Công nghệ nhảy cầu giúp phóng máy bay vào vũ trụ

Các nhà nghiên cứu điều chỉnh phương pháp nhảy cầu thường dùng trên tàu sân bay để phóng máy bay lên quỹ đạo ở tốc độ siêu thanh dễ dàng và an toàn hơn.

Wang Yunpeng, phó giáo sư ở Viện Cơ khí thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc tại Bắc Kinh, và cộng sự sử dụng phiên bản cỡ nhỏ của máy bay trên quỹ đạo, tương tự tàu con thoi, và một máy bay siêu thanh mang phóng để thử nghiệm phương pháp ở tốc độ gấp 7 lần vận tốc âm thanh. Trong bài báo công bố hôm 8/12 trên tạp chí Astronautica Sinica, nhóm nghiên cứu cho biết kết quả chứng minh công nghệ nhảy cầu, vốn được cho là cũ kỹ trên các tàu sân bay hiện đại, có thể điều chỉnh để phóng tàu lên quỹ đạo từ độ cao cận không gian.

Camera tốc độ cao ghi hình quá trình tách rời của máy bay cỡ nhỏ và phương tiện mang phóng trong đường hầm gió. (Ảnh: SCMP).

Nghiên cứu cũng giải quyết một vấn đề khiến các nhà nghiên cứu siêu thanh đau đầu suốt hàng thập kỷ. Đó là làm cách nào để vượt qua nhiễu loạn mạnh khó dự đoán ở tốc độ cực cao và đạt quá trình tách rời trơn tru giữa phương tiện mang phóng và máy bay không gian. Từ trước tới nay, giới nghiên cứu chưa tìm ra cách nào để loại trừ hiệu quả nguy cơ các phương tiện tách rời bay chệch hướng hoặc thậm chí va chạm.

Nhóm nghiên cứu phóng máy bay bằng 1/80 kích thước thực từ phương tiện mang phóng mô hình dài một mét, sử dụng piston để mô phỏng khai hỏa động cơ tên lửa trong lúc đường hầm gió JF-12 hoạt động ở tốc độ Mach 7 (8.643 km/h). Trong tích tắc, máy bay lao vọt lên từ đỉnh phương tiện mang phóng. Khi tốc độ ở đường hầm giảm xuống, máy bay rơi xuống đất và vỡ thành vài mảnh. Theo nhóm của Wang, thí nghiệm chóng vánh này "xác minh tính khả thi và hiệu quả của phương pháp tách rời chủ động".

The JF-12, một trong những đường hầm gió mạnh nhất thế giới, mô phỏng dòng khí cực nóng ở tốc độ siêu thanh với sóng xung kích tạo bởi vụ nổ hóa học. Dù phỏng theo điều kiện cực hạn của bay siêu thanh, các điều kiện chỉ có thể duy trì trong một giây. Thời gian đó là đủ để xác nhận so với những quá trình tách rời tiêu chuẩn khác, thiết kế nhảy cầu loại bỏ khoảng cách giữa hai máy bay và giảm nguy cơ va chạm xuống mức tối thiểu.

Ở tàu sân bay truyền thống, phương pháp nhảy cầu đóng vai trò như một đường băng ngắn cho máy bay, giúp phương tiện có đủ lực nâng để rời khỏi boong tàu trong khi tàu chạy ngược chiều gió ở tốc độ tối đa khoảng 60km/h. Ở phiên bản siêu thanh, các nhà nghiên cứu giảm bớt độ dốc của đường băng để tạo ra bề mặt phẳng hoàn hảo, giúp giảm lực cản có thể xảy ra khi hai phương tiện tách rời ở tốc độ cực cao trong khí quyển.

Trong thí nghiệm đường hầm gió, nhóm nghiên cứu quan sát mũi máy bay hơi chếch lên khi tiến đến cuối đường băng phẳng, do lực đẩy từ sóng xung kích hình thành ở mặt trên của máy bay. Nhưng khi máy bay sắp rời khỏi phương tiện mang phóng, một đợt sóng xung kích khác hình thành gần đuôi, khiến nó đâm chúi xuống. Hai lực đối nghịch triệu tiêu lẫn nhau, dẫn tới quá trình tách rời trơn tru hoàn hảo.

Wang và cộng sự nối piston mạnh vận hành bằng gas với phần sau của máy bay thử nghiệm để cất cánh trong khoảng thời gian ngắn của thí nghiệm. Họ cũng chế tạo một hệ thống tự động điều phối hoạt động của mọi thứ từ thiết bị cơ khí trong thí nghiệm tới camera tốc độ cao ghi hình chi tiết quá trình tách rời.

Wang cho biết một máy bay không gian kích thước thực nặng 87 tấn, tương đương tàu con thoi, sẽ cất cánh trong khoảng 8 giây, hoạt động bằng động cơ tên lửa với lực đẩy lớn nhất là 1.500 kilonewton. Quá trình nhảy cầu sẽ sử dụng chưa đến 1/10 lực đẩy của động cơ chính. Kết quả trong đường hầm cần kết hợp với những thí nghiệm khác trong thời gian dài hơn trước khi công nghệ sẵn sàng để ứng dụng trong thực tế.

Trung Quốc đang lên kế hoạch chế tạo một đội máy bay siêu thanh chở khách tới bất kỳ nơi nào trên Trái đất trong vòng 1 - 2 giờ. Nước này đang phát triển một phương tiện mang phóng siêu thanh trang bị động cơ phản lực không khí có thể bay ở độ cao cận không gian ở tốc độ Mach 5 (6.174km/h). Một số nhà khoa học tin chắc công nghệ sẽ thúc đẩy cách mạng hóa giao thông. Máy bay có thể cất cánh và hạ cánh ở các sân bay hiện nay, với chi phí chỉ bằng một phần so với tên lửa. Phương tiện cũng có thể đóng vai trò như bệ phóng lên quỹ đạo cho máy bay không gian.