Tại thành phố Tế Nam, miền đông Trung Quốc, một hệ thống đường ray đặc biệt có khả năng tăng tốc các vật thể nặng vượt quá tốc độ âm thanh chỉ bằng lực điện từ thuần túy đã âm thầm hoạt động suốt hơn 2 năm.
Được mệnh danh là "xe trượt điện từ" (electromagnetic sledge), hệ thống này từng gây chấn động vào năm 2023 khi trở thành thiết bị phóng điện từ quy mô lớn đầu tiên trên thế giới phá vỡ rào cản âm thanh, đưa các phương tiện thử nghiệm nặng một tấn đạt tốc độ trên Mach 1.
Tuy nhiên, một trong những bí ẩn lớn nhất đến nay vẫn chưa có lời giải rõ ràng: Làm thế nào hệ thống này có thể điều khiển chính xác ở tốc độ siêu thanh?
Khi đạt tới tốc độ trên 1.200 km/h (tương đương hơn 340 mét/giây), mỗi sai lệch dù nhỏ nhất cũng có thể dẫn đến thảm họa. Trong điều kiện hoạt động ở độ cao dưới 100 mét và nhiệt độ dưới 30 độ C, các lực khí động học không ổn định do sóng xung kích tạo ra có thể làm rối loạn nghiêm trọng hệ thống cảm biến định vị và tốc độ, dẫn đến mất kiểm soát hoàn toàn.
Các nỗ lực trước đây của nhiều quốc gia như Mỹ hay Liên Xô cũ nhằm giải bài toán điều khiển ở tốc độ siêu thanh đều không mang lại kết quả. Chẳng hạn, hệ thống phóng điện từ trên tàu sân bay của Mỹ hiện chỉ đạt vận tốc khoảng 78 mét/giây, một con số còn cách xa Mach 1. Giải pháp truyền thống thường là bổ sung các cảm biến phần cứng bên ngoài, nhưng những thiết bị này lại dễ bị phá hủy bởi chấn động âm thanh hoặc điều kiện môi trường khắc nghiệt.
Nhóm nghiên cứu do kỹ sư Xu Fei thuộc Viện Kỹ thuật Điện và Công nghệ Truyền động Điện từ Tiên tiến, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc dẫn đầu đã chọn một hướng đi hoàn toàn khác. Thay vì lắp đặt thêm cảm biến, họ quyết định "dạy" cho hệ thống cách tự cảm nhận tốc độ của chính mình bằng cách "lắng nghe" nhịp đập của nguồn điện.
Phát minh cốt lõi của họ là phương pháp ước tính tốc độ không dùng cảm biến, dựa trên việc phân tích những thay đổi điện áp cực nhỏ và thoáng qua trên các đoạn cuộn điện từ dọc theo đường ray. Khi xe trượt di chuyển, nó đi qua các đoạn cuộn cảm được cấp điện theo trình tự. Sự thay đổi điện áp trong các cuộn này ẩn chứa thông tin về vận tốc. Nhóm nghiên cứu đã phát triển một thuật toán đặc biệt để hợp nhất dữ liệu từ nhiều đoạn cuộn cảm liền kề, khử nhiễu và hiệu chỉnh liên tục theo thời gian thực.
Thuật toán này kết hợp hai phép đo vận tốc độc lập từ hai trục điện khác nhau, sau đó gán trọng số thông minh để đưa ra kết quả đáng tin cậy nhất. Kết quả là hệ thống có thể theo dõi vận tốc với sai số chỉ 1,1% trong các thí nghiệm thực tế với tốc độ lên đến 370 mét/giây, đủ để vận hành ổn định trong điều kiện siêu thanh.
Dù vậy, nhóm nghiên cứu cũng thừa nhận hạn chế. Phương pháp này không hoạt động tốt khi xe trượt tiếp tục trôi với tốc độ cực cao sau khi nguồn điện bị cắt. Đây sẽ là hướng nghiên cứu tiếp theo trong tương lai.
Viện Kỹ thuật Điện cho biết hệ thống này đang phục vụ nhiều mục tiêu chiến lược của Trung Quốc như phát triển công nghệ bay siêu vượt âm, vật liệu tiên tiến và các hệ thống phóng tàu vũ trụ thế hệ mới.
Vu Lam
Theo SCMP
