Huyền thoại máy bay nhanh nhất thế giới SR

Sinh ra trong đỉnh cao của các hoạt động gián điệp chiến tranh lạnh,ềnthoạimáybaynhanhnhấtthếgiớtrực tiếp bóng đá thế giới cho đến nay, máy bay SR-71 "Blackbird" biểu tượng của Mỹ vẫn là chiếc máy bay quân sự nhanh nhất mà thế giới từng biết. Nó có thể bay cao và nhanh đến nỗi lực lượng phòng không của Nga hầu như bất lực để ngăn chặn. Nhưng sau cùng, công nghệ vệ tinh và radar đã vượt qua khả năng do thám của SR-71. Năm 1998, Không quân Mỹ đã cho "Quạ Đen" về hưu.

Concept về SR-72

Giờ đây, trước các mối đe dọa ngày càng tăng trong khu vực và sự tiến hoá của công nghệ tên lửa đất đối không di động, các kỹ sư Mỹ một lần nữa đặt ra mục tiêu xây dựng chiếc máy bay quân sự nhanh nhất hành tinh thế hệ mới.

Mục tiêu thiết kế

Lần này, sản phẩm được kỳ vọng sẽ có hình dáng của một chiếc máy bay trinh sát không người lái có thể bay với tốc độ 4.000 dặm/giờ (khoảng 6.500 km/giờ) kèm khả năng chiến đấu. Được mang tên SR-72, nó có khả năng tránh né máy bay đối phương, chụp ảnh gián điệp, tấn công các mục tiêu với tốc độ lên tới Mach 6 (khoảng 5.800 km/giờ) - nhanh gấp đôi người tiền nhiệm SR-71.

Các kỹ sư hàng không của 2 hãng Lockheed Martin và Aerojet Rocketdyne đã bắt đầu thiết kế SR-72 tại trung tâm Skunk Works ở California từ nhiều năm qua. Để chiếc máy bay có thể thành hiện thực, nó đòi hỏi phải có một hệ thống động cơ đẩy kết hợp. Ngoài một động cơ phản lực máy nén (turbojet) thông thường để máy bay bay tới Mach 3, nó sẽ cần một động cơ phản lực luồng thẳng (ramjet/scramjet) để đạt tới mức tốc độ tối đa còn lại.

Bên cạnh đó, thân máy bay sẽ phải chịu được nhiệt độ cực cao của chuyến bay siêu thanh, vì riêng lực ma sát của không khí cũng có thể làm thép tan chảy. Bom từ con chim sắt cũng phải nhắm trúng mục tiêu từ khoảng cách 80.000 feet (trên 24 km). Lockheed dự kiến SR-72 có thể đưa vào sử dụng trong 2030. Lúc đó, khả năng và tốc độ của cỗ máy sẽ đưa nó đến bất kỳ điểm nào trên thế giới trong chỉ 1 giờ.

Thách thức về động cơ

Với động cơ ramjet, phần máy nén khí truyền thống bị bỏ đi. Thay vào đó không khí được đưa thẳng vào trong và nén lại khi chúng bị dồn vào trong một bộ khuếch tán. Bộ khuếch tán đồng thời làm chậm dòng khí (ngược chiều với máy bay) đến tốc độ hạ âm để đốt dễ dàng hơn. Sau đó, không khí và nhiên liệu được hoà chung vào buồng đốt và bị đốt cháy. Cuối cùng, một vòi phun xả làm tăng tốc dòng khí nóng, tăng thể tích khối khí lên giúp tạo ra lực đẩy lớn.

Trong khi đó, động cơ turbojet dùng để đưa máy bay từ trên đường băng lên đến tốc độ khoảng Mach 3. Từ mức Mach 4 sẽ phải dùng đến động cơ ramjet. Để thu hẹp khoảng cách giữa 2 loại động cơ này, các kỹ sư phát triển ra một động cơ lai có thể hoạt động ở ba chế độ. Theo đó, từ Mach 3 trở xuống, máy bay sẽ dùng chế độ turbo; để đạt đến Mach 5, máy bay dùng chế độ ramjet và ở trên Mach 5 là chế độ scramjet (supersonic combusting ramjet).

Mô hình trên máy tính của SR-72

Thách thức về vật liệu

Ma sát khí động học ở tốc độ vượt Mach 5 sẽ khiến mặt ngoài máy bay nóng lên đến cả ngàn độ. Ở mức này, khung máy bay bằng kim loại thông thường sẽ tan chảy. Vì vậy, các kỹ sư đang tìm kiếm loại vật liệu composite mới - vật liệu chịu nhiệt cao kết hợp giữa carbon, gốm và kim loại được dùng trên các tên lửa đạn đạo xuyên lục địa và tàu con thoi. Mọi đường phân cách trên thân máy bay phải được đóng kín cẩn thận. Vì bất kỳ một rò rỉ nào ở tốc độ siêu thanh, nhiệt độ do ma sát nội trong thân sẽ khiến máy bay nổ tan tành. Tàu con thoi Columbia đã nổ tung vì lý do trên.

Ngoài ra, sự thay đổi giữa các mức tốc độ vận hành (cận âm, siêu âm, siêu thanh) tạo ra một áp lực đáng kể lên toàn bộ thân máy bay. Lấy ví dụ khi máy bay bắt đầu tăng tốc ở giai đoạn cận âm, điểm đặt lực đẩy của toàn cấu trúc nằm ở phía sau máy bay. Nhưng khi con chim sắt đạt mức siêu thanh, sự kéo giãn các điểm ngoài cùng của thân máy bay khiến cho điểm trên dồn về phía trước. Nhưng điều nguy hiểm là nếu điểm đặt lực này trùng với trọng tâm của máy bay, nó sẽ khiến cho toàn bộ cấu trúc bị mất cân bằng về động lực (nếu vector lực đi ngang qua trọng tâm thì không có moment lực). Sự thay đổi liên tục điểm đặt lực trên đòi hỏi cấu tạo của máy bay phải có sức chống chịu cực lớn để giữ cho chúng không bị xé nát ra giữa trời.

Khả năng chiến đấu

Lockheed mô tả máy bay SR-72 như một máy bay tình báo, do thám, trinh sát và tấn công. Song tải trọng của nó vẫn là một bí mật. Chụp ảnh gián điệp hoặc thả bom ở tốc độ Mach 6 sẽ đòi hỏi đến những kỹ thuật tinh xảo. Chỉ một lần chụp hay ném "hụt", con chim sắt sẽ phải bay hàng trăm km để quay vòng lại vị trí cũ. Nó cũng đòi hỏi việc tính toán chính xác đạn đạo khi cắt bom từ độ cao 24 km ở vận tốc gần 6.000 km/giờ (hoặc 1,67 km/giây). Chưa kể, với ma sát khi bay ở vận tốc cao như vậy, việc mở khoang cắt bom cũng đặt ra những thách thức vô cùng lớn cho các kỹ sư.

Huyền thoại "Quạ Đen" SR-71

Với tất cả các khó khăn và thách thức trên, chúng ta không thể chắc liệu Lockheed có thể phát triển thành công SR-72 trước thời điểm 2030 kịp hay không. Hay SR-71 sẽ mãi tiếp tục giữ ngôi vị "huyền thoại" máy bay phản lực nhanh nhất thế giới. Một thông tin thêm là chỉ có 32 chiếc SR-71 được sản xuất nhưng có đến 12 chiếc bị hỏng trong tai nạn, tất cả đều không do phía đối phương gây ra.