Làm thế nào để bay khỏi Trái đất?

Khi bạn đá một quả bóng hoặc bắn một viên đạn lên trời, dù chúng bay cao đến đâu thì cuối cùng vẫn rơi xuống đất. Vì sao chúng không bay mãi và “đi luôn” khỏi Trái đất? Đơn giản là mọi vật thể quanh Trái đất đều chịu sức hút của nó. Vậy tại sao các vệ tinh nhân tạo và phi thuyền không gian lại có thể bay quanh Trái đất trong nhiều ngày mà không rơi xuống?

Muốn giải thích điều này, trước tiên hãy làm một thí nghiệm đơn giản: buộc một vật nặng vào đầu dây, cầm chắc đầu kia của sợi dây rồi quay mạnh. Tay bạn sẽ cảm thấy có một lực kéo căng ra các phía. Tốc độ quay càng nhanh, lực kéo hướng ra ngoài càng mạnh. Lực kéo đó gọi là lực ly tâm. Còn lực của sợi dây giữ chặt vật nặng và bắt nó quay tròn gọi là lực hướng tâm. Lực ly tâm và lực hướng tâm tuy ngược chiều nhau nhưng cân bằng và tác động vào hai vật thể là sợi dây và vật nặng. Mọi vật khi chuyển động tròn đều chịu tác động của lực hướng tâm. Cần đạt 11,2 km/giây mới thắng được sức hút của Trái đất.

Khi bay quanh Trái đất, vệ tinh nhân tạo cũng chịu tác dụng của sức hút Trái đất. Nếu tốc độ chưa đủ lớn để duy trì chuyển động quỹ đạo, sức hút này không chỉ buộc vệ tinh bay quanh mà còn kéo nó rơi trở lại Trái đất.

Chỉ khi vệ tinh nhân tạo bay với tốc độ rất lớn, đến mức chuyển động của nó tạo được quỹ đạo quanh Trái đất, nó mới không bị rơi. Theo tính toán khoa học, để đạt được điều đó, vệ tinh nhân tạo phải có tốc độ khoảng 7,8 km/giây. Tốc độ này được gọi là “tốc độ vũ trụ 1”.

Tuy vậy, ngay cả ở tốc độ này, do vẫn gặp lớp không khí mỏng bên ngoài Trái đất, vệ tinh sẽ chuyển động chậm dần và cuối cùng rơi vào tầng khí quyển đậm đặc, ma sát nóng lên rồi bốc cháy. Để khắc phục hiện tượng đó và “thoát ly” khỏi Trái đất, vệ tinh phải đạt tốc độ 11,2 km/giây. Tốc độ này còn được gọi là “tốc độ thoát ly” hoặc “tốc độ vũ trụ 2”. Nếu muốn bay tới các hành tinh khác, vệ tinh cần đạt tốc độ 16,7 km/giây. Đó là “tốc độ vũ trụ 3”.