NASA đang lắp ráp máy bay siêu thanh có thể vượt tường âm thanh mà không gây ra tiếng nổ siêu thanh

Chương trình Hành tinh X của NASA đã được triển khai trong 70 năm. Trong suốt những thập kỷ qua, cơ quan này đã phát triển một loạt các máy bay và tên lửa để thử nghiệm những công nghệ và thiết kế tiên tiến nhất. Giờ đây, NASA chuẩn bị ra mắt chiếc máy bay mới nhất, X-59.

X-59 là máy bay siêu thanh có tên gọi đầy đủ là X-59 Quiet SuperSonic Technology (QueSST). Ngoài việc nâng vận tốc tối đa và độ cao hoạt động lên cao hơn so với những mẫu trước trong dự án Hành tinh X, X-59 còn được thiết kế để vượt vận tốc âm thanh mà không tạo ra tiếng nổ siêu thanh. Chiếc máy bay X-59 khi vượt tường âm thanh sẽ chỉ tạo ra một tiếng đập lớn, nếu có.

X-59 Quiet SuperSonic Technology (Ảnh: NASA)

Các bản thiết kế sơ bộ cho thấy X-59 được tiến hành nghiên cứu từ tháng 2/2016. NASA muốn phát triển một loại máy bay siêu thanh có thể loại bỏ tiếng nổ siêu thanh. Máy bay siêu thanh đã được chế tạo từ lâu và thậm chí còn được đưa vào khai thác thương mại. Điển hình như máy bay chở khách Concorde được khai thác từ năm 2003, nhưng vấn đề là nó tạo ra tiếng nổ siêu thanh quá lớn nên chỉ cho phép bay qua biển để tránh ô nhiễm tiếng ồn trong các khu dân cư.

Tuy nhiên, vận tốc của máy bay siêu thanh vẫn không thể bàn cãi. Các nhà thiết kế tin rằng hình dáng máy bay có thể làm triệt tiêu tiếng nổ siêu thanh và đưa máy bay siêu thanh trở lại khai thác rộng rãi. Trong một mẫu thử nghiệm trước có tên Northrop F5-E, chiếc máy bay này được thiết kế với hình dáng phần mũi đặc biệt để có thể giảm thiểu hoặc loại trừ tiếng nổ siêu thanh.

Có thể xem Northrop F5-E là một bản thử nghiệm của X-59. Phần mũi có thiết kế như mỏ của chim bồ nông giúp làm giảm âm lượng của tiếng nổ siêu thanh mà con người có thể nghe được từ mặt đất. (Ảnh: NASA)

"Thiết kế đặc biệt này tạo hình phần đầu máy bay giống với phần mỏ của chim bồ nông, chúng được tạo hình cẩn thận để thay đổi hướng sóng xung kích mà vẫn giúp máy bay đạt vận tốc lớn hơn vận tốc âm thanh", Lawrence R. Benson, tác giả cuốn "Quieting the Boom", một cuốn sách về thiết kế của máy bay siêu thanh.

Tiếng nổ siêu thanh mà các máy bay phản lực tạo ra hoàn toàn không liên quan đến động cơ máy bay. Tiếng nổ xảy ra do các sóng xung kích va vào nhau sau khi máy bay vượt ngưỡng vận tốc của âm thanh. Và với những người ở mặt đất thì chỉ nhận thấy một tiếng nổ duy nhất, tuy nhiên quá trình diễn ra không chỉ có vậy. Tiếng nổ vẫn tiếp tục kéo dài khi máy bay di chuyển với vận tốc cao hơn vận tốc âm thanh.

Ở mặt đất chỉ có thể nghe thấy tiếng nổ khi sóng âm truyền đến mặt đất (Ảnh: I, Melamed katz, CC BY-SA 3.0)

X-59 có thể giảm thiểu cường độ của tiếng nổ siêu thanh nhờ vào sự hỗ trợ của bộ phận có tên "canards". Canards là phần cánh có kích thước nhỏ đặt phía trước cánh chính. Bộ phận này làm thay đổi hướng di chuyển của sóng xung kích và ngăn chúng va vào nhau ở khu vực phía sau máy bay. Kết hợp với khung khí động học dài và hẹp của X-59, canards có thể giảm tiếng ồn tiếng nổ siêu thanh đến ngang mức tiếng đóng cửa ô tô.

Một trong những nhược điểm của thiết kế X-59 là phần buồng lái phía trước bị giảm tầm nhìn. Để giải quyết vấn đề này, X-59 được trang bị hệ thống eXternal Visibility System (XVS). XVS là hệ thống gồm các cảm biến, máy tính và công nghệ hiển thị giúp thể hiện các thông tin hành trình quan trọng trên màn hình buồng lái như các hệ thống trực quan giúp định vị đường băng để cất cánh và hạ cánh. Kết quả là hệ thống này tạo ra hình ảnh "thực tế ảo" hay tăng cường hình ảnh thực của khu vực phía trước máy bay.

Phần cánh nhỏ ở phía trước của X-59 có tên gọi canard giúp định hướng sóng xung kích phía sau máy bay, tránh để chúng va vào nhau và tạo ra tiếng nổ siêu thanh (Ảnh: NASA)

Vừa qua, NASA đã công bố rằng X-59 đã vượt qua phần kiểm tra quan trọng nhất Key Decision Point-D (KPD-D), đây là phần đánh giá cuối cùng tước khi lắp ráp hoàn chỉnh. Một khi chiếc máy bay này sẵn sàng cho các bài bay thử nghiệm, các quan chức của NASA sẽ tổ chức họp vào cuối năm 2020 để thông qua chuyến bay đầu tiên của X-59 vào năm 2021.

"Với sự hoàn thành phần kiểm tra KDP-D, lịch trình thử nghiệm X-59 đã được chúng tôi lên kế hoạch kỹ lưỡng và đang theo đúng tiến độ. Chúng tôi đã chuẩn bị tất cả mọi thứ để hoàn thành nghiên cứu lịch sử trong lĩnh vực hàng không dân dụng này", Bob Pearce, người phụ trách mảng hàng không của NASA trả lời trước báo chí.

Khi chiếc máy bay này cất cánh, nó sẽ được thẩm định một cách nghiêm ngặt với sự giúp đỡ từ cộng đồng dân cư dưới mặt đất. X-59 sẽ bay qua một vài khu vực được lựa chọn trước tại US, các cư dân ở đây sẽ báo cáo lại thực trạng âm thanh của chiếc máy bay tạo ra mà họ nghe được. Việc tổ chức thử nghiệm công khai nhằm giúp thu thập đánh giá từ cộng đồng, đồng thời hỗ trợ cho việc phát triển bộ hướng dẫn bay mới cho máy bay siêu thanh trong tương lai.

NASA đã triển khai một hệ thống độc nhất giúp quan sát sóng âm tạo ra bởi máy bay siêu thanh. Hệ thống này có tên "Schlieren Photography", được phát triển lần đầu vào năm 1864 để chụp lại dòng chảy chất lỏng. NASA đã sử dụng nó để chụp lại các sóng xung kích tạo ra bởi máy bay và đây chính là công nghệ đóng vai trò chủ chốt trong quá trình phát triển của X-59.

Hình ảnh sóng xung kích tạo ra bởi máy bay siêu thanh T-38C sử dụng nguồn sáng từ mặt trời và qua xử lý bởi các thuật toán của NASA (Ảnh: NASA)

X-59 hiện đang được lắp ráp bởi hãng Lockheed-Martin tại nhà máy Skunk Works ở California. Chiếc máy bay này dự kiến sẽ tiêu tốn khoảng 250 triệu USD. Quá trình lắp ráp dự kiến hoàn thành vào cuối năm 2020.

Phần thân chính của X-59 đang trong quá trình lắp ráp (Ảnh: Lockheed-Martin)

Minh Bảo theo Universe Today