Scramjet dùng hydro mở đường cho tiêm kích Mỹ Mach 10

5 giờ trướcBài gốc

Mỹ đang theo đuổi thế hệ máy bay siêu vượt âm mới với mục tiêu tốc độ tới Mach 10, trọng tâm là động cơ scramjet dùng hydro. Các dự án hợp tác giữa tổ chức chính phủ và công nghiệp quốc phòng, trong đó có Hypersonix, NASA, Đơn vị Đổi mới Quốc phòng Mỹ (DIU) và Kratos, đang thúc đẩy các mẫu bay thử Mach 5 trở lên.

Tổng quan: từ SR-71 đến cuộc đua siêu vượt âm

SR-71 Blackbird từng tượng trưng cho ưu thế tốc độ và trần bay của Mỹ. Sau khi dòng này ngừng hoạt động, nhu cầu xâm nhập sâu, thu thập thông tin rồi rút lui trước khi bị phát hiện trở lại cấp bách, kéo theo cuộc đua siêu vượt âm giữa nhiều quốc gia và doanh nghiệp, bao gồm cả các công ty khởi nghiệp tập trung vào nhiên liệu sạch, in 3D và vật liệu chịu nhiệt.

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

Phân tích kỹ thuật: scramjet và hydro xanh

Hypersonix Launch Systems (Brisbane, Úc) theo đuổi hướng scramjet dùng hydro xanh. Họ hợp tác với NASA, DIU và Kratos để phát triển các mẫu bay thử đạt Mach 5 (6.174km/h) trở lên. Nguyên mẫu DART AE dài 3,5 mét, dùng động cơ Spartan, dự kiến phóng thử tại cơ sở Wallops của NASA; nếu thành công, đây sẽ là phương tiện siêu vượt âm sử dụng hoàn toàn hydro xanh làm nhiên liệu.

Scramjet tận dụng khí nén tự nhiên khi bay siêu vượt âm; tốc độ càng cao, hiệu quả càng lớn. Kết hợp hydro – nguồn năng lượng cao, cháy sạch và chịu nhiệt tốt – giúp tăng hiệu suất, cho phép Spartan vận hành trong dải Mach 5 đến Mach 12 (6.174 - 14.700km/h). Toàn bộ động cơ được in 3D bằng hợp kim chịu nhiệt.

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

Vật liệu và nhiệt động ở Mach 10

Ở Mach 10 (12.300km/h), bề mặt máy bay có thể chịu trên 1.800°C. Vì vậy, khung vỏ cần vật liệu như gốm ma trận composite hoặc hợp kim siêu chịu nhiệt. Thiết kế phải cân bằng giữa trọng lượng nhẹ và độ bền trước áp lực khí động rất lớn.

Hệ động lực lai và thách thức lưu trữ hydro

Scramjet không tự khởi động ở tốc độ thấp, nên cần hệ lai với tên lửa đẩy để tăng tốc ban đầu. Hydro lỏng đòi hỏi lưu trữ ở nhiệt độ cực thấp, cần bình chứa cách nhiệt tốt nhưng không làm tăng đáng kể khối lượng; hạ tầng cung ứng hydro cũng còn hạn chế.

Chiến thuật: xâm nhập nhanh, rút lui sớm

Mục tiêu tác chiến là 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 ở cấu hình không người lái để giảm rủi ro vận hành và chi phí. Trong ngắn hạn, nền tảng siêu vượt âm chủ yếu phục vụ quân sự: trinh sát, vũ khí tốc độ cao và phương tiện phóng.

Cạnh tranh toàn cầu và hệ sinh thái công nghệ

Trung Quốc mở rộng phương tiện lượn siêu vượt âm; Nga đã biên chế Avangard và Kinzhal. Ở châu Âu, Pháp theo đuổi Destinus (máy bay chở khách chạy hydro), còn Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) triển khai Invictus nghiên cứu động cơ thế hệ mới.

Tại Mỹ, Boom Supersonic phát triển Overture với vận tốc Mach 1,7 (2.2082km/h); Spike Aerospace và COMAC cũng theo đuổi thiết kế tốc độ cao. Dù chưa đạt siêu vượt âm, các dự án này góp phần hình thành hệ sinh thái công nghệ tốc độ cao.

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

Động lực đầu tư và lộ trình ứng dụng

Quân đội Mỹ và đồng minh gia tăng tài trợ cho các chương trình siêu vượt âm. Hypersonix nhận hỗ trợ từ DIU, NASA và Bộ Quốc phòng Anh. Nhu cầu dân dụng đang được thăm dò; một số hãng hàng không như United Airlines và Virgin Atlantic bày tỏ quan tâm, song bay chở khách ở Mach 5 trở lên vẫn là mục tiêu xa do yêu cầu an toàn, xử lý nhiệt và quản trị rủi ro.

Về nhiên liệu, nhiều doanh nghiệp năng lượng dự báo chi phí hydro xanh có thể giảm trong thập kỷ tới; một số công ty phát triển khí cầu vận chuyển hydro để tiếp tế cho cơ sở nghiên cứu ở khu vực hạ tầng hạn chế.

SR-71: chuẩn mực tốc độ quá khứ

SR-71 Blackbird là máy bay trinh sát chiến lược tầm xa do hãng Lockheed Martin phát triển trong thập niên 1960. Với cấu hình hai chỗ ngồi và hai động cơ phản lực, SR-71 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. Phần lớn khung thân dùng hợp kim titan và vật liệu composite; lớp sơn đen giúp tản nhiệt và giảm phản xạ radar. SR-71 phục vụ Không quân Mỹ từ năm 1964 đến 1990; một số chiếc tiếp tục được NASA sử dụng cho nghiên cứu tốc độ cao.

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

Kết luận

Nếu scramjet chạy hydro chứng minh được độ ổn định và hiệu quả, bay ở Mach 10 có thể trở thành khả thi. Dù thách thức về vật liệu, hệ động lực lai và hạ tầng nhiên liệu vẫn còn, tốc độ phát triển do nhu cầu quốc phòng đang mở đường cho bước chuyển đáng kể của hàng không, vũ trụ và an ninh trong nhiều thập kỷ tới.

CTVX

Nguồn Lâm Đồng : https://baolamdong.vn/scramjet-dung-hydro-mo-duong-cho-tiem-kich-my-mach-10-405040.html