Bí mật sau YJ-19, tên lửa hành trình siêu vượt âm đầu tiên của Trung Quốc

YJ-19 là tên lửa hành trình siêu vượt âm động cơ scramjet đầu tiên của Trung Quốc.

Scramjet (phản lực tĩnh dòng với buồng đốt siêu âm) là loại động cơ phản lực hút khí từ khí quyển, được thiết kế đặc biệt để hoạt động ở tốc độ siêu vượt âm. Siêu vượt âm là thuật ngữ dùng để chỉ tốc độ bay lớn hơn Mach 5 (tức gấp 5 lần tốc độ âm thanh).

Việc các tên lửa chống hạm YJ-15, YJ-17, YJ-19 và YJ-20 xuất hiện đồng thời tại lễ duyệt binh ở Quảng trường Thiên An Môn (thủ đô Bắc Kinh) sáng 3.9 cho thấy năng lực ngày càng tăng của Trung Quốc trong các hoạt động tác chiến tích hợp theo hệ thống.

Tuy nhiên, chính YJ-19, với cửa hút khí rõ ràng, mới là đại diện cho công nghệ hàng không vũ trụ tiên tiến nhất.

Các tên lửa chống hạm YJ-15, YJ-17, YJ-19 và YJ-20 tại lễ duyệt binh của Trung Quốc sáng 3.9

YJ-19 là tên lửa hành trình siêu vượt âm động cơ scramjet đầu tiên của Trung Quốc - Ảnh: CCTV News

Có hai cách tiếp cận chính để đạt được chuyến bay siêu vượt âm ổn định và cả hai đều phải vượt qua những thách thức kỹ thuật cực kỳ khó khăn trong điều kiện khắc nghiệt nhất.

Những tên lửa như DF-17 của Trung Quốc được trang bị tên lửa đẩy, giúp gia tốc đầu đạn lên đủ tốc độ và độ cao để tiếp tục giai đoạn lướt, điều khiển mà không cần động cơ nhờ lực khí động học.

Ngược lại, YJ-19 sử dụng phương án khác - động cơ đủ mạnh để duy trì lực đẩy liên tục, nhiều khả năng là scramjet, hút khí trong quá trình bay tốc độ cao và trộn với nhiên liệu để tạo lực đẩy.

Trong khi cách tiếp cận như DF-17 khiến đường bay của tên lửa khá dễ đoán ở giai đoạn đầu nhưng trở nên bất thường ở giai đoạn lướt; thì phương án như với YJ-19 kết hợp cả tốc độ lẫn khả năng cơ động suốt chuyến bay.

Không chỉ có thể đổi hướng giữa chừng và khiến hệ thống phòng thủ khó đối phó hơn, tên lửa siêu vượt âm động cơ scramjet có thể nhẹ hơn, nhanh hơn và bay xa hơn nhờ dùng oxy trong khí quyển thay vì mang theo chất oxy hóa.

Tuy nhiên, những khó khăn với kỹ thuật này là vô cùng lớn, bắt đầu từ việc phải duy trì sự ổn định ở quá trình hòa trộn và đốt cháy nhiên liệu trong luồng khí siêu thanh - thách thức kỹ thuật thường được so sánh với việc châm một que diêm giữa cơn bão.

Các vật liệu chịu nhiệt tiên tiến và hệ thống quản lý nhiệt hiệu quả là yếu tố rất quan trọng để phần mũi, cạnh và cửa hút động cơ của tên lửa chịu được nhiệt độ trên 2.000°C khi bay với tốc độ vượt quá Mach 5.

Nhiệt độ cực cao cũng có thể ion hóa không khí xung quanh, tạo ra lớp plasma che chắn các sóng vô tuyến, trong hiện tượng gọi là “mất liên lạc”, có thể làm gián đoạn các tín hiệu điều khiển dẫn đường.

Điều này cho thấy YJ-19 nhiều khả năng được tích hợp công nghệ dẫn đường tiên tiến, như hệ thống quán tính và quang học, để khắc phục vấn đề.

Trung Quốc đạt bước tiến lớn trong phát triển vũ khí siêu vượt âm

Việc Trung Quốc đầu tư liên tục vào cơ sở hạ tầng khoa học cơ bản tiên tiến đã đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu và phát triển vũ khí siêu vượt âm, vốn dựa vào các hầm gió hiệu suất cao để thử nghiệm.

Hầm gió Tunnel 9 ở Mỹ có thể tạo ra luồng gió mạnh gấp 14 lần tốc độ âm thanh (Mach 14). Tuy nhiên, cửa vòi phun của Tunnel 9 chỉ rộng 1,5 mét nên không đủ lớn để thử nghiệm các mẫu vũ khí kích thước thật, chỉ phù hợp để thử mô hình thu nhỏ. Vì vậy, rất khó tiến hành các thử nghiệm quy mô đầy đủ. Mỹ phụ thuộc nhiều hơn vào mô phỏng tính toán, làm chậm tiến trình kỹ thuật của các loại vũ khí siêu vượt âm.

Vòi phun là bộ phận có hình dạng thu hẹp hoặc loe dần, dùng để điều khiển hướng đi và tốc độ của dòng khí hoặc chất lỏng khi thoát ra ngoài.

Ngược lại, hầm gió JF-22 của Trung Quốc có đường kính 4 mét và có thể mô phỏng điều kiện bay Mach 25 - 40. Ngoài hầm gió siêu vượt âm mạnh nhất thế giới này, các nhà nghiên cứu Trung Quốc còn tiếp cận được nhiều cơ sở khác.

Hầm gió xung kích JF-12 của Trung Quốc đã được sử dụng để thử nghiệm đánh lửa và đốt cháy động cơ nhiên liệu hydro ở điều kiện Mach 7 và Mach 10, theo một bài báo đăng năm ngoái trên tạp chí Acta Aeronautica et Astronautica Sinica.

Tác giả bài báo này, Long Yaosong - giáo sư tại Đại học Khoa học và Công nghệ Hoa Trung cho biết: Các thử nghiệm là kết quả hợp tác giữa Viện Cơ học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và Viện Nghiên cứu số 31 của Tập đoàn Khoa học và Công nghiệp Hàng không Vũ trụ Trung Quốc.

Một hầm gió khác là FD-14A đã được Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Khí động học Trung Quốc sử dụng để tiến hành thử nghiệm mô hình động cơ scramjet trong điều kiện Mach 10.

Năm 2004, Mỹ là quốc gia đầu tiên chứng minh tính khả thi của công nghệ scramjet khi phương tiện siêu vượt âm X-43A đạt Mach 9,68 bằng nhiên liệu hydro trong một chuyến bay thử. Năm 2013, X-51A đạt Mach 5,1 bằng nhiên liệu hydrocarbon.

Tuy dẫn đầu ở nghiên cứu siêu vượt âm giai đoạn đầu, Mỹ dường như đã ít đạt được tiến bộ gần đây trong cả ứng dụng kỹ thuật lẫn triển khai thực tế và sản xuất hàng loạt vũ khí tốc độ cao.

Hải quân Mỹ đã hủy bỏ chương trình tên lửa chống hạm HALO (Hypersonic Air Launched Offensive) vào tháng 8.2024, với lý do vượt ngân sách và không đạt yêu cầu về hiệu năng.

Chương trình HACM (Hypersonic Attack Cruise Missile) của Không quân Mỹ, được ký hợp đồng từ năm 2022, hiện vẫn là tên lửa hành trình siêu vượt âm scramjet duy nhất còn trong quá trình phát triển ở Mỹ.

Nga đã tận dụng kinh nghiệm sâu rộng của mình trong công nghệ tên lửa để đạt được những đột phá về phương tiện lướt siêu vượt âm, triển khai Avangard vào năm 2019, và tên lửa chạy bằng động cơ scramjet như Zircon.

Avangard là loại phương tiện lượn siêu vượt âm do Nga phát triển. Đây là 1 trong 6 loại vũ khí chiến lược được Tổng thống Nga Vladimir Putin công bố vào năm 2018.

Cho đến nay, Zircon tốc độ Mach 9 của Nga là tên lửa siêu vượt âm động cơ scramjet duy nhất được triển khai thực tế, sau khi hoàn tất phóng thử thành công năm 2016.

Năm 2022, Đại học Bách khoa Tây Bắc (Trung Quốc) đã phóng thử Feitian-1, phương tiện siêu vượt âm đạt được quá trình chuyển đổi mượt mà từ động cơ tên lửa sang động cơ scramjet.

Sơn Vân