Buzz
Mặc dù Hoa Kỳ và Liên Xô cũ đã bỏ ra nhiều thập kỷ nỗ lực nhưng vẫn không thể thành công, Trung Quốc đã tìm ra một phương pháp mới và đạt được kết quả vượt ngoài mong đợi.
Một hệ thống đường ray, sử dụng lực điện từ thuần túy để tăng tốc các vật nặng vượt qua tốc độ âm thanh, đã hoạt động tại thành phố Tế Nam, miền Đông Trung Quốc suốt hơn hai năm.
Tuy nhiên, một câu hỏi lớn vẫn chưa có lời giải đáp: Làm thế nào mà hệ thống này duy trì được khả năng kiểm soát ổn định đến vậy?
Năm 2023, hệ thống "xe trượt điện từ" của Trung Quốc đã trở thành bệ phóng điện từ quy mô lớn đầu tiên trên thế giới, vượt qua rào cản âm thanh. Trong các lần thử nghiệm ban đầu, hệ thống này đã giúp các phương tiện thử nghiệm nặng một tấn đạt vận tốc vượt qua Mach 1.
Theo thông tin từ tờ South China Morning Post (SCMP), sau hơn hai năm hoạt động tại thành phố Tế Nam, các nhà khoa học mới đây đã cung cấp những cái nhìn chi tiết về các công nghệ cốt lõi giúp đạt được thành tựu này.
Rào cản từ tiếng nổ siêu thanh
Với hệ thống đường ray điện từ mới, các kỹ sư đã giải quyết thành công một rào cản lớn đối với hiệu suất siêu thanh ổn định. Theo báo cáo của SCMP, tiếng nổ siêu thanh mà xe trượt điện từ của Trung Quốc tạo ra khi tiếp xúc với mặt đất đủ mạnh để phá hủy các cảm biến truyền thống. Khi hoạt động ở tốc độ siêu thanh, vấn đề này trở thành một thách thức khó khăn. Chỉ một sai sót nhỏ trong tính toán, thậm chí do thiếu dữ liệu, cũng có thể dẫn đến thảm họa.
"Khi động cơ cảm ứng tuyến tính hoạt động ở tốc độ siêu thanh — khoảng 340 m/s ở độ cao dưới 100 mét và nhiệt độ dưới 30 độ C — các lực khí động học bất ổn định từ sóng xung kích có thể gây nhiễu loạn nghiêm trọng cho vật thể di chuyển," các nhà khoa học viết trong nghiên cứu của mình. "Những gián đoạn này có thể làm sai lệch các cảm biến tốc độ và vị trí, cuối cùng dẫn đến sự thất bại trong việc kiểm soát tốc độ động cơ."
Gần đây, nhóm nghiên cứu do Xu Fei từ Viện Kỹ thuật Điện thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc dẫn đầu đã công bố một bài báo trên Transactions of China Electrotechnical Society (Tạp chí Giao dịch của Hiệp hội Kỹ thuật Điện Trung Quốc), mô tả một phương pháp mới để ước tính tốc độ mà không cần sử dụng cảm biến cho các hệ thống phóng điện từ siêu thanh. Theo nhóm nghiên cứu, phương pháp không cảm biến này là chìa khóa giúp xe trượt điện từ hoạt động an toàn.
Hiện thực hóa giấc mơ phóng điện từ siêu thanh
Trong khi các cường quốc như Hoa Kỳ và Liên Xô cũ đã bỏ ra hàng thập kỷ để đối mặt với thử thách phóng điện từ siêu thanh đáng tin cậy, những nỗ lực của họ cuối cùng vẫn không đạt được kết quả như kỳ vọng.
Để dễ hình dung, Hệ thống Phóng Máy bay Điện từ (EMALS) được sử dụng trên các tàu sân bay như USS Gerald R. Ford của Hải quân Mỹ chỉ có thể đạt tốc độ khoảng 78 m/s — thấp hơn rất nhiều so với ngưỡng siêu thanh. Các phương pháp thông thường để cải thiện tốc độ thường tập trung vào việc lắp đặt phần cứng bổ sung, chẳng hạn như các cảm biến bên ngoài. Tuy nhiên, các thành phần này lại quá dễ hư hỏng trước các điều kiện khắc nghiệt như sóng xung kích mạnh và nhiễu loạn khí động học ở độ cao thấp.
Đội ngũ kỹ sư Trung Quốc đã áp dụng một chiến lược khác biệt. Thay vì sử dụng các thiết bị ngoại vi dễ hư hỏng, họ đã phát triển một phương pháp không cảm biến, cho phép hệ thống xe trượt thu thập dữ liệu tốc độ trực tiếp từ sự thay đổi tinh tế trong tín hiệu điện của các cuộn dây năng lượng trên đường ray.
Khi xe trượt gia tốc trên đường ray, các cuộn dây điện từ sẽ được kích hoạt theo từng bước, mỗi cuộn dây kế tiếp sẽ hoạt động sau khi cuộn trước đó hoàn tất. Điều đặc biệt là các nhà nghiên cứu phát hiện rằng những biến động cực kỳ nhỏ và tức thời của điện áp trong các đoạn này lại ẩn chứa dữ liệu về tốc độ một cách chính xác. Họ đã phát triển một thuật toán để tổng hợp các chỉ số từ các cuộn dây gần nhau, loại bỏ nhiễu do va chạm và sự biến dạng tín hiệu, đồng thời thực hiện hiệu chuẩn tự động ngay trong thời gian thực.
Phương pháp này cung cấp hai ước tính tốc độ độc lập từ hai góc độ điện học khác nhau, rồi kết hợp chúng một cách thông minh và có trọng số để đạt được độ chính xác tối ưu. Trong các thử nghiệm thực tế, các nhà khoa học đã theo dõi tốc độ với độ sai lệch chỉ khoảng 1,1% ở vận tốc lên tới 370 m/s — đủ để duy trì sự kiểm soát ổn định khi vận hành ở chế độ siêu thanh.
Bên cạnh hệ thống xe trượt đệm từ đầu tiên trên thế giới, cơ sở tại Tế Nam, do Viện Kỹ thuật Điện thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc điều hành, còn đóng góp vào các nghiên cứu về bay siêu vượt âm, phát triển vật liệu hàng không vũ trụ thế hệ mới và các hệ thống phóng không gian tiên tiến.
