Khí cầu bay ở độ cao hàng chục nghìn mét có cấu tạo thế nào, hoạt động ra sao?

Một số khí cầu có thể vượt khoảng cách hàng nghìn km và lơ lửng nhiều ngày ở độ cao hàng chục nghìn mét khiến nhiều người đặt câu hỏi rằng chúng có cấu tạo và hoạt động như thế nào.

Một khí cầu do NASA phát triển (ảnh: Reuters)

1. Cấu tạo và hoạt động của khí cầu

Khí cầu ban đầu có thiết kế đơn giản và hoạt động dựa trên một nguyên lý khoa học rất cơ bản: Khí nóng nhẹ hơn khí lạnh.

Những chiếc khí cầu đầu tiên trên thế giới được thiết kế với một bệ đốt đặt bên dưới bóng khí. Khi đốt lửa, nhiệt độ sẽ làm không khí trong bóng khí nóng lên. Bóng khí dần phình to, chứa đầy khí nóng và kéo theo vật nặng (có thể là giỏ chở người) bay lên.

Ngày nay, khí cầu được chia thành 3 loại chính: Loại dùng bệ lửa đốt nóng không khí. Loại bơm khí (thường là khí heli hoặc khí hydro nhẹ hơn không khí). Loại sử dụng khí nóng và có cả ngăn chứa khí heli hoặc khí hydro, theo Howstuffworks.

Phần bóng của khí cầu thường được làm bằng vải nilon, gia cố bằng vải may. Đây là 2 vật liệu tốt để làm phần bóng khí cầu. Chúng có trọng lượng nhẹ, dẻo dai và ít bị biến dạng khi tiếp xúc với nhiệt độ Mặt trời.

Một số khí cầu có thể được lắp thêm cánh quạt, hỗ trợ phi công hoặc người điều khiển từ xa điều hướng khí cầu trên không. Tuy nhiên, về cơ bản, khí cầu chỉ có thể di chuyển lên và xuống thông qua việc bơm và xả khí. Muốn bay ngang trên không, khí cầu cần nương theo chiều gió.

Khí cầu quân sự của Nga (ảnh: RT)

Theo Spyscape, để khí cầu di chuyển ngang trên không trung không phải chuyện dễ. Ở trên cao, các luồng gió thường thổi mạnh hơn so với mặt đất. Nếu không tính toán cẩn thận, khí cầu sẽ mất phương hướng khi bay và có thể gây tai nạn.

Để đưa khí cầu bay từ Đông sang Tây, các chuyên gia phải tính toán sao cho khí cầu đón được luồng gió Jet Stream (dòng tia). Theo National Weather, đây là luồng gió bao quanh Trái đất, thổi mạnh từ Đông sang Tây. Các nhà khoa học ước tính, khi bay nương theo luồng gió Jet Stream, một khí cầu lớn có thể chở hàng nghìn tấn hàng hóa, bay vòng quanh Trái đất trong 16 ngày mà không tốn quá nhiều nhiên liệu.

Luồng gió Jet Stream trên địa cầu (ảnh: National Weather)

Trong ngành hàng không, các máy bay bay cùng chiều với luồng gió Jet Stream sẽ tiết kiệm thời gian, tiêu tốn ít nhiên liệu hơn và ngược lại. Một số nhà khoa học đã lên ý tưởng về việc lợi dụng luồng gió Jet Stream để phát triển ngành vận tải hàng không bằng khí cầu.

Cấu tạo khí cầu Trung Quốc bị quân đội Mỹ bắn hạ (ảnh: WP)

2. Cấu tạo của khí cầu Trung Quốc bị quân đội Mỹ bắn hạ

Tướng Glen VanHerck – chỉ huy Bộ Tư lệnh phương Bắc của Mỹ – cho biết, khí cầu bị bắn hạ hôm 4/2 của Trung Quốc cao khoảng 60 mét. Thời điểm bị bắn hạ, nó bay ở độ cao khoảng 18.000 mét.

James Flaten – chuyên gia về khí cầu tại Đại học Minnesota (Mỹ) – nhận xét, khí cầu của Trung Quốc có kích thước tương đương 3 chiếc xe bus. Nó có thể hoạt động trên tầng bình lưu, ở độ cao từ 24.000 – 36.500 mét.

“Khí cầu được trang bị các tấm pin mặt trời. Nó có thể hoạt động trong thời gian dài và tự cấp điện”, ông Flaten – người từng có thời gian làm việc ở NASA – nói với trang NPR (Mỹ).

Theo ông Flaten, việc khí cầu bay từ Trung Quốc sang Mỹ không phải điều bất khả thi, nhưng cũng không dễ thực hiện.

“Khí cầu sẽ bay theo gió. Thường thì chúng không thể tự di chuyển theo chiều ngang. Trong tầng bình lưu, các khí cầu có thể hoạt động theo cách khó lường trước được”, ông Flaten cho biết.

Washington Post hôm 13/2 đăng tải hình ảnh được cho là cấu tạo của khí cầu Trung Quốc bị bắn rơi. Theo đó, khí cầu này bao gồm phần bóng khí (được bơm khí heli hoặc hydro), van bơm khí, van xả khí, ống nén khí, 2 tấm pin mặt trời và một số thiết bị khác, có thể là cảm biến điện tử. Đây là dạng khí cầu khá hiện đại.

Quân đội Mỹ vớt mảnh vỡ từ khí cầu Trung Quốc (ảnh: Reuters)

Trong thông báo hôm 13/2, quân đội Mỹ tuyên bố, họ thu giữ được các cảm biến điện tử từ mảnh vỡ khí cầu Trung Quốc. Trước đó, một số nguồn tin (giấu tên) từ giới chức Mỹ cho rằng, khí cầu bị bắn hạ của Trung Quốc có gắn cánh quạt.

Trung Quốc đã nhiều lần bác bỏ thông tin nước này gửi khí cầu do thám tới Mỹ và phản đối việc quân đội Mỹ dùng tên lửa bắn hạ khí cầu. Theo Bắc Kinh, đây là khí cầu phục vụ nghiên cứu thời tiết, bị mất kiểm soát và bay dạt vào không phận Mỹ.

3. Khí cầu từng được sử dụng cho mục đích quân sự ra sao?

Pháp được cho là nước đầu tiên sử dụng khí cầu cho mục đích quân sự. Năm 1794, nước này thành lập một đơn vị trinh sát bằng khí cầu, theo Spyscape.

Trong nội chiến Mỹ (1861 – 1865), quân đội Liên bang miền Bắc đã thành lập lực lượng khinh khí cầu nhằm do thám hoạt động của Liên minh miền Nam. Đơn vị này được trang bị 7 khinh khí cầu, hoạt động từ năm 1861 – 1863 và có thành tích không đáng kể.

Năm 1915, Đức từng thả những khí cầu dài hơn 152m vào đất Anh (trong Thế chiến I). Các khí cầu này có người lái, bay với vận tốc tối đa 145km/h và có thể mang theo 2 tấn bom. Khí cầu hoạt động ở độ cao khoảng 50.000m, vượt tầm bay của hầu hết máy bay quân sự thời bấy giờ. Khí cầu ném bom của Đức đã khiến hàng trăm người Anh thiệt mạng, theo History.

Khí cầu quân sự của Đức trong Thế chiến I (ảnh: History)

Năm 1940, quân đội Anh từng sử dụng khí cầu trang bị chất nổ thả vào Đức nhằm gây thiệt hại, hỏa hoạn (trong Thế chiến II). Anh hy vọng những khí cầu này có thể phá hoại hạ tầng công nghiệp Đức hoặc gây cháy rừng, nhưng không thành công.

Vào những năm 1940, các nhà khoa học Nhật Bản đã phát hiện ra luồng gió Jet Stream. Quân đội Nhật cho rằng luồng gió này có thể giúp họ thả những quả bom khinh khí vào đất Mỹ.

Từ tháng 11/1944 tới tháng 4/1945, quân đội Nhật đã thả hơn 9.000 bom khinh khí với mục đích gây thiệt hại cho Mỹ. Phần lớn số bom này rơi xuống Thái Bình Dương. Chỉ có khoảng 300 quả bom khinh khí rơi xuống lãnh thổ Mỹ, Canada nhưng gây thương vong không lớn.

Theo SCMP, vào những năm 1950, Mỹ từng thả hơn 500 khí cầu tới các nước đối thủ như Liên Xô và Trung Quốc để do thám quân sự. Chỉ 31 khí cầu gửi về thông tin mà Mỹ có thể khai thác được.

Nguồn: [Link nguồn]Nguồn: [Link nguồn]