Chiếc máy bay ném bom nhanh nhất thế giới: XB-70 Valkyrie

Vào mùa thu năm 1964, Không quân Mỹ bắt đầu thử nghiệm một cỗ máy hoàn toàn mới. Nó trông giống như một thứ gì đó đến từ ngoài không gian. Đây là một trong những chiếc máy bay nhanh nhất từng bay, một máy bay ném bom xuyên lục địa khổng lồ có thể vượt qua bất kỳ máy bay chiến đấu nào. Một chiếc máy bay mang tính đột phá đến mức nó bay trên chính sóng siêu âm của nó. Nó sẽ là tương lai của lực lượng máy bay ném bom của Mỹ. Nhưng những nỗ lực phát triển một chiếc máy bay tiên tiến như vậy sẽ bị hủy hoại bởi các bi kịch.

Vào giữa những năm 1950, căng thẳng giữa Hoa Kỳ và Liên Xô lên đến mức đỉnh điểm. Cả hai bên đều có những chiếc máy bay ném bom chiến lược có thể bay nửa vòng Trái Đất để tấn công các mục tiêu nằm sâu trong lãnh thổ của đối phương. Hoa Kỳ đã phát triển một lực lượng máy bay ném bom phản lực hiện đại. Chiếc B-52 mới được giới thiệu có thể mang tải trọng lớn trên quãng đường dài và chiếc B-58 sắp được giới thiệu sẽ có thể bay với tốc độ siêu âm.

Nhưng trong một cuộc chiến tranh tổng lực, cả hai chiếc máy bay trên đều không thể vượt qua lực lượng phòng không của Liên Xô. Mặc dù B-52 có thể mang tải trọng lớn và bay tới Liên Xô nhưng nó có tốc độ quá chậm để có cơ hội chống lại thế hệ máy bay đánh chặn mới nhất của Liên Xô. Chiếc B-58 có thể vượt qua các máy bay đánh chặ của Liên Xô nhưng lại có tầm hoạt động và tải trọng giới hạn.

Thứ mà Không quân Mỹ cần gấp là một loại máy bay mới. Một máy bay ném bom hạng nặng đủ nhanh để vượt qua bất cứ thứ gì mà Liên Xô có thể ném vào nó. Nhưng vào năm 1955, nhiều người nghi ngờ liệu một chiếc máy bay như vậy có khả thi hay không. Bởi vì điều đó có nghĩa là phải chuyển sang một số giải pháp khá cực đoan, như sử dụng năng lượng hạt nhân để mở rộng phạm vi hoạt động của máy bay hoặc sử dụng một loại nhiên liệu cao năng lượng để tăng hiệu suất của động cơ phản lực (như zip fuel, một loại nhiên liệu giàu borane có mật độ năng lượng cao).

Giải pháp khả thi nhất có vẻ như là một chiếc máy bay sẽ bay ở mức độ cận âm trong hầu hết chặng đường tới mục tiêu trước khi vứt bỏ phần bên ngoài của cánh và thùng nhiên liệu để thực hiện một cú bứt tốc siêu thanh. Nhưng công nghệ hàng không vào những năm 1950 đã phát triển với tốc độ vũ bão, với những tiến bộ chóng mặt về khí động lực học, hiệu suất động cơ và các vật liệu mới.

Và điều đó có nghĩa là ý tưởng về "cú bứt tốc siêu thanh" có thể được gác lại để nhường chỗ cho một thiết kế có khả năng di chuyển ở tốc độ siêu thanh trong toàn bộ nhiệm vụ. Vì vậy, vào năm 1957, Không quân Mỹ đã bắt đầu phát triển máy bay ném bom thế hệ tiếp theo với các mục tiêu đầy tham vọng. Chiếc máy bay ném bom mới sẽ phải bay nhanh hơn B-52 ít nhất là ba lần, bay cao hơn 25.000 feet (7,62 km) và có trọng tải và tầm hoạt động tương đương.

Các nhà chế tạo máy bay hàng đầu Boeing và North American Aviation đã được mời để cạnh tranh. Boeing và North American đã đưa ra những ý tưởng cấp tiến có vẻ bề ngoài tương tự nhau. Các thiết kế của cả hai đều có cánh mũi và cánh tam giác mảnh mai được tối ưu hóa cho việc siêu âm. Nhưng Boeing được nhiều người kỳ vọng sẽ giành chiến thắng. Suy cho cùng, Boeing đã chế tạo ra những chiếc B-52 đáng kinh ngạc và một loạt máy bay ném bom mang tính biểu tượng trong Thế chiến II (B-29, B-17,...). North American là kẻ yếu thế.

Nhưng trong quá trình phát triển, các kỹ sư của North American tình cờ phát hiện ra hiện tượng sẽ mang lại cho họ lợi thế rất lớn. Một báo cáo ít được biết đến ("Aircraft Configurations Developing High Lift-Drag Ratios at High Supersonic Speeds") mô tả chi tiết một hiện tượng gọi là "lực nâng nén" (compression lift). Các tài liệu về hiện tượng này có thể được tìm thấy ở đây.

Khi bay nhanh hơn tốc độ âm thanh, sóng xung kích thường truyền đi khỏi máy bay. Nhưng nếu chúng có thể được chuyển hướng bên dưới cánh, sóng xung kích đó sẽ giúp tạo thêm lực nâng. Sử dụng nguyên tắc này, thiết kế của North American hứa hẹn sẽ bay hiệu quả hơn ở tốc độ siêu thanh. Và Không quân Mỹ đã rất ấn tượng.

Trước cú sốc của Boeing, vào năm 1957, thiết kế của North American đã được chọn để phát triển tiếp. Chiếc máy bay ném bom mới được đặt tên là Valkyrie và được định dạng là B-70.

Các kỹ sư đã sử dụng các công nghệ tiên tiến để chế tạo một chiếc máy bay ném bom nặng 260 tấn có thể bay nhanh hơn máy bay chiến đấu. Sáu động cơ phản lực đốt sau được cung cấp không khí thông qua một cửa hút phức tạp để thực hiện được kỳ tích này. Động cơ được tối ưu hóa để hoạt động hiệu quả nhất ở tốc độ siêu thanh. Và chúng đủ mạnh để ngay cả khi một động cơ bị hỏng, Valkyrie vẫn có thể duy trì tốc độ Mach 3 và hoàn thành nhiệm vụ của mình.

Nhưng khí động học thông minh cũng là chìa khóa cho hiệu suất, với "lực nâng nén" giúp Valkyrie trở thành một trong máy bay có người lái có tỷ lệ lực nâng/lực cản cao nhất (trong số các máy bay siêu thanh) (XB-70 có tỉ lệ L/D là 7, SR-71 chỉ có L/D là 5). Cánh có hình dạng thay đổi được cải thiện độ ổn định và tăng cường lực nâng nén. Trong lúc cất và hạ cánh, cánh sẽ được duỗi ra hoàn toàn.. Ở tốc độ siêu âm thấp, góc nghiêng cánh là 25 độ và ở những tốc độ cao hơn nữa, góc cánh là 65 độ.

Nhưng việc bay với tốc độ gấp ba lần tốc độ âm thanh, động năng làm nóng khung máy bay sẽ rất mạnh, nó sẽ làm mềm nhôm máy bay thông thường (Ở tốc độ Mach 3, máy bay sẽ đạt nhiệt độ trung bình 450°F (230°C), với mép trước đạt tới 630°F (330°C) và lên tới 1.000 ° F (540°C) trong khoang động cơ). Vì vậy, North American đề xuất xây dựng chiếc máy bay của họ từ các tấm "kiểu sandwich", với mỗi tấm bao gồm hai tấm thép không gỉ mỏng được hàn vào các mặt đối diện của lõi nhôm hình tổ ong. Titan đắt tiền sẽ chỉ được sử dụng ở những khu vực có nhiệt độ cao như mép trước của bộ ổn định ngang và mũi. Để làm mát bên trong, XB-70 bơm nhiên liệu đến động cơ thông qua bộ trao đổi nhiệt.

Ngay cả ở độ cao 75.000 feet (22,86 km), buồng lái của Valkyrie vẫn được điều áp hoàn toàn và có hệ thống thoát hiểm được cải tiến. Điều đó có nghĩa là phi hành đoàn bốn người của máy bay ném bom sẽ không cần phải trang bị những bộ đồ bay cồng kềnh, cho phép một phi hành đoàn Valkyrie cất cánh chỉ trong 20 phút.

Với khả năng vận chuyển một lượng vũ khí hạt nhân tới bất cứ góc nào của Trái Đất chỉ trong vài giờ, hiệu suất của XB-70 thực sự vượt trội. Và chiếc XB-70 sẽ thể hiện chiến lược răn đe của Mỹ thông qua sức mạnh.

Nguyên mẫu XB-70 thử nghiệm đầu tiên được ra mắt vào tháng 5 năm 1964 và chuyến bay thử nghiệm sẽ bắt đầu trong những tháng tiếp theo. Và sẽ sớm có thêm nguyên mẫu thứ hai và thứ ba, cả hai đều đang được chế tạo. Nhưng ngay từ đầu, rõ ràng là mọi chuyện sẽ không diễn ra suôn sẻ. Trong các cuộc thử nghiệm mặt đất ban đầu, có rất nhiều vấn đề kỹ thuật, chuyến bay đầu tiên đã bị trì hoãn trong nhiều tháng trong khi các kỹ sư đang giải quyết một danh sách dài các vấn đề chưa được giải quyết. Phải đến ngày 21 tháng 9, XB-70 mới sẵn sàng thực hiện chuyến bay đầu tiên.

Và tiếng reo hò có thể được nghe thấy khi chiếc máy bay ném bom của Kỷ nguyên Không Gian lần đầu tiên cất cánh. Nhưng niềm vui ngắn chẳng tày gang. Bởi vì rò rỉ thủy lực đã khiến càng hạ cánh không thể thu lại. Và ngay sau đó một trong các động cơ lại bị hỏng. Khi nguyên mẫu chuẩn bị hạ cánh, phanh bị khóa cứng lại khiến lốp bị nổ và bốc cháy. Có vẻ như ngay khi một vấn đề được giải quyết thì nhiều vấn đề khác lại xuất hiện.

Vào ngày 12 tháng 10, XB-70 lần đầu tiên vượt qua bức tường âm thanh, chỉ nhích lên trên Mach 1 một chút. Nhưng khi các chuyến bay thử nghiệm tiếp tục, lớp sơn bắt đầu bong tróc khỏi thân máy bay và các bề mặt điều khiển và ngay sau đó máy bay "trông như thể đã bay qua một cái máy phun cát". Chiếc máy bay sau đó được sơn lại và XB-70 được đẩy lên tốc độ cao hơn.

Nhưng với mỗi chuyến bay thử nghiệm, dường như nó càng bay nhanh thì vấn đề càng trở nên nghiêm trọng. Trong chuyến bay thử nghiệm thứ 12, khi nguyên mẫu đạt tốc độ Mach 2.6, bộ chia ngang (ở của hút gió) bị rách và bị hút vào động cơ, khiến 4 động cơ (động cơ 3,4,5 và 6) bị hỏng. XB-70 đã hạ cánh an toàn nhưng toàn bộ động cơ phải được thay thế. Cuối cùng, vào ngày 14 tháng 10, XB-70 đã đạt được tốc độ Mach 3. Nhưng chỉ sau hai phút, một phần lớn mép trước của cánh bị gãy, buộc phải hạ cánh khẩn cấp một lần nữa.

Kể từ thời điểm đó, nguyên mẫu bị giới hạn bay ở tốc độ không quá Mach 2.5. Trong quá trình phát triển một loại máy bay hiện đại như vậy, chắc chắn sẽ có những bước lùi.

Tuy vậy, có một vấn đề lớn hơn nhiều đang rình rập chương trình. Ngay từ đầu, đã có những nghi ngờ lớn về việc liệu Valkyrie có an toàn trước lực lượng phòng không của Liên Xô hay không. Bởi vì tên lửa đất đối không, được giới thiệu vào giữa những năm 1950, đã nhanh chóng trở thành phương tiện hiệu quả nhất để bảo vệ không phận.

Đến những năm 1960, Liên Xô đã có hàng nghìn quả tên lửa phòng không, có thể bắn trúng mục tiêu ở độ cao thậm chí vượt quá độ cao của XB-70 (SAM-2 có độ cao tối đa là 25 km). Sự ra đời của ICBM (tên lửa đạn đạo xuyên lục địa) vào cuối những năm 1950 cũng có nghĩa là đầu đạn hạt nhân giờ đây có thể được vận chuyển nhanh chóng và tiết kiệm hơn nhiều. Chỉ trong vòng vài năm, công nghệ tên lửa đã khiến các máy bay ném bom tiên tiến nhất thế giới gần như trở nên lỗi thời.

Với giá trị chiến lược của XB-70 đang bị đặt một dấu chấm hỏi to đùng, các kỹ sư đã cố gắng tìm cách giữ cho chiếc máy bay này sống sót, phác thảo ra các ý tưởng như việc biến XB-70 thành bệ phóng tên lửa, bệ phóng trên không cho tàu vũ trụ hoặc thậm chí là máy bay tiếp nhiên liệu siêu thanh.

Nhưng những khái niệm này tỏ ra là những thứ quá xa vời. Chương trình đã được thu nhỏ lại một cách đáng kể và cuối cùng giảm xuống còn một dự án nghiên cứu tối thiểu chỉ liên quan đến hai nguyên mẫu. Nhưng với hàng triệu đô la đã được đổ vào việc phát triển, chương trình tiếp tục được tiến hành. Năm 1966, NASA tham gia cùng Lực lượng Không quân Mỹ trong những chuyến bay thử nghiệm, sử dụng những chiếc XB-70 để thu thập các nghiên cứu có giá trị về chuyến bay siêu thanh.

Vào thời điểm đó, nguyên mẫu thứ hai (A/V-2) đã được chứng minh là một chiếc máy bay có khả năng hoạt động tốt hơn nhiều. Vào ngày 19 tháng 5 năm 1966, nó đạt tốc độ vượt quá Mach 3, thể hiện khả năng di chuyển với tốc độ gấp 3 lần tốc độ âm thanh trong 30 phút. Sau gần một thập kỷ phát triển, một trong những chiếc máy bay đầy tham vọng nhất thế giới cuối cùng đã đáp ứng được kỳ vọng. Nhưng bi kịch sẽ ập đến chỉ vài tuần sau đó. Vào ngày 8 tháng 6, nguyên mẫu thứ hai đã cùng với bốn máy bay khác tham gia đội hình bay chụp ảnh. Nhưng sau vài phút bay, không cảnh báo trước, một trong những chiếc máy bay phía sau đã va chạm với XB-70, ngay lập tức phá hủy nó và làm hư hại nghiêm trọng bộ ổn định thẳng đứng của Valkyrie. Trong 16 giây, Valkyrie tiếp tục bay thẳng và ngang bằng trước khi quay trở lại Trái đất theo hình xoắn ốc. Chỉ trong vài giây, hai phi công thử nghiệm và một chiếc máy bay trị giá hàng tỷ đô-la đã bị mất một cách bi thảm.

Sự cố xảy ra trong chuyến bay này có thể là do luồng không khí xoáy do chiếc máy bay lớn tạo ra đã hút chiếc F-104 của Walker vào cánh của XB-70. Đây là một thất bại nặng nề đối với chương trình và điều đó có nghĩa là NASA và Không quân Mỹ sẽ phải tiếp tục nghiên cứu với nguyên mẫu ban đầu có khả năng kém hơn nhiều.