Máy bay không người lái

Máy bay không người lái

Máy bay không người lái (unmanned aerial vehicle, UAV) hiện đang là một trong những công nghệ hàng không hiện đại hàng đầu. Không chỉ là một công cụ đắc lực cho hoạt động an ninh quốc phòng, nó còn phục vụ một cách hữu hiệu cho đời sống xã hội. Vậy, bạn biết gì về công nghệ này? Nó được hình thành ra sao và hoạt động thế nào? Công nghệ này, dù hiện đại, nhưng có phải là xa lạ với châu Á và Việt Nam hay không? Câu trả lời của tác giả Hậu Phú trong bài viết này chắc hẳn sẽ khiến chúng ta thêm suy tư về nền an ninh quốc gia trước sự phát triễn như vũ bão của khoa học quân sự thế giới…

Như tên gọi của nó, máy bay không người lái hoàn toàn không có phi công trong “phòng lái”. Những người phi công có thể điều khiển chiếc máy bay - hay cả một tiểu đội máy bay được trang bị trí khôn nhân tạo - ở hầu như bất cứ nơi nào trên thế giới thông qua vệ tinh. Và “phòng lái” trên máy bay không người lái chỉ là những chiếc hộp đen trên được trang bị hệ thống máy vi tính điều khiển và cảm biến. Tùy theo phi vụ, có một hoặc hai phi công cho mỗi chuyến bay.

UAV có nhiều chức năng bao gồm quốc phòng và dân sự. Khi được dùng trong quân đội, UAV được trang bị hệ thống cảm biến với chức năng trinh thám, và vũ khí dùng để tấn công từ trên cao. Về mặt dân sự, UAV được dùng trong các hoàn cảnh gây nguy hiểm cho con người như do thám cháy rừng, do thám núi lửa, truy lùng tội phạm, và các nghiên cứu khoa học. Có người đùa rằng UAV rất được ưa chuộng trong trường hợp 3-D—“dull, dirty, dangerous”, nghĩa là “vừa chán, vừa dơ, vừa nguy hiểm”.

Khi nói đến UAV, người ta thường nhắc đến cả một hệ thống, bao gồm ít nhất ba yếu tố chính: trạm điều khiển, máy bay, và công nghệ cảm biến. Thông thường một công ty muốn nắm vững thị trường sẽ cung cấp cả ba yếu tố trên cho khách hàng, theo kiểu one-stop-shop, để bảo đảm các tính năng hoạt động với nhau một cách suôn sẻ.

Lịch sử

Theo các chuyên gia hàng không, UAV đầu tiên có lẽ là chiếc Aerial Target của giáo sư người Anh tên Archibald Montgomery Low sáng chế năm 1916. Theo đúng nghĩa thì Aerial Target là một chiếc máy bay được điều khiển từ xa qua sóng radio giống như những món đồ chơi ngày nay.

Trải qua Thế Chiến I và II, UAV được phát triển theo thời gian để đáp ứng nhu cầu của quân đội. Tiêu biểu nhất cho thời điểm này là những chiếc được chế tạo để huấn luyện các tay súng phòng không. Sau Thế Chiến II, động cơ phản lực được dùng cho những chiếc như Teledyne Ryan Firebee I vào thập niên 1950.

Với sự ra đời của máy tính nhanh hơn và nhỏ hơn trong thập niên 1980 và 1990, lịch sử hàng không đã chứng kiến một sự biến đổi nhanh chưa từng có. UAV được trang bị hệ thống điều khiển để có thể hoàn toàn tự bay theo đường bay định trước nhờ vào hệ thống định vị vệ tinh (GPS). Thêm vào sự phát triển của kỹ nghệ vật liệu hợp chất (composite materials) như sợi carbon và polymer, UAV trở nên nhẹ hơn nhưng lại có thể chuyên chở nhiều bộ phận cảm biến đa chức năng. Nhiều tính thực dụng như tiếp ứng nhiên liệu trên không, tự động đáp, tự động tránh va chạm trên không, bay theo đội hình, v.v. không còn là độc quyền của máy bay có người lái. Những yếu tố quan trọng này giúp cũng cố địa vị của UAV trong ngành hàng không không gian (HKKG).

Quan chức quân đội trong khối NATO (North Atlantic Treaty Organization) và các nước có công nghệ HKKG tiên tiến đã nhìn thấy tiềm năng UAV mang lại. Yếu tố “không người” giúp cho UAV được sản xuất với giá rẻ hơn. Khi được dùng trong cả quốc phòng và dân dụng, sự an toàn của phi hành đoàn không còn là vấn đề quan trọng. Điều đó có nghĩa là chỉ số an toàn trong thiết kế không cần thiết phải cao như trường hợp máy bay có người lái. UAV có khả năng chứa nhiều nhiên liệu để có thể bay liên tục vài ngày liền mà không cần đáp. Lợi điểm này giúp tiết kiệm chi phí hoạt động rất lớn trong việc trinh sát, cung cấp tình báo, hay quan sát thảm họa do thiên nhiên gây ra.

Chức năng

UAV có thể thực hiện nhiều chức năng khác nhau. Hầu hết các chức năng liên quan đến cảm biến từ xa. Các thiết bị cảm biến bao gồm quang phổ điện từ, sinh học, và hóa học.

Cảm biến bằng quang phổ điện từ bao gồm đơn giản như máy quay phim, chụp hình cho đến tối tân hơn như cảm nhiệt qua tia hồng ngoại, radar, cảm biến sóng cực ngắn (microwave) và cực tím (ultraviolet). Cảm biến sinh học có khả năng phát hiện vi sinh vật trong không khí. Cảm biến hóa học dùng laser spectroscopy để phân tích nồng độ các chất nguyên tố trong không khí.

Ngoài chức năng cảm biến, UAV còn được dùng trong các trường hợp nguy hiểm. Một thí dụ là chiếc Aerosonde cân nặng 16 kg, thuộc công ty Aerosonde Pty Ltd, Úc, có thể bay cận bên cơn bão và truyền dữ liệu trực tiếp về Trung tâm Bão Quốc gia tại tiểu bang Florida, Hoa Kỳ. Aerosonde có thể bay và đo lường áp suất và nhiệt độ gần mặt nước biển - chuyện mà máy bay có người lái khó có thể làm một cách an toàn.

Một thí dụ khác là chiếc Ikhana, cân nặng 4.500 kg, của Cơ quan Hàng không Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA), do hai trung tâm Dryden và Ames phụ trách, được dùng trong hoạt động chống cháy rừng. Được trang bị với hệ thống cảm biến hồng ngoại dưới cánh máy bay, Ikhana xác định vị trí ngọn lửa và điểm nóng cũng như phân tích sự tăng hay giảm nhiệt độ. Công nghệ cảm nhiệt của Ikhana có thể nhìn xuyên qua khói và bụi dày đặc để kết hợp hình ảnh trực tiếp về vùng bị cháy. Trong cùng một lúc, các hình ảnh này được truyền về trung tâm NASA ở California, Hoa Kỳ, và được kết hợp với Google Earth để tạo nên một tấm bản đồ ba chiều không gian. Theo dữ liệu được cập nhật liên tục, các nhà chức trách điều động lính cứu hỏa và máy bay chữa cháy đến các vùng bị ảnh hưởng để dập tắt lửa một cách hiệu quả. Ikhana với hệ thống cảm biến nhiệt-hồng ngoại có thể nhìn xuyên qua khói và bụi dày đặc; Trong hình là dải núi vùng San Diego, Hoa Kỳ, ngày 24 tháng 10, 2007, với đường lửa hiện rõ [Ảnh: NASA Dryden Flight Research Center]

UAV tại Châu Á

Hơn một thập niên qua, Nhật đã chứng kiến sự phát triển liên tục của máy bay không người lái. Vào mùa hè, máy bay trực thăng không người lái được dùng để phun thuốc trừ sâu trên các đồng lúa. Ngoài áp dụng trong nông nghiệp và công nghiệp, UAV còn được dùng trong việc quay phim, chụp ảnh, và quan sát địa hình. Nghệ thuật phim ảnh cũng nhận được không ít đóng góp từ UAV. Hiện tại có hơn 2.000 máy bay trực thăng không người lái và hơn 8.000 phi công. Đây là những con số đáng kể nếu so sánh với dưới 800 máy bay trực thăng có người lái (không thuộc về nhà nước) và hơn 3.600 phi công chuyên nghiệp tại Nhật.

Bắt đầu từ năm 2000, một số núi lửa ở Nhật đã có những hoạt động bất thường khiến cho nhu cầu do thám tăng cao. UAV có nhiều lợi thế trong việc dò thám nguy hiểm. Cơ quan Phát triển Hokkaido đã dùng máy bay trực thăng không người lái của công ty Yamaha để do thám núi Usu từ khi đó. Từ năm 2001 đến nay, Cơ quan Khí tượng Nhật đang dùng chiếc RPH-2A của tập đoàn Công nghệ nặng Fuji để do thám núi lửa trên đảo Miyake.

Singapore là một đảo quốc với hơn 4,5 triệu dân số nhưng được xem là một nước có nhiều UAV trên đầu người nhất thế giới. Nằm giữa hai nước láng giềng có đông dân Hồi giáo là Indonesia và Malaysia, quân lực Singapore bảo vệ an ninh quốc gia ngày đêm. Theo phó chủ tịch Cơ quan Khoa học và Công nghệ Quốc phòng, ông Tan Peng Yam, “sự sinh tồn và thịnh vượng [của Singapore] đều nhờ vào an ninh quốc gia.” [1] Vì vậy Singapore tin tưởng rằng kỹ nghệ UAV là cách nhanh nhất và có hiệu quả nhất để làm công việc trinh sát trên biển cũng như trên đất liền. Chính phủ, quân đội, cảnh sát, các đại học và trung tâm nghiên cứu, và các tập đoàn công nghiệp đều sát cánh cộng tác, đưa Singapore trở thành một nước đứng hàng đầu về công nghệ “không người”.

Với số tiền đầu tư 5 tỷ USD mỗi năm, Singapore là nước chi tiêu nhiều nhất cho quốc phòng ở khu vực đông nam Á [2]. Hiện tại nhà cung cấp UAV lớn nhất cho Singapore là Israel.

Ở Đài Loan, ngoài một số UAV mua lại của Úc, Israel và Hoa Kỳ thì còn có một số do Viện Khoa Học và Kỹ Thuật Trung Sơn chế tạo. Con số UAV chính thức ở Đài Loan là bao nhiêu khó mà xác thực, nhưng chuyện Đài Loan đang âm thầm tự chế tạo công nghệ UAV là không chối cãi được. Vào tháng 10 qua, Đài Loan đã tổ chức Ngày Quốc gia mà trong đó có một buổi duyệt binh vũ trang. Đây là lần đầu tiên sau 16 năm Đài Loan lại ăn mừng ngày lễ này kể từ đầu thập niên 1990, khi quan hệ với Trung Quốc đang căng thẳng [3]. Loại máy bay chiến thuật không người lái mang tên Chung Shyang II được xe tải quân dụng chở đi như một lời thách thức với người láng giềng khổng lồ Trung Quốc. Có tin tức cho hay Chung Shyang II có khả năng tải trọng lượng 800 kg, đủ chỗ cho vài tên lửa không đối địa Hellfire hoặc hỏa tiễn Hsiung Feng IIE do chính Đài Loan chế.

Trung Quốc đã bắt đầu chương trình nghiên cứu UAV vào đầu thập niên 1960 khi Liên bang Xô viết cung cấp cho họ chiếc Lavochkin La-17C [4]. Trước khi Liên Xô ngưng hẳn các viện trợ kỹ thuật, Trung Quốc đã sửa đổi La-17C thành chiếc Changkong-1 (CK-1). Đến thập niên 1970, CK-1A được biến chế với chức năng trinh sát nhằm phục vụ việc do thám khí thải từ các cuộc thử nghiệm nguyên tử mà trước đó là công việc của máy bay có người. Qua mấy thập niên, thiết kế của Changkong đã được làm tốt hơn, và bây giờ thế hệ mới nhất là CK-1E đang còn được sử dụng trong việc nghiên cứu cho một thế hệ UAV hoàn toàn mới do chính Trung Quốc chế tạo.

Ngoài CK-1 ra Trung Quốc còn có một máy bay không người lái khác tên là WuZhen-5 (WZ-5) [5]. Trong thập niên 1960 khi quân đội Hoa Kỳ dùng chiếc UAV tên AQM-34N Firebee để trinh sát trên bầu trời miền bắc Việt Nam và lục địa Trung Quốc, thì bị quân đội Trung Quốc bắn hạ. Dựa theo mô hình một chiếc AQM-34N Firebee còn nguyên vẹn, WZ-5 ra đời. Học viện Hàng không và Không gian Bắc Kinh bắt đầu nghiên cứu chiếc WZ-5 vào cuối năm 1970. Mãi đến đầu thập niên 1980, chiếc WZ-5 mới chính thức đi vào hoạt động trong không quân Trung Quốc.

Giới lãnh đạo Trung Quốc đã nhìn thấy nhu cầu tất yếu trong việc tự sản xuất UAV tại bản xứ. Tuy có một đội ngũ sinh viên ngành HKKG được đào tạo từ nước ngoài, kinh nghiệm của Trung Quốc trong việc sáng chế hệ thống điều khiển cũng như các tính năng cảm biến còn rất hạn chế. Việc lệ thuộc vào các nhà cung cấp nước ngoài trong buổi ban đầu là chuyện không thể tránh. Nhiều công ty từ các nước phương Tây sẵn sàng kiếm lợi bằng cách cung cấp linh kiện để Trung Quốc có thể tự xây một hệ thống UAV hoàn chỉnh. Dù sao, Trung Quốc đang có một chiến lược xây dựng lực lượng UAV cho mục đích quân sự về lâu dài. Mục đích đó tốt hay xấu, thời gian sẽ cho biết.

Việt Nam cũng có dấu hiệu cho thấy giới lãnh đạo đang hứng thú đối với công nghệ UAV. Theo các tin tức ít ỏi được tiết lộ, vào năm 2006, Viện Kỹ thuật Phòng không - Không quân đã cho thử nghiệm hai chiếc UAV, mang tên M400-CT, do chính viện thiết kế và chế tạo [6]. Do vấn đề thiếu thiết bị để tự tạo bộ điều khiển cũng như các thiết bị cơ khí khác dành riêng cho ngành hàng không, quá trình lắp ráp chiếc M400-CT gặp rất nhiều khó khăn.

Trước M400-CT thì Việt Nam cũng đã cho thử nghiệm chiếc thủy phi cơ VNS-41 vào tháng 12, 2004 [7]. VNS-41 cũng đã từng trải qua những khó khăn mà M400-CT gặp phải. Tính từ ngày dự án được phê chuẩn bởi Quân ủy Trung ương, 4/3/1978, VNS-41 đã mất hơn 26 năm mới được xem là thành công.

Như các đề án khoa học khác ở Việt Nam, khó khăn chính vẫn là nguồn vốn đầu tư. Theo lời phó giáo sư tiến sĩ Nguyễn Thiện Tống, việc nhận kinh phí từ nhà nước cho công việc nghiên cứu được tóm gọn trong hai chữ: “mệt mỏi” [8].

Theo nhận định của PGS-TS Nguyễn Thiện Tống, Việt Nam chưa có chiến lược phát triển ngành hàng không không gian rõ rệt. Cũng theo ông, mười năm qua trường Đại học Bách Khoa tpHCM chỉ đào tạo được 260 kỹ sư từ bộ môn kỹ thuật hàng không. Nhưng nguồn nhân lực này phải làm gì đây khi môi trường phát triển khoa học hàng không không gian không tồn tại?

Hiện tại, kỹ sư được đào tạo từ ngành hàng không chỉ phục vụ trong việc khai thác và sửa chữa máy bay đã được mua từ lâu. Nếu muốn đi vào nghiên cứu khoa học thì chỉ có con đường ra nước ngoài, và đây là một bất lợi lớn cho Việt Nam nếu nguồn chất xám này không quay về giúp đất nước phát triển. Muốn giữ chân nhân tài thì nhà nước phải có chiến lược phát triển lâu dài - không phải chỉ để cạnh tranh trên thị trường toàn cầu mà còn xây dựng lực lượng quân sự gìn giữ an ninh quốc gia.

Trích từ bài phỏng vấn PGS-TS Nguyễn Thiện Tống, Lao Động Cuối Tuần, Số 16, 28/4/2007 . Chẳng lẽ chúng ta chưa có sự chuẩn bị xây dựng chiến lược phát triển về KHHKKG trong khi thực tế đang đòi hỏi?

- Theo như tôi được biết, từ trước đến nay chưa có cuộc hội thảo quốc gia nào để thảo luận về định hướng đào tạo, nghiên cứu và phát triển KHHKKG. Tại Trường Đại học Bách khoa TPHCM, chúng tôi chưa có bất cứ một sự đầu tư nào cho công tác nghiên cứu về ngành khoa học này. Nhưng tôi cũng xin nói thật lòng nhé, nhận kinh phí của Nhà nước để nghiên cứu khoa học rất mệt mỏi.

Tôi tự liên hệ với các trường đại học trên thế giới để tìm học bổng cho các em đi học và nghiên cứu là nhanh chóng và hiệu quả nhất. Bộ môn Kỹ thuật hàng không của Trường Đại học Bách khoa TPHCM có tỉ lệ sinh viên đi nhận được học bổng du học và tỉ lệ tiến sĩ tốt nghiệp ở nước ngoài rất cao. Có khoá tốt nghiệp 27 kỹ sư nhưng được học bổng học thạc sĩ và tiến sĩ 16 người. Được như vậy là do các em học giỏi, và một phần là do sự hợp tác tốt với các trường ở nước ngoài.

Là một nhà khoa học, có nhiều năm nghiên cứu giảng dạy về chuyên ngành này, ông có đề xuất gì với Chính phủ về chiến lược phát triển KHHKKG của VN?

- Phải đầu tư phát triển đào tạo ngành này. Thành lập được các khoa hàng không - hàng hải ở các trường đại học đủ điều kiện, chương trình đào tạo và chất lượng đào tạo đạt đẳng cấp quốc tế. Từ đó chúng ta có được một lực lượng chế tạo máy bay, tàu thủy phục vụ cho cả dân sự, an ninh quốc phòng.

Đây là một lĩnh vực rất khó nên cần phải hợp tác, dần dần sẽ đủ sức để độc lập, tự chủ trong lĩnh vực này. Chúng ta có thể thành lập trung tâm nghiên cứu thiết kế về HKKG, quy tụ các nhà khoa học, kỹ sư giỏi để nghiên cứu và hợp tác quốc tế. Cũng xin lưu ý thêm rằng, chúng ta có một đội ngũ giáo sư gốc Việt đang giảng dạy và nghiên cứu về KHHKKG ở Pháp, Đức, Mỹ, Canada, Bỉ, UÁc; nếu chúng ta có chiến lược phát triển ngành khoa học này, có chủ trương tập hợp thì sẽ có nhiều người sẵn sàng đóng góp vì đất nước.

Hậu Phú (tổng hợp)

Trích báo Tạp Chí Phía Trước