Ứng dụng của plasma trong công nghệ hàng không

Không ở trạng thái cứng, không ở trạng thái lỏng cũng chẳng ở trạng thái khí, plasma đã hình thành nên trạng thái vật chất thứ 4 và đã có nhiều ứng dụng đáng kinh ngạc. Những plasma đã tạo nên một không gian được ion hóa mà trong đó loại vật chất này được giải phóng liên tục dưới tác động của những định luật vật lý thông thường.

Được phát ra chung quanh kết cấu của máy bay đang bay, những plasma hình thành nên một lớp vật chất dày từ 2 - 5 cm tách hẳn máy bay ra khỏi không khí. Trong lớp plasma này không khí đậm đặc sẽ bị loãng khiến cho lực cản khí động học bị triệt tiêu dần. Theo các chuyên viên hàng không thì ứng dụng này có thể áp dụng đối với các loại vật thể bay như máy bay, tên lửa chiến lược, máy bay không người lái, vệ tinh ở các chế độ bay khác nhau như bay ở tốc độ bình thường hay siêu thanh...

Để tạo ra plasma trên một cánh máy bay, người ta sẽ cho quét một chất kim loại đặc biệt dọc theo chiều dài phần trên cánh nối liền với cực âm của một máy phát. Một lớp quét tương tự cũng được thực hiện dọc theo chiều dài phần dưới cánh nối liền với cực dương của máy phát được gắn ở phần sau cánh hoặc trên các tấm cản không khí phía sau cánh. Và plasma sẽ được tạo ra khi máy phát hoạt động rồi hình thành một lớp không gian trung tính màu xanh tím quanh cánh máy bay. Lúc đó không khí sẽ mất dần lực cản vì không còn tác động trực tiếp lên cánh máy bay nữa khiến máy bay lao về phía trước nhanh hơn.

Trong một cuộc thử nghiệm được thực hiện vào tháng 6/2004 tại Trung tâm Langley của Cơ quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA), các nhà khí động học của cơ quan này ghi nhận đã có một sự tiết giảm đáng kể lực cản của không khí khi cho một chiếc xe siêu thanh có mang thiết bị phát plasma hoạt động ở tốc độ Mach 6 (gấp 6 lần tốc độ âm thanh).

Đây chỉ là việc ứng dụng một công trình nghiên cứu của giáo sư người Nga Anatoli Klimov thuộc Viện Kỹ thuật vô tuyến Moskva và của một nhóm nghiên cứu người Nga thuộc Viện Kỹ thuật vô tuyến Saint Petersbourg vào thập niên 80 của thế kỷ trước. Trong thời kỳ Chiến tranh lạnh, các nhà khoa học  Liên Xô đã tích cực nghiên cứu về ứng dụng của plasma trong công nghệ hàng không nhằm giúp cho cường quốc này có những ưu thế về hàng không đối với các quốc gia phương Tây.

Khi Liên Xô tan rã và nước Nga bắt tay thực hiện các chương trình hợp tác khoa học với phương Tây, Tập đoàn British Aerospace - hiện nay là British System - của Anh đã cử một chuyên viên khí động học hàng đầu của mình là giáo sư Ron McEwen đến Nga làm việc trong lĩnh vực chế tạo plasma. Và những gì mà nhà khoa học người Anh này học hỏi và chứng kiến được đã khiến phương Tây phải khâm phục người Nga đến nỗi Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Quốc phòng Hoàng gia Anh (DERA) quyết định tiếp tục nghiên cứu các công trình về plasma của Nga.

Vào năm 1996, đến lượt một nhà khoa học chuyên nghiên cứu về plasma khác của Anh là giáo sư Terry Cain cũng được phái đến Nga làm việc. Tại đây, giáo sư Terry Cain đã có dịp làm việc với nhóm của giáo sư Anatoli Klimov trong  thử nghiệm tác dụng của plasma đối với lực phóng của một tên lửa hành trình chiến lược bay với tốc độ siêu thanh. Kết quả được ghi nhận là lực cản khí động học đã giảm đến 12%.

Từ thử nghiệm này mà phương Tây nhận định là người Nga đã biết rất nhiều về plasma. Vì vậy, các công trình nghiên cứu về triệt tiêu lực cản khí động học nhờ vào ứng dụng của plasma của Viện Đại học Warwick ở Anh đã phải nhờ đến sự cộng tác và giúp đỡ của giáo sư Serguei Nazarenko làm việc tại Viện Kỹ thuật vô tuyến Moskva.

Nước Pháp cũng vào cuộc cho dù có phần nào trễ hơn Nga, Mỹ và Anh.

Tuy nhiên, việc nghiên cứu ứng dụng của plasma trong công nghệ hàng không đang gặp nhiều trở ngại. Một nhà khoa học làm việc tại Tập đoàn Dassault Aviation cho biết:  "Chúng tôi biết rất rõ những tác dụng của plasma đối với công nghệ hàng không, nhưng chúng tôi còn chưa nắm rõ cách để chế tạo ra plasma trên vật thể bay”.

Trở ngại nhất hiện nay là thiết kế và lắp đặt các thiết bị sản sinh ra plasma trên máy bay. Bởi vì để tạo ra một lớp plasma dày từ 2 - 5 cm bao bọc chung quanh thân một máy bay chiến đấu cần phải lắp đặt một thiết bị nặng đến trên 100 kg, trong khi vấn đề trọng lượng là rất quan trọng đối với máy bay chiến đấu. Nhiều nhà khoa học cho rằng, phải tiêu tốn rất nhiều điện năng để tạo ra plasma, nhưng một số khác lại có ý kiến ngược lại. Và điều này chỉ được xác định thông qua các công trình nghiên cứu