BM: Giấc mơ hàng không: bay cao và xa hơn nữa

Một mẫu thiết kế bay thử nghiệm

Đã hơn 100 năm kể từ sự kiện của anh em nhà Wright. Nhưng nhân loại không bao giờ ngừng mơ ước được bay tự do như loài chim.

Con người thực hiện 4 tỷ chuyến bay mỗi năm, nhưng khao khát về tiện lợi và tốc độ của họ vẫn chưa thỏa. Nhu cầu đó, cộng thêm các lực của biến đổi khí hậu, đang dẫn tới một làn sóng các công nghệ cấp tiến bao gồm sức đẩy động cơ phản lực điện và thậm chí cả các taxi hàng không tự lái.

Đó là một cuộc cách mạng trong tìm kiếm để bay lên bầu trời.

Hàng không gặp rắc rối

Trong thần thoại Hy Lạp, nhà sáng chế Daedalus đã tạo ra cánh từ các cành cây liễu, lông vũ và sáp để tạo ra một phương tiện thoát khỏi nhà tù cho ông ta và con trai.

Họ đã bay thoát, nhưng con trai bướng bỉnh của ông, Icarus, đã bay cao quá gần mặt trời trong lúc phấn khích. Sáp tan chảy, và Icarus rơi xuống đất trong một cái chết đẫm lệ.

Đây có phải là một cảnh báo trước sự kiêu ngạo của con người, hay là một lời tiên tri về sự chinh phục bầu trời không thể tránh khỏi?

Giấc mơ hàng không: Các cột mốc đáng nhớ

Nếu đó là một cảnh báo, nó không được chú ý.

Nhân loại luôn mơ ước bay.

Leonardo da Vinci đã phác hoạ ra ý tưởng của mình về một chiếc máy bay "ốc vít" vào thế kỷ 15. Nhưng cho đến khi Orville & Wilbur Wright thực hiện thành công chuyến bay đầu tiên vào năm 1903, giấc mơ đó cho thấy dấu hiệu trở thành hiện thực.

Các nhà quy hoạch đô thị trong tương lai luôn nghĩ đến những chiếc xe bay và máy bay - cuộc sống trong ba chiều không gian. Trong cuốn tiểu thuyết Thế giới dũng cảm mới (Brave New Age) (1932) của Aldous Huxley, những lãnh đạo "thuần chủng" bay theo chiều dọc vào bầu trời trong các máy bay của họ.

Sáng chế ra động cơ phản lực trong những năm 1930 và 1940 đã làm cho chuyến đi xuyên Đại Tây dương trở nên quyến rũ và sang trọng quá đáng. Thế giới thu nhỏ lại và trở nên dễ tiếp cận hơn - ít nhất là với một số người giàu có.

Sau đó khi các động cơ phản lực cánh quạt gia nhập và sản xuất phi cơ trở nên hiệu quả hơn, chi phí giảm và hàng không trở nên dễ tiếp cận hơn đối với công chúng.

Trong khi các máy bay phản lực siêu âm như Concorde giữ lại vẻ quyến rũ của du lịch đường dài, xu hướng đã luôn luôn hướng tới việc dân chủ hoá hàng không. Các hãng hàng không giá rẻ như Ryanair, EasyJet, AirAsia và Southwest Airlines đã làm cho các điểm đến ngắn hạn ở trong tầm tay của hầu hết mọi người.

Đi máy bay đã trở nên giống như đi một chiếc xe bus, và số lượng hành khách hàng không tăng cao.

Nhiều phương án đang được các nhà thiết kế thai nghén và phát triển

Gần đây hơn, biến đổi khí hậu đã gây chú ý và đặt ra những yêu cầu khẩn thiết về môi trường - nhu cầu giảm tiếng ồn và lượng khí thải carbon dioxide - bắt đầu được ưu tiên.

Những giấc mơ chuyến bay siêu tốc - kết nối New York với Thượng Hải trong hai giờ hơn là 15 giờ như thường lệ - bắt đầu mờ nhạt.

Nhưng sự cần thiết là mẹ của sáng chế, và động lực gần đây tạo ra một kỷ nguyên mới của sự đổi mới mà Daedalus sẽ phải đánh giá cao.

Như Giáo sư Iain Grey, giám đốc không gian vũ trụ tại Đại học Cranfield ở Anh, nói: "Chúng ta đang thấy những vật liệu mới. Chúng ta đang nhìn thấy những công nghệ mới xung quanh tự động [phi cơ tự bay] và trí tuệ nhân tạo lần đầu tiên được áp dụng trong không gian. Và chúng ta đang thấy những cơ hội thực sự thú vị xung quanh động cơ phản lực điện.

Thành phố thông minh với taxi bay

Đứng trên phi đạo vào một ngày xám xịt lạnh lẽo ở Donauwörth, miền nam nước Đức, quan sát chiếc trực thăng trình diễn với tám cánh quạt của Airbus bay lên không trung, thật khó tưởng tượng được sự chuyển đổi cơ bản trong di động ở đô thị mà nguyên mẫu này - và những mẫu khác tương tự- có thể báo trước.

Giấc mơ hàng không: Taxi bay

Tuy nhiên, Marius Bebesel, kỹ sư trưởng của khái niệm CityAirbus này, tin rằng các phi đội bay không người lái của các taxis bay "cất, hạ cánh thẳng đứng" (VTOL) sẽ vận chuyển bốn hành khách mỗi lần giữa các phi trường và các trung tâm siêu đô của thế giới trong vòng năm năm nữa.

Việc đặt chuyến sẽ dễ dàng như đặt một chiếc taxi trên điện thoại thông minh, và CityAirbus sẽ chỉ là một yếu tố trong một mạng lưới vận tải liền mạch và tích hợp.

Các hệ thống quản lý không lưu chuyên dụng sẽ đảm bảo an toàn, và mọi người sẽ sớm cảm thấy thoải mái với ý tưởng về máy bay tự điều khiển và những lợi ích mà chúng có thể mang lại - thuận tiện hơn, ít ô nhiễm hơn, ít bị tắc nghẽn giao thông hơn.

Nhiều hãng hàng không giá rẻ đang vào cuộc và đầu tư cho công nghệ, giải pháp mới

Phi cơ này về mặt cơ khí đơn giản hơn nhiều so với một trực thăng thông thường, ông Bebesel nói, và sẽ có tầm bay khoảng 60km với tốc độ lên tới 120km/h. Sạc lại pin sẽ mất khoảng 15 phút, ông nói.

Các phi cơ VTOL phù hợp hơn với môi trường đô thị vì chúng không cần phi đạo dài và có thể hạ cánh trong không gian chật hẹp và đậu trên các mái nhà chọc trời.

Nhưng liệu mọi người có thực sự cảm thấy đủ tự tin khi lên một phi cơ không người lái hay không?

"Lúc đầu, chúng tôi sẽ có một phi công chỉ để tăng sự chấp nhận của công chúng", ông nói, nhưng sẽ không có gì nhiều để họ làm. Trong trường hợp khẩn cấp, hệ thống quản lý không lưu tự động trung tâm sẽ tiếp quản, ông nói.

Trên thực tế, việc gỡ bỏ các phi công - và khả năng xảy ra lỗi của con người - sẽ làm tăng sự an toàn, ông nói.

Đó là một điểm được Giáo sư Iain Gray ủng hộ.

Ông nói: "Nếu không có người lái, bạn có thể bay xa hơn, nhanh hơn và kinh tế hơn.

"Chế độ lái tự động trên phi cơ đã hiện diện với chúng ta trong 40 năm. Chúng ta chỉ cần thích ứng các hệ thống quản lý không lưu cho phi cơ không người lái."

Sự tin cậy sẽ đến, một khi đã chứng minh được một thành tích an toàn, giáo sư Gray tin tưởng.

Các mẫu thiết kế và thử nghiệm không ngừng được tạo ra

Đội CityAirbus của Marius Bebesel, vốn được hưởng hàng chục triệu Euro từ tiền phát triển sản xuất phi cơ Airbus, nhắm mục tiêu có một mô hình trình diễn với quy mô đầy đủ và có thể bay vào cuối năm 2018.

Giấc mơ hàng không: Máy bay điện

Trong khi đó, cách một thị trấn nhỏ là Bruchsal vài trăm ki-lô-mét, tham vọng của khởi nghiệp Volocopter, theo giám đốc điều hành Florian Reuter, là trở thành "chiếc taxi bay hoàn toàn chạy bằng điện đầu tiên trên thế giới".

Chiếc Volocopter có 18 cánh quạt có khoảng cách đều trong một vòng tròn phía trên buồng lái gồm hai chỗ ngồi.

"Đó là tất cả về an toàn," ông Reuter nói: "Có tới 9 cánh quạt có thể ngừng hoạt động và phi cơ vẫn bay."

Được thiết kế cho các phi vụ bay ngắn ở đô thị, các máy bay Volocopter chạy điện từ pin sẽ có tầm bay khoảng 16km tới 32km, ông nói, và cuối cùng sẽ hoàn toàn độc lập khi có đủ sự tin cậy của công chúng.

Nhưng điều này không phải là sự tưởng tượng huyễn hoặc của Alexander Zosel, một nhà sáng lập doanh nghiệp; doanh nghiệp khởi nghiệp đã thu hút được một khoản tiền khổng lồ - 30 triệu euro từ các đối thủ lớn như chủ sở hữu của Mercedes-Benz, Daimler và nhà khổng lồ công nghệ Intel.

Ước mơ được bay của con người đã có mặt trong nhiều huyền thoại và cổ tích

Phi cơ đã thực hiện chuyến bay thử nghiệm đầu tiên tại Dubai vào tháng 9/2017 - "lần đầu tiên trong lịch sử", ông Reuter nói - và ông dự kiến việc sản xuất thương mại sẽ diễn ra trong vòng năm năm.

Rất nhiều công ty khác đang phát triển taxi trên không, bao gồm Ehang của Trung Quốc, hãng taxi khổng lồ Uber và Vimana có trụ sở ở California.

Nhưng tầm nhìn tương lai về giao thông đô thị này sẽ có vượt qua được những trở ngại pháp lý ghê gớm?

Câu trả lời của Giáo sư Gray là "có", cuối cùng sẽ vượt qua.

"Chúng tôi có thể thấy những chiếc taxi bay nhỏ hơn trong vòng 10 năm tới, một khi quy định bắt kịp công nghệ. Trí tuệ nhân tạo sẽ đóng một vai trò rất lớn trong quản lý không lưu tối ưu."

Nhưng những người khác thì thận trọng hơn.

"Đến năm 2022 chắc chắn chúng ta sẽ thấy một số người được vận chuyển bằng taxi bay, ít nhất bằng các dịch vụ cấp cứu," Giáo sư Harry Hoster, Giám đốc Năng lượng tại Đại học Lancaster, nói.

"Nhưng chúng sẽ không thay thế các xe taxi sớm vào bất kỳ thời điểm nào. Có quá nhiều phép tắc quy định về đường không và bao nhiêu máy bay có thể bay trên không đồng thời".

Và trong khi các taxi bay chạy pin điện hứa hẹn giảm thiểu ô nhiễm cục bộ và giảm bớt tình trạng tắc nghẽn ồ ạt, ông chỉ ra rằng tổng tiêu thụ năng lượng có thể thực sự tăng lên khi có nhiều người sử dụng chúng hơn - và tương tự số các vụ tai nạn cũng vậy.

Nhiều thiết kế và khái niệm đã được các nhà sáng chế cổ xưa thử nghiệm

Taxi bay sẽ sử dụng gấp đôi lượng năng lượng so với xe hơi chạy điện và chỉ đạt một nửa tầm di chuyển, Giáo sư Hoster gợi ý. Đây sẽ không phải là vấn đề cho biến đổi khí hậu nếu tất cả các nguồn điện đến từ các nguồn tái tạo, nhưng việc nạp lại tất cả các loại xe điện - trên đường và trên không - có thể gây ra một sự căng thẳng cho lưới điện, ông nói.

Sau đó là vấn đề tiếng ồn. Động cơ điện chắc chắn là yên tĩnh hơn so với động cơ đốt trong, nhưng gom hợp lại, một bầu trời đầy những trực thăng thông minh vẫn có thể huyên náo và gây ra sự phản đối của công chúng.

Nguồn điện cho taxi bay

Giấc mơ hàng không: Ô tô bay

"Người ta nhìn chúng tôi như nhìn một đám người điên rồ!" Ashish Kumar, đồng sáng lập và giám đốc điều hành của Zunum Aero, một nhà khởi nghiệp có trụ sở đặt tại Hoa Kỳ chuyên phát triển các phi cơ lai điện.

Vào năm 2013 khi doanh nghiệp được thành lập, khái niệm này dường như là bất khả và đáng nghi ngờ. Nhưng bây giờ, ngành công nghiệp này đang xem xét dùng động cơ điện cho phi cơ hành khách một cách rất nghiêm túc.

Hàng không thương mại đóng góp khoảng 2% vào tổng phát thải khí CO2 do con người tạo ra trên toàn cầu, theo Hiệp hội Vận tải Hàng không Quốc tế (IATA). Đến năm 2050, Ủy ban châu Âu muốn ngành công nghiệp này giảm 60% lượng khí thải CO2, 90% ôxit-nitơ và 75% tiếng ồn.

Châu Âu là một trong những thị trường tiềm năng phát triển và ứng dụng các công nghệ và giải pháp bay mới

Điều này không thể đạt được bằng cách sử dụng các công nghệ hiện tại, điều mà hầu hết các chuyên gia tán thành.

Vì vậy, Zunum - do Boeing HorizonX, Jet Blue Technology Ventures và Quỹ Năng lượng sạch của tiểu bang Washington tài trợ - là một trong nhiều hãng phát triển động cơ điện hứa hẹn giảm chi phí, tiếng ồn và ô nhiễm liên quan các chuyến bay ngắn.

Phi cơ điện hai chỗ ngồi đang trở nên phổ biến hơn với các công ty như Slovist Pipistrel và Siemens của Đức và thể hiện tính khả thi của chúng.

Pipistrel cũng là một trong những công ty tham gia vào chiếc HY4 bốn chỗ, do Đức thiết kế, với năng lượng được cấp từ các tế bào nhiên liệu hydro.

Nhưng thách thức là phát triển các loại phi cơ thương mại chạy điện có thể vận chuyển được nhiều hành khách.

Zunum hiện đang phát triển một chiếc máy bay điện lai 12 chỗ mà họ hy vọng sẽ sẵn sàng vào năm 2022, trong khi công ty Aviation của Israel đang thiết kế một phiên bản chạy điện tinh khiết cho 9 người.

Hoàn toàn thoát khỏi nhiên liệu phản lực? Không hoàn toàn... chưa hoàn toàn.

Theo ông Kumar, một turbin khí sẽ luôn luôn được yêu cầu miễn là các cơ quan điều tiết hàng không yêu cầu điện dự trữ trong vòng 45 phút bay cho các trường hợp khẩn cấp, ông Kumar thừa nhận.

Những hạn chế của pin có nghĩa là máy bay điện sẽ bay chậm hơn và ở độ cao thấp, ông nói, nhưng điều này có nghĩa là họ sẽ cần bảo trì ít hơn và sẽ không phải mạnh mẽ và nặng nề như những phi cơ được thiết kế để đi cao hơn và xa hơn.

Vật liệu nhẹ, nhiệt dẻo sẽ giúp làm cho chế tạo và vận hành máy bay rẻ hơn.

"Chúng tôi dự báo ít nhất là giảm 80% chi phí nhiên liệu", ông nói. Trong bối cảnh ngành công nghiệp sẽ chi hơn 150 tỷ đô la cho nhiên liệu vào năm 2018 (nguồn: IATA), tức chiếm khoảng 20% tổng chi phí vận hành của một hãng hàng không, những tiết kiệm đó có thể tỏ ra hấp dẫn, ông Kumar hy vọng.

Vật liệu và năng lượng là vài trong các vấn đề nan giải với các nhà thiết kế

Khi hạ cánh, đội bảo dưỡng đơn giản là chỉ cần đổi các pin hay ắc quy đã hết bằng những cái đã nạp lại.

Phi cơ lớn hơn có thể chở trên 100 hành khách sẽ cần các ắc quy có thể cung cấp 17-20 megawatts điện, ông Kumar nói. "Đó là một thử thách khó khăn".

Nhưng đó là điều mà Jeff Engler của hãng chế tạo Wright Electric của California đã quyết tâm vượt qua. Ông muốn xây dựng một chiếc máy bay chở khách bằng điện có kích thước bằng một máy bay A320 trong vòng 10 năm. Phi cơ này có thể chuyên chở khoảng 180 người.

Khoảng cách ngắn khoảng 539km là hoàn toàn có thể với các phi cơ chở khách chạy bằng điện, ông Engler tin tưởng.

Công ty chế tạo của ông đang chế tạo một chiếc máy điện lực cho một chiếc máy bay mà có thể vận chuyển chín người. Nhưng ông thừa nhận rằng "ắc quy ngày nay không đủ tốt" - chúng quá nặng, chúng quá nóng và chúng không sản sinh đủ năng lượng. Ông đang hy vọng một bước đột phá công nghệ.

"Cứ 10 đến 20 năm thì một loại hóa chất mới lại xuất hiện, ví dụ như lithium-ion thay thế nickel-cadmium. Các ắc quy thể rắn có thể là bước tiếp theo, mặc dù chúng ta có thể còn cách chuyện đó khoảng 10 năm nữa. "

Lợi thế của động cơ điện là "5 đến 10 động cơ nhỏ sẽ hiệu quả như một động cơ lớn", ông nói, điều này cho phép các nhà thiết kế có nhiều lựa chọn hơn khi thiết kế máy bay. Các turbin có thể được kết hợp vào cánh, chẳng hạn, hoặc đặt trên cánh ở phía sau của máy bay.

Các chuyến bay đường dài có thể sẽ luôn là bất khả đối với phi cơ chạy điện hòan toàn, trừ khi có một sự cải tiến cấp tiến về công nghệ pin.

Cùng với nhiều hãng hàng không khác, hãng hàng không giá rẻ EasyJet đang tìm cách cắt giảm chi phí nhiên liệu và lượng khí thải CO2 và có một hiểu biết chung với Wright Electric, mặc dù vẫn chưa có thỏa thuận chính thức nào giữa hai công ty.

Và các nhà công nghiệp hàng không nặng ký như Airbus, Siemens và Rolls-Royce gần đây đã công bố một dự án chung để phát triển một động cơ điện lai và kết hợp nó vào một phi cơ phản lực tầm ngắn BAe 146 vào năm 2020. Chiếc E-Fan X, như họ gọi nó, sẽ chứng minh tính khả thi của công nghệ và khuyến khích các hãng hàng không tiếp nhận nó, các nhà hoạch định hy vọng.

Nhiều nhà thiết kế và phát triển đặt kỳ vọng vào giải pháp công nghệ mới

Một tuabin khí ở phía sau máy bay sẽ cấp điện cho một máy phát điện để tạo điện năng cho một động cơ quạt điện bổ sung cho ba quạt turbo thông thường. Bất kỳ lượng điện dư thừa nào sẽ được tiết kiệm và lưu vào ắc quy và nguồn năng lượng này sẽ được sử dụng cho cất cánh và nâng độ cao.

Sự kết hợp lai điện như vậy có thể làm giảm lượng nhiên liệu đốt cháy khoảng 10%, Airbus nói, và ít gây ồn hơn khi cất cánh và hạ cánh và cũng ít gây ô nhiễm môi trường hơn.

Tiến sĩ Frank Anton, người đứng đầu dự án máy bay trực thăng của Siemens, nói: "Chúng tôi đang mở cánh cửa cho một thế giới hàng không mới. Điều này cũng có tác động hệt như các tuốc-bin khí trong thập niên 1940 và những chiếc cánh quạt turbo vào những năm 60".

Khi xe hơi bay

Ước mơ chuyến bay cá nhân vẫn còn sống động trong tâm trí của nhiều nhà sáng chế, một số đang phát triển một cỗ xe chạy điện tái tạo, những người khác bỏ tiền vào các thiết bị bay cá nhân (jetpacks).

Nhưng xe hơi bay luôn luôn là biểu tượng tột cùng của tự do vận tải cá nhân.

Nhiều người tin rằng các taxi bay và cả xe hơi bay đều là những phương án khả thi của tương lai trung hạn

Năm 1940 Henry Ford nói:

"Hãy nhớ lấy lời của tôi: Một kết hợp phi cơ và xe máy đang đến. Bạn có thể cười, nhưng nó sẽ đến. "

Chín năm sau, Moulton Taylor đã thiết kế và bay chiếc Aerocar, chứng minh khả năng tồn tại của khái niệm Ford. Nhưng chỉ có ba mô hình đã được xây dựng.

Kể từ đó, chiếc xe bay vẫn là điều 'kỳ diệu' như trong phim Chitty Chitty Bang Bang.

Các công ty như Terrafugia, mà gần đây được chủ hãng Volvo Geely - người khổng lồ ô tô Trung Quốc - mua; Dutch Pal-V, với thiết kế khái niệm gyrocopter; và AeroMobil của Slovakia, đều tạo ra các mô hình nguyên mẫu hơn là lái xe trên đường phố và bay trong thực tế.

Và Airbus có một khái niệm mô-đun tương lai bao gồm một khoang hành khách có thể được tách ra khỏi khung gầm và được nhặt một máy bay quadcopter tiếp vận lắp ghép.

Dù được hiện thực hóa thế nào, bay cao, bay xa luôn là giấc mơ lãng mạn của loài người

Nhưng tất cả những khái niệm này đều rất tốn kém, đòi hỏi các tiêu chuẩn chứng nhận an toàn đối với đường bộ và đường không, cần phải có các điều khiển kép, có cánh gấp và cánh quạt phức tạp và phải bay từ các phi đạo.

Vì vậy, chúng có thể sẽ vẫn là đồ chơi của người giàu hơn là các giải pháp giao thông thực tế cho công chúng.

Giáo sư Grey nói: "Một chiếc xe hơi cất cánh từ một số đường phố London và đổ bộ xuống một đường phố ngẫu nhiên khác sẽ không có khả năng xảy ra. "Taxi bay thì khả năng là rất nhiều."

Nhưng điều đó sẽ không ngăn cản các nhà sáng chế mơ ước những cách thức mới để bay và cố gắng thuyết phục các nhà đầu tư quay trở lại các kế hoạch đôi khi kỳ dị của họ.

Hàng không dân dụng đang gặp vấn đề, không phải do những ham muốn lâu đời về tốc độ, sự lãng mạn và quyến rũ, nhưng bởi do nhu cầu cấp thiết để đáp ứng với một khí hậu thay đổi. Động cơ điện mới kết hợp với trí thông minh nhân tạo và các hệ thống tự vận hành sẽ góp phần tạo ra một hệ thống giao thông tích hợp hiệu quả hơn, ít gây ô nhiễm hơn và ít tiếng ồn hơn.

Điều đó nghe có vẻ tầm thường, nhưng như Prof Grey nói:

Khi tôi đi du lịch một nơi nào đó tôi thích ý tưởng rằng khi tôi kết thúc chuyến đi, tôi cảm thấy tốt hơn khi bắt đầu cuộc hành trình. Điều đó hoàn toàn trái ngược với cảm giác của tôi ngày hôm nay. "

Bây giờ nó phải là sự tiến bộ.

Matthew Wall