Concorde: máy bay siêu thanh dân dụng bay nhanh gấp đôi âm thanh

Concorde là máy bay chở khách siêu thanh do Anh và Pháp cùng chế tạo, bay thương mại từ ngày 21/01/1976 đến tháng 10/2003. Nó bay ở tốc độ khoảng Mach 2, tức gấp đôi tốc độ âm thanh, đưa khách từ London hay Paris sang New York trong khoảng ba tiếng rưỡi, chưa bằng một nửa thời gian của máy bay phản lực thường. Chỉ 20 chiếc được chế tạo, 14 chiếc từng chở khách, và đến nay chưa có máy bay dân dụng siêu thanh nào thay thế được nó.

Một hiệp ước giữa hai quốc gia

Cuối thập niên 1950, cả Anh lẫn Pháp đều tin rằng sau máy bay phản lực, bước kế tiếp của hàng không dân dụng là bay nhanh hơn âm thanh. Mỗi nước tự nghiên cứu một bản thiết kế, nhưng chi phí quá lớn để một nước gánh nổi. Ngày 29/11/1962, hai chính phủ ký hiệp ước cùng phát triển một máy bay chở khách siêu thanh. Phía Anh giao cho British Aircraft Corporation (BAC), phía Pháp giao cho Sud Aviation, sau này nhập vào Aérospatiale. Động cơ do Rolls-Royce và Snecma cùng làm.

Hiệp ước có một điều khoản đặc biệt: không bên nào được rút lui đơn phương. Điều khoản này về sau trở thành lý do chính khiến dự án sống sót qua nhiều lần đội vốn, khi chính phủ Anh từng muốn dừng lại vào giữa thập niên 1960.

Cái tên Concorde mang nghĩa "hoà hợp". Ngay cái tên cũng là chuyện tranh cãi giữa hai bên: người Anh có thời gian viết "Concord" không có chữ e ở cuối, đến năm 1967 mới thống nhất cách viết kiểu Pháp.

Những mốc chính của Concorde

Một chi tiết hay bị quên: Concorde không phải máy bay chở khách siêu thanh bay đầu tiên. Chiếc Tu-144 của Liên Xô cất cánh ngày 31/12/1968, sớm hơn hai tháng. Nhưng Tu-144 chỉ chở khách thường lệ một thời gian rất ngắn trong năm 1977–1978, còn Concorde khai thác đều đặn suốt 27 năm.

Thiết kế để sống ở Mach 2

Bay nhanh gấp đôi âm thanh đặt ra những bài toán mà máy bay thường không gặp. Gần như mọi đường nét của Concorde là câu trả lời cho một bài toán cụ thể.

Cánh tam giác cong

Concorde không có cánh xuôi kiểu thường mà có cánh tam giác (delta) với mép trước uốn cong như chữ S nhìn từ trên xuống, người ta gọi là cánh ogival. Ở tốc độ siêu thanh, dạng cánh này ít cản và giữ được độ cứng. Ở tốc độ thấp khi cất hạ cánh, cánh delta tạo lực nâng bằng những xoáy khí lớn cuộn trên mặt cánh, nhưng phải giữ góc tấn rất lớn. Vì thế Concorde cất cánh và hạ cánh trong tư thế ngóc mũi cao rõ rệt, ở tốc độ tiếp đất khoảng 300 km/h, nhanh hơn nhiều máy bay chở khách khác.

Chiếc mũi gập xuống

Ngóc mũi cao thì phi công không nhìn thấy đường băng. Giải pháp là mũi máy bay có bản lề, hạ xuống khoảng 5 độ khi lăn bánh, cất cánh và 12,5 độ khi hạ cánh. Khi bay hành trình, mũi được nâng thẳng và một tấm kính che chắn gió nâng lên theo để giảm cản. Đây là đặc điểm dễ nhận ra nhất của Concorde, khiến nó trông như một con chim đang cúi đầu khi chạy trên mặt đất.

Động cơ có buồng đốt sau

Bốn động cơ Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 là loại phản lực dòng thẳng (turbojet), mỗi chiếc có lực đẩy khoảng 170 kN khi bật buồng đốt sau. Buồng đốt sau, phun thêm nhiên liệu vào luồng khí nóng sau tua-bin, chỉ dùng lúc cất cánh và lúc tăng tốc qua vùng tốc độ âm thanh. Khi đã lên Mach 2, Concorde bay hành trình không cần buồng đốt sau, điều mà rất ít máy bay thời đó làm được. Cửa hút gió có các tấm điều chỉnh để làm chậm luồng khí siêu thanh xuống dưới tốc độ âm thanh trước khi vào máy nén.

Thân máy bay dài ra khi bay

Ma sát với không khí ở Mach 2 làm vỏ máy bay nóng lên, khoảng 120–127°C ở mũi. Thân máy bay bằng hợp kim nhôm giãn nở, dài thêm khoảng 15–25 cm khi bay hành trình. Đó cũng là lý do Concorde được sơn trắng đặc biệt để phản xạ nhiệt, và tốc độ tối đa bị giới hạn khoảng Mach 2,04, vì nhanh hơn nữa thì nhôm không chịu được nhiệt lâu dài.

Bơm nhiên liệu để giữ thăng bằng

Khi vượt tốc độ âm thanh, điểm đặt lực nâng trên cánh lùi về phía sau. Thay vì dùng cánh đuôi ngang (Concorde không có), kỹ sư cho bơm nhiên liệu giữa các thùng phía trước và phía sau để dịch trọng tâm theo. Mỗi chuyến bay, hàng tấn nhiên liệu được chuyển qua lại như một quả tạ cân bằng lỏng.

Trên khoang Concorde

Bên trong, Concorde chật hơn nhiều người nghĩ. Khoang khách hẹp, mỗi hàng chỉ bốn ghế chia hai bên lối đi, cửa sổ nhỏ cỡ bàn tay. Một chuyến thường chở khoảng 100 khách, toàn bộ ở một hạng dịch vụ cao cấp. Bay ở độ cao khoảng 18.000 m, gần gấp đôi máy bay thường, hành khách nhìn qua cửa sổ thấy bầu trời ngả màu tím sẫm và đường cong của chân trời rõ hơn.

Giá vé rất đắt, khách quen là doanh nhân, người nổi tiếng và người muốn trải nghiệm một lần trong đời. Lợi thế thời gian rất cụ thể: vì London và New York lệch nhau năm múi giờ, nhiều hơn cả thời gian bay, chuyến bay buổi sáng từ London đáp xuống New York sớm hơn giờ khởi hành nếu tính theo đồng hồ địa phương.

Vì sao Concorde không thành công về thương mại

Khi dự án bắt đầu, có khoảng 16 hãng hàng không đặt quyền mua với tổng cộng hơn 70 chiếc. Cuối cùng chỉ British Airways và Air France nhận máy bay, mỗi hãng 7 chiếc, và cả hai đều thuộc sở hữu nhà nước vào thời điểm đó. Có ba nguyên nhân chính.

• Tiếng nổ siêu thanh. Khi vượt tốc độ âm thanh, máy bay tạo sóng xung kích nghe như tiếng sấm trên mặt đất dọc suốt đường bay. Nhiều nước cấm bay siêu thanh trên đất liền, nên Concorde chỉ thật sự phát huy trên các đường bay vượt biển như Đại Tây Dương. Những đường bay xuyên lục địa mà các hãng mơ tới không thể khai thác.
• Nhiên liệu. Cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm 1973 làm giá nhiên liệu tăng vọt đúng lúc Concorde chuẩn bị vào khai thác. Một chiếc Concorde đốt nhiên liệu cho mỗi hành khách nhiều gấp mấy lần một chiếc Boeing 747.
• Sức chứa nhỏ. Cùng thập niên đó, Boeing 747 ra đời với hơn 300 ghế, kéo giá vé phổ thông xuống. Thị trường chọn rẻ và đông thay vì nhanh và đắt.

Thêm vào đó là tiếng ồn khi cất cánh, khiến Concorde gặp khó khăn kéo dài mới được phép hạ cánh ở New York. Chi phí phát triển không bao giờ được thu hồi; hai chính phủ chấp nhận coi đó là khoản đầu tư công nghệ và uy tín.

Tai nạn năm 2000 và hồi kết

Ngày 25/07/2000, chiếc Concorde của Air France thực hiện chuyến bay 4590 cất cánh từ sân bay Charles de Gaulle. Trên đường băng có một thanh kim loại rơi ra từ một máy bay khác cất cánh trước đó. Bánh xe Concorde cán phải, lốp nổ, mảnh cao su văng vào cánh với lực lớn, gây vỡ thùng nhiên liệu và cháy. Máy bay rơi xuống một khách sạn ở Gonesse chỉ khoảng hai phút sau khi rời mặt đất. Toàn bộ 109 người trên máy bay và 4 người dưới đất thiệt mạng.

Đây là tai nạn chết người duy nhất trong lịch sử khai thác Concorde. Đội bay bị đình chỉ, được gia cố thùng nhiên liệu bằng lớp lót Kevlar và thay loại lốp mới, rồi bay lại từ tháng 11/2001. Nhưng lúc ấy ngành hàng không đang suy giảm mạnh sau sự kiện ngày 11/09/2001, khách cao cấp ít đi, còn chi phí bảo dưỡng một đội máy bay đã gần 30 tuổi ngày càng tăng. Năm 2003, hai hãng cùng tuyên bố cho Concorde nghỉ hưu.

Concorde hôm nay: xem ở đâu, đọc gì

Gần như mọi chiếc Concorde còn lại đều đang nằm trong bảo tàng, và đây là cơ hội để thấy tận mắt những chi tiết kể trên. Một số nơi dễ đến:

• Pháp: Bảo tàng Hàng không và Không gian Le Bourget gần Paris; bảo tàng Aeroscopia ở Toulouse, sát nơi Concorde được lắp ráp.
• Anh: Aerospace Bristol ở Filton (chiếc G-BOAF, chiếc Concorde bay sau cùng); Bảo tàng Hoàng gia Chiến tranh Duxford có mẫu tiền sản xuất; ngoài ra còn ở Manchester, Brooklands và East Fortune ở Scotland.
• Mỹ: Bảo tàng Intrepid ở New York; Trung tâm Steven F. Udvar-Hazy của Smithsonian gần Washington; Bảo tàng Hàng không ở Seattle.
• Đức: Bảo tàng Kỹ thuật Sinsheim, nơi hiếm hoi trưng bày cả Concorde lẫn Tu-144 cạnh nhau.

Khi đứng dưới một chiếc Concorde, hãy để ý ba thứ: chiếc mũi có bản lề, bộ càng chính rất cao (cần thiết vì máy bay ngóc mũi lớn khi cất cánh) và bốn động cơ xếp thành hai cặp dưới cánh. Nhiều nơi cho vào khoang để thấy sự chật hẹp của một chiếc máy bay từng có giá vé đắt nhất thế giới.

Bài học từ Concorde vẫn được ngành hàng không nhắc tới: công nghệ xuất sắc chưa đủ, máy bay phải hợp với kinh tế và môi trường của thời nó. Hiện vẫn có những dự án máy bay siêu thanh thế hệ mới, tập trung vào việc làm tiếng nổ siêu thanh nhỏ đi để được phép bay trên đất liền, nhưng tính đến nay chưa dự án nào chở khách thương mại.