NASA’s X-59 QueSST: Hướng tới sự trở lại ưu ái cho các máy bay siêu thanh?

Trong những tuần gần đây, NASA đã giao tiếp rất nhiều
trong chương trình máy bay thử nghiệm X-59 QueSST, mà người trình diễn sắp kết thúc quá trình lắp ráp tại nhà sản xuất máy bay Lockheed-Martin. Là một mắt xích quan trọng trong dự án Trình diễn Chuyến bay Bùng nổ Thấp (LBFD), X-59 sẽ bắt đầu các chiến dịch bay thử nghiệm vào năm 2023 với một mục tiêu duy nhất: chứng minh rằng nó có thể bay siêu âm mà không phát ra “tiếng nổ” siêu thanh nổi tiếng.

Nếu chương trình giữ đúng lời hứa, nó có thể cho phép sự xuất hiện của máy bay vận tải siêu thanh có khả năng bay trên đất liền, mà không có những giới hạn áp đặt cho Concorde vào thời đó.

Hướng tới sự trở lại của máy bay vận tải siêu thanh?

Thiết bị đầu tiên có khả năng bay với tốc độ siêu thanh trong chuyến bay ngang bằng (mà không thực hiện lặn) là Bell X-1, được lái bởi Chuck Yeager vào năm 1947, chiếc máy bay đầu tiên trong một hàng dài máy bay X nhằm mục đích thúc đẩy các giới hạn của du hành vũ trụ. Những chuyến bay đầu tiên này cho phép quân đội Mỹ và NACA (tổ tiên của NASA) khám phá những đặc điểm rất riêng của khí động học ở tốc độ siêu âm. Rất nhanh chóng, tốc độ siêu thanh đã trở thành một tiêu chuẩn trên máy bay chiến đấu và tên lửa trên khắp thế giới.

Tuy nhiên, sẽ phải mất hai thập kỷ nữa người ta mới thấy chiếc máy bay dân dụng đầu tiên có thể làm được những chiến công như vậy, với chiếc Tu-144 của Liên Xô (chuyến bay đầu tiên vào tháng 12 năm 1968) và chiếc Concorde nổi tiếng của Pháp-Anh (chuyến bay đầu tiên vào tháng 3 năm 1969). Vào thời điểm đó, các chuyến bay dân dụng ở Mach 2 hứa hẹn sẽ trở thành tiêu chuẩn, với các dự án máy bay vận tải siêu thanh (SST) trên toàn thế giới.

Tuy nhiên, trong khoảng thời gian vài năm, mọi thứ dừng lại, và chỉ có hơn chục chiếc Concordes còn lại khai thác các chuyến bay xuyên Đại Tây Dương. Thật vậy, các chuyến bay siêu thanh có một số nhược điểm lớn: chúng tiêu tốn rất nhiều nhiên liệu, vốn đã trở nên rất tốn kém với các cú sốc dầu, gây ra nhiều tiếng ồn khi cất cánh và kéo theo sau chúng là “tiếng nổ siêu thanh”, những tiếng nổ rất dễ nghe khiến chúng được sử dụng ở trên đất không thể chịu đựng được cho người dân.

Năm 1973, các quy định của Hoa Kỳ đã cấm hoạt động siêu thanh của họ trên đất Hoa Kỳ, phá hủy dự án SST khổng lồ khi đó đang được phát triển tại Boeing từ trong trứng nước. Giờ đây, gần nửa thế kỷ sau, chuyến bay siêu thanh thông thường có thể trở thành hiện thực một lần nữa nhờ dự án X-59 QueSST (Vận tải siêu thanh yên tĩnh) của NASA với mục đích biến “tiếng nổ” siêu thanh thành tiếng ồn điếc tương đương với tiếng cửa đóng.

Đổi mới để giảm sự bùng nổ siêu thanh

Để có thể giảm sự bùng nổ âm thanh thành một tiếng ầm ầm đơn giản, cần phải làm giảm sóng xung kích. Tất nhiên, nói thì dễ hơn làm, đặc biệt là vì các mô phỏng trên máy tính nhanh chóng đạt đến giới hạn của chúng, nên việc mô hình hóa tất cả các tương tác có thể xảy ra rất phức tạp. Đây là nơi chương trình LBFD của NASA và X-59 đi vào hoạt động.

Ý tưởng là phát triển một chiếc máy bay sử dụng các hình dạng cụ thể có khả năng tạo ra và khuếch tán một số sóng xung kích “nhỏ” thay vì một sóng lớn duy nhất, bằng cách giảm thiểu sự chồng chất và tích tụ của sóng áp suất. Điều này giải thích phần mũi đặc biệt kéo dài của thiết bị. Điều này sau đó sẽ dẫn đến một loại tiếng ầm ầm, chứ không phải là một tiếng nổ đặc biệt lớn.

Mục đích cũng là hướng sự khuếch tán của sóng xung kích lên trên, đi qua thân máy bay và các cánh có hình dạng mới hoặc qua vị trí mặt lưng của lò phản ứng. Do đó, nó là một loạt các giải pháp kỹ thuật khác nhau mà X-59 sẽ phải thử nghiệm khi bay, trong điều kiện sử dụng ngoài tầm với của các mô phỏng và đường hầm gió tốt nhất.

X-59 QueSST: một máy bay X để kết nối lại với phương tiện vận tải siêu thanh

Các nghiên cứu sơ bộ về X-59 QueSST bắt đầu vào năm 2016. Đối với thiết kế của nó, vào năm 2018, NASA đã chọn Skunk Works của Lockheed Martin, văn phòng thiết kế huyền thoại mà chúng tôi nợ SR-71, chiếc máy bay nhanh nhất thế giới, hoặc thậm chí là máy bay chiến đấu tàng hình đầu tiên. Việc xây dựng nhà biểu tình đã bắt đầu vào năm ngoái và sẽ hoàn thành vào cuối năm nay. Chuyến bay đầu tiên, dự kiến ​​ban đầu vào năm 2021, nên bị hoãn lại đến năm 2022, phần lớn là do sự cố chậm lại do khủng hoảng sức khỏe. Dài gần 30 m, X-59 có sải cánh dài 9 nỗi buồn của tôi. Nó phải có thể thực hiện các chuyến bay hành trình ở Mach 1,4 (1 xấp xỉ 500 km / h) ở độ cao 16.800 m.

Ban đầu, X-59 QueSST dự kiến ​​sẽ thực hiện một loạt các chuyến bay thử nghiệm qua các cơ sở thử nghiệm của NASA và Không quân Hoa Kỳ. Điều này sẽ liên quan đến việc đo mức độ tiếng ồn của thiết bị và so sánh nó với các mô hình dự đoán. Từ năm 2024, các cuộc thử nghiệm quy mô lớn sẽ được thực hiện bằng cách bay thường xuyên qua các khu vực có người sinh sống và các thành phố của Mỹ.

Nếu các thử nghiệm được kết luận, X-59 QueSST do đó có thể có hai tác động mang tính cách mạng đối với cảnh quan hàng không của Mỹ và thậm chí toàn cầu:

• Máy bay thử nghiệm có thể là nguồn cảm hứng cho các máy bay vận tải sản xuất hàng loạt trong tương lai, cho dù là máy bay vận tải hay máy bay phản lực kinh doanh.
• Toàn bộ dự án LBFD có thể cho phép cải tiến các quy định về hàng không hiện hành. Thay vì cấm tất cả các chuyến bay dân dụng siêu thanh qua Hoa Kỳ, như trường hợp ngày nay, NASA đang đề xuất thiết lập các quy định dựa trên mức độ tiếng ồn.

Chuyến bay siêu thanh: cơn sốt vàng hay ảo ảnh công nghệ?

Hiện tại, X-59 QueSST chắc chắn là biểu tượng nổi bật nhất của sự quay trở lại ủng hộ các chuyến bay siêu thanh, vốn được hưởng lợi từ nhiều tiến bộ công nghệ trong khí động học cũng như động cơ đẩy hoặc hệ thống điện tử hàng không. Nó là một phần của một động lực quốc tế thực sự, với các dự án của Nhật Bản, Nga và thậm chí cả Nga-Tiểu vương quốc.

Ngoài các chương trình này của chính phủ, có rất nhiều sáng kiến ​​tư nhân, tuy nhiên đang gặp khó khăn trong việc tìm kiếm nguồn tài trợ do khuôn khổ pháp lý vẫn còn quá hạn chế. Rất hứa hẹn, các dự án của Spike Aerospace và đặc biệt là công ty khởi nghiệp Aerion do đó đã bị bỏ dở ngay cả trước giai đoạn tạo mẫu. Tuy nhiên, Boom Technology đang hoạt động tốt hơn một chút, phần lớn là do công ty đang nhắm mục tiêu vào thị trường xuyên đại dương ít hạn chế hơn nhiều, điều này không ngăn cản nó hứa hẹn giảm tiếng ồn đáng kể trên máy bay Overture của mình. Gần đây, Exosonic tiết lộ tham vọng của mình về một loại máy bay phản lực siêu âm và không ồn có khả năng chở 70 hành khách.

Nhìn chung, sự hồi sinh của siêu thanh dân dụng này vẫn nằm trong kỳ vọng. Do đó, những tiến bộ – đặc biệt là về quy định – của X-59 có thể chứng minh tính quyết định đối với lĩnh vực này. Nửa thế kỷ sau, nó vẫn phải đối mặt với những vấn đề khác của chuyến bay siêu thanh, đặc biệt là mức tiêu thụ, lợi nhuận hoạt động và tác động môi trường của nó. Dù nhiên liệu sinh học có hứa hẹn gì đi nữa, thì một chiếc máy bay siêu thanh sẽ luôn thải ra nhiều hơn một chiếc máy bay thông thường, đồng thời chở ít hành khách hơn. Tệ hơn nữa, tác động của bùng nổ âm thanh (thậm chí giảm độc lực) đối với động vật hoang dã vẫn còn ít được biết đến; hơn nữa, chúng tôi biết rằng tác động của chúng là cụ thể đối với một số nhóm người di cư nhất định…

Nguồn : Lockheed Martin,
NASA