Tên lửa siêu vượt âm biến hình vượt qua giới hạn Mach 5, bước nhảy vọt của Trung Quốc

Nếu thông tin này được xác nhận, đây sẽ là bước tiến mang tính cách mạng trong thiết kế vũ khí siêu vượt âm. Loại khí cụ này không chỉ bay ở tốc độ cực cao mà còn có thể thay đổi hình dạng và quỹ đạo bay, khiến việc đánh chặn gần như bất khả thi và cho phép tấn công các mục tiêu cơ động cao như tàu chiến, tàu sân bay hay thậm chí là máy bay tàng hình F-22 Raptor và F-35 Lightning II.

Ví dụ về nguyên mẫu tên lửa siêu vượt âm có khả năng biến hình. Ảnh: NUDT

Theo một bài nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học Trung Quốc, tên lửa được trang bị cặp cánh có thể thu vào và mở ra linh hoạt. Thiết kế tiên tiến này giúp nó có thể điều chỉnh đặc tính khí động học trong thời gian thực.

Khi bay ở tốc độ hành trình cao, cánh có thể gập vào thân để giảm lực cản; còn khi cần tăng khả năng cơ động, cánh sẽ mở rộng để tạo thêm lực nâng.

Ngoài ra, mức độ mở hoặc thu của cánh có thể điều chỉnh theo yêu cầu bay, cho phép phương tiện thay đổi hình dạng khí động học và đặc tính hoạt động ngay giữa chuyến bay – điều từ lâu được xem là “chén thánh” của công nghệ siêu vượt âm.

Thiết kế này được trình bày chi tiết trong bài báo đăng ngày 20/10 trên tạp chí Acta Aeronautica et Astronautica Sinica – tạp chí hàng đầu Trung Quốc về hàng không vũ trụ.

Nghiên cứu được thực hiện bởi nhóm của Giáo sư Vương Bằng (Wang Peng) thuộc Trường Khoa học và Kỹ thuật hàng không vũ trụ, Đại học Quốc phòng (NUDT), theo tờ South China Morning Post (SCMP).

Thiết kế và nguyên lý hoạt động

Theo bài báo, nguyên mẫu “phương tiện siêu vượt âm biến hình” này đã hoàn tất thành công các thử nghiệm phần cứng mô phỏng (HIL) – một bước tiến quan trọng chứng minh rằng thiết kế không chỉ là lý thuyết mà có thể áp dụng trong thực tế.

“Phương tiện bay siêu vượt âm biến hình là hướng phát triển tiên phong trong các nền tảng hàng không vũ trụ thế hệ mới”, nhóm nghiên cứu viết.

“Bằng cách điều chỉnh cấu trúc trong khi bay để thích ứng với các điều kiện khí động thay đổi, phương tiện thể hiện khả năng thích ứng vượt trội trong nhiều dải tốc độ và độ cao, mở ra tiềm năng to lớn cho nhiệm vụ đa dạng và khả năng xuyên thủng phòng thủ cao hơn”.

Theo nhóm tác giả, thiết kế này mang lại nhiều ưu thế vượt trội so với các phương tiện có hình dạng cố định truyền thống.

“So với các phương tiện bay tốc độ cao truyền thống, phương tiện biến hình có thể tối ưu hóa hiệu suất khí động trong môi trường bay phức tạp, từ đó nâng cao đáng kể khả năng cơ động và linh hoạt trong tác chiến.”

Công nghệ cánh gập hoặc cánh thu vào vốn không mới trong hàng không, từng được áp dụng cho nhiều loại máy bay và drone. Ví dụ, công nghệ Transwing cho phép máy bay chuyển đổi mượt mà giữa chế độ cất cánh thẳng đứng và bay về phía trước, kết hợp ưu điểm của máy bay đa cánh quạt và máy bay cánh cố định.

Tại Hàn Quốc, drone Flying Squirrel (Sóc bay) của Đại học POSTECH cũng ứng dụng cánh silicon có thể gập được, mô phỏng chuyển động của sóc bay, giúp tăng khả năng đổi hướng, dừng nhanh và né vật cản, cải thiện độ chính xác đường bay tới 13% so với thiết kế không cánh.

Tuy nhiên, việc ứng dụng cơ chế này vào môi trường siêu vượt âm (trên Mach 5) là thách thức cực lớn. Ở tốc độ này, nhiệt độ bề mặt có thể vượt 2.000°C, gây ra những biến đổi vật lý và hóa học nghiêm trọng cho vật liệu thân máy bay.

Sự thay đổi hình dạng trong chuyến bay cũng tạo ra độ bất định cao trong mô hình khí động, đòi hỏi khả năng tính toán cực nhanh theo thời gian thực để duy trì ổn định.

Trong khi đó, các hệ thống bay siêu vượt âm bị hạn chế về năng lượng và không gian chứa thiết bị điện tử, còn máy tính điều khiển trên khoang không thể sánh với sức mạnh xử lý của máy tính mặt đất.

Ở tốc độ siêu vượt âm, máy tính phải đưa ra hàng nghìn quyết định trong tích tắc, và chỉ một sai lệch nhỏ cũng có thể khiến tên lửa mất kiểm soát. Ngoài ra, bộ chấp hành cơ khí điều khiển cánh có độ trễ nhất định; chỉ một phần giây chậm trễ cũng có thể gây mất ổn định và dẫn đến rơi phương tiện.

Thuật toán điều khiển đột phá và các thách thức kỹ thuật

Để giải quyết các vấn đề này, nhóm của giáo sư Vương Bằng đã phát triển thuật toán điều khiển tiên tiến, kết hợp mô hình hệ thống điều khiển bậc cao, kiểm soát hiệu suất định trước và chế độ trượt siêu xoắn. Phương pháp này giúp đạt độ chính xác cao, khả năng ổn định mạnh, đồng thời giảm đáng kể khối lượng tính toán.

Trong các thử nghiệm, hệ thống đạt sai số điều khiển tư thế dưới 1 độ, với phản ứng của bộ truyền động mượt mà và không rung lắc, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong thực tế.

Dù đạt được bước tiến đáng kể, vẫn còn những thách thức kỹ thuật cần khắc phục. Hình ảnh nguyên mẫu công bố trong nghiên cứu cho thấy khoảng trống phía sau cánh gập, cần thiết để cánh có thể thu vào thân tên lửa. Tuy nhiên, các chuyên gia cho rằng thiết kế này có thể ảnh hưởng đến khả năng chịu nhiệt, độ bền cấu trúc và tính tàng hình dưới điều kiện siêu nhiệt độ.

Sự xuất hiện của nguyên mẫu “tên lửa siêu vượt âm biến hình” cho thấy Trung Quốc tiếp tục duy trì vị thế dẫn đầu trong lĩnh vực công nghệ vũ khí siêu vượt âm – một trong những hướng phát triển chiến lược quan trọng nhất trong cạnh tranh quân sự toàn cầu hiện nay.

Ngọc An