Chiếc phi cơ bay nửa vòng Trái đất trong 30 phút

Jack Stewart BBC Future

Bản quyền hình ảnh Abhishek Roy/Lunatik Koncepts

Nếu như chuyến bay từ London tới New Zealand có thể rút xuống còn dưới 30 phút, thì đó là lúc con người chúng ta đã "bẻ cong" được quy luật vật lý. Jack Stewart tìm hiểu nguyên lý hoạt động của một chiếc phi cơ siêu tốc.

Về mặt địa lý, điểm đối chân (antipode) của một vị trí trên Trái Đất là điểm nằm phía bên kia địa cầu, nối với nhau bằng một đường thẳng chạy qua trung tâm Trái Đất. Nghĩa là nó nằm ở điểm cách xa nhất so với điểm gốc.

Tại Anh, điểm này thường được coi là Australia hoặc New Zealand, và những nơi đó thường được nối với Anh bằng những chuyến bay đường dài xa nhất.

Thời gian bay từ London tới Auckland, thành phố lớn nhất của New Zealand, nếu đi bằng máy bay thông thường sẽ mất chừng 24 giờ, với một chặng dừng chân.

Hãy tưởng tượng là có một chiếc phi cơ có thể thực hiện hành trình đó trong thời gian chưa tới nửa tiếng đồng hồ.

Nó có lẽ sẽ làm cách mạng hóa việc đi lại bằng đường hàng không, nhưng liệu điều đó có phá vỡ các quy luật vật lý không, hay ít nhất là quy luật về khí động học không?

Bản quyền hình ảnh Abhishek Roy/Lunatik Koncepts Image caption Bombardier nói rằng mẫu concept được đưa ra nhằm truyền cảm hứng cho các nhà thiết kế khác

Có một nhà sáng chế không nghĩ vậy, và ông đã đặt tên cho chiếc phi cơ siêu thanh nguyên mẫu (concept) của mình là chiếc Antipode.

"Ý tưởng tìm cách đi từ New York tới London trong vòng 20 phút chẳng hạn - là điều hấp dẫn nhiều người," nhà thiết kế người Canada Charles Bombardier nói, khi chúng tôi hỏi ông về mẫu máy bay này.

"Đó luôn là điều mà mọi người muốn - một hệ thống giao thông có thể đưa ta từ một nơi sang phía bên kia của Trái Đất một cách nhanh chóng."

Bombardier nổi tiếng vì những ý tưởng táo bạo và những mẫu thiết kế concept độc đáo. Theo trang web của ông thì Antipode sẽ là máy bay phản lực siêu thanh đạt vận tốc tới 16.000mph (25.600kmh), tức Mach24.

Để so sánh thì Concorde đạt vận tốc trên Mach2 một chút (khoảng 1.600mph hay 2.560kmh).

Nó có thể cất cánh từ bất kỳ sân bay thông thường nào bằng cách dùng các tên lửa tăng thế. Những bộ phận này sẽ tạo lực đẩy ban đầu để đưa phi cơ lên độ cao 40 ngàn bộ (12km) và đạt vận tốc Mach5. Thiết bị tăng thế sau đó sẽ bị cắt bỏ, và một động cơ phản lực dòng thẳng sẽ tiếp quản để đẩy phi cơ đạt vận tốc Mach24.

"Đầu tiên cần đẩy máy bay đạt được vận tốc Mach5 cái đã. Tôi nghĩ là động cơ phản lực dòng thẳng sẽ bắt đầu hoạt động hiệu quả ở vận tốc đó, cho nên tôi nghĩ tới việc sử dụng các tên lửa," Bombardier nói.

Các thiết bị tên lửa tăng thế sẽ quay trở về sân bay để được sử dụng cho các chuyến bay sau - một hình thức tái sử dụng mà chiếc SpaceX của Elon Musk gần đây đã trình diễn thử nghiệm khi phóng lên vũ trụ.

Bản quyền hình ảnh iStock Image caption Mẫu concept được đưa ra nhằm hướng tới việc chế tạo loại máy bay có thể bay nhanh gấp 10 lần so với máy bay Concorde nay đã ngưng hoạt động

Ở những tốc độ đáng thán phục đó, chiếc phi cơ sẽ giống như là được phóng ra chứ không còn giống như một chiếc máy bay thông thường nữa, và trong thiết kế nguyên mẫu, cánh máy bay đã thể hiện được điều này. Chúng sẽ tạo đủ độ nâng lên khi cất cánh và hạ xuống khi tiếp đất ở đường băng quy ước dài 6.000 bộ, vốn khá phổ biến hiện nay.

Tuy nhiên, nếu chiếc phi cơ cần phải thử hạ cánh lần thứ hai thì nó sẽ cần bật các thiết bị tăng thế dự phòng để đạt trở lại được vận tốc cần thiết.

Các tên lửa tăng thế có thể được dùng lần thứ hai. Chúng có thể khiến chiếc phi cơ bay chậm lại nhiều hoặc ít bằng cách tạo lực đẩy theo những chiều khác với chiều đẩy nhanh.

Các mẫu thiết kế của Bombardier dành cho chiếc phi cơ có khả năng bay nhanh gấp 10 lần chiếc Concorde cần phải được đánh giá bằng con mắt thận trọng, hoài nghi, và ông thừa nhận rằng đó chỉ là bản mẫu dạng concept, được đưa ra nhằm mở đường cho việc tranh cãi, thảo luận, và để nghiên cứu cho công nghệ tiềm năng.

Tuy nhiên, ông đã nhìn nhận ra một số vấn đề.

Mẫu concept ban đầu, được đặt tên là Skreemr, được thiết kế để đạt vận tốc Mach10. Chiếc máy bay sẽ vấp phải một số vấn đề giống như chiếc Concorde - gây tiếng nổ siêu âm cực kỳ ồn ào trên mặt đất, và có thể sẽ tích tụ lượng nhiệt khủng khiếp ở dọc rìa mũi máy bay và ở phần cánh do không khí tạo ra từ việc di chuyển ở vận tốc cực lớn.

Tuy nhiên, sau khi mẫu này được công bố và sau các thảo luận, trao đổi qua lại, Bombardier đã được Joseph Hazeltine liên hệ. Ông này là kỹ sư của Wyle, hãng chuyên cung cấp dịch vụ kỹ thuật cho Nasa và Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ.

Bản quyền hình ảnh Abhishek Roy/Lunatik Koncepts Image caption Chiếc phi cơ mới sẽ cần ng từ tên lửa để đạt vận tốc Mach5, rồi động cơ phản lực dòng thẳng sau đó mới 'tiếp quản' để  

Wyle đề xuất việc kết hợp sử dụng một công nghệ mới, được biết đến với tên gọi LPM (Long Penetration Mode).

Với công nghệ này, một số lượng không khí sẽ truyền thông qua một đầu ống ở mũi máy bay, và được dùng để tạo ra dòng thổi phản-phản lực.

Về mặt lý thuyết, hiện tượng khí động học có thể làm giảm tiếng ồn siêu thanh và làm mát bề mặt máy bay bằng cách gây gián đoạn luồng không khí trượt qua. Một số thử nghiệm được tiến hành trong đường ống gió đã chứng tỏ tác dụng của biện pháp này.

Nhưng ngay cả công nghệ mới như LPM cũng không giúp giảm độ nóng xuống mức zero được, và các động cơ phản lực dòng thẳng vẫn chưa được phát triển tới mức có thể sử dụng hữu hiệu cho mục đích dân dụng.

Cảm giác đặc biệt khi ngồi trên chiếc máy bay lao đi với vận tốc kỳ tích đó cũng có thể là lý do khiến hành khách ngần ngại.

"Cuối cùng thì đó không phải là một ý tưởng có tính thực tiễn. Nó là mẫu để nghiên cứu thôi," Bombardier thừa nhận.

Thế nhưng ít nhất thì mẫu concept này cũng đã chứng minh được niềm tin của Bombardier, đó là việc chia sẻ ý tưởng sẽ thúc đẩy sự phát triển.

Trở lại