Công nghệ mới giúp tiêm kích Mỹ đạt tốc độ gấp 10 lần âm thanh

2 giờ trướcBài gốc

Điểm đáng chú ý là nhiều nỗ lực hiện nay đang tập trung vào một công nghệ từng được xem là khó khả thi - động cơ scramjet chạy bằng hydro.

Tìm kiếm thế hệ máy bay siêu vượt âm mới

Trong nhiều thập niên, máy bay trinh sát nhanh nhất thế giới SR-71 Blackbird được xem là biểu tượng của ưu thế công nghệ hàng không Mỹ. Máy bay có khả năng bay ở độ cao lớn, tốc độ vượt trội và chưa từng bị tên lửa nào bám đuổi thành công.

Một chiếc máy bay trinh sát SR-71 của Mỹ - Ảnh: NASA

Kể từ khi dòng trinh sát này ngừng hoạt động, nhu cầu về một phương tiện có thể xâm nhập sâu vào không phận đối phương, thu thập thông tin rồi rời đi trước khi bị phát hiện lại trở nên cấp bách trong bối cảnh cạnh tranh chiến lược ngày càng quyết liệt. Cuộc đua phát triển máy bay siêu vượt âm từ đó bùng nổ. Không chỉ các cơ quan quân sự và tập đoàn quốc phòng tham gia, mà nhiều doanh nghiệp khởi nghiệp cũng tìm cách giải quyết bài toán tốc độ bằng nhiên liệu sạch, công nghệ in 3D và vật liệu chịu nhiệt tiên tiến.

Trong số này, Hypersonix Launch Systems - công ty công nghệ hàng không vũ trụ tại Brisbane (Úc), nổi bật nhờ hướng tiếp cận sử dụng hydro xanh cho động cơ scramjet. Mục tiêu của họ không chỉ phục vụ các nền tảng không người lái trong quân sự, mà còn hướng tới khả năng vận tải hành khách siêu vượt âm trong tương lai.

Hiện Hypersonix hợp tác với Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA), Đơn vị Đổi mới Quốc phòng Mỹ (DIU) và nhà thầu quốc phòng Kratos để phát triển các mẫu bay thử đạt tốc độ từ Mach 5 (6.174km/h) trở lên. Nguyên mẫu DART AE dài 3,5 mét, trang bị động cơ Spartan, dự kiến sẽ phóng thử tại cơ sở Wallops của NASA. Nếu chuyến bay diễn ra thuận lợi, đây sẽ là lần đầu tiên một phương tiện siêu vượt âm sử dụng hoàn toàn hydro xanh làm nhiên liệu.

Hydro trở thành lựa chọn đầy tiềm năng nhờ khả năng sinh năng lượng cao, cháy sạch và chịu nhiệt tốt. Scramjet - loại động cơ tận dụng luồng khí nén tự nhiên ở tốc độ siêu vượt âm, càng đạt hiệu quả khi máy bay bay nhanh. Khi kết hợp với hydro, hiệu suất tăng đáng kể, giúp động cơ Spartan vận hành trong dải tốc độ Mach 5 đến Mach 12 (6.174 - 14.700km/h). Toàn bộ động cơ được in 3D bằng hợp kim chịu nhiệt, đáp ứng yêu cầu của các chuyến bay ở tốc độ cực cao.

Vật liệu quyết định tốc độ

Bay ở tốc độ Mach 10 (12.300km/h) khiến bề mặt máy bay phải chịu mức nhiệt hơn 1.800°C. Để tồn tại trong điều kiện khắc nghiệt như vậy, khung vỏ cần được chế tạo từ các vật liệu đặc biệt, chẳng hạn gốm ma trận composite hoặc các hợp kim siêu chịu nhiệt. Máy bay cũng phải duy trì trọng lượng nhẹ để đạt tốc độ cao, nhưng vẫn đủ bền để chống lại áp lực khí động lớn trong quá trình bay.

Thiết bị được sử dụng để thử nghiệm động cơ scramjet của Northrop Grumman tại Căn cứ Không quân Arnold, Không quân Mỹ - Ảnh: Không quân Mỹ

Một thách thức khác nằm ở chính động cơ. Scramjet không thể vận hành ở tốc độ thấp, vì vậy máy bay cần hệ thống động lực lai, thường kết hợp với tên lửa đẩy để tăng tốc trước khi kích hoạt scramjet. Thiết kế dạng “lai” này khiến quá trình chế tạo và vận hành phức tạp hơn đáng kể so với máy bay phản lực thông thường.

Dù được xem là nhiên liệu lý tưởng cho bay siêu vượt âm, hydro cũng mang theo nhiều khó khăn kỹ thuật. Hydro lỏng phải được lưu trữ trong môi trường nhiệt độ cực thấp, đòi hỏi bình chứa có khả năng cách nhiệt tốt mà không làm tăng trọng lượng tổng thể. Bên cạnh đó, hạ tầng cung ứng hydro trên thế giới vẫn còn hạn chế, gây trở ngại cho việc triển khai rộng rãi.

Tuy vậy, nhiều doanh nghiệp trong lĩnh vực năng lượng dự báo giá hydro xanh sẽ giảm mạnh trong thập kỷ tới. Tại Mỹ, một số công ty thậm chí đang phát triển khí cầu chuyên dụng để vận chuyển hydro, nhằm cung cấp nhiên liệu cho các cơ sở nghiên cứu ở khu vực xa xôi - nơi hạ tầng mặt đất còn thiếu thốn.

Cạnh tranh siêu vượt âm toàn cầu

Cuộc cạnh tranh phát triển khí tài siêu vượt âm đang diễn ra mạnh mẽ trên toàn cầu. Trung Quốc liên tục mở rộng năng lực với các phương tiện lượn siêu vượt âm, trong khi Nga đã biên chế hệ thống Avangard và tên lửa Kinzhal vào lực lượng của mình. Tại châu Âu, Pháp theo đuổi dự án Destinus nhằm chế tạo máy bay chở khách chạy bằng hydro, còn Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) thúc đẩy chương trình Invictus để nghiên cứu thế hệ động cơ siêu vượt âm mới.

SR-71 Blackbird, nổi tiếng với biệt danh "Hắc điểu". Đây là máy bay có người lái nhanh nhất và bay cao nhất trong lịch sử hàng không - Ảnh: Getty

Ở Mỹ, nhiều doanh nghiệp đang thử nghiệm nền tảng bay tốc độ cao, trong bối cảnh ngành hàng không dân dụng cũng quay lại cuộc đua tốc độ. Công ty Boom Supersonic phát triển mẫu Overture với vận tốc Mach 1,7 (2.2082km/h), còn Spike Aerospace và COMAC (Trung Quốc) tiếp tục theo đuổi các thiết kế siêu vượt âm riêng. Dù chưa đạt ngưỡng siêu vượt âm, những dự án này tạo nên hệ sinh thái nghiên cứu sôi động, hỗ trợ gián tiếp cho các công nghệ tốc độ cao.

Điểm nổi bật của Hypersonix là chiến lược gộp ba lĩnh vực - quốc phòng, thương mại và không gian – vào một hệ động lực thống nhất. Mẫu DART AE của công ty hướng tới khả năng đạt Mach 7(8643km/h), trong khi nền tảng lớn hơn VISR được thiết kế như một phương tiện đa nhiệm tái sử dụng, phục vụ nhiệm vụ giám sát, thu thập thông tin và thử nghiệm khí tài siêu vượt âm. Xa hơn, Hypersonix đặt mục tiêu phát triển Delta Velos, một phương tiện phóng vệ tinh chạy bằng scramjet, có thể đưa các tải trọng nhỏ lên quỹ đạo.

Quốc phòng thúc đẩy tốc độ phát triển công nghệ

Sự quan tâm ngày càng lớn của quân đội Mỹ và các đồng minh đang tạo động lực mạnh mẽ cho những chương trình nghiên cứu siêu vượt âm. Hypersonix là một trong những đơn vị hưởng lợi từ xu hướng này khi nhận được tài trợ từ Đơn vị Đổi mới Quốc phòng Mỹ (DIU), NASA và Bộ Quốc phòng Anh. Đây là mô hình đầu tư quen thuộc trong lịch sử hàng không, khi quân đội thường là bên đầu tiên hỗ trợ các công nghệ mới trước khi chúng được ứng dụng rộng rãi trong dân dụng.

Theo Hypersonix, nhu cầu thị trường đang tăng dần. Một số hãng hàng không lớn như United Airlines và Virgin Atlantic đã bày tỏ sự quan tâm tới dịch vụ bay siêu vượt âm trong vài thập kỷ tới. Tuy nhiên, việc đưa hành khách bay ở tốc độ Mach 5 trở lên vẫn là mục tiêu xa vời. Các yêu cầu về an toàn, xử lý nhiệt, bảo đảm cứu hộ và quản lý rủi ro ở vận tốc cực cao đều đặt ra những thách thức chưa có giải pháp toàn diện.

Trong bối cảnh đó, các nền tảng siêu vượt âm trước mắt vẫn chủ yếu phục vụ nhiệm vụ quân sự từ vũ khí tốc độ cao, máy bay trinh sát cho tới phương tiện phóng tàu không gian. Mỹ đặc biệt kỳ vọng vào thế hệ máy bay mới có thể xâm nhập vùng bị phong tỏa, thu thập thông tin rồi rời đi trước khi bị phát hiện. “Người kế nhiệm Blackbird” nếu xuất hiện nhiều khả năng sẽ bắt đầu dưới dạng máy bay không người lái nhằm giảm rủi ro vận hành và chi phí.

Nếu động cơ scramjet chạy hydro chứng minh được độ ổn định và hiệu quả, ngành hàng không có thể bước vào giai đoạn chuyển mình lớn, nơi việc bay ở Mach 10 không còn là hình dung xa vời. Với đà tiến của những công ty như Hypersonix, viễn cảnh con người di chuyển với tốc độ gấp mười lần âm thanh đang ngày càng rõ ràng hơn. Dù vẫn còn nhiều trở ngại kỹ thuật, cuộc đua siêu vượt âm đã khởi động và có thể định hình tương lai của hàng không, vũ trụ và quốc phòng trong nhiều thập kỷ tới.

SR-71 Blackbird là máy bay trinh sát chiến lược tầm xa do do hãng Lockheed Martin phát triển trong thập niên 1960. Với cấu hình hai chỗ ngồi và hai động cơ phản lực mạnh mẽ, đây được xem là máy bay có người lái nhanh nhất và bay cao nhất từng được đưa vào hoạt động, đạt tốc độ hơn Mach 3 - tương đương hơn 3.300km/h.

Ba chiếc máy bay trinh sát chiến lược tầm xa SR-71 Blackbird đậu trên đường băng - Ảnh: Wikimedia Commons

Để chịu được mức nhiệt cực lớn khi bay ở vận tốc cao, phần lớn khung thân SR-71 được chế tạo từ hợp kim titan, một loại vật liệu vừa nhẹ vừa có khả năng chịu nhiệt vượt trội. Máy bay còn sử dụng các vật liệu composite để tăng độ bền và giảm trọng lượng. Lớp sơn đen đặc trưng không chỉ tạo nên biệt danh “Blackbird” (Hắc điểu), mà còn có tác dụng tản nhiệt và giảm khả năng bị radar phát hiện.

SR-71 phục vụ Không quân Mỹ từ năm 1964 đến năm 1990, và một số chiếc tiếp tục được NASA sử dụng cho các chương trình nghiên cứu khí động học và công nghệ bay tốc độ cao. Trong suốt thời gian hoạt động, không một chiếc SR-71 nào bị đối phương bắn rơi, dù một số máy bay đã gặp tai nạn do điều kiện vận hành khắc nghiệt.

Hoàng Vũ

Nguồn Một Thế Giới : https://1thegioi.vn/cong-nghe-moi-giup-tiem-kich-my-dat-toc-do-gap-10-lan-am-thanh-241472.html