Máy bay ion đẩy cất cánh thành công

Nó chỉ bay được 12 giây – bằng với khoảng thời gian mà anh em nhà Wright thu được với chuyến bay đầu tiên của họ – nhưng nó đánh dấu một cột mốc hàng không quan trọng nữa.

Sau công trình nghiên cứu chín năm, Steven Barret tại Viện Công nghệ Massachusetts và các đồng sự của ông đã cho bay thành công chiếc máy bay đầu tiên không phát khí thải và không có bộ phận nào chuyển động. Một chiếc máy bay nhỏ, không người lái đã bay được 55 mét trong một nhà thi đấu thể thao, được lái bằng điều khiển từ xa.

Thay cho các cánh quạt hay động cơ phản lực, chiếc máy bay này sử dụng các điện cực trên cánh của nó tạo ra các ion đẩy lên không khí xung quanh. Đội nghiên cứu khẳng định chiếc máy bay này chạy êm hơn và sạch hơn bất kì máy bay nào khác.

“Thật ra cũng chẳng ai rõ nó sẽ hoạt động được hay không,” Barret nói. “Một vài đồng nghiệp còn cho rằng chưa có tới 1 phần trăm cơ hội nữa.”

Ý tưởng tạo ra lực đẩy máy bay thông qua điện trường, gọi là điện khí động lực học, được khảo sát đầu tiên hồi thập niên 1960. Người ta dùng các điện cực gây ra một sự phóng điện tạo ra các nguyên tử hay phân tử tích điện trong không khí. Khi đó một điện trường sẽ gia tốc các ion này về phía sau máy bay. Các va chạm với các phân tử không khí tạo ra một lực đẩy theo hướng ngược lại, đẩy máy bay về phía trước.

Thế nhưng chưa có ai từng làm cho “gió ion” này hoạt động đối với một chiếc máy bay. “Cơ sở vật lí của sức đẩy chưa được tính toán đầy đủ,” Barret nói.

Vì thế đội nghiên cứu sử dụng một máy tính tạo ra một thiết kế đáp ứng sự cân bằng hoàn hảo giữa sức nặng và sức bay. Chiếc máy bay thu được có sải cánh 5 mét, cân nặng đúng 2,45 kg và tạo ra sức đẩy trên đơn vị công suất lớn hơn so với một động cơ phản lực chuẩn.

Tuy nhiên, còn cả một chặng đường dài trước khi một chiếc máy bay như thế có thể làm được gì đó hữu ích. Một chiếc máy bay lớn hơn sẽ cần một nguồn cấp điện lớn hơn, khiến nó quá nặng để mà bay. Đội nghiên cứu đã tối ưu hóa thiết kế của họ vì tính nhẹ chứ không vì tốc độ: nó chỉ bay được 5 mét mỗi giây so với 200 mét mỗi giây hay nhanh hơn đối với đa số các máy bay chở khách (Nature, doi.org/cw7m).

Cùng với xu thế tăng dần lưu lượng đi lại trên không trung, người ta hi vọng rằng một ngày nào đó máy bay điện sẽ đem lại một giải pháp tốt hơn cho ngành hàng không. Na Uy đã và đang thử nghiệm các máy bay điện, hai chỗ ngồi và mong muốn các chuyến bay đường ngắn đều cất cánh bằng điện vào năm 2040.

Trên lí thuyết, máy bay điện có vết tích carbon thấp hơn máy bay truyền thống. Chúng cũng không tạo ra chất nào gây ô nhiễm không khí trong chuyến bay. Nhưng pin cấp điện cho chúng đúng là quá nặng, thành ra chẳng có chiếc máy bay điện lớn nào hoạt động được.

Máy bay điện sẽ không thể thay thế máy bay chở khách hiện nay nếu không có một đột phá về công nghệ pin, theo lời Lynnette Dray tại Đại học College London. Theo bà ước tính, ít nhất phải 30 năm nữa thì công nghệ pin mới có thể đưa một chiếc máy bay chở khách loại nhỏ, cỡ như Boeing 737, cất cánh.

Thêm nữa, việc chuyển sang máy bay điện mà không giải quyết tận gốc nơi phát sinh năng lượng của chúng thì cũng chẳng giảm được khí thải nói chung. Đa số điện năng vẫn có gốc gác từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch. “Nếu toàn bộ máy bay ngày nay đều chạy điện hết và được cấp điện từ lưới điện Mĩ, thì vết tích carbon của chúng sẽ còn tệ hơn,” Barret nói.

Với hiệu quả tăng dần của chúng, các máy bay điện khí động lực học có thể củng cố thêm cho nhu cầu bay bằng điện. Thiết kế của đội nghiên cứu đã đẩy tới giới hạn của cái làm được với vật liệu và công nghệ điện tử hiện nay. Song Barret nghĩ rằng trong tương lai họ có thể làm cho nó bay nhanh hơn và bay lâu hơn.

Nguyên mẫu của họ chỉ mới tạo ra lực đẩy xung quanh cánh của nó. Barret muốn làm cho mỗi bề mặt, bao gồm cả thân máy bay, đều có tính đẩy. Ông nghĩ rằng các máy bay tương lai sẽ hai bộ cánh – một bộ ở phía trước bộ kia – với dòng ion ở giữa chúng. Theo ông, bạn cũng có thể lái máy bay bằng cách thay đổi hình dạng trường điện từ của nó.

Kết quả sẽ là chiếc máy bay được cuốn vào trong một túi gió tích điện. “Toàn bộ chiếc máy bay sẽ chuyển động trong không khí trong một lằn gió,” ông nói.

HÀNG KHÔNG XANH VÀ SẠCH

Các máy bay chở khách bay nhờ điện khí động lực học hãy còn xa nhiều năm nữa. Dưới đây là ba lựa chọn cho chuyến bay xanh hơn.

Nhiên liệu sinh học: Máy bay chạy bằng nhiên liệu một phần được sản xuất từ sinh khối có lượng phát thải carbon thấp hơn. Một vài sân bay, bao gồm Sân bay Quốc tế Los Angeles, đã triển khai tiếp nhiên liệu sinh học cho một số máy bay. Tuy nhiên, việc trồng đủ sinh khối để cung cấp cho các máy bay trên thế giới cũng gây ra những vấn đề môi trường của riêng nó.

Máy bay điện: Các máy bay điện cỡ nhỏ đã và đang được phát triển cho các chuyến bay ngắn. Nhưng có lẽ phải mất hàng thập kỉ nữa thì pin mới vừa đủ nhẹ vừa đủ mạnh để cấp điện cho các máy bay lớn hơn.

Máy bay lai: Giống như xe lai, máy bay lai có thể sử dụng hỗn hợp nhiên liệu và điện để làm cho chúng xanh hơn. Airbus, Rolls-Royce và Siemens hiện đang hợp tác về một máy bay lai có thể sử dụng pin khi cất cánh, tức là lúc tiêu thụ nhiên liệu nhiều nhất.

Bài của Douglas Heaven trên tạp chí New Scientist, 24/11/2018