Vén màn bí mật X-59, chiếc máy bay siêu âm 'yên tĩnh' nhất thế giới

Hoạt động sản xuất mẫu máy bay thử nghiệm X-59 đã hoàn tất. (Nguồn: CNN)

Cú sốc từ tiếng nổ vượt tường âm

Nếu đã từng xem video về những chiếc máy bay có tốc độ cao, hẳn bạn sẽ biết về khái niệm tiếng nổ vượt tường âm (sonic boom). Đó là một tiếng động lớn như tiếng bom, xuất hiện do máy bay di chuyển nhanh hơn tốc độ âm thanh, với khả năng gây giật mình và thậm chí làm vỡ cửa sổ.

Tiếng nổ vượt tường âm được xem là một trong những lý do vì sao ngày nay chúng ta không còn chiếc máy bay chở khách siêu âm nào. Đây cũng là yếu tố hạn chế sự thành công của máy bay dân dụng siêu âm Concorde, với chuyến bay cuối cùng được thực hiện vào năm 2003.

Thời kỳ máy bay dân dụng siêu âm như Concorde còn tung hoành trên bầu trời, chúng bị hạn chế khả năng hoạt động. Cụ thể, chúng chỉ được di chuyển ở tốc độ cận âm khi bay trên đất liền hoặc gần bờ biển.

Các quy định quốc tế hiện hành vẫn giới hạn tốc độ vận chuyển thương mại trên đất liền ở dưới ngưỡng Mach 1, hay dưới tốc độ âm thanh, để tránh sự xuất hiện của vụ nổ âm trên các khu vực có người sinh sống.

Giờ đây, Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) đang nỗ lực thay đổi những quy định này, bằng cách thu nhỏ tiếng nổ âm thành những tiếng “bụp” hiền lành, qua đó mở đường cho sự xuất hiện một thế hệ máy bay siêu âm mới yên tĩnh hơn.

NASA thực hiện kế hoạch này thông qua một chương trình có tên Quest - với kết quả sau nhiều thập kỷ nghiên cứu là một chiếc máy bay siêu âm mới mang tên X-59. Máy bay đã chính thức được NASA giới thiệu vào cuối tuần trước.

X-59 là mẫu mới nhất trong hàng loạt máy bay thử nghiệm của NASA, bao gồm X-1 - chiếc máy bay có người lái đầu tiên đã vượt qua rào độ âm thanh vào năm 1947. Ngoài ra còn phải kể tới X-15, chiếc máy bay có người lái vẫn giữ kỷ lục về tốc độ nhanh nhất từ trước đến nay, khi đạt tốc độ Mach 6,7 vào năm 1967.

Chiếc máy bay là sản phẩm do nhà thầu Lockheed Martin Skunk Works thiết kế và chế tạo ở Palmdale, California, theo hợp đồng trị giá 247,5 triệu USD của NASA. Quá trình sản xuất tại nhà máy đã hoàn tất và X-59 sẽ trải qua quá trình thử nghiệm hệ thống điều khiển tích hợp, chạy động cơ cũng như thử nghiệm trên đường lăn để chuẩn bị cho chuyến bay đầu tiên. Dự kiến máy bay sẽ cất cánh lần đầu tiên vào cuối năm nay, trước khi thực hiện chuyến bay siêu âm yên tĩnh đầu tiên.

Mô phỏng hoạt động bay của X-59. (Nguồn: CNN)

“Chỉ trong vài năm ngắn ngủi, chúng tôi đã biến một ý tưởng đầy tham vọng thành hiện thực," Phó giám đốc NASA Pam Melroy cho biết trong một tuyên bố. "X-59 của NASA sẽ giúp thay đổi cách thức di chuyển của chúng ta, đưa chúng ta đến gần nhau hơn trong thời gian ngắn hơn nhiều."

Craig Nickol, Cố vấn cấp cao của NASA, từng hé lộ với CNN vào năm 2022 về chiếc X-59: “Máy bay sẽ yên tĩnh hơn đáng kể so với Concorde hoặc bất kỳ máy bay siêu âm nào khác hiện có. Nó cực kỳ dài và mỏng, với chiều dài tới 30,5 mét, nhưng sải cánh chỉ khoảng 10m. Phần mũi là đặc điểm nổi bật trên chiếc máy bay này, khi chiếm tới 1/3 chiều dài thân. Hình dáng mới mẻ này đóng vai trò quan trọng giúp X-59 trở nên yên tĩnh hơn nhiều khi di chuyển ở tốc độ siêu âm.

Nhưng ở đây chúng ta cần quay trở lại với một câu hỏi: làm thế nào để một vụ nổ âm xảy ra? Khi một chiếc máy bay di chuyển ở tốc độ cận âm, sóng âm mà nó tạo ra có thể truyền theo mọi hướng. Tuy nhiên, ở tốc độ siêu âm, máy bay sẽ vượt qua các sóng âm. Điều này khiến sóng âm dần bị nén lại, trở thành một sóng xung kích mạnh nằm ở phần mũi và kết thúc ở đuôi máy bay.

Khi sóng xung kích này đập vào tai người, nó sẽ khiến người ta nghe thấy tiếng nổ lớn. Tiếng nổ này không phải chỉ xuất hiện khi máy bay phá rào âm thanh. Thay vì thế, nó là một hiệu ứng xuất hiện liên tục, mà bất kỳ ai ở trong khu vực hình nón bên dưới máy bay đều có thể nghe thấy, với điều kiện máy bay đang di chuyển nhanh hơn tốc độ âm thanh.

Nắm được điều này, Lockheed Martin đã thiết kế thân X-59 để ngăn các sóng âm thanh kết hợp lại với nhau. Thay vì thế, bề mặt khí động học được thiết kế đặc biệt của máy bay sẽ đẩy sóng âm đi nhiều hướng. Động cơ duy nhất của máy bay cũng được đặt ở phía trên, thay vì phía dưới thân máy bay. Điều này nhằm giúp mặt dưới máy bay trở nên phẳng hơn và ngăn sóng xung kích phát tới mặt đất.

NASA tin rằng X-59 sẽ chỉ tạo ra âm thanh với độ lớn khoảng 75 decibel khi di chuyển ở tốc độ siêu âm, giảm đi đáng kể so với mức 105 decibel của Concorde.

Mô phỏng hoạt động bay của X-59. (Nguồn: CNN)

“Chiếc máy bay này sẽ chỉ phát ra âm thanh như tiếng sấm vang xa ở phía chân trời, hoặc giống như ai đó đóng cửa ô tô ở góc đường mà thôi”, Nickol nói. “Thậm chí mọi người có thể không nghe thấy tiếng nổ nào cả. Nếu có nghe thấy tiếng nổ, chắc chắn họ cũng không giật mình, vì nó sẽ trầm ấm và lan rộng chứ không hề ồn ào chút nào”.

NASA kỳ vọng X-59 sẽ bay với tốc độ lớn gấp 1,4 lần tốc độ âm thanh, tức khoảng hơn 1.400km/h. Nhóm chế tạo sẽ thực hiện một số chuyến bay thử nghiệm tại cơ sở của Lockheed Martin Skunk Works trước khi chuyển máy bay đến Trung tâm Nghiên cứu Chuyến bay Armstrong của NASA ở Edwards, California.

Phần quan trọng của chương trình sẽ bắt đầu vào cuối năm 2024, khi một loạt chuyến bay thử nghiệm sẽ được thực hiện trên nhiều cộng đồng dân cư ở Mỹ. Các khu vực này được chọn lựa vì có điều kiện địa lý và khí quyển khác nhau.

Kế hoạch này hẳn sẽ khiến nhiều người Mỹ nhớ tới một cuộc thử nghiệm do Cục Hàng không Liên bang (FAA) thực hiện vào năm 1964, khi nhiều máy bay chiến đấu với tốc độ siêu âm liên tục bay qua Oklahoma để kiểm tra tác động của tiếng nổ âm với công chúng.

Lần đó cuộc thử nghiệm diễn ra không suôn sẻ, khi có tới 20% dân địa phương phản đối các tiếng nổ âm. Khoảng 4% cư dân Oklahoma đã nộp đơn khiếu nại và yêu cầu bồi thường thiệt hại do bị tiếng nổ âm làm phiền. Nickol nói rằng NASA sẽ không lặp lại sai lầm của quá khứ. Thay vì thế, nhóm sẽ thử nghiệm X-59 trên một phạm vi hẹp, đo lường tất cả tiếng nổ âm và chỉ khi hài lòng với kết quả mới thử bay trên các cộng đồng. Dữ liệu thu thập được sẽ trình cho FAA cũng như các cơ quan quản lý quốc tế.

Một thế hệ máy bay siêu âm mới

NASA tin rằng sự thay đổi trong các quy định quản lý bay siêu âm trong lĩnh vực dân sự sẽ mở bầu trời ra cho một thế hệ máy bay dân dụng siêu âm mới. Chúng sẽ được hoạt động trên các tuyến bay hiện không được cấp phép, chẳng hạn như New York tới Los Angeles và qua đó cắt giảm tới gần nửa thời gian bay.

Tuy nhiên, chúng ta vẫn chưa thể biết những chiếc máy bay đó sẽ trông như thế nào và ai sẽ chế tạo chúng, bởi X-59 không phải là một sản phẩm mẫu ban đầu mà chỉ đóng vai trò nền tảng thử nghiệm công nghệ.

“Các thiết kế tương lai của máy bay siêu âm thương mại chắc chắn sẽ khác so với thiết kế này, mặc dù một số yếu tố có thể được sử dụng như phần mũi kéo dài, hệ thống điều khiển bay và hệ thống hỗ trợ quan sát để lái máy bay eXternal độc đáo," Nickol cho biết.

Theo CNN, một số công ty đang phát triển máy bay dân dụng siêu âm và có kế hoạch vận hành chúng trong vòng một thập kỷ tới bao gồm Hermeus, Boom và Spike. Tuy nhiên, khó có khả năng các công ty này sẽ sử dụng kết quả nghiên cứu từ Quest, dù rằng Nickol đánh giá chương trình sẽ định hình thế hệ máy bay siêu âm mới./.

(Vietnam+)