Trung Quốc vận hành bệ phóng điện từ siêu thanh: Giải mã công nghệ vượt qua rào cản âm thanh

Hệ thống “xe trượt điện từ” của Trung Quốc đã chính thức trở thành bệ phóng điện từ quy mô lớn đầu tiên trên thế giới phá vỡ rào cản âm thanh. Trong các đợt thử nghiệm ban đầu tại cơ sở ở thành phố Tế Nam, hệ thống này có khả năng tăng tốc một phương tiện trọng tải khoảng một tấn lên vận tốc vượt ngưỡng Mach 1 (hơn 340 mét/giây).

Thách thức từ “bức tường tiếng nổ” ở độ cao thấp

Việc đạt được tốc độ siêu thanh ngay tại mặt đất đặt ra những bài toán kỹ thuật khắc nghiệt hơn nhiều so với việc bay ở độ cao lớn. Một trong những rào cản lớn nhất chính là tiếng nổ siêu thanh (sonic boom). Khi phương tiện đạt vận tốc trên Mach 1, các sóng xung kích cực mạnh được tạo ra, có thể phá hủy hoàn toàn những cảm biến truyền thống gắn trên thiết bị đo.

Theo báo cáo từ South China Morning Post, nhóm nghiên cứu do Xu Fei thuộc Viện Kỹ thuật Điện, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc dẫn đầu, cho biết lực khí động học không ổn định do sóng xung kích gây ra làm rối loạn chuyển động của xe trượt. Điều này dẫn đến nguy cơ mất kiểm soát do các thiết bị đo vận tốc và vị trí bị nhiễu hoặc hư hỏng cơ học.

Công nghệ điều khiển “không cần cảm biến” đột phá

Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học Trung Quốc đã phát triển một phương pháp ước lượng tốc độ mới mà không cần dựa vào các cảm biến bên ngoài dễ tổn thương. Thay vào đó, hệ thống khai thác trực tiếp các biến động điện áp cực nhỏ trong các cuộn dây điện từ dọc theo đường ray.

Khi xe trượt di chuyển, các cuộn dây được kích hoạt tuần tự. Nhóm nghiên cứu đã xây dựng một thuật toán thông minh để phân tích tín hiệu điện từ này, lọc bỏ nhiễu từ sóng xung kích và tự hiệu chỉnh theo thời gian thực. Cụ thể:

• Hợp nhất dữ liệu: Thuật toán kết hợp thông tin từ nhiều cuộn dây lân cận để tạo ra các ước lượng độc lập.
• Độ chính xác cao: Trong các thử nghiệm thực tế, hệ thống theo dõi tốc độ với sai số chỉ khoảng 1,1% ở vận tốc lên tới 370 mét/giây.
• Khả năng kiểm soát: Duy trì tính ổn định tuyệt đối cho phương tiện ngay cả trong chế độ siêu thanh.

Vượt xa các nỗ lực của Mỹ và Liên Xô trước đây

Trong quá khứ, cả Mỹ và Liên Xô đều dành nhiều thập kỷ để nghiên cứu bệ phóng điện từ siêu thanh nhưng không đạt được kết quả ổn định. Hiện nay, hệ thống phóng máy bay điện từ (EMALS) tiên tiến nhất trên các tàu sân bay của Mỹ cũng chỉ đạt tốc độ khoảng 78 mét/giây, thấp hơn rất nhiều so với ngưỡng siêu thanh mà Trung Quốc vừa đạt được.

Ngoài mục tiêu quân sự, cơ sở hạ tầng tại Tế Nam còn đóng vai trò then chốt trong việc nghiên cứu vật liệu hàng không vũ trụ thế hệ mới, thử nghiệm bay siêu vượt âm và phát triển các hệ thống phóng không gian tiết kiệm chi phí trong tương lai. Những tiến bộ này khẳng định vị thế dẫn đầu của Trung Quốc trong lĩnh vực công nghệ phóng điện từ tốc độ cực cao.