03/09/2020 3:34:36 CH - Nhớ Giáo sư Lê Thi

Hoàn thiện máy bay không người lái - Khao khát cháy bỏng
Cập nhật lúc: 10:38, Chủ Nhật, 09/02/2020 (GMT+7)

Máy bay không người lái (Unmanned Aerial Vehicle- UAV) là một sản phẩm công nghệ tiên tiến không chỉ phục vụ mục đích quân sự mà đã được sử dụng rộng rãi như phương tiện dân dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trên thế giới, UAV đã được chế tạo thành công và sử dụng hiệu quả ở nhiều nước. Nhưng cho đến 2011, Việt Nam vẫn chưa có được một mẫu UAV hoàn thiện để phục vụ các nhu cầu kinh tế-xã hội. Và vì vậy, nó vẫn luôn là khát khao cháy bỏng của GS.TSKH Nguyễn Đức Cương* cùng các cộng sự.

Hợp tác đổ vỡ

Khi mới ra đời, máy bay không người lái (UAV) chủ yếu phục vụ trong lĩnh vực quân sự, nhưng ngày nay nó đã trở thành phương tiện dân dụng trong nhiều lĩnh vực như: tìm kiếm-cứu hộ cứu nạn, quan sát các vùng bị thiên tai, chụp ảnh viễn thám phục vụ nông – lâm nghiệp, địa chất, ...Tại Việt Nam, sản phẩm UAV khá quen thuộc với Quân chủng Phòng không – Không quân khi các đơn vị kỹ thuật của quân chủng nghiên cứu chế tạo thành công các mục tiêu bay dùng trong huấn luyện quân sự. Tuy nhiên, nhu cầu sử dụng UAV dân dụng còn khá mới mẻ. Đã có nhiều công ty nước ngoài (Ixraen, Pháp, Hàn Quốc, Australia…) đến Việt Nam chào bán UAV cỡ nhỏ để giám sát từ xa có tính năng phù hợp, nhưng giá bán một tổ hợp loại này lên tới hàng triệu USD.  Máy bay không người lái dân dụng cỡ nhỏ Irkut-200 do Tập đoàn công nghiệp hàng không JSC Irkut (LB Nga) thiết kế chế tạo có giá bán thấp hơn và có thể đáp ứng phần nào các nhu cầu trên. Tuy nhiên, do có mang rađa máy bay này có nhược điểm là kích cỡ khá to, nặng (200 kg) và sử dụng phức tạp: cần sân bãi rộng và bằng phẳng để cất hạ cánh.. Ngoài ra, một số tính năng khác cũng chưa thực sự phù hợp với Việt Nam. Để có thể ứng dụng rộng  rãi cho các nhu cầu kinh tế-xã hội và tạo ra sản phẩm có tính cạnh tranh cần phải khắc phục các nhược điểm trên**.

Năm 2010, GS Nguyễn Đức Cương được bầu làm Chủ tịch Hội Hàng không - Vũ trụ Việt Nam (VASA). Ngay sau khi đảm trách lãnh đạo Hội, ông được Bộ Khoa học và Công nghệ giao thực hiện nhiệm vụ hợp tác quốc tế về khoa học và công nghệ theo Nghị định thư với Liên bang Nga gọi tắt là nhiệm vụ 70V. Theo đó giữa VASA và Tập đoàn công nghiệp hàng không JSC Irkut Corporation (LB Nga) sẽ hợp tác nghiên cứu thiết kế, chế tạo mẫu tổ hợp máy bay không người lái cỡ nhỏ để giám sát từ xa phục vụ các nhu cầu kinh tế xã hội, đó là mẫu máy bay Irkut-70V. Theo bàn bạc sơ bộ với phía Nga, dự kiến làm Irkut-70V theo mẫu Irkut-200 thu nhỏ giảm trọng lượng khoảng 3 lần bằng cách thay thiết bị rađa bằng thiết bị quan sát quang-điện tử (nhẹ hơn khoảng 3 lần), kéo theo động cơ, thân cánh v.v...  cũng nhỏ nhẹ hơn. Tháng 9-2011, GS Nguyễn Đức Cương cùng ông Nguyễn Đức Soát (nguyên Phó Tổng tham mưu trưởng Quân đội nhân dân Việt Nam) trực tiếp sang Nga làm việc với Tập đoàn Irkut  tại Matxcơva. Tuy nhiên, trong quá trình đàm phán phía Nga yêu cầu chi phí hợp tác quá cao (4 triệu Euro) trong khi dự toán kinh phí được phê duyệt của Việt Nam ít hơn nhiều lần. Trước tình hình đó,VASA đã tiếp xúc và ký biên bản ghi nhớ  hợp tác với đối tác Thụy Điển tại Hà Nội, với sản phẩm CT-450 tương đương Irkut-70V, tuy nhiên đối tác này cũng đòi kinh phí quá cao (2,5 triệu Euro cho giai đoạn 1), VASA không thể huy động vốn đầu tư nên phải tự nghiên cứu, chế thử, thử nghiệm mẫu Irkut-70V.

Từ Irkut-70V chưa hoàn thiện...

Mặc dù không đạt được kết quả trong hợp tác quốc tế, nhưng trên cương vị Chủ tịch VASA, GS Nguyễn Đức Cương vẫn quyết tâm nghiên cứu thiết kế, chế tạo mẫu tổ hợp máy bay không người lái cỡ nhỏ thông qua đề tài “Hợp tác nghiên cứu thiết kế, chế tạo mẫu tổ hợp máy bay không người lái cỡ nhỏ để giám sát từ xa phục vụ các nhu cầu kinh tế xã hội”. Ông cùng đồng nghiệp là TS Nguyễn Đăng Minh, TS Tạ Xuân Chu, các kỹ sư Đoàn Trấn Dương, Lê Quốc Dũng, Phạm Cao Hạnh tự mày mò nghiên cứu trong thiết kế, chế tạo và thử nghiệm phần cơ của máy bay phỏng theo mẫu Irkut-200 (200 kg) và thu nhỏ cho phù hợp với khối lượng dự kiến khoảng 60-70 kg.

Nhóm đề tài đang trình diễn mô hình bán tự nhiên của UAV tại Hội đồng cấp cơ sở

Từ bức ảnh duy nhất của Irkut-200, sau thời gian dài nghiên cứu, tính toán các thông số kỹ thuật, nhóm đề tài cũng có được kết quả phối trí tổng thể của máy bay. Dựa trên các kết quả đó thiết kế thân, cánh máy bay bằng vật liệu composite sợi thủy tinh và hợp tác với Công ty Cổ phần Đầu tư và Phát triển công nghệ vật liệu composite Sao Đỏ để chế tạo. Hệ thống dù dùng để thu hồi máy bay được giao cho Nhà máy A41 của Quân chủng Phòng không –Không quân chế tạo. Đồng thời nhóm thực hiện đề tài cũng lựa chọn động cơ 3W-220iB4 do Đức sản xuất có công suất 16 kW làm động cơ chính của máy bay.

Ngoài khác biệt so với Irkut-200 về kích thước thu nhỏ, máy bay Irkut-70V được thiết kế để cất – hạ cánh không cần đường băng mà sẽ phóng lên bằng dàn phóng dùng năng lượng khí nén và thu hồi bằng dù. Phương án này sẽ mang lại hiệu quả kinh tế và mở rộng khả năng ứng dụng để tuần tra, trinh sát, thăm dò địa chất ở các vùng rừng núi và biển đảo. Nhưng thiết kế dàn phóng như thế nào lại là bài toán khó đối với GS Nguyễn Đức Cương và các cộng sự. Máy bay Irkut-200 có quãng đường chạy đà để cất – hạ cánh dài 50 m. Trong khi Irkut-70V buộc phải đạt tốc độ cần thiết để rời bệ phóng trên quãng đường ngắn hơn khoảng 10 lần. Đây là một khác biệt rất lớn so với Irkut-200 mà ban đầu ông Nguyễn Đức Cương cùng Ban chủ nhiệm nhiệm vụ chưa ý thức được.

Qua tìm hiểu GS Nguyễn Đức Cương nhận thấy một số hệ thống phóng máy bay do Na Uy sản xuất cho khối NATO phù hợp để phóng Irkut-70V, nhưng mỗi hệ thống này có giá bán hơn 1 tỷ VNĐ. Do vậy việc mua hệ thống phóng của nước ngoài nằm ngoài khả năng của những người thực hiện đề tài, mặc dù vậy ông cũng tham khảo được một số tham số của hệ thống phóng này.

Dựa trên những thông số đó VASA đã hợp tác với Viện Cơ khí-Động lực, trường Đại học Bách khoa Hà Nội thiết kế dàn phóng nhưng không đạt yêu cầu, dàn phóng chỉ đạt tốc độ rời bệ 18 m/s đối với UAV nặng 60 kg. Sau một thời gian dài nghiên cứu, cải tiến KS Lê Quốc Dũng đã thiết kế được hệ thống  khí nén và dàn phóng giúp nâng tốc độ rời bệ lên 25m/s, nhưng chừng đó là chưa đủ vì yêu cầu tối thiểu đối với phương án Irkut-70V phải đạt 27 m/s với UAV nặng 60 kg.

Mặc dù chưa đạt yêu cầu về tốc độ phóng nhưng thời gian để thực hiện đề tài không còn nhiều, GS Nguyễn Đức Cương và đồng nghiệp quyết định sử dụng hệ thống phóng này để thử nghiệm các hệ thống trên máy bay. Để an toàn, nhóm đề tài đã lựa chọn phương án phóng maket máy bay không động cơ có lắp hệ thống điều khiển từ xa nhằm mục đích kiểm tra khả năng bay bằng và hệ thống dù-càng, dàn phóng. Vì không lắp động cơ nên nhóm đề tài phải tìm một địa điểm cạnh thung lũng có độ cao trên 100 mét tại xã Phú Cường (Tân Lạc, Hòa Bình) để thử nghiệm phóng máy bay. Sau hai lần thất bại vì chưa có kinh nghiệm, máy bay vừa phóng lên đã bị rơi không có độ lướt, lần thứ 3 và thứ 4 nhóm đã thành công khi máy bay bay ổn định được khoảng 200 m, hệ thống dù, càng làm việc tốt.

Sau lần phóng thử thành công đó, nhóm quyết định lắp động cơ lên máy bay rồi tiếp tục phóng thử ở Tân Lạc (Hòa Bình) và tại sân bay Miếu Môn. Tuy kết quả chưa đạt như mong muốn nhưng nhóm đề tài cũng đã khẳng định được một số điểm: Hệ thống phóng vận hành tốt, không trục trặc, tuy nhiên tốc độ máy bay rời bệ chỉ đạt <=24 m/s (yêu cầu >=27 m/s), vì vậy máy bay không vượt được đoạn “chìm” quỹ đạo sau khi rời bệ phóng, dẫn đến quyệt đất bị gẫy làm hư hỏng máy bay; hệ thống thân – cánh, động cơ, điều khiển tự động hoạt động bình thường trước khi chạm đất. Nhận thấy trong thời hạn và kinh phí cho phép nếu tiếp tục phương án Irkut-70V sẽ không có khả năng hoàn thành nhiệm vụ, GS Nguyễn Đức Cương đã quyết định dừng nghiên cứu, chế tạo máy bay Irkut-70V.

Đến Irkut-70VM

Song song với phương án Irkut-70V, nhóm đề tài cũng nghiên cứu chế tạo và bay thử nghiệm máy bay Irkut-70VM trên cơ sở máy bay VASTA-00 được chế tạo từ 2012. VASTA-00 là máy bay cất hạ cánh bình thường như các loại máy bay khác, dùng để bay thử nghiệm các thiết bị vô tuyến điện tử. Trước nguy cơ không hoàn thành nhiệm vụ Irkut- 70V, ông Nguyễn Đức Cương đề nghị và được Bộ khoa học và Công nghệ cho phép điều chỉnh một số tính năng kỹ thuật của Irkut-70V thành Irkut-70VM. Phương án Irkut-70VM kế thừa VASTA-00 và Irkut-70V có ưu điểm là vừa cất hạ cánh bình thường vừa có thể phóng lên từ dàn phóng và thu hồi bằng dù, không cần sân bay.

Phóng thử máy bay Ikrut-70VM tại sân bay Miếu Môn
(GS.TSKH Nguyễn Đức Cương – bìa phải áo trắng, cầm loa)


Sự điều chỉnh Irkut-70V chủ yếu là giảm một nửa trọng lượng. Theo phương án này, Irkut-70VM chỉ có khối lượng 30kg trong khi diện tích cánh to hơn. Vì vậy đã giải quyết cơ bản vấn đề tốc độ rời bệ khi phóng từ dàn phóng, thay vì cần tốc độ rời bệ là 28 m/s, với Irkut-70VM chỉ còn khoảng 18 m/s. Do đó hệ thống phóng của Irkut-70V hoàn toàn đáp ứng được điều kiện phóng của Irkut-70VM. Do trọng lượng giảm một nửa cho nên công suất của động cơ cũng giảm tương ứng, nhóm đề tài đã chọn động cơ SE-112cc của Mỹ. Một điểm khác đáng kể của Irkut-70VM là vị trí lắp đặt động cơ, thay vì đặt phía trên đuôi đứng như của Irkut-70V, động cơ được đặt ở đầu máy bay. Về mặt vật liệu chế tạo, do tải trọng riêng nhỏ nên có thể làm bằng các vật liệu phổ thông hơn: thân làm bằng gỗ dán mỏng 2-4 mm, cánh bọc vải tẩm keo, sườn cánh làm bằng gỗ balsa. Sự kết hợp giữa hai sản phẩm Irkut-70V với VASTA-00 đã cho ra đời loại máy bay mới là Irkut-70VM, bay trình diễn thành công ngày 18-4-2015 tại sân bay Miếu Môn  Dù tính năng kém hơn Irkut-70V về thời gian/quãng đường bay, về tải có ích và về tốc độ lớn nhất, nhưng so với các UAV mới công bố gần đây ở Việt Nam thì Irkut-70VM vẫn hơn một số mặt: khả năng cất hạ cánh không cần sân bay, phạm vi hoạt động rộng với bán kính truyền số liệu lên đến 80 km và bán kính truyền hình thời gian thực là 40 km, trần bay có thể lên tới 2500 mét và thời gian bay tối đa 5 giờ.

Cho dù đề tài “Hợp tác nghiên cứu thiết kế, chế tạo mẫu tổ hợp máy bay không người lái cỡ nhỏ để giám sát từ xa phục vụ các nhu cầu kinh tế xã hội” được hội đồng khoa học của Bộ Khoa học và Công nghệ đánh giá khá cao, nhưng với GS Nguyễn Đức Cương – một người luôn khát khao để những cánh bay “Made in Việt Nam” được cất cánh thì sản phẩm máy bay không người lái Irkut-70VM cần hoàn thiện hơn, cần tìm một đơn vị sản xuất thử nghiệm để đảm bảo độ tin cậy và ổn định về quy trình công nghệ. Kể từ khi hoàn thành nhiệm vụ 70V, GS Nguyễn Đức Cương luôn mong mỏi một ngày nào đó sản phẩm máy bay không người lái Irkut-70VM tiếp tục được đầu tư hoàn thiện và đi vào phục vụ các nhu cầu kinh tế - xã hội dù đó là miền núi, biên giới hay hải đảo.

Lê Nhật Minh

                                                                                                                                         Trung tâm Di sản các nhà khoa học Việt Nam                     
 

___________________

* GS.TSKH Nguyễn Đức Cương sinh  năm 1945 tại Huế, nguyên Phó viện trưởng Viện Kỹ thuật Không quân (Quân chủng Không quân).

**.Nội dung bài viết dựa theo tư liệu của GS.TSKH Nguyễn Đức Cương cung cấp.


Ý kiến của bạn Gửi cho bạn bè In bài này Trở lại
Số lần đọc tin: