Chương 444: Thực ra đều có cách giải quyết

Từ cách bố trí giao thông toàn cầu hiện nay, do chịu sự hạn chế bởi sức cản không khí và ma sát giữa bánh xe với đường ray, tốc độ vận hành tối đa của tàu cao tốc chạy trên đường ray vẫn bị giới hạn cứng ở mức ba trăm đến bốn trăm kilômét mỗi giờ. Trong khi đó, tàu đệm từ có thể đạt tới sáu trăm kilômét, nhưng tốc độ sáu trăm ấy lại đi kèm với chi phí kinh khủng đến mức kinh hãi, hơn nữa còn phải vận hành trong đường ống chân không hoặc chân không thấp, khiến khả năng phổ cập thua xa tàu cao tốc. Ngoài ra, ở nước ngoài còn có người thử nghiệm siêu vòng lặp, tức là kết hợp giữa đường ống chân không và đệm từ. Về lý thuyết, hệ thống này có thể đạt trên một nghìn kilômét mỗi giờ, nhưng từ vài năm trước, dự án này đã bị đình trệ vô thời hạn vì khoản đầu tư khổng lồ và độ phức tạp về kỹ thuật.

Mọi nỗ lực nhằm tạo ra phương tiện giao thông nhanh hơn dường như đều phải đối mặt với sự lựa chọn khó khăn: hoặc là chi phí, hoặc là tốc độ. Muốn đạt tốc độ cao, buộc phải bỏ ra khoản tiền thiên văn để xây dựng toàn bộ hệ thống đường ống kín hoàn toàn. Hơn nữa, khi tốc độ tăng lên, áp lực và độ rung động tác động lên thành ống cũng tăng theo cấp số nhân, kéo theo chi phí xây dựng tăng vọt. Đến mức cuối cùng, bảng giá thành có thể dài đến mức bất kỳ quốc gia nào cũng phải chùn bước.

Nếu lý thuyết giảm chiều không gian thương mại có thể đơn giản hóa cấu hình triệu triệu nguyên tử thành vài biến bất biến tô pô, vậy thì liệu có thể áp dụng tư duy tương tự để tái định nghĩa thiết kế khí động học hay không? Một hình dạng khí động học hoàn hảo, về mặt toán học, chính là giá trị cực tiểu toàn cục của phiếm hàm sức cản dưới những điều kiện biên nhất định. Quá trình tìm kiếm giá trị cực tiểu này, về bản chất, chính là việc tìm trong không gian đa chiều của tất cả các hình dạng có thể, một điểm khiến sức cản đạt giá trị cực tiểu—và đó không phải là bài toán biến phân mà anh vừa chạy trên siêu máy tính hay sao?

Nếu sử dụng khung thiết kế ngược, đưa ra hai mục tiêu: sức cản tối thiểu và độ ổn định động lực, rồi để thuật toán tính ngược lại hình dạng khí động học tối ưu, liệu kết quả có phải là một hình dạng chưa từng được ai nhìn thấy?

Nghĩ đến đây, anh đột nhiên quay sang Thẩm Hạc Khánh hỏi:

“Trước đây các anh có từng tiến hành thí nghiệm về máy bay hiệu ứng mặt đất không?”

Thẩm Hạc Khánh giật mình trước câu hỏi bất ngờ ấy. Trong đầu anh vẫn đang nghĩ về cách mở rộng khung điều khiển hòa nhạc vừa rồi sang các đường ống khác, không hiểu sao Tiếu Túc lại đột ngột chuyển sang chủ đề này. Nhưng anh vẫn nhanh chóng phản ứng lại, đáp:

“Có tiến hành một vài thí nghiệm.”

Anh ngẫm nghĩ vài giây rồi tiếp tục:

“Khoảng năm sáu năm trước, chúng tôi hợp tác với Tập đoàn Công nghiệp Hàng không làm một dự án nghiên cứu tiền khả thi, gọi là Hệ thống vận chuyển nhanh tầm thấp kỹ thuật chứng minh. Nhóm nghiên cứu lúc ấy từng thử nghiệm một chiếc máy bay chứng minh hiệu ứng mặt đất thu nhỏ theo tỷ lệ của quái vật Caspi. Máy bay này có sải cánh khoảng mười hai mét, sử dụng bố trí khí động học thông thường, chủ yếu nhằm kiểm chứng khả năng vận chuyển nhanh giữa các đảo ven biển phía đông.”

“Kết quả thế nào?” Thẩm Hạc Khánh lắc đầu, môi nở một nụ cười cay đắng, đáp:

“Máy bay vẫn cất cánh được, nhưng trong điều kiện gió ngang cấp sáu, độ lệch tâm khí động vượt xa giới hạn bù đắp của bề mặt điều khiển, khiến máy bay rơi vào trạng thái lật không thể phục hồi. Sau tai nạn ấy, dự án bị đình trệ vô thời hạn. Lúc ấy, kết luận thống nhất của chúng tôi là máy bay hiệu ứng mặt đất có biên độ an toàn quá thấp trong không gian mở. Trừ phi có một hệ thống điều khiển chủ động có thể tái cấu trúc hình dạng khí động học theo thời gian thực, bằng không không thể thương mại hóa được.”

Anh ấy nói xong lại bổ sung thêm:

“Máy bay hiệu ứng mặt đất rất khó chế tạo. Những khó khăn kỹ thuật mà nó phải đối mặt, những vật liệu cần thiết cho thí nghiệm đều là vấn đề. Nếu không, đã tám mươi năm qua không có quốc gia nào có thể biến nó thành phương tiện giao thông dân dụng an toàn và đáng tin cậy. Có lẽ phải mất vài chục năm nữa mới có thể chế tạo thành công máy bay hiệu ứng mặt đất thực sự.”

Tiếu Túc nghe xong không nói gì thêm, chỉ gật đầu. Trong đầu anh, ngọn lửa vừa được thắp lên đang nhanh chóng lan sâu.

Tái cấu trúc hình dạng khí động học theo thời gian thực—cái thứ này anh vừa áp dụng trong khung điều khiển hòa nhạc cho tàu đệm từ. Hoàn toàn có thể sử dụng nhóm hòa nhạc khóa chế độ bất ổn định, sau đó dùng lực điều khiển phản đối xứng để đưa hệ thống trở lại mặt lá ổn định. Vì vậy, vấn đề này hoàn toàn không phải là trở ngại.

Nếu thay thế thành ống của tàu bằng dòng khí động lực xung quanh máy bay hiệu ứng mặt đất, và thay thế bộ giảm chấn chủ động bằng các vòi phun vector trên bề mặt cánh, thì các chế độ bất ổn định của dòng khí sẽ trở thành một mạng lưới cấu trúc xoáy có thể điều khiển theo thời gian thực. Và giờ đây, với khung thiết kế vật liệu ngược kết hợp cùng giải tối ưu toàn cục chạy trên siêu máy tính, bất cứ vật liệu nào cần thiết đều có thể được phòng thí nghiệm chế tạo theo công thức.

Thiết kế, vật liệu, chế tạo—cả chuỗi liên kết đã được thông suốt. Nói cách khác, những vấn đề mà Thẩm Hạc Khánh cho rằng đã kìm chân tất cả học giả suốt tám mươi năm qua, hóa ra đều có giải pháp.

Dù sao Hiểu Tú cũng không nói ngay ý tưởng ấy ra trước mặt mọi người, có lẽ khi họ nhìn thấy phương án triển khai cụ thể rồi sẽ trực quan hơn. Đêm hôm ấy, Hiểu Tú quay về phòng làm việc trong tòa nhà thí nghiệm quang học liền bắt tay vào công việc.

Chiếc đoàn tàu này vốn định dùng cho dân sự, vậy trước hết phải đảm bảo sự thoải mái, sau đó mới đến tốc độ cao. Vì thế, ưu tiên hàng đầu của Hiểu Tú là giải quyết vấn đề ổn định.

Đó cũng chính là điểm mấu chốt khiến cho suốt tám mươi năm qua, tàu cánh nâng địa hiệu vẫn chưa thể vượt qua được ngưỡng cửa dân dụng. Tất cả những chiếc tàu cánh nâng địa hiệu hiện có đều phụ thuộc vào hiệu ứng địa hình thụ động, nghĩa là phương tiện phải duy trì một hình dạng khí động học cố định, dựa vào luồng khí bị nén giữa cánh và mặt đất để tạo lực nâng. Một khi luồng khí bên ngoài thay đổi, nếu phương tiện không thể chủ động điều chỉnh mối tương quan giữa cánh và luồng khí, trọng tâm khí động sẽ bị lệch đi.

Hiểu Tú vừa nghĩ đến đây thì gần như ngay lập tức nảy ra ý tưởng về lý thuyết lá bồ đề hòa hợp. Nếu phương tiện không thể thích ứng với luồng khí, vậy thì hãy trang bị cho nó một công cụ thích ứng chủ động.

Anh hoàn toàn có thể ứng dụng lý thuyết lá bồ đề hòa hợp để khiến phương tiện chủ động tạo ra và kiểm soát một hệ thống đệm xoáy có thể lập trình được. Sau đó, trên bề mặt cánh và phần bụng của phương tiện, bố trí nhiều nhóm miệng phun vector. Mỗi nhóm miệng phun đều tạo ra trong luồng khí một cấu trúc xoáy vi mô có thể điều khiển được.

Những xoáy vi mô ấy sẽ bị khóa chặt bởi một nhóm hòa hợp toàn cục, từ đó hình thành nên một mạng lưới đệm xoáy động thái, có thể biến dạng theo điều kiện bên ngoài theo thời gian thực. Khi gió ngang hay địa hình đột biến khiến luồng khí nhiễu loạn, hệ thống sẽ tính toán ra cấu hình đệm xoáy tối ưu mới trong vài mili giây, sau đó điều chỉnh chính xác lực đẩy và hướng của từng miệng phun, rồi dùng lực điều khiển phản đối xứng của nhóm hòa hợp để chuyển hóa năng lượng nhiễu loạn vào bề mặt lá phụ của đệm xoáy và triệt tiêu nó.

Nhờ vậy, dù luồng khí bên ngoài thay đổi thế nào, toàn bộ đoàn tàu vẫn có thể điều chỉnh theo thời gian thực.