Chuyên gia Trung Quốc phá ‘lời nguyền thiết kế’ từng khiến Mỹ khai tử máy bay không người lái X-47B
Nhóm nghiên cứu Trung Quố cho biết một thiết kế phần mềm mang tính cách mạng có thể mang lại “hỗ trợ kỹ thuật quan trọng” cho các máy bay chiến đấu thế hệ tiếp theo.
Các kỹ sư hàng không Trung Quốc đã phát triển một thiết kế phần mềm mang tính cách mạng, mà theo họ có thể giúp vượt qua rào cản lớn trong việc phát triển máy bay tàng hình.
Nền tảng mới này cho phép các kỹ sư máy bay thêm bao nhiêu biến số thiết kế tùy ý mà không làm tăng tải trọng điện toán – kỳ tích từ lâu được coi là bất khả thi trong giới hàng không.
Các nhà nghiên cứu mô tả đổi mới này là đã phá vỡ “lời nguyền về tính đa chiều”. Họ sử dụng X-47B, một máy bay không người lái tàng hình trình diễn của Hải quân Mỹ, để minh họa cách hệ thống hoạt động.
Lời nguyền về tính đa chiều là một khái niệm trong toán học, thống kê và học máy, dùng để chỉ những vấn đề phát sinh khi làm việc với dữ liệu có quá nhiều chiều (hoặc biến số).
Từng được ca ngợi vì khả năng hạ cánh trên tàu sân bay và tiếp nhiên liệu tự động trên không, dự án X-47B bị Hải quân Mỹ hủy bỏ vào năm 2015 do không giải quyết được các xung đột giữa tính tàng hình, khí động học và hiệu suất động cơ.
Tuy nhiên, phần mềm thiết kế của Trung Quốc đã mang lại những cải tiến vượt bậc với 740 biến số, gồm cả các yếu tố giúp giảm lực cản và tín hiệu radar, đồng thời tăng lực đẩy động cơ mà vẫn giữ được độ ổn định luồng khí.
“Các thuật toán tối ưu hóa toàn cục truyền thống đều vấp phải vấn đề lời nguyền về tính đa chiều”, nhóm của Huang Jiangtao từ Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Khí động học Trung Quốc viết trong một bài báo bình duyệt đăng trên tạp chí Acta Aeronautica et Astronautica Sinica.
Tối ưu hóa toàn cục là quá trình tìm giá trị tốt nhất (tối ưu) của một hàm trong toàn bộ không gian giải pháp, chứ không chỉ trong một khu vực nhỏ (còn gọi là tối ưu cục bộ). Mục tiêu là tránh rơi vào điểm tối ưu cục bộ, mà tìm được điểm tối ưu thực sự tốt nhất trên toàn bộ miền giá trị.
Hình dạng của các bộ phận như mép trước cánh và ống hút khí động cơ ảnh hưởng đến hai yếu tố then chốt: Độ ổn định khi bay như thế nào và có dễ bị radar đối phương phát hiện hay không.
Theo Huang Jiangtao và các cộng sự, việc cân bằng giữa hiệu suất khí động học và khả năng tàng hình vẫn là thách thức lớn trong thiết kế máy bay hiện đại.
Khi số lượng biến thiết kế tăng lên, độ phức tạp tính toán cũng tăng theo cấp số nhân.
Để giải quyết thách thức này, nhóm của Huang Jiangtao đã đề xuất một phương pháp tính độ nhạy hình học dựa trên điều kiện biên trở kháng phù hợp với việc tối ưu hóa thiết kế quy mô lớn.
Điều kiện biên trở kháng được sử dụng trong các mô hình toán học và mô phỏng để mô tả hành vi của trường điện từ tại ranh giới giữa hai môi trường khác nhau, đặc biệt là khi một trong hai môi trường là vật liệu dẫn điện hoặc hấp thụ sóng điện từ.
Thay vì phải mô hình hóa chi tiết sự xuyên thấu của trường điện từ vào bên trong một vật liệu dẫn điện (có thể rất phức tạp và tốn tài nguyên tính toán), điều kiện biên trở kháng cho phép các nhà khoa học và kỹ sư xấp xỉ hóa hành vi này ngay tại bề mặt. Nó thiết lập một mối quan hệ giữa trường điện và trường từ tiếp tuyến với bề mặt vật liệu.
“Hướng tiếp cận này hoàn toàn tách rời chi phí tính gradient khỏi số lượng biến thiết kế”, nhóm nghiên cứu viết.
Phương pháp này cho phép tối ưu hóa đồng thời tính khí động học và khả năng tàng hình, gồm cả các cấu hình có phủ vật liệu hấp thụ sóng radar, “mang lại hỗ trợ kỹ thuật then chốt cho việc phát triển máy bay tàng hình thế hệ tiếp theo”, họ bổ sung.
Gradient là khái niệm quan trọng trong toán học, vật lý, đặc biệt là trong học máy, tối ưu hóa và mô phỏng kỹ thuật. Gradient là đạo hàm theo nhiều biến, cho biết hướng và độ lớn của sự thay đổi của một hàm số đa biến.
Gradient cho biết làm thế nào để thay đổi đầu vào để tăng hoặc giảm đầu ra nhanh nhất, là vector chứa tất cả đạo hàm riêng của hàm số theo từng biến.
Các dự án tiêm kích thế hệ thứ sáu trên toàn cầu gặp khó
Bước đột phá này xuất hiện trong bối cảnh các dự án tiêm kích thế hệ thứ sáu trên toàn cầu đang gặp khó. Trong khi sáng kiến Thống trị Không gian Thế hệ Mới của Mỹ bị hủy bỏ và dự án F-47 có nguy cơ bị trì hoãn, Trung Quốc được cho là đang phát triển hai mẫu máy bay thế hệ mới là J-36 và J-50 cùng các loại drone tàng hình mới.
Thay vì phụ thuộc vào sức mạnh điện toán thuần túy, nhóm của Huang Jiangtao đã áp dụng phương pháp tương tự DeepSeek với trọng tâm là hiệu quả. Ví dụ, họ sử dụng mô hình trường thống nhất để tích hợp vật liệu hấp thụ radar trực tiếp vào phương trình độ nhạy khí động học; tái sử dụng nghiệm của trường điện từ và chuyển đổi các phép tính ở cấp độ hàng nghìn tỉ thành phép toán ma trận có thể xử lý được.
Khi ngân sách quốc phòng toàn cầu tăng chóng mặt, phần mềm thiết kế mới này có thể giúp Trung Quốc tiết kiệm được rất nhiều thời gian và tài nguyên, “mang lại hỗ trợ kỹ thuật then chốt cho việc phát triển máy bay tàng hình thế hệ tiếp theo”, nhóm của Huang Jiangtao nhấn mạnh.