Máy bay không động cơ, không tiếng ồn

• Độc đáo máy bay không động cơ, không người lái do Mỹ chế tạo
• Lạ lùng với chiếc limo “lai” giữa ô tô và máy bay

Máy bay đến từ "Star Trek"

Kể từ khi chiếc máy bay đầu tiên cất cánh cách đây hơn 100 năm, gần như mọi máy bay trên trời đều bay nhờ sự hỗ trợ của các bộ phận chuyển động như cánh quạt hay cánh tua bin. Các bộ phận này lấy năng lượng hoạt động bằng cách đốt nóng nhiên liệu hóa thạch hoặc bằng các bộ pin tạo ra tiếng ồn liên tục.

Giờ đây, ông Steven Barrett, Phó giáo sư hàng không học và du hành vũ trụ và các kỹ sư MIT đã xây dựng và cho bay chiếc máy bay đầu tiên không có bộ phận nào chuyển động. Thay vì cánh quạt hay tua bin, chiếc máy bay nhẹ cân này lấy năng lượng từ "gió ion" - tức một luồng ion chạy êm nhưng rất mạnh được tạo ra trên máy bay, tạo ra sức đẩy để đưa máy bay đi theo một đường bay bền vững, ổn định.

Không giống máy bay chạy bằng tua bin, máy bay của MIT không cần nhiên liệu hóa thạch cũng bay được. Không giống thiết bị bay chạy bằng cánh quạt, thiết kế máy bay đặc biệt này hoàn toàn yên tĩnh.

Nguồn cảm hứng để nhóm kỹ sư MIT chế tạo chiếc máy bay đặc biệt trên một phần xuất phát từ loạt phim truyền hình "Star Trek", bộ phim mà phó giáo sư Barrett xem say mê khi còn nhỏ. Ông đặc biệt bị thu hút bởi những tàu con thoi viễn tưởng bay vút lên không nhẹ nhàng, dường như không có bộ phận nào chuyển động và không gây ra tiếng ồn gì. Ông nói: "Điều này khiến tôi nghĩ trong tương lai xa, máy bay cũng sẽ không có cánh quạt hay tua bin. Chúng gần giống các tàu con thoi trong “Star Trek".

Cách đây khoảng 9 năm, ông Barrett bắt đầu tìm cách thiết kế hệ thống đẩy cho các máy bay mà không cần bộ phận chuyển động. Cuối cùng ông đã nảy ra ý tưởng "gió ion", còn được gọi là khí điện động lực học - một nguyên tắc vật lý lần đầu được xác định vào những năm 1920. Khí điện động lực học mô tả một luồng gió, hay lực đẩy có thể được tạo ra khi luồng gió chạy giữa một điện cực dày và một điện cực mỏng. Nếu dùng một điện áp vừa đủ, không khí giữa hai điện cực có thể tạo ra lực đẩy đủ mạnh để đẩy một máy bay nhỏ.

Nhiều năm qua, lực đẩy khí điện động lực học phần lớn chỉ là một dự án chơi. Các thiết kế phần lớn chỉ giới hạn ở những vật nhỏ gắn với nguồn điện áp lớn đủ để tạo luồng gió cho một máy bay nhỏ cất cánh chốc lát trên không. Người ta vẫn nghĩ rằng không thể tạo ra đủ gió ion để đẩy máy bay to hơn trên một đường bay ổn định.

Ông Barrett nhớ lại: "Đó là một đêm không ngủ trong khách sạn khi tôi bị mệt do chuyến bay dài, và tôi nghĩ đến điều đó. Tôi tính nhẩm và phát hiện ra rằng đúng vậy, có thể có một hệ thống đẩy khả thi. Hóa ra tôi cần rất nhiều năm làm việc để có được chuyến bay thử nghiệm đầu tiên".

Tương lai của ngành hàng không?

Thiết kế cuối cùng của nhóm MIT trông giống như một tàu lượn nhẹ nhưng to. Chiếc máy bay này nặng gần 2,3kg và có sải cánh dài 5m, có các dây mỏng được treo như hàng rào ngang bên dưới mặt trước của cánh máy bay. Các dây này chính là điện cực dương. Còn các dây dày hơn được sắp xếp tương tự chạy dọc theo mặt sau cánh máy bay là điện cực âm.

Thân máy bay mang theo một số lượng lớn pin lithium-polymer. Nhóm nghiên cứu Điện tử công suất của Giáo sư David Perreault, thành viên nhóm nghiên cứu của ông Barrett đã thiết kế một nguồn điện có thể chuyển nguồn pin thành điện áp đủ cao để đẩy máy bay. Theo đó, pin cung cấp điện 40.000 vôn để sạc các dây dương thông qua bộ chuyển đổi năng lượng hạng nhẹ.

Khi các dây đã nạp đầy năng lượng, chúng sẽ hút electron âm từ phân tử không khí xung quanh, giống như một nam châm khổng lồ hút các mạt sắt. Phân tử không khí còn lại được ion hóa và lại tiếp tục bị các điện cực âm hút ở phía sau máy bay.

Khi đám mây ion mới hình thành bay về phía các dây âm, từng ion va chạm hàng triệu lần với các phân tử không khí khác, tạo ra lực đẩy máy bay đi về trước.

Các nhân viên Phòng thí nghiệm Lincoln gồm Thomas Sebastian và Mark Woolston đã cho máy bay bay thử nhiều lần trong một sân vận động trong nhà. Máy bay bay được 60 mét (khoảng cách dài nhất của sân) với vận tốc 17km/h và nhóm nghiên cứu phát hiện ra nó sản xuất đủ lực ion để duy trì chuyến bay suốt quá trình bay. Máy bay bay 10 lần như vậy và luôn ổn định.

Ông Barrett cho biết: "Đây là máy bay đơn giản nhất chúng tôi có thể thiết kế để chứng minh ý tưởng rằng máy bay ion có thể cất cánh. Vẫn còn nhiều việc phải làm mới có thể khiến một máy bay có thể thực hiện một nhiệm vụ hữu ích. Nó cần hiệu quả hơn, bay lâu hơn và bay bên ngoài".

Ông nói thêm: "Đây là chuyến bay ổn định đầu tiên của một chiếc máy bay không có bộ phận chuyển động trong hệ thống đẩy. Điều này có tiềm năng mở ra những khả năng mới, chưa từng được khám phá để phát triển máy bay chạy êm hơn, đơn giản hơn về cơ học và không phát khí thải".

Ông hi vọng trong tương lai gần, các hệ thống đẩy bằng gió ion như vậy có thể được sử dụng để các thiết bị không người lái hoạt động đỡ ồn hơn. Ngoài ra, ông mường tượng ra sự kết hợp giữa lực đẩy bằng ion và các hệ thống đốt truyền thống để tạo ra những chiếc máy bay chở khách "lai", tiết kiệm nhiên liệu hơn.

Ông Barrett nói: Trong 10 hay 20 năm nữa, thiết bị không người lái dùng để giao hàng, quay phim hay giám sát môi trường sẽ có khắp nơi. Nếu chúng vẫn ồn ào như hiện nay, chúng sẽ giảm chất lượng cuộc sống của chúng ta. Nhưng máy bay này thì êm ru.

Theo ông Franck Plouraboue, nhà nghiên cứu cấp cao tại Viện Cơ học Chất lỏng ở Toulouse, Pháp, thiết kế mới là một bước tiến lớn chứng minh lực đẩy gió ion có tính khả thi. Trước đây, các nhà nghiên cứu không thể cho bay một vật gì nặng hơn vài gram. Ông nói: "Ngoài việc ứng dụng trong thiết bị không người lái, khó để nói thiết kế này có thể ảnh hưởng tới ngành máy bay trong tương lai. Dù vậy, đó không phải là điểm yếu mà là một hướng mở cho tiến bộ trong tương lai, trong một lĩnh vực đang bùng nổ".

Hiện nhóm của ông Barrett đang tìm cách tăng hiệu quả thiết kế, tạo ra nhiều gió ion hơn với ít điện áp hơn. Các nhà nghiên cứu cũng hi vọng tăng mật độ đẩy của thiết kế - lực đẩy tạo ra trên một đơn vị diện tích.