Anh em Wright và chuyến bay đầu tiên năm 1903 diễn ra thế nào

Chuyến bay có động cơ, có người lái và điều khiển được đầu tiên được thừa nhận rộng rãi diễn ra sáng 17/12/1903 trên đồi cát Kill Devil Hills, gần làng Kitty Hawk, bang North Carolina, Mỹ. Orville Wright lái chiếc Wright Flyer bay 12 giây, đi được khoảng 37 mét. Cùng buổi sáng đó hai anh em bay thêm ba lần, lần dài nhất do Wilbur lái, kéo dài 59 giây và đi được khoảng 260 mét.

Hai người thợ sửa xe đạp ở Dayton

Wilbur Wright sinh năm 1867, Orville sinh năm 1871. Cả hai không học hết trung học, không có bằng kỹ sư. Họ sống ở Dayton, bang Ohio, từng làm in ấn rồi mở cửa hàng bán và sửa xe đạp. Chính nghề xe đạp cho họ ba thứ: tiền để làm thí nghiệm, kỹ năng gia công cơ khí nhẹ và một trực giác quan trọng: chiếc xe đạp vốn không tự cân bằng, người lái phải liên tục điều chỉnh. Họ tin máy bay cũng vậy.

Đó là điểm khác biệt lớn so với nhiều người cùng thời. Phần lớn nhà phát minh cuối thế kỷ 19 tìm cách làm ra một cỗ máy tự ổn định, chỉ cần đủ lực đẩy là bay. Anh em Wright đặt câu hỏi ngược lại: làm sao để phi công giữ được thăng bằng và điều khiển máy bay trên không trung.

Cảm hứng trực tiếp đến từ cái chết của Otto Lilienthal, nhà tiên phong tàu lượn người Đức, năm 1896. Lilienthal đã thực hiện hàng nghìn lần lượn và để lại số liệu quý, nhưng ông điều khiển chủ yếu bằng cách đung đưa thân người. Một luồng gió bất ngờ làm tàu lượn của ông chòng chành và rơi. Với anh em Wright, bài học là: thiếu cơ chế điều khiển thì có động cơ cũng vô nghĩa.

Bài toán điều khiển: uốn cánh và ba trục

Một máy bay xoay quanh ba trục: chúc lên chúc xuống (pitch), nghiêng cánh trái phải (roll) và ngoặt mũi trái phải (yaw). Anh em Wright là những người đầu tiên giải quyết cả ba một cách có hệ thống.

• Nghiêng cánh: họ dùng cách "uốn cánh" (wing warping), dùng dây cáp vặn xoắn đầu cánh để một bên nâng nhiều hơn bên kia. Theo lời kể của chính hai anh em, ý tưởng nảy ra khi Wilbur vặn xoắn một hộp giấy dài rỗng trong cửa hàng. Cánh lái (aileron) ngày nay làm cùng nhiệm vụ đó theo cách khác.
• Chúc lên xuống: một bánh lái độ cao đặt phía trước cánh chính, theo kiểu "canard".
• Ngoặt mũi: bánh lái hướng phía sau. Ban đầu nó cố định; đến tàu lượn năm 1902 họ mới cho nó chuyển động, nối với cơ cấu uốn cánh, vì phát hiện máy bay có xu hướng trượt và xoay ngược khi nghiêng.

Bằng sáng chế mà hai anh em được cấp năm 1906 không phải cho "chiếc máy bay", mà cho chính hệ thống điều khiển này. Điều đó cho thấy họ hiểu rõ đâu là phát minh cốt lõi của mình.

Ba năm tàu lượn và đường hầm gió tự chế

Từ năm 1900, hai anh em mang tàu lượn đến Kitty Hawk vì nơi này có gió biển mạnh, đều, và đồi cát mềm để rơi xuống ít hỏng. Họ chọn địa điểm sau khi hỏi ý kiến Cục Thời tiết Mỹ.

Tàu lượn năm 1900 và 1901 nâng kém hơn nhiều so với tính toán. Họ dùng số liệu của Lilienthal và hệ số lực cản cũ, và nhận ra các con số này không khớp với thực tế. Mùa thu năm 1901, về lại Dayton, họ tự làm một đường hầm gió nhỏ bằng gỗ, gắn quạt chạy bằng động cơ trong xưởng, rồi thử khoảng 200 mẫu cánh bằng kim loại mỏng. Kết quả là bộ số liệu về hình dạng cánh, độ cong và tỉ lệ dài rộng tốt nhất thời đó.

Tàu lượn năm 1902 áp dụng các số liệu mới và bay thành công hàng trăm lần. Đến lúc này, phần khó nhất đã xong. Việc còn lại là gắn động cơ và cánh quạt.

Động cơ và cánh quạt cũng tự làm

Không hãng nào bán được động cơ đủ nhẹ mà đủ mạnh theo yêu cầu. Người thợ máy của cửa hàng, Charlie Taylor, chế tạo trong khoảng sáu tuần một động cơ bốn xi-lanh có vỏ bằng nhôm đúc, công suất khoảng 12 mã lực. Cánh quạt cũng là bài toán chưa ai giải: hai anh em nhận ra cánh quạt thực chất là một chiếc cánh xoay tròn, rồi dùng chính số liệu đường hầm gió để thiết kế. Hai cánh quạt bằng gỗ quay ngược chiều nhau, truyền động bằng xích như xe đạp.

Sáng 17/12/1903 ở Kill Devil Hills

Ngày 14/12, hai anh em tung đồng xu để chọn người bay trước. Wilbur thắng, nhưng ông nâng mũi quá gấp, máy bay mất tốc và rơi sau khoảng ba giây, hỏng nhẹ. Họ mất hai ngày sửa.

Sáng 17/12, trời lạnh, gió bấc thổi khá mạnh. Đến lượt Orville. Chiếc Flyer chạy trên đường ray gỗ dài khoảng 18 mét đặt trên nền phẳng, rời đường ray và bay chập chờn lên xuống. Có năm người dân địa phương chứng kiến. Orville đã dựng sẵn máy ảnh trên giá và nhờ John T. Daniels, nhân viên trạm cứu hộ gần đó, bấm máy. Bức ảnh chiếc Flyer vừa rời đường ray, Wilbur chạy theo bên cánh, trở thành một trong những bức ảnh nổi tiếng nhất thế kỷ 20.

Sau lần bay thứ tư, một cơn gió lật chiếc Flyer đang đậu trên cát, làm gãy nhiều bộ phận. Chiếc máy bay đầu tiên trong lịch sử chưa bao giờ bay lại. Chiều hôm đó, hai anh em đi bộ đến trạm điện báo, gửi cho cha ở Dayton một bức điện ngắn báo tin thành công.

Từ 59 giây đến chiếc máy bay dùng được

Báo chí năm 1903 đưa tin rất ít, nhiều bài sai lệch. Một phần vì chính anh em Wright giữ kín để bảo vệ bằng sáng chế. Họ chuyển về bãi cỏ Huffman Prairie gần Dayton để bay thử tiếp, không còn gió biển giúp sức nên phải làm thêm máy phóng có quả tạ để cất cánh.

• 1904: Flyer II bay được vòng tròn hoàn chỉnh đầu tiên.
• 1905: Flyer III, chiếc máy bay thực dụng đầu tiên, có lần bay khoảng 39 phút, đi được gần 39 km theo vòng tròn, hạ cánh khi gần hết nhiên liệu.
• 1906: được cấp bằng sáng chế Mỹ cho hệ thống điều khiển.
• 1908: Wilbur bay biểu diễn ở trường đua gần Le Mans, Pháp. Giới hàng không Pháp, vốn hoài nghi, sững sờ khi thấy ông ngoặt, nghiêng, bay số tám nhẹ nhàng. Cùng năm, Orville bay thử cho quân đội Mỹ ở Fort Myer và gặp tai nạn; trung uý Thomas Selfridge ngồi ghế bên tử nạn, trở thành người đầu tiên chết trong tai nạn máy bay có động cơ.

Wilbur mất năm 1912 vì thương hàn, khi mới 45 tuổi. Orville sống đến năm 1948, kịp thấy máy bay phản lực ra đời.

Ai bay trước? Những tranh cãi quanh danh hiệu

Danh hiệu "người đầu tiên bay" từng bị tranh giành gay gắt. Cần biết các yêu sách chính để đọc tài liệu không bị lẫn:

• Samuel Langley: giám đốc Viện Smithsonian, có tiền tài trợ lớn. Chiếc Aerodrome của ông rơi xuống sông Potomac hai lần trong tháng 10 và ngày 8/12/1903, chín ngày trước chuyến bay ở Kitty Hawk. Sau này Smithsonian trưng bày Aerodrome (đã được sửa đổi) như chiếc máy bay "có khả năng bay" đầu tiên. Vì việc đó, Orville gửi chiếc Flyer sang Bảo tàng Khoa học London từ năm 1928. Mãi đến khi Smithsonian chính thức đính chính, chiếc Flyer mới về Washington năm 1948, sau khi Orville mất.
• Alberto Santos-Dumont: năm 1906 ông bay chiếc 14-bis ở Paris trước đám đông và giới chức, cất cánh bằng bánh xe không cần đường ray hay gió hỗ trợ. Ở Brazil, ông thường được coi là cha đẻ của máy bay. Tuy vậy, vào lúc đó anh em Wright đã bay hơn nửa giờ đồng hồ.
• Gustave Whitehead: có yêu sách bay năm 1901 ở Connecticut, nhưng không có ảnh chụp đáng tin, giới sử học hàng không phần lớn không chấp nhận.

Cách diễn đạt thận trọng mà nhiều bảo tàng dùng là: anh em Wright thực hiện chuyến bay đầu tiên của một máy bay nặng hơn không khí, có động cơ, có người lái, bay bền vững và điều khiển được. Mỗi chữ trong cụm đó đều có lý do.

Góc nhìn hôm nay: còn lại gì và xem ở đâu

Bài học lớn nhất từ anh em Wright là phương pháp. Họ không chờ cảm hứng: họ đọc hết tài liệu đã có, phát hiện số liệu cũ sai, tự đo lại, thử trên tàu lượn trước khi gắn động cơ, và ghi chép tỉ mỉ từng lần bay. Cách họ chia bài toán lớn thành ba bài nhỏ (lực nâng, điều khiển, lực đẩy) đến nay vẫn được dạy trong các khoa kỹ thuật.

• Chiếc Flyer 1903 thật đang trưng bày tại Bảo tàng Hàng không và Vũ trụ Quốc gia (Smithsonian) ở Washington.
• Đài tưởng niệm quốc gia Anh em Wright ở Kill Devil Hills có cột đá đánh dấu điểm cất và hạ cánh của bốn lần bay; đi bộ dọc các mốc sẽ thấy 260 mét ngắn đến mức nào.
• Dayton có công viên lịch sử quốc gia về hàng không, gồm bãi Huffman Prairie và khu cửa hàng xe đạp cũ.
• Sách nên đọc: "The Wright Brothers" của David McCullough (2015) là cuốn phổ thông dễ đọc, dựa nhiều vào thư từ gia đình.