Cuộc đua Mach 10: Mỹ hồi sinh 'hậu duệ Blackbird', các nước theo đuổi công nghệ hydro siêu vượt âm

Một chiếc SR-71 của NASA đã hoàn thành thành công chuyến bay đầu tiên vào ngày 31/10/1997 trong khuôn khổ Thí nghiệm SR-71 Linear Aerospike (LASRE) của NASA/Rocketdyne/Lockheed Martin. Ảnh: IE.

Hơn 25 năm sau khi Blackbird ngừng hoạt động, Mỹ đang thúc đẩy phát triển một mẫu máy bay siêu vượt âm mới, có thể một ngày nào đó đạt tốc độ Mach 10 hoặc nhanh hơn.

Trong nhiều thập kỷ, SR-71 Blackbird từng là biểu tượng đỉnh cao của kỹ nghệ hàng không Mỹ – một máy bay trinh sát bay nhanh và cao đến mức chưa từng có tên lửa nào bắt kịp.

Giờ đây, hơn 25 năm kể từ ngày Blackbird nghỉ hưu, Mỹ và các đồng minh đang hướng tới một thế hệ máy bay siêu vượt âm hoàn toàn mới, có thể đạt Mach 10 hoặc hơn thế nữa.

Trung tâm của nỗ lực này là một bước tiến bất ngờ: động cơ scramjet (động cơ phản lực tĩnh siêu thanh) chạy bằng hydro.

Máy bay siêu thanh hydro đầu tiên trên thế giới

Cuộc tìm kiếm máy bay siêu vượt âm thực dụng đang trở thành một cuộc đua toàn cầu, được thúc đẩy bởi sự cạnh tranh giữa các nước lớn – yếu tố định hình phần lớn quá trình đổi mới quốc phòng hiện nay.

Nhưng làn sóng nghiên cứu mới nhất không chỉ xuất phát từ các nhà thầu quân sự lớn. Một nhóm startup hàng không vũ trụ đang tìm cách giải quyết những thách thức khổng lồ của động cơ siêu vượt âm bằng nhiên liệu bền vững và kỹ thuật sản xuất tiên tiến.

Trong số đó, ít công ty nào thu hút nhiều sự chú ý như Hypersonix Launch Systems – một doanh nghiệp đặt tại Brisbane, Australia đang phát triển động cơ scramjet chạy bằng hydro, hướng đến cả nền tảng quân sự không người lái và tương lai xa là vận tải hành khách.

Công việc của Hypersonix rất phù hợp với các ưu tiên quốc phòng của Mỹ. Công ty hiện hợp tác với NASA, Đơn vị Đổi mới Quốc phòng Mỹ (DIU) và nhà thầu Kratos để chế tạo các mẫu trình diễn siêu vượt âm có khả năng bay bền vững ở Mach 5 trở lên.

Mẫu máy bay DART AE của Hypersonix. Ảnh: Hypersonix.

Mẫu trình diễn DART AE dài 11,5 foot (3,5 m) của Hypersonix, sử dụng động cơ scramjet Spartan, dự kiến sẽ bay thử tại cơ sở Wallops của NASA.

Nếu thành công, đây sẽ là chuyến bay siêu vượt âm bền vững đầu tiên sử dụng hydro xanh – bằng chứng được chờ đợi từ lâu cho tính khả thi của scramjet.

Sự hứa hẹn của động cơ siêu vượt âm chạy bằng hydro nằm ở hiệu suất và đặc tính nhiệt của nó. Scramjet – loại động cơ nén khí đến tốc độ siêu thanh trước khi đốt cháy nhiên liệu – càng hoạt động nhanh thì càng hiệu quả. Do hydro cháy sạch và cung cấp năng lượng riêng rất cao, nó đang nổi lên như loại nhiên liệu hứa hẹn nhất cho các chuyến bay siêu vượt âm.

Động cơ Spartan của Hypersonix được in 3D hoàn toàn bằng hợp kim chịu nhiệt và được thiết kế để hoạt động trong dải tốc độ từ Mach 5 đến Mach 12 – mức cần thiết đối với các máy bay trinh sát tương lai và nền tảng tấn công tầm xa.

Cuộc đua siêu thanh toàn cầu

Cuộc đua siêu vượt âm toàn cầu khiến tiến độ phát triển trở nên cấp bách hơn. Trung Quốc đã đạt tiến bộ nhanh về phương tiện lướt siêu vượt âm; Nga đã triển khai hệ thống Avangard và tên lửa Kinzhal phóng từ máy bay.

Nhiều công ty phương Tây cũng đang theo đuổi máy bay siêu vượt âm chạy bằng hydro. Destinus Aerospace của Pháp đang thiết kế máy bay vận tải siêu vượt âm chạy bằng hydro. Tại Mỹ, Hyperion Aerospace phát triển ý tưởng HYPERLiner.

Ảnh đồ họa về mẫu máy bay HYPERLiner. Ảnh: IE.

Chương trình Invictus của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) cũng đang thử nghiệm công nghệ động lực siêu vượt âm có thể ảnh hưởng tới cả quân sự lẫn thương mại.

Các hãng hàng không thương mại cũng quay trở lại cuộc đua tốc độ cao. Boom Supersonic đang chế tạo Overture – máy bay Mach 1.7. Spike Aerospace và COMAC của Trung Quốc cũng theo đuổi dự án siêu thanh riêng. Dù chưa đạt vận tốc siêu vượt âm, những nỗ lực này tạo ra hệ sinh thái R&D (nghiên cứu và phát triển) hỗ trợ gián tiếp cho công nghệ siêu vượt âm.

Hypersonix nổi bật khi nhắm đến việc hợp nhất ứng dụng quân sự, dân sự và phóng vệ tinh vào cùng một hệ sinh thái.

DART AE của công ty này là mẫu trình diễn dùng một lần, thiết kế để đạt vận tốc Mach 7. Nền tảng VISR lớn hơn vẫn đang phát triển – dự kiến là máy bay siêu vượt âm đa nhiệm tái sử dụng cho nhiệm vụ quân sự, bao gồm thu thập tình báo và thử nghiệm nhanh các hệ thống siêu vượt âm.

Xa hơn, ý tưởng về mẫu máy bay Delta Velos của công ty hướng tới một phương tiện phóng vệ tinh cỡ nhỏ dùng scramjet, tái sử dụng hoàn toàn, có thể đưa tải trọng 110 pound (50 kg) lên quỹ đạo.

Dự án của họ dựa trên tiến bộ trong nghiên cứu vật liệu. Máy bay siêu vượt âm phải chịu nhiệt độ vượt 1.800°C ở Mach 10 – đòi hỏi vật liệu như gốm composite và hợp kim chịu nhiệt cao.

Các phương tiện cũng phải cực nhẹ nhưng vẫn bền vững trong bay siêu vượt âm kéo dài. Do scramjet không hoạt động ở tốc độ thấp, các máy bay này luôn cần động cơ lai, thường là tên lửa đẩy, để tăng tốc đến ngưỡng kích hoạt scramjet.

Máy bay phản lực chạy bằng hydro

Bản thân hydro vẫn là một thách thức. Việc vận chuyển và lưu trữ đòi hỏi hệ thống siêu lạnh phức tạp, trong khi hạ tầng hydro toàn cầu còn hạn chế.

Tuy nhiên, các công ty hàng không hy vọng chi phí hydro xanh sẽ giảm mạnh vào đầu thập niên 2030. Một số công ty Mỹ, bao gồm H2 Clipper Inc., đang phát triển giải pháp vận chuyển hydro hiệu quả – thậm chí đề xuất khí cầu chở hydro cung cấp cho các cơ sở hàng không xa xôi.

Sự chú ý mà công nghệ siêu vượt âm nhận được từ các cơ quan quốc phòng đang đẩy nhanh tiến độ này. Công ty Australia đã nhận hỗ trợ từ DIU và NASA. Năm ngoái, Bộ Quốc phòng Anh chọn Hypersonix hỗ trợ phát triển tên lửa siêu vượt âm. Nguồn tài trợ này gợi nhớ các thời kỳ trước trong lịch sử hàng không, khi đầu tư quân sự tạo ra công nghệ sau đó cách mạng hóa vận tải thương mại.

Startup này cho biết nhu cầu trong ngành đang tăng khi các hãng hàng không như United Airlines và Virgin Atlantic tìm hiểu khả năng vận tải hành khách siêu vượt âm vào thập niên 2030 hoặc 2040.

Hiện tại, vận tải hành khách siêu vượt âm vẫn là mục tiêu xa vời. Các thách thức về an toàn, quy định và quản lý nhiệt vẫn cực lớn.

Vũ khí siêu vượt âm, máy bay trinh sát và phương tiện phóng không gian sẽ phát triển trước. Chuyến bay chở khách ở vận tốc Mach 5 sẽ đòi hỏi thế hệ vật liệu, lá chắn nhiệt và quy trình ứng phó khẩn cấp hoàn toàn mới.

Dù vậy, động lực hướng tới chuyến bay siêu vượt âm là không thể đảo ngược. Mỹ coi các hệ thống này là thiết yếu để duy trì lợi thế trước tốc độ hiện đại hóa quân sự của Trung Quốc.

Lầu Năm Góc muốn máy bay trinh sát có thể xuyên qua vùng không phận bị phong tỏa, thu thập tình báo và rút lui trước khi bị phát hiện – điều mà nền tảng siêu vượt âm chạy bằng hydro có thể đảm nhiệm.

Vận tải hành khách siêu vượt âm, nếu thành hiện thực, sẽ giống thời kỳ đầu của thủy phi cơ xuyên đại dương hay Concorde: đắt đỏ, giới hạn và phục vụ tuyến bay chọn lọc.

Mẫu máy bay kế nhiệm Blackbird, được gọi là “Son of Blackbird”, nhiều khả năng sẽ được phát triển cho nhiệm vụ không người lái trước. Nếu scramjet chạy bằng hydro thành công, chúng có thể mở ra kỷ nguyên hàng không mới, khi bay ở vận tốc Mach 10 trở thành điều bình thường.

Và với những công ty như Hypersonix đẩy công nghệ hydro vượt qua giới hạn lý thuyết, thế giới có thể đang tiến gần tương lai đó hơn nhiều so với tưởng tượng.

Theo IE

Huyền Chi