X-59 hoàn tất thử nghiệm động cơ, tương lai hàng không siêu thanh sẽ trở lại sau lệnh cấm 50 năm?

Sau thời đại của Concorde, hàng không siêu thanh có trở lại hay không phụ thuộc vào sự thành bại của X-59 QueSST - nền tảng máy bay siêu thanh độ ồn thấp được NASA hợp tác cùng Lockheed Martin nghiên cứu từ gần 10 năm trước. Mới đây X-59 đã đạt được cột mốc quan trọng với thử nghiệm động cơ toàn tải, kích hoạt thành công bộ đốt sau (afterburner).

Tại cơ sở thử nghiệm của phòng nghiên cứu Skunk Works của Lockheed Martin ở Palmdale, California, động cơ F414-GE-100 của X-59 đã được cho chạy ở công suất tối đa và kích hoạt đốt sau (afterburner). NASA cho biết thử nghiệm đã diễn ra thành công trong giới hạn nhiệt độ dự kiến. Luồng khí chảy qua thân máy bay được duy trì ở các thông số dự kiến. Ngoài ra thử nghiệm này cũng nhằm kiểm tra khả năng hoạt động đồng bộ giữa động cơ và các hệ thống khác của máy bay. Thử nghiệm này cũng mở đường cho chuyến bay thử đầu tiên của X-59 QueSST dự kiến sẽ diễn ra vào năm tới.


Động cơ F414-GE-100 là động cơ turbofan tiên tiến có tính năng afterburner cho lực đẩy tối đa 22.000 lbf (98 kN) đủ để đưa chiếc X-59 lên vận tốc Mach 1.4 ở độ cao xấp xỉ 16700 m. Động cơ này thực tế được tuỳ biến lại từ động cơ F414-GE-39E của GE Aerospace, phát triển đầu thập niên 90. F414-GE-39E được trang bị cho máy bay tiêm kích đa năng Saab JAS-39E/F Gripen của Thuỵ Điển, trên phiên bản F414-GE-100 thì nó được thiết kế lại về hệ thống ống dẫn nhiên liệu và phần mềm điều khiển.


Động cơ này được lắp trên chiếc X-59 ở vị trí phía trên phần đuôi của máy bay, tương tự vị trí động cơ thứ 3 của những chiếc trijet như McDonnell Douglas DC-10 hay Lockheed Tri-Star. Kiểu thiết lập này giúp giảm tiếng ồn tạo ra khi bay ở vận tốc siêu thanh.

Concorde cất cánh và tiếng nổ lớn khi nó đạt vận tốc siêu thanh (khoảng giây 0:58 - 0:59 trong video).

Tiếng ồn khi máy bay phá vỡ tường âm thanh chính là trọng tâm của chơng trình QueSST. 50 năm trước, chính phủ liên bang đã chính thức cấm mọi chuyến bay siêu thanh dân dụng trên đất liền. Đạo luật này có hiệu lực từ ngày 27 tháng 4 năm 1973 trong đó cấm máy bay phi quân sự bay nhanh hơn vận tốc siêu thanh trước những lo ngại của cộng đồng dân cư về tiếng ồn gây ảnh hưởng đến sức khoẻ cũng như thiệt hại vật chất mà nó gây ra.


Thập niên 70 là thời đại của huyền thoại Concorde, khi đó British Airways và Air France là 2 hãng hàng không chính khai thác chiếc máy bay này với các chặng bay phổ biến giữa các phi trường như New York JFK, Washington Dulles, Miami, Dallas/Fort Worth ở Mỹ và London Heathrow, Anh và Charles de Gaulle, Paris, Pháp. Concorde khi đạt tốc độ siêu thanh (tối đa đến Mach 2 ~2390 km/h) thì nó tạo ra các vụ nổ siêu thanh và người dân sống bên dưới hay gần đường bay của Concorde đã liên tục báo cáo về sự phiền toái của thứ âm thanh này. Nó khiến họ giật mình, cửa sổ nhà bị vỡ, thạch cao, tường gạch bị nứt, kèm theo đó là những lo ngại về sức khoẻ khi phải nghe âm thanh lớn trong thời gian dài.

View attachment 8129357
Các đường bay của Concorde từ năm 1976 đến 2003, màu xanh của Air France, màu đỏ của British Airways.

Trước những lo ngại từ công chúng, Hoa Kỳ và nhiều quốc gia khác đã cấm Concorde bay ở vận tốc siêu thanh trên đất liền. Điều này đã đặt ra những hạn chế khiến Concorde chủ yếu thực hiện các đường bay liên lục địa trên đại dương. Thêm vào đó, hoạt động của Concorde cũng bị ảnh hưởng bởi khi bay trên đất liền phi công buộc phải giảm tốc độ xuống mức cận âm, từ đó làm giảm hiệu quả hoạt động và tăng nhiên liệu tiêu thụ, giảm tính kinh tế của Concorde so với các máy bay phản lực cận âm khác. Tiếng ồn sonic boom là một trong những nguyên nhân khiến Concorde phải về hưu vào năm 2003. Kể từ đó đến nay hàng không thương mại vẫn chưa chứng kiến sự trở lại của máy bay siêu thanh.


NASA muốn đưa kỷ nguyên siêu thanh trở lại với chương trình QueSST, giải quyết những vấn đề mà công nghệ thời thập niên 60 - 70 chưa đủ tinh vi để đáp ứng. X-59 được thiết kế để bay ở vận tốc âm thanh với độ ồn thấp, người trên mặt đất sẽ chỉ nghe thấy một tiếng "thụp" giống như tiếng khi đóng cửa xe hơi thay vì một tiếng nổ lớn đặc trưng của sonic boom.

Thử nghiệm vừa qua tại Skunks Works là cột mốc lớn quan trọng để chuẩn bị cho chuyến bay thử đầu tiên của X-59 dự kiến vào năm nay 2025. Các thử nghiệm tiếp theo đối với X-59 bao gồm cho động cơ va phải chim để thu thập dữ liệu hoạt động trong điều kiện bình thường và hỏng hóc, tiếp đó là một loạt các thử nghiệm trên mặt đất.


NASA đã lên kế hoạch cho X-59 bay trên nhiều cộng đồng dân cư khác nhau và tiến hành khảo sát phản ứng của người dân. Dữ liệu từ các thử nghiệm của X-59 sẽ được đệ trình lên giới làm luật tại Mỹ và quốc tế để xem xét dỡ bỏ lệnh cấm đã 5 thập niên. Mục tiêu là nhằm thay đổi quy định tập trung vào âm thanh mà máy bay tạo ra thay vì giới hạn tốc độ. Từ đó, loại hình hàng không thương mại siêu thanh sẽ có thể được hồi sinh kể từ khi Concorde nghỉ hưu. Chương trình QueSST cũng hợp tác với các đối tác thương mại khác để giúp giảm thời gian bay đường dài trên khắp Hoa Kỳ và liên lục địa.

NASA [1], [2]; SimpleFlying