Không chỉ máy bay thương mại, máy bay chiến đấu ngày nay cũng chậm hơn trước

Vào năm 1958, chiếc F-4 Phantom cất cánh lần đầu tiên. Dòng máy bay này đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều cuộc xung đột, bao gồm chiến tranh tại Việt Nam, và có thể đạt tốc độ tối đa Mach 2,2 (bay nhanh gấp 2,2 lần tốc độ âm thanh). 

Trong khi đó, chiến đấu cơ hiện đại nhất trong biên chế của Quân đội Mỹ hiện nay là F-35 lại chỉ đạt tốc độ tối đa Mach 1,6. 

F-35 không phải loại máy bay duy nhất chậm hơn các thế hệ cũ. Ngày nay, đa số các loại máy bay chiến đấu thế hệ thứ 5 đều có tốc độ tối đa thấp hơn hơn nhiều so với đời trước. Các dòng máy bay hiện đại nhất của nhiều nước hiện chỉ có thể bay dưới Mach 2, trong khi con người đã vượt qua giới hạn này từ những năm 1950.

Tại sao máy bay chiến đấu càng ngày càng chậm trong khi công nghệ nghiên cứu và chế tạo quốc phòng ngày càng phát triển? 

Tốc độ trở nên lỗi thời

Máy bay quân sự được sử dụng lần đầu trong Thế chiến I với nhiệm vụ trinh sát. Tuy nhiên, các phi công đã nhanh chóng sử dụng súng ngắn và lựu đạn để hạ máy bay đối thủ. Những máy bay có tốc độ cao có thể chủ động tấn công kẻ thù, hoặc rút lui khi gặp nguy hiểm. Tốc độ máy bay trong Thế chiến I từ khoảng 180 đến 225 km/h.

Đến Thế chiến II, tốc độ đã trở thành một trong những tính năng quan trọng nhất của máy bay. Vào năm 1940, những chiếc Haviland Mosquito của Anh, với tốc độ lên tới 668 km/h, đã không được trang bị súng. Không quân Anh cho rằng khi bay nhanh như vậy, chẳng có máy bay chiến đấu nào của Luftwaffe (Không quân Đức) có thể chạm đến Mosquito.

Trong Chiến tranh Triều Tiên, máy bay phản lực được đưa vào sử dụng rộng rãi. Những chiếc F-86 “Saber” và MiG-15 đã đạt đến tốc độ khoảng Mach 0,9.

Vào những năm 1950, động cơ phản lực với buồng đốt sau (afterburner) cũng đã xuất hiện, và máy bay F-100 “Super Saber” của Mỹ đã mở ra kỷ nguyên siêu thanh.

Châu Âu và Liên Xô cũng đã cho ra đời những mẫu máy bay siêu thanh của riêng mình, chẳng hạn như Mirage, Lightning, MiG-19 và MiG-21. Khi sử dụng buồng đốt sau, những chiếc máy bay này có thể bay gấp hai lần tốc độ âm thanh.

Máy bay tiêm kích đánh chặn MiG-25 của Liên Xô đã đạt đến tốc độ Mach 2,8, trong khi SR-71 có thể bay nhanh gấp 3,2 lần tốc độ âm thanh.

Trong cuộc Kháng chiến chống Mỹ, Không quân Việt Nam sử dụng máy bay MiG-21 còn phía đối phương sử dụng F-4. Cả hai loại máy bay này đều có khả năng đạt đến tốc độ Mach 2,2.

Tuy nhiên, sau khi xem xét dữ liệu của hơn 100.000 phi vụ được thực hiện bởi những chiếc F-4 trong vòng 20 năm, các nhà phân tích quân sự Mỹ đã đi đến một kết luận bất ngờ. Trong toàn bộ cuộc chiến, những chiếc máy bay F-4 “Phantom” không một lần vượt qua Mach 1,8, mặc dù có thể bay tới Mach 2,2. Đồng thời, rất ít khi máy bay vượt qua Mach 1,4, hay thậm chí cả Mach 1,2.

Vậy, điều gì khiến những chiếc F-4 không một lần đạt đến tốc độ tối đa trong suốt 20 năm?

Khả năng cơ động

Tốc độ quay vòng là một thông số quan trọng khi so sánh khả năng không chiến của máy bay. Tốc độ này càng cao, máy bay càng có thể chuyển hướng (cơ động) nhanh chóng.

Khả năng cơ động giúp cho máy bay có thể bám đuôi kẻ thù, hoặc né tránh khi bị truy đuổi. Bởi vậy, phi công thường giữ máy bay ở tốc độ cho phép chuyển hướng nhanh nhất. Thông thường, tốc độ này ở dưới Mach 1. 

Cánh máy bay cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới khả năng cơ động. Tuy nhiên, mỗi loại cánh lại phù hợp với một khoảng tốc độ khác nhau. Cánh của những chiếc máy bay nhanh như F-104 "Starfighter" hay MiG-25 thường mảnh, nhỏ và có góc quay về phía sau lớn, phù hợp với tốc độ siêu thanh. Tuy nhiên, máy bay với loại cánh này thường khó cất hạ cánh, cũng như kém ổn định ở tốc độ thấp.

Đồng thời, gia tốc cũng sẽ tăng lên khi máy bay chuyển hướng với tốc độ cao. Gia tốc cao sẽ tạo áp lực lên cơ thể phi công, đặc biệt trong các cuộc không chiến kéo dài.

Tốc độ cao không đem lại nhiều tác dụng trong không chiến, vậy còn khi di chuyển đến chiến trường thì sao? Tốc độ nhanh sẽ giúp máy bay nhanh tới đích, nhưng cũng đồng thời tiêu tốn rất nhiều nhiên liệu.

Công ty Northrop đã nghiên cứu và kết luận rằng bay ở tốc độ trên Mach 1,1 trong các nhiệm vụ đánh chặn không mang lại hiệu quả. Để vượt bức tường âm thanh, đa số máy bay phải sử dụng buồng đốt sau, tiêu tốn quá nhiều nhiên liệu. Với một chiếc F-4, việc tăng tốc độ từ cận âm (dưới Mach 1) lên Mach 1,5 sẽ làm giảm phạm vi chiến đấu tới 70%. 

Không thể chạy nhanh hơn tên lửa

Trong Thế chiến I và Thế chiến II, một trong những lợi thế của tốc độ tối đa cao là khả năng thoát khỏi hỏa lực của kẻ thù. Vũ khí được sử dụng trong các cuộc không chiến thường là súng máy hoặc pháo, có tầm bắn tối đa chỉ khoảng 2 km. Tuy nhiên, sự ra đời của tên lửa không đối không (AAM) và đất đối không (SAM) đã thay đổi tất cả.

Chẳng hạn, tên lửa AAM AIM 120 của Mỹ, được đưa vào biên chế năm 1991, có tốc độ tối đa là Mach 4. Một số loại tên lửa trong hệ thống SAM S-400 của Nga có thể đạt tốc độ Mach 14. Chẳng có bất kỳ loại máy bay nào trên thế giới có thể chạy nhanh hơn tên lửa hiện đại.

Khi nhận ra máy bay chiến đấu không thể chạy nhanh hơn tên lửa, triết lý thiết kế đã phải thay đổi. Thay vì tập trung vào tốc độ, giờ đây, máy bay được thiết kế để không bị phát hiện, hay còn gọi là “tàng hình”.

Đồng thời, trong đa số các trường hợp, bay càng chậm, máy bay sẽ càng khó bị phát hiện. Khi máy bay bay ở tốc độ siêu âm, vỏ máy bay sẽ nóng lên, buồng đốt sau phải hoạt động, khiến máy bay dễ dàng bị phát hiện bởi cảm biến hồng ngoại. Việc vượt qua bức tường âm thanh cũng sẽ tạo ra sóng siêu âm, có thể bị phát hiện từ hàng trăm km.

Cũng bởi lý do này, tốc độ duy trì tối đa (tốc độ cao nhất được phép bay trong thời gian dài) của F-22 đã bị giảm từ Mach 1,8 xuống còn Mach 1,6, nhằm hạ nhiệt độ cho cánh máy bay, và cải thiện khả năng tàng hình.

Công dụng ban đầu của máy bay quân sự là bay trinh sát, chụp ảnh rồi quay về căn cứ. Những chiếc máy bay như SR-71, có khả năng bay nhanh gấp 3,2 lần tốc độ âm thanh, đã không còn cần thiết. Vệ tinh và máy bay không người lái (UAV) đã trở thành những công cụ trinh sát hiệu quả hơn.

Tốc độ càng cao, máy bay cũng càng phức tạp. Những chiếc máy bay như SR-71 cần đến loại động cơ đặc biệt để đạt tốc độ Mach 3,2 và nhiệt lượng của thân máy bay khi ở tốc độ này buộc phi công phải mặc đồ bảo hộ. Chiếc máy bay này cũng được thiết kế để rò rỉ nhiên liệu ở trên mặt đất. Khi đạt tốc độ cao, vỏ máy bay sẽ dãn nở, và bịt kín những kẽ hở.

Một chiếc F-35 chỉ có tốc độ là Mach 1,6, nhưng lại mang được nhiều vũ khí, và sở hữu phạm vi chiến đấu rộng hơn nhiều loại máy bay có tốc độ tối đa Mach 2 trở lên. Và F-35 còn có tính năng tàng hình.

Đồng thời, tốc độ tối đa thấp không đồng nghĩa với máy bay chậm chạp hơn. Để vượt qua bức tường âm thanh, các loại máy bay đời cũ phải sử dụng đến buồng đốt sau. Trong khi đó, nhiều máy bay thế hệ thứ 5, với động cơ mạnh mẽ hơn, lại không cần phải đốt nhiên liệu một cách lãng phí để đạt đến tốc độ này. 

Tính năng trên được gọi là “bay hành trình siêu âm” (super cruise), xuất hiện trên nhiều mẫu máy bay thế hệ 4,5 hoặc thế hệ thứ 5 như F-22, F-35, Eurofighter Typhoon, J-39 hay Dassault Rafale.