Tại sao máy bay siêu thanh đã trở lại nhưng vẫn chưa phổ biến?

Cuối tuần trước, chiếc XB-1 của Boom Supersonic đã vượt qua tốc độ âm thanh, chính xác là Mach 1.122 (1.207 km/h). Đây là chiếc máy bay dân dụng có người lái đầu tiên phá vỡ rào cản âm thanh kể từ khi Concorde ngừng hoạt động vào năm 2003. Và đây cũng là bước khởi đầu cho tham vọng của Boom nhằm đưa máy bay siêu thanh vào vận hành thương mại, chở hành khách vào năm 2029. Nhưng chính xác thì du hành siêu thanh là gì? Và vì sao, dù được kỳ vọng nhiều, nó vẫn chưa trở nên phổ biến?

Bay siêu thanh là gì?

Số Mach được xác định bằng tốc độ của máy bay chia cho tốc độ truyền âm thanh trong không khí. Khi một máy bay "phá vỡ rào cản âm thanh", nghĩa là nó bay nhanh hơn tốc độ âm thanh, với số Mach lớn hơn 1. Tỷ lệ này rất quan trọng: khi máy bay di chuyển, nó làm xáo trộn không khí phía trước. Những nhiễu động này lan truyền với tốc độ âm thanh. Trong chuyến bay siêu thanh, các nhiễu động kết hợp lại và tạo thành sóng xung kích quanh máy bay.


Minh họa về cách nhiễu động lan truyền cận âm, Mach 1 và siêu thanh.

Khi có người nói rằng bạn nhìn thấy chiếc tiêm kích trước khi nghe tiếng động của nó, đó chính là do bay siêu thanh. Máy bay chiến đấu có thể đạt tốc độ khoảng Mach 2. Âm thanh từ máy bay bị giữ bên trong sóng xung kích của nó. Chỉ khi sóng xung kích đến vị trí của bạn trên mặt đất, bạn mới có thể nghe thấy tiếng động từ máy bay.

Sức hút của du hành siêu thanh

Vì lý do hiệu suất, hầu hết máy bay chở khách hiện nay bay chậm hơn tốc độ âm thanh, khoảng Mach 0.8 (đây là bay cận âm). Boom đang lên kế hoạch sản xuất một máy bay chở khách mang tên Overture, có thể bay với tốc độ Mach 1.7. Bay siêu thanh có thể giảm đáng kể thời gian di chuyển. Theo Boom, chuyến bay từ New York đến Rome trên Overture sẽ chỉ mất 4 giờ 40 phút, thay vì 8 giờ như hiện tại.


Boom không phải là công ty duy nhất theo đuổi mục tiêu này. Spike Aerospace, một công ty Mỹ khác, cũng đang phát triển máy bay phản lực siêu thanh dành cho doanh nhân, với khẩu hiệu "đưa thế giới đến gần hơn chỉ trong một nửa thời gian". Đây chính là giá trị mà du hành siêu thanh mang lại. Trên thực tế, loại hình này đã từng tồn tại vào thế kỷ 20. Tuy nhiên, do thời điểm không phù hợp, rủi ro và những giới hạn vật lý, nó đã không thể duy trì lâu dài.

Anh em còn nhớ Concorde chứ?

Các thiết kế máy bay chở khách siêu thanh bắt đầu xuất hiện vào giữa thế kỷ 20, và đến những năm 1970, du hành siêu thanh đã trở thành hiện thực.


Chúng ta từng có Tupolev-144 của Nga (ít được biết đến hơn) và Concorde, máy bay siêu thanh do Anh và Pháp hợp tác phát triển, được vận hành bởi British Airways và Air France từ năm 1976 đến 2003.
Concorde có sức chứa tối đa 128 hành khách và bay với tốc độ Mach 2. Nó thường xuyên thực hiện chuyến bay từ London đến New York chỉ trong khoảng 3 giờ. Tuy nhiên, chi phí bay rất cao, chủ yếu phục vụ giới doanh nhân và tầng lớp thượng lưu.

Vì sao máy bay chở khách siêu thanh không phát triển?

Concorde được thiết kế vào những năm 1960, khi người ta tin rằng vận tải hành khách siêu thanh sẽ trở thành xu hướng lớn tiếp theo. Tuy nhiên, vào năm 1970, Boeing 747 bắt đầu phục vụ thương mại. Những máy bay cỡ lớn, giá rẻ và hiệu quả như nó đã khiến Concorde mất lợi thế hoàn toàn. Dù được tối ưu để bay ở tốc độ siêu thanh, Concorde tiêu tốn nhiên liệu khủng khiếp khi cất cánh và tăng tốc. Chi phí vận hành đắt đỏ và mức tiêu thụ nhiên liệu cao luôn là vấn đề lớn trong suốt vòng đời của nó.


Tupolev Tu-144

Một vụ tai nạn thảm khốc tại triển lãm hàng không Paris năm 1973 liên quan đến đối thủ cạnh tranh Tupolev Tu-144 của Nga cũng làm dấy lên lo ngại về an toàn, đúng vào thời điểm nhiều hãng hàng không đang cân nhắc mua Concorde. Cuối cùng, chỉ 20 chiếc Concorde được sản xuất thay vì 100 chiếc như kế hoạch ban đầu. Đến nay, vẫn còn tranh cãi về việc liệu Concorde có từng mang lại lợi nhuận thực sự cho các hãng hàng không vận hành nó hay không.

Tiếng ồn – vấn đề lớn của bay siêu thanh

Khi một máy bay bay ở tốc độ siêu thanh, sóng xung kích của nó lan xuống mặt đất, tạo ra những tiếng nổ lớn gọi là sonic boom. Trong trường hợp nghiêm trọng, nó có thể làm vỡ kính và gây hư hại công trình.

Minh họa về sóng xung kích lan truyền từ một máy bay siêu thanh và chạm xuống mặt đất, tạo ra tiếng nổ siêu thanh.

Vào đầu những năm 1970, lo ngại về sonic boom đã khiến chính phủ Mỹ cấm máy bay chở khách siêu thanh bay qua đất liền. Điều này làm hạn chế thị trường tiềm năng của Concorde, khiến nó chỉ có hai tuyến bay chính vượt Đại Tây Dương, nơi phần lớn hành trình diễn ra trên mặt nước. Ngoài ra, Concorde cũng rất ồn khi cất cánh, do cần lực đẩy lớn để rời mặt đất.

Tương lai của du hành siêu thanh

Tương lai của máy bay siêu thanh phụ thuộc vào việc giải quyết các vấn đề mà Concorde từng gặp phải.
NASA và Lockheed Martin đang triển khai dự án Quesst, để chứng minh rằng tiếng sonic boom có thể được giảm xuống mức chấp nhận được. Họ có kế hoạch thử nghiệm máy bay siêu thanh X-59 bay qua các thành phố ở Mỹ và thu thập phản hồi từ người dân.

Dự án này sử dụng thiết kế đặc biệt của X-59, với phần mũi dài và thon, giúp giảm tiếng nổ siêu thanh xuống chỉ còn một âm thanh nhẹ, mở ra cơ hội cho máy bay siêu thanh bay qua đất liền trong tương lai. Tương tự, Spike Aerospace cũng đang phát triển Spike S-512 Diplomat, một mẫu máy bay siêu thanh được thiết kế để tạo ra tiếng ồn ít gây khó chịu hơn.

Boom có thể vượt qua Concorde?

Boom Supersonic không có kế hoạch bay siêu thanh trên đất liền. Họ dự định bay ở tốc độ Mach 0.94 khi di chuyển trên đất liền, giúp rút ngắn thời gian bay khoảng 20% so với máy bay chở khách thông thường, dù vẫn dưới ngưỡng siêu thanh.

Họ cũng cam kết thiết kế động cơ của Overture sao cho không ồn hơn các máy bay bây giờ khi cất cánh. Để giảm lượng khí thải, họ dự định sử dụng nhiên liệu hàng không bền vững (SAF) lên đến 100%, giúp hạn chế tác động môi trường. Concorde được chế tạo từ nhôm, sử dụng công nghệ thiết kế từ những năm 1960. Ngược lại, Overture và các mẫu máy bay hiện đại khác sẽ tận dụng vật liệu tiên tiến như titan và sợi carbon, giúp giảm trọng lượng và cải thiện hiệu suất.


Dù Boom đang thu hút nhiều sự quan tâm với các đơn đặt hàng từ nhiều hãng hàng không, Concorde trước đây cũng từng nhận được cam kết tương tự, nhưng phần lớn không thành hiện thực. Ngoài ra, Concorde ra đời trong thời đại mà các chuyến bay nhanh đến London hoặc New York để họp kinh doanh là điều cần thiết. Nhưng với sự phát triển của làm việc từ xa và họp online, liệu có còn nhu cầu cho máy bay siêu thanh trong tương lai gần?

Hiện tại, các máy bay như Overture có thể vẫn chỉ phục vụ giới thượng lưu, giống như Concorde trước đây. Tuy nhiên, với những tiến bộ công nghệ, liệu du hành siêu thanh có thể trở thành hiện thực lần nữa, hoặc thậm chí trở nên phổ biến? Chỉ thời gian mới có thể trả lời.

Theo Conversation.