Tại sao máy bay có thể bay ở độ cao 10.000 mét nhưng không thể bay ở sân bay trên cao nguyên vài nghìn mét?

Làm thế nào một chiếc máy bay có thể cất cánh bay xuyên qua các đám mây và bay tự do ở độ cao 10.000 mét là một điều kỳ diệu của vật lý và kỹ thuật gắn liền với hàng không. Nhưng mặt khác, điều kỳ diệu này có vẻ hơi yếu đuối khi phải đối mặt với một sân bay vùng cao nguyên hàng nghìn mét so với mực nước biển. Thực tế không phải vậy, sở dĩ máy bay có thể bay tự do ở độ cao 10.000 mét nhưng lại lo ngại về các sân bay cao nguyên không phải vì không thể mà vì đằng sau đó có những lý do khoa học kỹ thuật sâu xa.

Hiện tại, các máy bay thương mại thường di chuyển ở độ cao trên 10.000 mét trong không trung, thuộc khu vực tầng bình lưu của khí quyển.

Trước hết, trong kiến ​​thức hàng không phức tạp có một khái niệm cơ bản nhưng vô cùng quan trọng – áp suất không khí. Ở mực nước biển, áp suất không khí khoảng 101,325 kilopascals (kPa), khi độ cao tăng lên, áp suất không khí giảm dần. Ở độ cao 10.000 mét, áp suất không khí chỉ bằng khoảng 1/4 áp suất trên mặt đất. Ngược lại, ở những vùng cao nguyên có độ cao vài nghìn mét, áp suất không khí tuy thấp hơn mực nước biển nhưng vẫn cao hơn rất nhiều so với độ cao trên không trung. Chính sự thay đổi tưởng chừng đơn giản này đã tạo ra nhiều thách thức khác nhau trong suốt chuyến bay.

Lý do máy bay có thể bay được là nhờ vào lực nâng do cánh của nó tạo ra. Theo định luật Bernoulli và định luật thứ ba của Newton, ở một tốc độ nhất định, sự chênh lệch vận tốc luồng không khí hình thành ở bề mặt trên và dưới của cánh máy bay sẽ tạo ra lực nâng. Nói một cách đơn giản, máy bay bay càng nhanh thì lực nâng càng tạo ra nhiều hơn. Tuy nhiên, trong bầu không khí cao nguyên mỏng, để có được lực nâng tương tự, cần phải có tốc độ lớn hơn hoặc diện tích cánh lớn hơn.

Thảo luận sâu hơn về mối quan hệ giữa hiệu suất động cơ và môi trường là không thừa. Động cơ phản lực dựa vào việc hút một lượng lớn không khí và đốt cháy nhiên liệu bên trong chúng để tạo ra lực đẩy. Khi gặp không khí loãng, tức là trong môi trường có áp suất không khí thấp hơn và ít phân tử hơn – ngay cả động cơ chạy hết công suất cũng gặp khó khăn trong việc hút nhiều phân tử không khí như ở mực nước biển để duy trì hiệu suất tối ưu.

Không những vậy, cất cánh và hạ cánh còn là giai đoạn khó khăn và rủi ro nhất về mặt kỹ thuật và rủi ro trong hoạt động bay. Thông thường, việc cất cánh và hạ cánh tại các sân bay gần mực nước biển sẽ dễ kiểm soát hơn; tuy nhiên, ở độ cao cao hơn, khoảng cách đường băng dài hơn cần được xem xét để đối phó với lực đẩy và lực nâng giảm. Đặc biệt trong giai đoạn cất cánh, cần có độ dài vừa đủ để máy bay đạt tốc độ cần thiết để rời mặt đất an toàn.

Ngoài ra, nhiều vấn đề an toàn cũng phải được chú trọng: Như lối thoát hiểm khẩn cấp, các mối đe dọa tiềm ẩn do khúc cua, khúc cua và địa hình phức tạp…

Công nghệ hiện đại đã không đứng yên và liên tục phát triển các nghiên cứu mới, thách thức việc chinh phục ranh giới của bầu trời trong. Người ta có thể thiết kế máy bay cải tiến cho môi trường cao nguyên đặc biệt – chẳng hạn như sử dụng động cơ mạnh hơn, kéo dài đường băng hoặc thậm chí thiết kế cánh được sửa đổi đặc biệt để tăng hiệu quả và các chiến lược khác.

Như có thể thấy ở trên, mặc dù công nghệ đang phát triển hàng ngày nhưng vẫn có những hạn chế và thử nghiệm trong những điều kiện nhất định. Cũng giống như xã hội loài người, ngành hàng không không ngừng học hỏi và thích nghi với những thay đổi của môi trường.

Đánh giá tổng thể vấn đề này tập trung vào một quan điểm cốt lõi: Không phải việc máy bay không thể hoạt động an toàn trên sân bay cao nguyên vài nghìn mét là do trở ngại kỹ thuật mà là do một loạt các quy luật vật lý và những tác động chồng chất của điều kiện tự nhiên. Những điều này buộc các nhà khoa học phải cân nhắc và chịu thách thức nghiên cứu, chế tạo bổ sung các thiết bị kỹ thuật phù hợp. Như chúng ta đã chứng kiến ​​vô số thành tựu công nghệ khoa học – dù là đáp xuống mặt trăng hay lặn sâu xuống đáy đại dương, con người đều đã làm được. Chắc chắn, những trở ngại khác cuối cùng sẽ được vượt qua bằng trí tuệ của con người.