Cách tên lửa điều hướng trong không gian

Để phóng tên lửa vào vũ trụ, các kỹ sư và nhà khoa học cần đảm bảo phương tiện có đủ lực đẩy và nhiên liệu để thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái Đất. Tên lửa thường bay theo đường cong để tận dụng trọng lực và sử dụng thao tác xoay nghiêng để bay đúng hướng.

Theo Headed for Space, phần lớn tổ hợp phóng tên lửa lớn trên thế giới đều nằm trên hoặc gần xích đạo do Trái Đất đạt tốc độ quay nhanh nhất tại xích đạo. Do đó, tên lửa phóng từ xích đạo và di chuyển về phía đông có thể tăng tốc tức thì (khoảng 1.670 km/h) nhờ vòng quay của Trái Đất. Tuy nhiên, không phải quỹ đạo và đường bay của mọi tàu vũ trụ đều theo hướng đông.

Ví dụ, để đưa tên lửa Saturn V vào quỹ đạo tối ưu đến Mặt Trăng, phương tiện cần đạt độ nghiêng quỹ đạo 18 độ và góc phóng 72 độ. Tương tự, Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) nằm ở độ nghiêng quỹ đạo 51,6 độ và cần góc phóng 38,4 độ. Trong cả hai trường hợp, phóng tên lửa về phía đông mà không điều chỉnh giữa chuyến bay sẽ khiến phương tiện không thể tiến vào quỹ đạo như mục tiêu.

Do tổ hợp phóng nằm cố định theo hướng bắc - nam hoặc đông - tây, phương tiện phóng cần loại bỏ chênh lệch giữa góc phóng và hướng bệ phóng, hoặc sử dụng những tính toán điều hướng phức tạp giữa chuyến bay để điều chỉnh đường đi. Ngay sau khi rời bệ phóng thẳng đứng, tên lửa như Starship của SpaceX sẽ thực hiện xoay trục (roll) và nghiêng dần (pitch) theo hướng của quỹ đạo dự kiến. Thao tác xoay nghiêng giúp tên lửa tận dụng lực hấp dẫn của Trái Đất để bẻ lái dần sang phương ngang, giúp tiết kiệm nhiên liệu tối đa.

Theo BGR, tên lửa chủ yếu hoạt động trong khí quyển Trái Đất thường sử dụng các đặc điểm khí động học như cánh đuôi, tận dụng lực cản không khí để kích hoạt thao tác xoay trong. Đây là đặc điểm thường gặp trên tên lửa đạn đạo của hệ thống phòng thủ quân sự. Tuy nhiên, phần lớn tên lửa hiện đại hoạt động trên quỹ đạo dùng động cơ đẩy để xoay nghiêng sau khi phóng. Do vòi phun động cơ có thể điều chỉnh, chúng có thể chuyển hướng lực đẩy theo chiều ngược nhau, giúp tên lửa xoay tròn.

Không phải mọi tên lửa đều có nhiều vòi phun, thay vào đó, kỹ sư thiết kế những động cơ phụ trợ nhỏ hơn gọi là động cơ đẩy Vernier, thường đặt bên hông phương tiện phóng hoặc lệch về phía động cơ chính, để khởi động quá trình xoay.

Các kỹ sư cũng đưa ra một số giải pháp mới giúp tên lửa xoay nghiêng dễ dàng. Ví dụ, tên lửa Delta IV chỉ có một vòi phun động cơ nhưng bằng cách hướng hai ống khí thải của máy phát điện khí gas theo chiều ngược nhau, phương tiện phóng này vẫn có thể xoay được.