Súng điện từ khổng lồ có thể phóng máy bay siêu thanh vào vũ trụ

Một nhóm nhà nghiên cứu đang tìm cách xây dựng súng điện từ có thể phóng máy bay vào không gian ở tốc độ cao.

Các nhà khoa học và kỹ sư Trung Quốc đang tìm cách kết hợp những tiến bộ quan trọng ở cả lĩnh vực phóng điện từ và bay siêu thanh trong vài năm gần đây. Về cơ bản, mục tiêu của họ là sử dụng rãnh phóng điện từ khổng lồ để giúp máy bay siêu thanh tăng tốc tới Mach 1,6 (1.975 km/h). Sau đó, máy bay sẽ tách khỏi đường rãnh, khai hỏa động cơ và tiến vào không gian ở tốc độ nhanh gấp 7 lần vận tốc âm thanh (8.643 km/h). Máy bay vũ trụ nặng 50 tấn và dài hơn một chiếc Boeing 737 này nằm trong dự án Tengyun công bố vào năm 2016, Mail hôm 14/3 đưa tin.

Sử dụng năng lượng của chính máy bay để cất cánh đòi hỏi lượng nhiên liệu cực lớn. Để đảm bảo an toàn trong lúc cất cánh ở tốc độ thấp, các nhà khoa học và kỹ sư cần điều chỉnh thiết kế khí động và bố trí động cơ, ảnh hưởng tới hiệu suất bay ở tốc độ cao. Tuy nhiên, nhóm chuyên gia làm việc trong dự án tin chắc có thể giải quyết nhiều vấn đề khác nhau.

"Công nghệ phóng điện từ cung cấp một giải pháp hứa hẹn để vượt qua những thách thức trên, trở thành công nghệ chiến lược mà các quốc gia hàng đầu thế giới theo đuổi", nhà khoa học Li Shaowei ở Viện nghiên cứu công nghệ phương tiện bay thuộc Tập đoàn Công nghiệp và Khoa học hàng không vũ trụ Trung Quốc (CASIC), chia sẻ trong bài báo đăng trên tạp chí Acta Aeronautica.

Để thử nghiệm giả thuyết, CASIC, một trong những nhà thầu quốc phòng và hàng không vũ trụ đứng đầu Trung Quốc, xây dựng cơ sở thử nghiệm đệm từ tốc độ cao chân không thấp 2 km ở Đại Đồng, tỉnh Sơn Tây. Cơ sở này có thể đẩy vật thể nặng tới tốc độ 1.000 km/h, gần với vận tốc âm thanh. Trong những năm tới, chiều dài của đường chạy thử nghiệm sẽ tăng lên để đạt tốc độ vận hành tối đa 5.000 km/h.

Đây là cơ sở lực đẩy điện từ chuyên dụng hỗ trợ phát triển đường sắt cao tốc thế hệ tiếp theo, đồng thời thu thập dữ liệu khoa học và kỹ thuật quan trọng cho dự án phóng điện từ vào không gian. Trong khi đó, tại Tế Nam, thủ phủ của tỉnh Sơn Đông, một đường chạy đệm từ khổng lồ khác hỗ trợ thí nghiệm xe kéo điện từ tốc độ siêu cao cũng đang vận hành dưới sự giám sát của Viện hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS).

Trung Quốc không phải nước đầu tiên đề xuất hệ thống phóng điện từ vào không gian. Ý tưởng như vậy tồn tại từ thời Chiến tranh Lạnh. Trong thập niên 1990, NASA tìm cách biến ý tưởng thành hiện thực, với bước đầu tiên là xây dựng một đường thử nghiệm mini dài 15 m. Tuy nhiên, do thiếu kinh phí và khó khăn về kỹ thuật, chiều dài thực tế của đường rãnh hoàn thiện chưa đến 10 m. Cuối cùng, dự án bị bỏ dở, thay vào đó chính phủ và lãnh đạo quân đội chuyển nguồn tài nguyên sang phát triển công nghệ máy phóng điện từ tốc độ thấp cho tàu sân bay. Nhưng USS Ford, tàu sân bay đầu tiên trang bị công nghệ mới này, cũng gặp nhiều vấn đề. Do những bước thụt lùi lớn trong công nghệ phóng điện từ, quân đội Mỹ ngừng phát triển một số dự án liên quan như súng điện từ và dành ngân sách cho tên lửa siêu thanh.

Ở giai đoạn đầu của nghiên cứu, Li và đồng nghiệp phát hiện NASA không tiến hành thử nghiệm trong đường hầm gió nào để đảm bảo khả năng tồn tại của máy bay vũ trụ tách khỏi đường rãnh. Ý tưởng ban đầu của NASA là tăng tốc tàu con thoi tới 700 km/h, đủ để không cần sử dụng tên lửa, nhưng các nhà khoa học Trung Quốc cho rằng tốc độ này quá thấp. Tuy nhiên, khi tốc độ tăng lên, dòng khí giữa máy bay, xe kéo điện từ và đường rãnh trên mặt đất trở nên rất phức tạp. Vì vậy, một trong những điều đầu tiên nhóm phụ trách dự án phải xác nhận là máy bay sẽ tách khỏi đường rãnh an toàn.

Nhóm của Li tiến hành mô phỏng máy tính và thử nghiệm trong đường hầm gió. Kết quả hé lộ khi máy bay vượt qua rào cản âm thanh, nhiều sóng xung kích lan tỏa dọc theo mặt bên dưới của nó, va chạm với mặt đất và sinh ra phản xạ. Sóng xung kích gây gián đoạn dòng khí, đưa những túi khí hạ âm vào giữa máy bay, xe kéo điện từ và đưỡng rãnh. Khi xe kéo đạt tốc độ mục tiêu sau đó, giải phóng máy bay và phanh đột ngột, dòng khí rối loạn ban đầu nâng máy bay lên, rồi chuyển sang lực đẩy hướng xuống sau 4 giây, theo kết quả thử nghiệm trong đường hầm gió.

Nếu có hành khách ở trong máy bay, họ có thể bị chóng mặt trong thời gian ngắn hoặc trải qua trạng thái không trọng lực. Nhưng khi khoảng cách giữa máy bay và đường rãnh tăng lên, cường độ của dòng khí giảm dần tới khi biến mất hoàn toàn. Cùng với tiếng động cơ, máy bay tiến vào giai đoạn bay nhanh lên cao. Tuy cần thử nghiệm thêm trong thực tế, nhóm nghiên cứu kết luận phương pháp này an toàn và khả thi. Trong khi tên lửa tái sử dụng của SpaceX giảm chi phí phóng vệ tinh xuống 3.000 USD/kg, một số nhà khoa học ước tính hệ thống phóng điện từ vào không gian có thể giảm giá thành xuống 60 USD/kg.