Công nghệ gây chú ý nhất trên mẫu Tesla Roadster mới chính là hệ thống đẩy được phát triển từ công nghệ của SpaceX – công ty tên lửa, vệ tinh và trí tuệ nhân tạo cũng thuộc sở hữu của tỷ phú Elon Musk.
Trên chiếc Roadster được giới thiệu tại sự kiện, có thể thấy 4 vòi phun kim loại nằm ngay phía trên cản sau. Thoạt nhìn, chúng chẳng khác nào những đầu ống xả trên một mẫu siêu xe thông thường, chẳng hạn Chevrolet Corvette C8, chỉ có điều chúng được bố trí cách xa nhau hơn.
Nhưng Roadster là xe điện, nên những ống này không thải khí đốt mà phun khí nén áp suất cao, chủ yếu là nitơ. Lượng khí được tích trữ trong một bình hình cầu lớn màu đen, đặt phía sau hai ghế trước.
Thiết bị này là bình chịu áp lực có lớp vỏ bọc composite (COPV), được nối với hai đường ống dẫn khí tới 4 vòi phun. Các vòi phun hoạt động theo nguyên lý động cơ đẩy khí lạnh (CGT).
Bắt đầu từ bình chịu áp lực COPV
Đúng như tên gọi, COPV là một bình chứa khí ở áp suất rất cao, bên ngoài được quấn bằng vật liệu composite. Trên Roadster, bình có dạng hình cầu lớn màu đen, kích thước tương đương một quả bóng tập thể dục cỡ lớn trong phòng gym, bên ngoài phủ lớp sợi carbon composite màu đen bóng đặc trưng.
Có thể hình dung COPV giống bình nhiên liệu trên xe chạy bằng khí thiên nhiên nén (CNG) hoặc khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG). Điểm khác biệt là hỗn hợp khí nitơ bên trong COPV được nén ở áp suất cao hơn nhiều, lên tới 10.000 psi (khoảng 689 bar), tương đương mức áp suất trong các hệ thống pin nhiên liệu hydro hiện đại.
Bình trên Roadster trông giống một bình khí lặn có đường kính lớn, hai đầu gần như hình bán cầu. Theo những thông tin được công bố, thể tích bình vào khoảng 200 lít – một lượng khí rất lớn khi được nén ở áp suất 10.000 psi.
COPV không phải công nghệ mới. Các bình chứa áp suất cao đã được sử dụng trong ngành tên lửa hiện đại ngay từ những ngày đầu. Ban đầu, chúng được chế tạo bằng thép, sau đó là nhôm và thậm chí cả titan.
Trong cuộc đua chế tạo bình chứa vừa nhẹ vừa bền, nhóm phát triển tàu con thoi của NASA tiên phong sử dụng các bình có lớp lót kim loại bên trong, bên ngoài quấn nhiều loại vật liệu composite.
Yếu tố then chốt giúp bình chịu được áp suất cực cao là lớp composite quấn bên ngoài. Lớp này được tạo thành từ các sợi vật liệu có độ bền cao nhưng trọng lượng thấp, trong đó có Kevlar và sợi carbon. Việc quấn sợi liên tục thay vì chồng các dải hoặc bó sợi riêng lẻ giúp tăng độ bền tối đa, trong khi lớp lót kim loại bên trong ngăn khí thẩm thấu qua thành bình.
Đầu năm nay, SpaceX mua lại Hexagon Masterworks, công ty chuyên sản xuất COPV, nhằm đưa công nghệ quan trọng này về phát triển nội bộ. Các tên lửa của SpaceX cũng sử dụng nhiều bình COPV.
Van, bộ truyền động và đường ống
Ở hai đầu đối diện của bình cầu là các mặt bích lớn, được cố định bằng 12 bu lông lớn và nối với đường ống dẫn khí. Bao quanh đường ống là hai bộ truyền động dạng piston.
Kích thước đồ sộ của hai mặt bích cùng số lượng đai ốc được cố định bằng dây an toàn cho thấy áp suất rất cao bên trong COPV. Các mô-tơ điều khiển bộ truyền động dường như được lấy từ cụm mắt cá chân của robot Tesla Optimus.
Những bộ truyền động này kiểm soát các van bên trong đường ống, điều tiết lượng khí thoát ra khỏi bình COPV ở tốc độ siêu thanh. Khí sau đó đi qua hai đường ống dài, rồi được chia nhánh và dẫn tới 4 vòi phun CGT.
Khí thoát ra qua vòi phun CGT
Thuật ngữ này chỉ động cơ đẩy khí lạnh (cold gas thruster), còn các vòi phun có nhiệm vụ định hướng dòng khí áp suất cao thoát ra từ bình COPV.
Theo ông Lars Moravy, Phó chủ tịch phụ trách kỹ thuật xe của Tesla, tất cả các ống và van dẫn khí ra khỏi bình COPV phải có chiều dài chính xác như nhau. Nguyên tắc này tương tự việc thiết kế các đường ống có chiều dài bằng nhau trong cổ góp xả của động cơ đốt trong.
Nếu chiều dài các đường ống khác nhau, khí thoát ra sẽ đi theo những đường dẫn không đồng nhất, khiến lưu lượng cấp tới các vòi phun CGT mất cân bằng.
Trong tình huống hệ thống tạo lực đẩy về phía trước, sự mất cân bằng này có thể khiến xe bất ngờ lệch hướng quay quanh trục đứng. Chẳng hạn, nếu khí thoát ra nhanh hơn ở hai vòi bên trái, xe có thể bị xoay sang phải, và ngược lại.
Kim loại đặc biệt
Do phải chịu áp suất rất cao trong khi Tesla cần giảm tối đa khối lượng xe, các ống dẫn dài và vòi phun lực đẩy được chế tạo từ titan. Trong khi đó, các đoạn ống chia nhánh nối giữa chúng ở mỗi bên sử dụng hợp kim Inconel, loại hợp kim hiệu năng cao có khả năng chịu nhiệt và điều kiện vận hành khắc nghiệt.
Roadster dùng lực đẩy sẽ chạy nhanh đến đâu?
Những nhà sưu tập xe cực kỳ giàu có, luôn săn tìm mẫu siêu xe có khả năng tăng tốc từ 0 lên 60 dặm/giờ (khoảng 97 km/giờ) trong chưa đầy 1 giây, hiểu rõ rằng các mẫu siêu xe hiệu năng cực cao hiện nay bị giới hạn bởi lực gia tốc tối đa mà lốp xe có thể truyền xuống mặt đường.
Nếu bổ sung lực đẩy từ hệ thống vòi phun, cuộc đua tăng tốc có thể bước sang một giới hạn mới.
Theo phép tính ước lượng của nhóm tác giả, hai mô-tơ phía sau, với tổng công suất 1 MW (tương đương 1.341 mã lực), có thể tạo ra lực đẩy về phía trước khoảng 32,3 kN, tương đương 7.261 pound-lực. Một phần đáng kể lực bám này đến từ hệ thống quạt hút có ống dẫn, giúp ép xe xuống mặt đường với gia tốc tương đương hơn 2g.
Để một chiếc Roadster nặng khoảng 3.750 pound (khoảng 1.701 kg) đạt tốc độ 60 dặm/giờ trong 0,8 giây như Tesla tuyên bố, hệ thống vòi phun cần đóng góp thêm khoảng 19,8 kN lực đẩy, tương đương 4.451 pound-lực.
Tuy nhiên, nhóm tác giả chưa biết hình dạng cụ thể của họng phun CGT, cũng như hệ số cản khí động học và diện tích cản trước của Roadster. Vì vậy, họ chưa thể xác định chính xác lực đẩy hữu ích có thể duy trì trong bao lâu hoặc chiếc xe sẽ đạt tốc độ bao nhiêu tại thời điểm đó.
Dù vậy, nhóm cho rằng vài giây duy trì lực đẩy là một giả định hợp lý. Khi đó, xe có thể đạt tốc độ ít nhất khoảng 135-180 dặm/giờ (217-290 km/giờ), trong khi các mô-tơ điện vẫn tiếp tục tạo lực kéo.
Đây là những phép tính ước lượng của nhóm tác giả, không phải kết quả thử nghiệm độc lập xác nhận khả năng tăng tốc thực tế của chiếc xe.
Còn khả năng xoay tròn và bay lên thì sao?
Theo thông tin mà nhóm tác giả thu thập được, chiếc Roadster trình diễn khả năng lơ lửng, xoay tròn và bay lên được trang bị thêm một bình COPV. Bình bổ sung này giúp tăng tổng lượng khí dành cho hệ thống đẩy lên gấp 3 lần.
Nhóm tác giả cũng tính toán rằng xe có ít nhất 6 vòi phun CGT bổ sung. Trong đó, 4 vòi hướng xuống dưới để tạo lực đẩy theo phương thẳng đứng; 2 vòi còn lại hướng sang trái và phải, đặt ở phần đầu thân xe, giúp tạo lực xoay ngang.
Cấu hình này có thể giải thích cách hệ thống phân bổ lực theo nhiều hướng, thay vì chỉ đẩy xe tiến về phía trước. Tuy nhiên, khả năng lơ lửng hay bay trong thời gian ngắn vẫn cần được đánh giá dựa trên các thông số kỹ thuật và thử nghiệm thực tế.
Lấy “nhiên liệu tên lửa” ở đâu?
Dù còn mới mẻ trong ngành ô tô, COPV và CGT đều là những công nghệ đã được hiểu rõ. So với các phản ứng hóa học tạo lực đẩy cho tên lửa đẩy nhiên liệu rắn, hệ thống sử dụng khí nén có mức năng lượng thấp hơn đáng kể và về nguyên lý tương đối đơn giản.
Về lý thuyết, lượng khí nén cần thiết để vận hành CGT trên Roadster có thể được cung cấp bởi các nhà phân phối khí công nghiệp hiện có, chẳng hạn Air Liquide, Airgas và Linde Gas.
Tuy nhiên, tại sự kiện giới thiệu xe, tỷ phú Elon Musk mô tả loại khí dùng trong hệ thống COPV-CGT của Roadster về cơ bản là không khí, đồng thời ám chỉ rằng chiếc xe có thể tự thu gom, nén và lưu trữ “nhiên liệu tên lửa” cho chính mình.
Ý tưởng này nghe hấp dẫn, nhưng cũng đặt ra nhiều câu hỏi về cách hệ thống hoạt động trên thực tế, khả năng nạp khí và mức năng lượng cần thiết để tạo ra lực đẩy như kỳ vọng.
Ngay cả những chuyên gia về phương tiện giao thông đường bộ cũng đang loay hoay tìm lời giải cho câu hỏi: Một chiếc xe có thể lơ lửng, xoay tròn và bay những quãng ngắn sẽ mang lại lợi ích thiết thực gì?
Dẫu vậy, nếu việc đưa chiều thứ ba vào hoạt động di chuyển bằng ô tô trở thành xu hướng lớn tiếp theo, chúng ta có thể sẽ phải làm quen với một khái niệm hoàn toàn mới về siêu xe. Hãy chờ những cập nhật tiếp theo về Tesla Roadster.
Theo Motor Trend
