22:08 22 Tháng Sáu 2021
Nga
URL rút ngắn
Theo
30
Theo dõi Sputnik trên

Hiện nay có được các kiến thức và công nghệ để hồi sinh các loại "phương tiện bay nhẹ hơn không khí" đã bị lãng quên – khinh khí cầu. Được chế tạo ở trình độ kỹ thuật hiện đại, khí cầu có thể được sử dụng để thực hiện những nhiệm vụ mà “phương tiện bay nặng hơn không khí” không thể thực hiện được”.

Sau đây là bài của Sputnik về quá khứ và tương lai của các "phương tiện bay nhẹ hơn không khí".

Các thiết bị đầu tiên giúp con người chinh phục "đại dương thứ năm" là "phương tiện bay nhẹ hơn không khí" bay lên được nhờ lực đẩy Archimedes. Đây là những những quả cầu chứa khí nóng. Các khí cầu cổ xưa được chế tạo ở Trung Quốc vào đầu thế kỷ 14. Song, một thí dụ  nổi tiếng nhất là quả khí cầu sử dụng không khí nóng đầu tiên được xây dựng bởi các anh em Josef và Etienne Montgolfier ở Pháp vào thế kỷ 18. Nó được làm bằng vải canvas, được dán bằng giấy từ bên trong. Vào ngày 5 tháng 6 năm 1783, quả khí cầu đã thực hiện chuyến bay đầu tiên.

Một quả bóng bay hình cầu được anh em nhà Montgolfier làm ở Pháp thế kỷ 18
Một quả bóng bay hình cầu được anh em nhà Montgolfier làm ở Pháp thế kỷ 18

Giai đoạn tiếp theo trong quá trình phát triển hàng không khí cầu là phương tiện bay hình điếu xì gà chứa đầy hydro làm "khí mang" được trang bị động cơ với các cánh quạt. Khí cầu không chỉ "lơ lửng" trong không trung, mà còn "bay đến bất cứ nơi nào cần thiết". Khí cầu đầu tiên có động cơ hơi nước đã cất cánh ở Pháp vào năm 1852. Năm 1884, cũng tại Pháp, khí cầu điều xì gà đầu tiên với động cơ điện đã thực hiện chuyến bay đầu tiên. Tuy nhiên, những thiết bị như vậy có hai nhược điểm đáng kể. Nhược điểm thứ nhất là vỏ mềm: dễ vỡ, chỉ tồn tại trong thời gian ngắn, thấm được cả hydro và không khí. Nhược điểm thứ hai là động cơ yếu, tầm bay ngắn.

Khí cầu đầu tiên do Henri Giffard thiết kế với động cơ hơi nước cất cánh ở Pháp vào năm 1852
Khí cầu đầu tiên do Henri Giffard thiết kế với động cơ hơi nước cất cánh ở Pháp vào năm 1852

Một bước đột phá thực sự đã được thực hiện bởi những khí cầu khung cứng được trang bị động cơ đốt trong. Người đi tiên phong trong lĩnh vực này là người Đức - Bá tước Ferdinand von Zeppelin, là người phát minh ra khí cầu cứng Zeppelin. Quả khí cầu đầu tiên của ông đã thực hiện chuyến bay vào mùa hè năm 1900, nó có chiều dài - 128 m, hai động cơ, hệ thống cân bằng trọng lượng. Sau đó, ở Đức đã xuất hiện những khí cầu với trọng tải đến 8 tấn, có thể bay lên độ cao 2.000 m và bay với tốc độ 75 km/giờ.

Khinh khí cầu Graf Zeppelin
© Sputnik / Abram Shterenberg
Khinh khí cầu Graf Zeppelin

Tuy nhiên, vào những năm 1880, nhà khoa học thiên tài của Nga Konstantin Tsiolkovsky đã đề xuất dự án kỹ thuật chế tạo khí cầu chở hàng có vỏ cứng và vỏ bọc bằng kim loại (thể tích - 500.000 m3). Đáng tiếc, vào cuối thế kỷ 19 chưa có các công nghệ kỹ thuật để chế tạo một phương tiện bay như vậy.

Konstantin Tsiolkovsky với mô hình máy bay (1924)
© Wikipedia
Konstantin Tsiolkovsky với mô hình máy bay (1924)

Năm 1882, nhà phát minh người Nga Ogneslav Kostovich đưa ra dự án chế tạo khí cầu cứng với thể tích vỏ 5000 m3, trọng tải 3400 kg (chở 18 hành khách). Kostovich đã thiết kế động cơ xăng 8 xi-lanh, công suất 80 mã lực, để trang bị cho khí cầu. Dự án đã bắt đầu được triển khai, nhưng sau đó bị hủy bỏ.

Mô hình khinh khí cầu hoàn toàn bằng kim loại do K. E. Tsiolkovsky thiết kế.
© Sputnik / Valentin Shiyanovsky
Mô hình khinh khí cầu hoàn toàn bằng kim loại do K. E. Tsiolkovsky thiết kế.

Vào đầu thế kỷ 20, Nga bắt đầu chế tạo những khí cầu và mua chúng ở nước ngoài. Khí cầu đầu tiên của Nga "Krechet" (dài -70 m, thể tích - 6000 m3, trọng tải - 2 tấn, trần bay - 1500 m, tốc độ - đến 43 km/giờ) đã thực hiện chuyến bay đầu tiên vào mùa hè năm 1910. Tất cả các thành phần của nó, ngoại trừ động cơ, được sản xuất trong nước.

Trong Chiến tranh thế giới thứ nhất, khí cầu được sử dụng tích cực để trinh sát, điều chỉnh hỏa lực pháo binh và ném bom.

Khinh khí cầu Krechet
Khinh khí cầu Krechet

Sau đó, trong suốt hai thập kỷ, ngành chế tạo khí cầu đã phát triển tích cực. Các thiết bị này vượt trội so với máy bay thời đó về khả năng chuyên chở, tầm bay, độ cao bay và sự thoải mái và tiện nghi cho hành khách. Khí hydro bắt đầu được thay thế dần bằng khí heli đắt hơn. Nhưng, khí hydro trong các quả bóng có thể cháy và phát nổ, còn khí heli thì không. Ngoài ra, khí heli không thua kém hydro về lực nâng. Các loại khí cầu đã được chế tạo ở Anh, Mỹ, Ý, Đức, Liên Xô.

Một khinh khí cầu phòng thủ trên bầu trời Moskva trên Quảng trường Pushkinskaya trong Chiến tranh Vệ quốc Vĩ đại.
© Sputnik
Một khinh khí cầu phòng thủ trên bầu trời Moskva trên Quảng trường Pushkinskaya trong Chiến tranh Vệ quốc Vĩ đại.

Nhưng, một tai nạn đã đặt dấu chấm hết cho sự phát triển của khí cầu. Vào ngày 6 tháng 5 năm 1937, ở Hoa Kỳ, chiếc khinh khí cầu cứng chuyên chở hành khách thương mại của Đức đã phát nổ và cháy thành tro trong 34 giây do rò rỉ hydro và một tia lửa ngẫu nhiên. Thảm họa này đã cướp đi sinh mạng của 36 người, tạo ra một hiệu ứng tâm lý mạnh mẽ và đánh dấu sự kết thúc của “kỷ nguyên khí cầu”.

Khinh khí cầu Đức LZ-129 Hindenburg bốc cháy, 1937
Khinh khí cầu Đức LZ-129 "Hindenburg" bốc cháy, 1937

Cái mới ra đời là sự phát triển tiếp tục của cái cũ

Trong khuôn khổ triển lãm HeliRussia2021 vừa được tổ chức tại Matxcơva đã diễn ra cuộc hội thảo bàn tròn về triển vọng phát triển ngành hàng không trong thế kỷ XXI.

Tại Hội thảo bàn tròn, một số công ty thiết kế của Nga và nước ngoài đã giới thiệu các dự án khinh khí cầu, cũng như các tính toán kinh tế chứng minh lợi nhuận của việc sử dụng thương mại các loại phương tiện bay này.

Khả năng của những chiếc máy bay không phải là vô hạn. Đôi cánh, roto và tua bin mạnh mẽ đảm bảo tốc độ cao và tiết kiệm thời gian. Tuy nhiên, khả năng chuyên chở của máy bay và trực thăng bị hạn chế bởi vì một chiếc máy bay chuyển động bao giờ cũng chịu tác dụng của 4 lực: lực kéo, lực cản của không khí, lực hấp dẫn và lực nâng. Hầu hết các máy bay đều yêu cầu các trang thiết bị sân bay phức tạp và đắt tiền. Máy bay trực thăng có thể hạ cánh trong các điều kiện không có đường băng, sân bay, nhưng, trong trường hợp này, chi phí bảo trì, vận hành, khai thác nó (rõ ràng là cao hơn máy bay) trở nên không chịu nổi vì tiêu thụ quá nhiều nhiên liệu cho việc cất cánh và hạ cánh thẳng đứng.

Những tiến bộ trong công nghệ hàng không, vật liệu và phương pháp thiết kế tạo ra cơ hội hồi sinh cho khí cầu, để phương tiện bay này có thể cạnh tranh với các loại máy bay và trực thăng. Lực nâng của khí cầu phụ thuộc vào kích thước của nó. Vật liệu hiện đại, bền vững cho vỏ khí cầu giảm thiểu rò rỉ khí mang và hầu như không tích tụ điện tích. Và khí heli không gây cháy nổ.

Động cơ hiện đại là động cơ hybrid kết hợp (lai) giữa động cơ đốt trong và động cơ điện, có khả năng cung cấp một phạm vi bay dài (xét cho cùng, năng lượng của động cơ không được sử dụng để duy trì khí cầu trên không) và tốc độ chấp nhận được, mặc dù thấp hơn tốc độ máy bay.

Khí cầu được trang bị thiết bị dẫn đường hiện đại có thể được sử dụng để vận chuyển hàng hóa cồng kềnh không thể phân chia, để tuần tra và thực hiện các hoạt động tìm kiếm cứu nạn ở những địa hình khó tiếp cận, nơi không có đường bộ và đường sắt, không có sân bay.

Một trong những công ty Nga chuyên phát triển khí cầu hiện đại là TFA (The Future of Airships). Phòng thí nghiệm của công ty được đặt tại Đại học Kỹ thuật Quốc gia Matxcơva mang tên Bauman (BMSTU) - “lò rèn” nhân lực kỹ thuật nổi tiếng cho các ngành công nghệ cao, trong đó có tổ hợp hàng không vũ trụ. Trong đội ngũ lãnh đạo công ty TFA có kỹ sư Arkady Didkovsky và nhà thiết kế công nghiệp Maria Olkhovnikova, cả hai đã tốt nghiệp BMSTU. Công ty TFA đang phát triển một số dự án khí cầu.

Trong cuộc phỏng vấn độc quyền của Sputnik, Arkady Didkovsky cho biết:

 “Chúng tôi là một đội trẻ và chúng tôi quyết định thực hiện một dự án thể hiện nhiều ý tưởng kỹ thuật mới nhất. Chúng tôi đã sẵn sàng chấp nhận rủi ro, áp dụng các giải pháp chưa được thử nghiệm, có lẽ thời cơ chưa đến.  Chúng tôi cố gắng thực hiện ước mơ của mình - tạo ra một phương tiện bay cỡ lớn và rất hiệu quả, chúng tôi cũng đang tích lũy kinh nghiệm kỹ thuật. Dự án bao gồm một số giải pháp phi tiêu chuẩn. Đây là cấu trúc cơ bản phi tiêu chuẩn đã được cấp bằng sáng chế. Đây là một thiết kế khí động học phi tiêu chuẩn (thổi ra các tia khí lên một số bộ phận trên bề mặt khí cầu). Đây là những hệ thống động cơ quay được cấp bằng sáng chế giúp giảm lực cản khí động học và tiêu thụ nhiên liệu. Thiết bị được thiết kế để nâng trọng tải 100 tấn - tương đương hai giai đoạn của tên lửa vũ trụ Soyuz-5. Tức là, khí cầu của chúng tôi có thể được sử dụng để vận chuyển các tổ hợp tên lửa lớn từ nhà máy sản xuất đến sân bay vũ trụ".

 

Khinh khí cầu AU-30 do công ty «Trung tâm Hàng không Avgur» chế tạo trong buổi giới thiệu tại «Dirizibledrome» ở Kirzhach.
© Sputnik / Ramil Sitdikov
Khinh khí cầu AU-30 do công ty «Trung tâm Hàng không Avgur» chế tạo trong buổi giới thiệu tại «Dirizibledrome» ở Kirzhach.

Theo kỹ sư Didkovsky, thiết bị này có thể được gọi là "khí cầu hybrid". Phần lớn trọng lượng của nó không được bù đắp bởi lực nâng của khí mang. Do đó, ở chế độ cất cánh, động cơ quay được đặt thẳng đứng, hoặc khí mang được đốt nóng thêm, làm tăng lực nâng.

 “Khí mang” tất nhiên là heli. Đây là một loại khí đáng tin cậy và hợp lý nhất để lấp đầy khí cầu ngày nay. Hydro hóa lỏng là vấn đề của tương lai, nhưng, hiện tại vẫn còn quá sớm để dựa vào hydro hóa lỏng", - kỹ sư Didkovsky nhận xét.

Trả lời câu hỏi của Sputnik về bản thiết kế "siêu khí cầu", Arkady Didkovsky cho biết:

“Chúng tôi đã chuẩn bị bản vẽ thiết kế của các cụm thiết bị cỡ lớn của khí cầu. Nhưng, chúng tôi không thể bắt đầu ngay từ một “giấc mơ” - một chiếc khí cầu lớn. Cần phải tiến tới nó “từng bước một”, tích lũy kinh nghiệm, “vấp ngã” là điều không thể tránh khỏi. Do đó, chúng tôi vẫn đang nghiên cứu các khí cầu có trọng tải nhỏ hơn đang được sử dụng để giám sát trên không, để vận chuyển hàng hóa nặng vài trăm kg. Các loại khí cầu cỡ nhỏ cũng có những đổi mới, nhưng, chúng không phải là bản sao nhỏ của khí cầu khổng lồ đầy hứa hẹn. Về mặt kỹ thuật và kinh tế, điều này không có nghĩa gì cả.
Khinh khí cầu AU-30 do công ty «Trung tâm Hàng không Avgur» chế tạo trong buổi giới thiệu tại «Dirizibledrome» ở Kirzhach.
© Sputnik / Ramil Sitdikov
Khinh khí cầu AU-30 do công ty «Trung tâm Hàng không Avgur» chế tạo trong buổi giới thiệu tại «Dirizibledrome» ở Kirzhach.

Nhân tiện, hiện có nguyên mẫu của khí cầu lớn, được sản xuất đơn chiếc. Nguyên mẫu có tài liệu công nghệ, đã vượt qua các bài thử nghiệm, nhận “chứng chỉ mẫu”, nó đã bay để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể”, - kỹ sư thiết kế trẻ cho biết.