Hồi sinh tham vọng máy bay siêu thanh chở khách

Chìa khóa cho việc hồi sinh ngành hàng không siêu thanh là việc giảm tiếng ồn của các tiếng nổ siêu thanh nhưng đây là thách thức rất lớn đối với các nhà sản xuất và nghiên cứu máy bay.

Ngành hàng không siêu thanh từ lâu đã đặt mục tiêu sẽ thực hiện chuyến bay từ New York đến Los Angeles trong 2 giờ (chuyến bay thẳng hiện tại mất khoảng 6 giờ). Đến nay, điều này vẫn chưa thành hiện thực, chủ yếu là do tiếng nổ siêu thanh: âm thanh xuất hiện khi máy bay vượt tốc độ của âm thanh.

Trong các cuộc thử nghiệm vào những năm 1960, tiếng nổ siêu thanh đã làm vỡ cửa sổ nhà và khiến các vật trang trí trên tường rơi xuống đất. Vì vậy năm 1973, Cục Hàng không Liên bang Mỹ (FAA) cấm máy bay siêu thanh dân dụng bay trên đất liền.

Do đó, máy bay chỉ có thể chuyển sang tốc độ siêu thanh khi bay trên đại dương. Một trong những chiếc máy bay siêu thanh nổi tiếng nhất là Concorde, kết quả của sự hợp tác giữa Anh và Pháp.

Concorde giúp rút ngắn thời gian bay của một số chặng xuống chỉ còn một nửa. Tuy nhiên, các tuyến đường bay sinh lời vướng lệnh cấm của FAA, hạn chế tiềm năng của ngành hàng không siêu thanh.

Nỗ lực của NASA

NASA và các doanh nhân hàng không đang nỗ lực thay đổi điều này. Họ đang phát triển một chiếc máy bay mới có tiếng nổ siêu thanh chỉ bằng tiếng "sập cửa ô tô cách đó 6 m". Điều đó có thể khiến FAA dỡ bỏ lệnh cấm.

“Lý do chính NASA nghiên cứu vấn đề này là để nới lỏng các quy định về chuyến bay siêu thanh. Mục tiêu chính là mở ra thị trường mới", The New York Times dẫn lời ông Craig Nickol, giám đốc dự án chuyến bay có tiếng nổ nhỏ của NASA, cho biết.

Kỷ nguyên siêu thanh bắt đầu ngày 14.10.1947 khi phi công Chuck Yeager vượt tường âm thanh bằng máy bay Bell X-1 trên hoang mạc Mojave (Mỹ). Những thập kỷ tiếp theo, một loạt máy bay phản lực quân sự, máy bay thương mại Tupolev Tu- của Liên Xô 144 và Concorde đều có khả năng vượt tường âm thanh.

Các chuyến bay vượt Đại Tây Dương kéo dài 3 tiếng rưỡi trên máy bay Concorde chật chội và ồn ào có giá 6.000-7.000 USD/vé. Tuy vậy, hành khách được phục vụ champagne và trứng cá muối.

Song, máy bay Concorde đã bị dừng khai thác vào năm 2003 sau 27 năm không mang lại lợi nhuận và một vụ tai nạn khiến 113 người thiệt mạng.

Dù chiếc Concorde bị dẹp bỏ, sự xuất hiện của các siêu máy tính giúp kỹ sư thử nghiệm và điều chỉnh thiết kế máy bay nhanh chóng đã đem lại hy vọng phục hưng ngành hàng không siêu thanh.

\n

Đây là công việc Darpa, bộ phận nghiên cứu và phát triển của Bộ Quốc phòng Mỹ, và NASA thực hiện vào năm 2003. Cuộc Thử nghiệm Định hình Tiếng nổ Siêu thanh xác nhận việc sửa đổi thiết kế máy bay phản lực Northrop F-5E như trên máy tính sẽ giúp giảm tiếng nổ siêu thanh theo cách phần mềm đã dự đoán. Cuộc thử nghiệm này đã tạo ra lộ trình cho các nghiên cứu sau này.

Việc giảm độ ồn của tiếng nổ siêu thanh rất phức tạp. Khi bay, máy bay đẩy không khí sang một bên và tạo ra những gợn sóng áp suất không khí. Lúc gần đạt tốc độ âm thanh, áp suất sẽ tích tụ trên các bề mặt như mũi và đuôi máy bay, tạo ra các gợn sóng áp suất cao ở phía trước và áp suất thấp ở phía sau. Khi đạt tới tốc độ âm thanh, áp suất thay đổi đột ngột, các cơn sóng chồng lên nhau và kết hợp với nhau truyền tới mặt đất gây ra một vụ nổ lớn như âm thanh của sấm sét.

“Chính sự thay đổi áp suất tạo ra âm thanh. Và tiếng nổ không chỉ xảy ra khi máy bay lần đầu vượt tường âm thanh. Nó diễn ra liên tục trong chuyến bay, như tiếng sóng vỗ vào mạn thuyền”, ông Alexandra Loubeau, kỹ sư âm học của NASA, cho biết.

Không thể hoàn toàn tránh sóng xung kích khi vượt tường âm thanh. Tuy nhiên, bằng cách giảm diện tích bề mặt tích tụ áp suất và trải đều chúng dọc thân máy bay, sóng xung kích có thể được định hình. “Bạn có thể sửa thiết kế máy bay để thay đổi hình dạng của sóng khi chạm đất. Chúng tôi đang cố gắng trải đều sóng và làm chúng yếu đi”, ông Nickol nói.

Công ty tư nhân cũng nhập cuộc

NASA không đơn độc trong việc cố gắng hồi sinh hàng không siêu thanh. Blake Scholl, giám đốc điều hành của công ty Boom Supersonic có trụ sở tại Denver (Mỹ), tuyên bố sẽ đưa hành khách đến mọi nơi trên thế giới trong vòng 4 giờ với giá 100 USD. Ông Scholl cho biết Boom sẽ bắt đầu với chuyến bay siêu thanh xuyên đại dương để không phải lo lắng về tiếng ồn hoặc chờ đợi quy định thay đổi dù các đường bay nội địa sẽ có nhiều hành khách hơn.

Ông Scholl cũng nghĩ rằng chỉ tạo ra máy bay nhanh hơn sẽ không giúp công ty siêu thanh kinh doanh bền vững. Các máy bay này phải nhanh hơn, rẻ hơn, thân thiện với môi trường và 100% không phát thải carbon.

Theo ông Scholl, các mục tiêu này có thể đạt được bằng nhiên liệu sạch hơn và một loại động cơ mới được thiết kế phù hợp cho chuyến bay siêu thanh. Động cơ này cùng công nghệ hiện đại sẽ giúp Boom hoạt động với chi phí thấp hơn Concorde 75%. Dù vậy, ông ước tính giá vé máy bay ban đầu sẽ bằng giá vé hạng thương gia. “Vẫn còn một chặng đường dài để giảm giá vé còn 100 USD”, doanh nhân này thừa nhận.

Hiện vẫn chưa có hãng hàng không siêu thanh nào hoạt động và rào cản chính ngoài tiếng nổ siêu thanh còn có vấn đề kinh tế. Việc chế tạo máy bay thường mất nhiều thời gian và chi phí hơn dự kiến.

NASA được chính phủ Mỹ hỗ trợ và cơ quan này chia sẻ phần lớn nghiên cứu của mình cho các công ty hàng không hoặc hãng máy bay khác. Tuy nhiên, với các công ty không có sự hỗ trợ của chính phủ như Boom, việc phục hưng ngành hàng không siêu thanh sẽ khó khăn hơn rất nhiều.