Vì sao chiếc máy bay siêu thanh chạy bằng hydro đầu tiên trên thế giới có thể bay nhanh gấp 12 lần tốc độ âm thanh
Nguồn:
Hypersonix | Simple Flying
Đăng ngày 4 tháng 12 năm 2025
Alexander (Alex) Mitchell gia nhập Simple Flying với nền tảng về tài chính và tư vấn chiến lược. Anh từng làm việc trong lĩnh vực hàng không và vũ trụ tại Bridgewater Associates, quỹ đầu cơ lớn nhất thế giới, và phục vụ các khách hàng lớn trong ngành với tư cách là cộng sự mùa hè tại Boston Consulting Group. Với niềm đam mê hàng không suốt đời, Alex duy trì uy tín vững chắc trong ngành, và các ấn phẩm lớn, bao gồm The New York Times, Reuters, Forbes, Newsweek, USA TODAY và CNN, thường xuyên trích dẫn công việc của anh. Là biên tập viên cộng tác trong các nhóm thương mại của Simple Flying, sơ yếu lý lịch của Alex cũng bao gồm kinh nghiệm tại KPMG Consulting và Lucern Capital Partners.
Một chiếc máy bay chạy bằng hydro lao vút qua tầng khí quyển trên cao với tốc độ vượt quá mười hai lần tốc độ âm thanh có vẻ như là một giấc mơ chỉ dành riêng cho khoa học viễn tưởng. Tuy nhiên, đó chính là lời hứa đằng sau mẫu thử nghiệm DART AE của Hypersonix Launch Systems (Úc), một phương tiện nhỏ gọn và không người lái được chế tạo dựa trên động cơ phản lực siêu âm SPARTAN, một loại động cơ hoàn toàn mới. Mục tiêu trước mắt của chương trình phát triển này không phải là biến chiếc máy bay này thành phương tiện vận chuyển hành khách mà là một thiết bị ghi dữ liệu chuyến bay. Tốc độ siêu âm rất khó xác thực trừ khi một nguyên mẫu thực sự cất cánh, vì các cơ sở trên mặt đất không có khả năng tái tạo hiện tượng gia nhiệt do sóng xung kích, dòng chảy hỗn loạn, đánh lửa động cơ và kiểm soát tốc độ chính xác ở Mach 5.
Đây là một bước ngoặt kỹ thuật mà cuối cùng sẽ kết hợp giữa hệ thống đẩy, vật liệu, khả năng tự hành và hậu cần thử nghiệm được phối hợp cẩn thận, tất cả đều là những tình huống mà những sai sót nhỏ sẽ nhanh chóng dẫn đến hậu quả nghiêm trọng. Đồng thời, tuyên bố "đầu tiên trên thế giới" cần được làm rõ thêm ở đây. NASA đã chế tạo một chiếc máy bay phản lực siêu âm X-42A chạy bằng hydro đạt tốc độ Mach 9.6 trong một thời gian ngắn vào năm 2004. Do đó, chiếc máy bay không người lái mới này sẽ là sự tối ưu hóa và cải tiến một công nghệ hiện có. Lời chào mời mà Hypersonix đưa ra là loại máy bay mới này sẽ mang lại chu kỳ chế tạo nhanh hơn, nhiều lần phóng hơn và thời gian hoạt động có động cơ lâu hơn. Những người ủng hộ chương trình cũng nhấn mạnh việc sử dụng hydro xanh, cuối cùng định vị chương trình này như một khả năng máy bay có liên quan đến quốc phòng và một thử nghiệm động cơ đẩy tổng thể sạch hơn. Chúng ta sẽ phân tích chi tiết chương trình phát triển đầy tham vọng này và những gì nó có thể mang lại.
Scramjet chính xác là gì?
Nguồn ảnh: Căn cứ Không quân Arnold
Trước hết, chúng ta cần phải định nghĩa chính xác scramjet là gì. Từ "scramjet" là cách viết tắt của động cơ phản lực đốt siêu âm (supersonic combustion ramjet), một loại động cơ không có quạt hoặc máy nén. Thay vào đó, loại động cơ này chỉ dựa vào tốc độ tiến về phía trước của phương tiện để nén không khí đi vào. Ở tốc độ khoảng Mach 5 trở lên, bản thân cửa hút gió tạo ra sóng xung kích, và hình dạng ống dẫn giúp nén luồng không khí đến áp suất và nhiệt độ cao.
Sau đó, nhiên liệu được phun vào và đốt cháy trong khi máy bay đang bay trên không và trong khi nó vẫn di chuyển siêu âm qua buồng đốt. Đó vừa là điều kỳ diệu, vừa là điều đau đầu. Vì thời gian lưu trú của nhiên liệu trong loại động cơ này rất ngắn, nhiên liệu bị buộc phải trộn lẫn và bốc cháy cực nhanh. Bản thân ngọn lửa phải duy trì ổn định mà không làm tắc nghẽn luồng không khí tổng thể. Đồng thời, khung máy bay và động cơ trở thành một thể thống nhất, với thân máy bay giúp tạo thành cửa hút gió của động cơ trong khi vòi phun góp phần tạo lực nâng tổng thể và tạo lực đẩy.
Đây là lý do tại sao động cơ scramjet thường được ghép nối với tên lửa hoặc các thiết bị đẩy khác, vì chúng không cho phép phương tiện di chuyển trên mặt đất và sau đó khởi động từ từ như động cơ tuabin. Ngay cả những thay đổi nhỏ về góc tấn công hoặc nhiệt độ cũng có thể làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự ổn định đốt cháy của động cơ scramjet, làm nổi bật tính dễ bay hơi của loại động cơ này. Khi một chương trình hứa hẹn tốc độ Mach cao, câu hỏi đặt ra không chỉ là tốc độ tối đa mà còn là làm thế nào bản thân động cơ có thể duy trì máy bay ở tốc độ này, và liệu phi công có thể điều khiển với độ chính xác thực sự nào hay không.
Tại sao hydro giúp tạo ra hiệu suất tốc độ cao hơn?
Nguồn ảnh: Hyperonix Launch Systems
Hydro là nguyên tố cực kỳ hấp dẫn đối với động cơ scramjet, một phần vì nguyên tố này rất dễ cháy về mặt hóa học. Các nguyên tử hydro khuếch tán nhanh, trộn nhanh với nhiên liệu và có thể bốc cháy trong nhiều điều kiện khác nhau. Điều này mang lại chính xác những gì người ta cần khi chỉ có vài mili giây để đốt một lượng nhiên liệu khổng lồ, như trường hợp của các động cơ này. Nguyên tố này chứa một lượng năng lượng lớn trong mỗi kilogram, điều này rất quan trọng khi lực cản tăng mạnh theo tốc độ và máy bay phải chống lại nhiệt độ tăng nhanh.
Trong hầu hết các thiết kế siêu thanh, nhiên liệu lạnh thậm chí có thể đóng vai trò như chất làm mát, cuối cùng giúp hút nhiệt ra khỏi các cấu trúc nóng hoặc thành động cơ trước khi nhiệt đi vào buồng đốt, từ đó cải thiện khả năng sống sót tổng thể và cho phép hoạt động lâu hơn.
Hydro là một cơn ác mộng về đóng gói. Mật độ thấp của hợp chất này có nghĩa là cần đến các bình chứa cồng kềnh thực hiện quá trình đông lạnh hydro lỏng ở nhiệt độ cực thấp hoặc lưu trữ ở áp suất cao, cả hai đều làm tăng khối lượng, độ phức tạp và vấn đề an toàn.
Hệ thống nhiên liệu của máy bay siêu thanh phải duy trì ổn định dưới sự rung động liên tục, gia tốc nhanh và sự thay đổi nhiệt độ mạnh mẽ, đồng thời duy trì khả năng kiểm soát lưu lượng chính xác trong phạm vi hoạt động hẹp của động cơ. Do đó, việc sử dụng hydro không loại bỏ rủi ro siêu thanh mà chỉ sắp xếp lại những gì tiếp xúc với nó. Cái giá phải trả cho tốc độ do động cơ siêu thanh chạy bằng hydro tạo ra là công việc tích hợp phức tạp, bao gồm bình chứa, vật liệu cách nhiệt, van và hệ thống đường ống được cải tiến. Việc phát hiện rò rỉ cũng cần phải chính xác và các kế hoạch dự phòng cần được chuẩn bị kỹ lưỡng.
