Những bước tiến của hàng không hiện đại không phải tự nhiên mà có — đó là thành quả của hàng thập kỷ đột phá, những ý tưởng táo bạo và thỉnh thoảng là cả những lần kiểu “thử xem sao, rồi tính tiếp”.

Từ tự động hóa buồng lái đến các động cơ siêu hiệu quả, ngành công nghiệp này đã được định hình lại bởi những con người từ chối chấp nhận tư duy “chưa hỏng thì đừng sửa”. Hãy cùng xem 7 đổi mới trong hàng không đã thay đổi trải nghiệm bay cho phi công, hãng hàng không và hành khách trên khắp thế giới như thế nào.

1. Hệ thống động cơ phản lực

Việc ra đời hệ thống động cơ phản lực vào giữa thế kỷ 20 đã góp phần định hình lại các chuyến bay đường dài. Động cơ phản lực tạo ra lực đẩy lớn hơn rất nhiều, vận hành êm ái hơn và sử dụng nhiên liệu hiệu quả hơn so với các động cơ cánh quạt tiền nhiệm. Đột nhiên, những đường bay như New York đến London được tính bằng giờ thay vì kiểu “hy vọng bạn đã mang đủ bánh mì kẹp cho cả chuyến”.

Ảnh hưởng đến các thiết kế tương lai

Turbojet của Whittle đã xây dựng nên bản thiết kế nền tảng cho động cơ phản lực hiện đại. Thiết kế của ông — với bộ nén, buồng đốt và tua-bin tạo lực đẩy liên tục — chứng minh được khả năng mở rộng, hiệu quả và dễ thích nghi, trở thành nền tảng cho cả động cơ quân sự lẫn thương mại. Công trình song song của von Ohain cho thấy tính khả thi của chuyến bay dùng động cơ phản lực, nhưng chính cấu hình của Whittle mới mang lại sự linh hoạt mà các kỹ sư cần để cải thiện hiệu năng, tăng hiệu suất nhiên liệu và mở rộng tầm bay của máy bay. Ngày nay, mọi động cơ phản lực đang hoạt động đều mang trong mình những nguyên lý cốt lõi từ các đột phá ban đầu này.

2. Nhiên liệu hàng không bền vững (SAF)

Bước sang thế kỷ 21, hàng không phải đối mặt với một giới mới: tính bền vững. Lúc đó xuất hiện Sustainable Aviation Fuel, hay SAF — một loại nhiên liệu tái tạo hoặc tổng hợp thay thế cho nhiên liệu phản lực truyền thống, có thể giảm lượng phát thải carbon vòng đời lên đến 80%. Với một ngành vốn được xây dựng trên nhiên liệu dầu hỏa, điều này thực sự mang tính bước ngoặt.

Tác động đến ngành hàng không:

SAF đang nhanh chóng trở thành xương sống trong chiến lược khử carbon của ngành hàng không. Các hãng bay trên toàn thế giới đang ký các thỏa thuận mua dài hạn, chính phủ ban hành quy định bắt buộc, và các nhà sản xuất đang thử nghiệm khả năng vận hành với 100% SAF — một bước then chốt hướng tới việc được áp dụng rộng rãi.

Mặc dù sản lượng hiện tại vẫn còn hạn chế, ngành công nghiệp nhìn nhận SAF là giải pháp tức thời và có thể mở rộng nhất để cắt giảm phát thải. Khi công nghệ tiến bộ và chi phí giảm xuống, SAF được kỳ vọng sẽ chuyển từ một đổi mới mang tính ngách thành loại nhiên liệu chủ đạo, đánh dấu bước tiến tiếp theo cho ngành hàng không.

3. Hệ thống điều khiển điện tử Fly-By-Wire (FBW)

Nếu động cơ phản lực đẩy hàng không tiến vào tương lai, thì hệ thống điều khiển Fly-by-Wire (FBW) trao cho phi công những công cụ để bắt kịp tương lai đó. FBW thay thế các cơ cấu liên kết cơ khí nặng nề bằng tín hiệu điện tử, biến thao tác điều khiển của phi công thành các lệnh chính xác được máy tính diễn giải. Điều này giúp máy bay hiện đại nhẹ hơn, phản hồi tốt hơn và tăng cường độ an toàn bay.

Fly-By-Wire đã thay đổi nghề lái như thế nào:

Fly-by-Wire giúp máy bay nhẹ hơn, an toàn hơn và hiệu quả hơn bằng cách thay thế các liên kết cơ khí bằng điều khiển kỹ thuật số. Nó mang đến các chức năng bảo vệ vùng hoạt động (flight envelope protections), cải thiện khả năng điều khiển, và giảm tải công việc cho phi công — tất cả đều góp phần định hình cách các máy bay chở khách hiện đại vận hành ngày nay.

Vì FBW là một công nghệ mang tính nền tảng, chúng tôi khám phá sâu hơn trong bài viết chuyên biệt tại đây.

4. Hệ thống dẫn đường GPS

Việc đưa hệ thống dẫn đường vệ tinh vào sử dụng đã thay đổi cách máy bay lập kế hoạch, vạch tuyến và thực hiện chuyến bay. Không giống như các hệ thống truyền thống dựa vào đài mặt đất với phạm vi giới hạn, GPS cung cấp khả năng định vị chính xác liên tục trên phạm vi toàn cầu. Sự chuyển đổi này mang đến cho hàng không một mức độ chính xác và độ tin cậy mà các hệ thống vô tuyến trước kia không thể sánh được.

Tác động của GPS lên các chuyến bay hiện đại:

Dẫn đường vệ tinh mang lại một số lợi thế lớn:

• Tính linh hoạt tuyến đường cao hơn: Phi công không còn bị “trói” vào các hành lang dẫn đường dựa trên trạm mặt đất, cho phép lựa chọn đường bay hiệu quả hơn.
• Cải thiện quy trình tiếp cận: GPS cho phép triển khai các phương thức như Area Navigation (RNAV), Global Navigation Satellite System (GNSS) và Required Navigation Performance (RNP), mang lại độ chính xác tương đương tiếp cận chính xác tại những sân bay không có hệ thống hạ cánh bằng thiết bị (ILS). Đúng là hàng không rất thích “súp chữ cái”, nhưng đằng sau cả đống ký hiệu đó là một sự thật đơn giản: phi công không còn phải chơi trò “nối điểm” theo các trạm mặt đất nữa.
• Nâng cao nhận thức tình huống: Dòng dữ liệu vị trí liên tục hỗ trợ hệ thống cảnh báo địa hình, giám sát hiệu năng và quản lý bay nâng cao.
• Hiệu quả về nhiên liệu và thời gian: Tuyến bay thẳng hơn và các cấu hình hạ độ cao tối ưu giúp giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ và tổng thời gian bay.

Những cải tiến này đã biến GPS thành một thành phần cốt lõi của hàng không quốc tế. Nó hỗ trợ cả hoạt động thương mại hàng ngày lẫn quy hoạch hạ tầng dài hạn, đặc biệt tại các khu vực mà việc xây dựng và bảo trì đài dẫn đường mặt đất là không khả thi.

5. Vật liệu composite trong thiết kế máy bay

Sự chuyển dịch từ hợp kim nhôm truyền thống sang các vật liệu composite tiên tiến là một bước ngoặt lớn trong chế tạo máy bay. Composite — chủ yếu là polymer gia cường sợi carbon (CFRP) — mang lại độ bền cao, trọng lượng thấp và khả năng chống mỏi tuyệt vời. Đột nhiên, việc chế tạo máy bay không còn giống như làm việc với những “lon nhôm to lớn” nữa, mà giống với việc tạo ra một chiếc xe Công thức 1 — từng gram đều có ý nghĩa.

Composite đã ảnh hưởng đến hàng không như thế nào

Việc chuyển sang sử dụng khung thân composite mang lại một số lợi ích có thể đo lường được:

• Giảm tiêu thụ nhiên liệu: Trọng lượng kết cấu thấp hơn chuyển hóa trực tiếp thành hiệu quả nhiên liệu cao hơn và tầm bay dài hơn.
• Giảm nhu cầu bảo dưỡng: Composite có khả năng chống ăn mòn rất tốt, giúp giảm nhu cầu kiểm tra và sửa chữa dài hạn.
• Cải thiện khả năng điều áp khoang: Thân máy bay bằng composite có thể duy trì độ ẩm cao hơn và mức áp suất dễ chịu hơn trong khoang mà không bị nứt mỏi.
• Cải thiện khí động học: Khả năng tạo nên các bề mặt trơn tru, liền mạch hỗ trợ thiết kế cánh và thân máy bay hiệu quả hơn về khí động học.

Kết hợp lại, những ưu điểm này đã khiến composite trở thành vật liệu cốt lõi trong các thế hệ máy bay mới. Khi phương pháp sản xuất tiếp tục phát triển, ngành công nghiệp đang hướng tới tỷ lệ composite cao hơn nữa và nghiên cứu các vật liệu lai để đẩy xa hơn nữa giới hạn về hiệu suất và độ bền.

6. Hệ thống điện tử hàng không tiên tiến và buồng lái số

Lái một buồng lái thập niên 1960 nghĩa là phải dõi theo hàng chục đồng hồ kim như một dãy máy đánh bạc ở Vegas. Còn buồng lái màn hình hiện đại? Giống như bạn đang lái bằng một chiếc iPad, chỉ khác là nó gắn với khoảng 300 tấn kim loại.

Hệ thống điện tử hàng không tiên tiến mang các màn hình số, công cụ giám sát tinh vi và hệ thống quản lý bay tích hợp vào buồng lái. Nó thay thế các đồng hồ analog và cụm thiết bị rời rạc bằng các giao diện thống nhất, dựa trên dữ liệu. Những hệ thống này đã làm thay đổi căn bản cách phi công tương tác với máy bay và quản lý các hoạt động phức tạp.

Những gì điện tử hàng không tiên tiến bao gồm

Các hệ thống buồng lái hiện đại kết hợp nhiều công nghệ hỗ trợ dẫn đường, tự động hóa và giám sát máy bay. Lõi trung tâm là Hệ thống Quản lý Chuyến bay (FMS), chịu trách nhiệm lập kế hoạch đường bay, tính toán hiệu năng và tối ưu hóa chuyến bay. Các màn hình bay chính (PFD) và màn hình đa chức năng (MFD) gom dữ liệu thiết yếu — tư thế máy bay, tốc độ, trạng thái động cơ, lớp phủ dẫn đường — thành những giao diện số rõ ràng, thay thế cụm đồng hồ analog dày đặc.

Máy bay cũng dựa vào hệ thống cảnh báo và nhận biết địa hình để ngăn các sự cố va chạm mặt đất, cùng với radar thời tiết tiên tiến và hệ thống dự báo đứt gió để hỗ trợ đưa ra quyết định an toàn hơn trong điều kiện thời tiết thay đổi. Tất cả được tích hợp với chức năng lái tự động (autopilot) và tự động điều chỉnh lực đẩy (auto-throttle) hiện đại, cho phép máy bay tuân theo các quy trình phức tạp với độ chính xác cao.

Cách điện tử hàng không tiên tiến thay đổi hoạt động bay

Việc đưa các hệ thống điện tử hàng không tiên tiến vào sử dụng đã mang lại những cải thiện như:

• Nâng cao nhận thức tình huống: Màn hình số trình bày thông tin theo cách trực quan, tập trung, giảm khả năng bỏ sót dấu hiệu quan trọng.
• Quyết định hiệu quả hơn: Tự động hóa hỗ trợ các phép tính phức tạp, lập kế hoạch hiệu năng và tối ưu hóa nhiên liệu.
• Cải thiện an toàn: Các hệ thống cảnh báo tích hợp giúp tổ bay phát hiện mối nguy sớm hơn, từ địa hình đến hiện tượng thời tiết.
• Giảm tải công việc: Tự động hóa xử lý các tác vụ thường nhật, cho phép phi công tập trung vào giám sát và đưa ra quyết định chiến lược.

Những tiến bộ này đã biến buồng lái số trở thành tiêu chuẩn trong hàng không thương mại hiện đại, đồng thời đặt nền móng cho các phát triển tương lai về tự động hóa và tương tác phi công–máy bay.

7. Winglet và hiệu năng khí động học

Winglet là một trong những nâng cấp khí động học dễ nhận biết nhất — và âm thầm hiệu quả nhất — trong hàng không hiện đại. Những đầu cánh cong ngược mà bạn thấy ở đầu cánh máy bay? Chúng không chỉ để trông “khí động học” hơn trên ảnh Instagram — dù đúng là trông cũng rất ngầu.

Các đầu cánh này làm giảm cường độ của các xoáy đầu cánh, vốn là những túi không khí xoáy sinh ra bởi chênh lệch áp suất giữa mặt trên và mặt dưới của cánh. Bằng cách giảm lực cản cảm ứng này, winglet giúp cải thiện hiệu suất nhiên liệu, khả năng leo cao và độ ổn định khí động học tổng thể.

Tác động lên hiệu năng bay

Winglet đã mang lại một trong những mức cải thiện hiệu suất tiết kiệm chi phí nhất trong hàng không thương mại. Tiết kiệm nhiên liệu 3–7% trên toàn đội bay có vẻ nhỏ nếu nhìn từng chiếc, nhưng con số này tăng lên đáng kể khi áp dụng cho hàng nghìn chuyến bay mỗi ngày. Ngoài hiệu suất nhiên liệu, winglet còn hỗ trợ giảm tiếng ồn vận hành và góp phần cắt giảm phát thải carbon bằng cách giảm lực đẩy cần thiết trong mọi giai đoạn bay.

Thành công của chúng đã khiến winglet gần như trở thành trang bị tiêu chuẩn trên các máy bay hiện đại, và những tinh chỉnh liên tục tiếp tục đẩy hiệu năng khí động học tiến xa hơn mà không cần thay đổi lớn về kết cấu.

Kết luận

Hàng không không tiến lên nhờ một đột phá duy nhất. Nó phát triển nhờ hàng thập kỷ ý tưởng, thử nghiệm và kỹ thuật khéo léo để giải quyết những thách thức rất thực trên bầu trời.

Từ động cơ phản lực đến nhiên liệu bền vững, từ buồng lái số đến hiệu năng khí động học được cải thiện, mỗi đổi mới đều đẩy trải nghiệm bay tiến gần hơn tới những gì chúng ta ngày nay coi là “bình thường”. Và tốc độ này chưa hề chậm lại. Khi các vật liệu mới, nhiên liệu xanh hơn và hệ thống thông minh hơn tiếp tục xuất hiện, thế hệ “kẻ thay đổi cuộc chơi” tiếp theo đã thấp thoáng ngay trên đường chân trời.