, chúng ta có thể đưa các công cụ lên phía trên bầu khí quyển và có được cái nhìn không bị cản

trở vào vũ trụ Kính viễn vọng Không gian Hubble, Đài quan sát Tia Gamma, và Đài quan sát Chandra là những công cụ được trang bị cảm biến hoạt động vượt xa bên ngoài ranh giới của giác quan con người Các kết quả từ việc sử dụng những công cụ này từ các vị trí thuận lợi đặc biệt trong không gian đang cách mạng hóa hiểu biết của chúng ta về vũ trụ

- Một môi trường rơi tự do - cho phép chúng ta phát triển các vật liệu tiên tiến mà không thể làm được trên Trái Đất

Chẳng hạn, để tạo ra một hợp chất kim loại mới nhất định, chúng ta phải trộn hai hay nhiều kim loại với với nhau vừa đúng tỷ lệ Thật không may, trọng lực có xu hướng kéo các kim loại nặng hơn xuống đáy của bình chứa, khiến cho một hỗn hợp đồng nhất khó có thể hình thành Nhưng không gian bên ngoài cung cấp giải pháp cho vấn đề này Một nhà máy sản xuất trên quỹ đạo (và tất cả mọi thứ trong nhà máy đó) thực tế là đang rơi về phía Trái Đất, nhưng không bao giờ va chạm với Trái Đất Đây là một điều kiện được gọi là "rơi tự do" (KHÔNG phải là "không trọng lực", chúng ta sẽ xem xét sau) Trong môi trường rơi tự do, không có lực tương tác nào trên một đối tượng, do đó chúng ta nói đối tượng đó là không có trọng lượng, khiến cho việc tạo ra các hỗn hợp đồng nhất của các vật liệu khác nhau trở nên khả thi Không bị cản trở bởi trọng lượng rơi trên bề mặt Trái Đất, các nhà máy trên quỹ đạo có được tiềm năng để tạo ra các vật liệu mới kỳ lạ cho các thành phần máy tính hay các ứng dụng khác, cũng như các sản phẩm dược học mới đầy hứa hẹn để chống chọi với bệnh tật trên Trái Đất Việc nghiên cứu các ảnh hưởng của không trọng lượng trên cây cối, động vật, và sinh lý học con người cũng đem lại cho chúng ta cái nhìn sâu sắc hơn về cách mà bệnh tật và sự lão hóa ảnh hưởng đến chúng ta

- Tài nguyên phong phú - chẳng hạn như năng lượng Mặt Trời và các vật chất ngoài Trái Đất

Trong khi một số người đang tranh cãi về việc làm thế nào để chia chiếc bánh tài nguyên có hạn của Trái Đất thành những miếng nhỏ hơn, thì những người khác lại đấu tranh rằng chúng ta chỉ cần nướng một chiếc bánh lớn hơn Sự rộng lớn của Hệ Mặt Trời cung cấp một nguồn dự trữ khoáng sản và năng lượng chưa được khai thác để duy trì sự bành trướng của loài người bên ngoài cái nôi Trái Đất Tàu vũ trụ hiện nay mới chỉ sử dụng một trong số lượng tài nguyên phong phú này - năng lượng Mặt Trời có giới hạn Nhưng các nhà khoa học đã suy đoán rằng chúng ta có thể sử dụng tài nguyên Mặt Trăng, hay thậm chí là từ các tiểu hành tinh, để cung cấp nhiên liệu cho một "nền kinh tế vũ trụ" đang lớn mạnh Đất Mặt trăng chẳng hạn, được biết là giàu oxygen và nhôm Chúng ta có thể sử dụng oxygen này trong các động cơ tên lửa và để cho con người hô hấp Nhôm là một kim loại quan trọng

sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp Cũng có khả năng nước đá có thể mắc kẹt trong những hố thiên thạch tối-vĩnh-viễn ở các cực Mặt Trăng Những tài nguyên này, kết hợp với nỗ lực của nhân loại để khám phá, sẽ khiến bầu trời thực sự không còn là giới hạn!

- Một thử thách đặc biệt có thể xem là ranh giới cuối cùng của nhân loại

Trong khi một số người đang tranh cãi về việc làm thế nào để chia chiếc bánh tài nguyên có hạn của Trái Đất thành những miếng nhỏ hơn, thì những người khác lại đấu tranh rằng chúng ta chỉ cần nướng một chiếc bánh lớn hơn Sự rộng lớn của Hệ Mặt Trời cung cấp một nguồn dự trữ khoáng sản và năng lượng chưa được khai thác để duy trì sự bành trướng của loài người bên ngoài cái nôi Trái Đất Tàu vũ trụ hiện nay mới chỉ sử dụng một trong số lượng tài nguyên phong phú này - năng lượng Mặt Trời có giới hạn Nhưng các nhà khoa học đã suy đoán rằng chúng ta có thể sử dụng tài nguyên Mặt Trăng, hay thậm chí là từ các tiểu hành tinh, để cung