F-117 Nighthawk: Di sản công nghệ máy bay tàng hình trong hình dáng kỳ lạ

Với hình dáng nhiều mặt khác thường, thiết kế của F-117 là sản phẩm của sự kết hợp giữa toán học, vật liệu mới và công nghệ chế tạo tối tân, nhằm đáp ứng mục tiêu lớn nhất: tàng hình trước radar.

Thiết kế kỳ lạ từ những thuật toán tán xạ radar

Theo National Interest, F-117 do nhóm Skunk Works của Lockheed phát triển dưới sự dẫn dắt của kỹ sư Ben Rich. Trong thời kỳ Chiến tranh lạnh, khi các hệ thống radar và phòng không của Liên Xô ngày càng hiện đại hóa, Mỹ tìm cách tạo ra một phương tiện chiến đấu có khả năng xuyên thủng tuyến phòng thủ mà không bị phát hiện.

Giải pháp đến từ lý thuyết toán học như sử dụng các bề mặt phẳng và góc cạnh để làm tán xạ sóng radar thay vì phản xạ trực tiếp về nguồn phát. Thân máy bay của F-117 không có các đường cong mượt mà như các máy bay truyền thống mà thay vào đó là một tập hợp các tấm phẳng ghép lại với nhau dưới các góc chính xác, khiến chiếc máy bay có hình dạng giống như một khối kim cương được cắt gọt thô sơ.

Thiết kế này cho phép sóng radar bị phân tán theo nhiều hướng thay vì bị dội ngược về trạm phát, làm giảm đáng kể khả năng bị phát hiện. Ngoài ra, kỹ thuật “căn chỉnh mặt phẳng”, tức sắp xếp các cạnh và rãnh của máy bay theo một số hướng nhất định, cũng giúp tối thiểu hóa phản xạ radar từ mọi góc nhìn.

F-117 có chiều dài 20,08m, sải cánh 13,2m, trọng lượng cất cánh tối đa khoảng 23.814kg. Động cơ General Electric F404 cung cấp tốc độ tối đa Mach 0,92 và tầm bay 1.850km. Máy bay mang được nhiều loại vũ khí chính xác như bom dẫn đường laser và tên lửa.

Công nghệ vật liệu hấp thụ radar (RAM)

Không chỉ dừng lại ở hình dạng, F-117 còn đi đầu trong việc ứng dụng vật liệu hấp thụ radar (RAM). Một trong những loại RAM được sử dụng phổ biến trên F-117 là sơn bi sắt, một loại sơn polymer có trộn các hạt ferit nhỏ, giúp hấp thụ sóng radar và biến nó thành nhiệt năng cực nhỏ.

Tuy nhiên, loại sơn này nặng và yêu cầu bảo dưỡng cao. Sau hầu hết mỗi chuyến bay, lớp RAM phải được dặm lại để đảm bảo hiệu quả. Do RAM rất nhạy với mưa, ánh sáng mặt trời và nhiệt độ, quá trình bảo dưỡng phải được thực hiện trong môi trường kiểm soát nghiêm ngặt và gần như luôn diễn ra trong điều kiện bí mật.

Ngoài sơn bi sắt, F-117 còn sử dụng các vật liệu hấp thụ radar có thành phần carbon như carbonyl hoặc vật liệu composite nhiều lớp. Những loại vật liệu này có khả năng hấp thụ bức xạ điện từ trên dải tần số rộng hơn, giúp nâng cao hiệu suất tàng hình trong môi trường phức tạp.

Kiểm soát dấu hiệu hồng ngoại

Để đạt khả năng tàng hình toàn diện, F-117 còn phải giảm thiểu dấu hiệu nhiệt vốn là điểm yếu thường bị các hệ thống tên lửa đất đối không (SAM) lợi dụng. Động cơ máy bay được bố trí sâu trong thân và che chắn bởi các tấm chắn hấp thụ radar, giúp giấu các cánh quạt nạp khí vốn có thể phản xạ sóng radar mạnh mẽ.

Ống xả khí nóng được thiết kế để dẹt và tản nhiệt nhanh chóng, làm giảm khả năng bị phát hiện qua cảm biến hồng ngoại. Nhờ đó, F-117 không chỉ khó bị phát hiện bởi radar, mà còn hạn chế được nguy cơ bị khóa mục tiêu bởi các hệ thống dẫn đường theo nhiệt.

Thiết kế phục vụ mục tiêu tàng hình khiến F-117 không tuân theo các nguyên lý khí động học truyền thống. Với hình dạng giống như “viên gạch biết bay”, máy bay gần như không thể bay ổn định nếu thiếu hệ thống hỗ trợ điều khiển bay bằng dây (fly-by-wire) tiên tiến.

Hệ thống này thực hiện hàng nghìn hiệu chỉnh nhỏ mỗi giây để giữ cho máy bay ổn định trong không trung. Mọi thao tác điều khiển của phi công đều được chuyển thành tín hiệu điện tử, xử lý bởi máy tính và sau đó điều chỉnh bề mặt cánh nhằm giữ cho máy bay đi đúng hướng.

Đây là một bước đột phá vào thời điểm đó, mở đường cho việc áp dụng rộng rãi các hệ thống điều khiển bay kỹ thuật số trong hàng không quân sự hiện đại. Mặc dù bị các kỹ sư mệnh danh là “viên kim cương vô vọng”, F-117 vẫn chứng minh hiệu quả vượt trội trong các chiến dịch thực tế nhờ vào sự hỗ trợ của công nghệ.

Di sản công nghệ của F-117

F-117 Nighthawk là máy bay tàng hình tấn công đầu tiên của thế giới. F-117 Nighthawk được đưa vào hoạt động từ năm 1983 và chính thức công khai vào năm 1988.

F-117 được sử dụng trong các chiến dịch như chiến tranh Vùng Vịnh (1991), nổi bật với khả năng tấn công mục tiêu mà không bị phát hiện. Dù đã ngừng hoạt động chính thức năm 2008, F-117 vẫn được dùng cho thử nghiệm và huấn luyện. Các nguyên tắc thiết kế từ F-117 đã được kế thừa và cải tiến trong các dòng máy bay sau này như B-2 Spirit, F-22 Raptor và F-35 Lightning II.

Tuy không đạt hiệu năng bay cao như các máy bay chiến đấu truyền thống, F-117 là minh chứng cho một triết lý thiết kế khác biệt, ưu tiên tuyệt đối cho khả năng sống sót trong môi trường có hệ thống phòng không dày đặc.

Ngày nay, khái niệm tàng hình không chỉ dừng lại ở hình dáng hay lớp phủ vật liệu mà đã trở thành một lĩnh vực tích hợp giữa thiết kế hình học, kỹ thuật vật liệu, điện tử hàng không và điều khiển học. F-117 là điểm khởi đầu cho cuộc cách mạng đó.