Tesla đã làm gì để ô tô Roadster có thể bay, treo ngược và lộn vòng?

Trong màn trình diễn ngày 15/10 tại Texas, Mỹ, chiếc Tesla Roadster màu trắng lao lên một đường dốc cong gần như dựng đứng, tiến đến tư thế gần lộn ngược rồi rời mép dốc. Các vòi phụt phía sau và dưới thân xe hoạt động, điều chỉnh chuyển động để đưa xe trở lại mặt đường. Ở màn tiếp theo, xe phóng qua một hàng phương tiện, xoay vòng giữa không trung rồi tiếp đất.

Theo Reuters, mẫu xe được phát triển với sự phối hợp giữa Tesla và SpaceX, công ty hàng không vũ trụ do Elon Musk điều hành. Màn trình diễn kết hợp hai hệ thống có nhiệm vụ khác nhau: quạt hút giúp xe bám vào bề mặt, còn các vòi phụt khí nén tạo lực đẩy để xe rời mặt đất và điều chỉnh tư thế khi ở trên không.

Tuy nhiên, cần phân biệt rõ: Roadster không phải máy bay có thể bay hành trình. Màn trình diễn cho thấy xe có thể thực hiện những cú nhảy và động tác trên không trong thời gian ngắn. Khả năng vận hành lặp lại, độ bền và mức độ an toàn khi có người ngồi bên trong vẫn cần được chứng minh.

Quạt hút giúp ô tô bám đường, kể cả khi lộn ngược

Bí quyết đầu tiên nằm ở hệ thống quạt hút được bố trí dưới thân xe, trong khu vực bộ khuếch tán gió phía sau. Thay vì chỉ dựa vào trọng lượng xe và lực ép khí động học từ cánh gió, hệ thống chủ động hút không khí khỏi khoảng không dưới gầm, tạo chênh lệch áp suất để ép xe vào bề mặt đường.

Có thể hình dung cơ chế này giống một chiếc giác hút. Khi áp suất dưới gầm xe giảm so với áp suất phía trên, chênh lệch áp suất tạo lực ép thân xe về phía mặt đường. Nếu lực ép đủ lớn và lốp duy trì được độ bám, xe có thể tiếp xúc với một bề mặt gần thẳng đứng hoặc hướng xuống dưới mà không phụ thuộc hoàn toàn vào trọng lực như khi chạy trên đường bằng.

Theo thông tin được Tesla công bố tại sự kiện, hệ thống có thể tạo lực ép tương đương hai lần trọng lực tác dụng lên xe. Tại thời điểm Roadster leo lên đoạn dốc cong gần như lộn ngược, màn hình hiển thị trong sự kiện cho thấy lực ép khoảng 4.700 kg.

Điểm khác biệt so với cánh gió thông thường là quạt hút có thể tạo lực ép ngay cả ở tốc độ thấp, miễn là hệ thống có đủ công suất và hạn chế được không khí lọt vào dưới gầm. Trong khi đó, lực ép từ cánh gió khí động học chủ yếu phụ thuộc vào dòng không khí chuyển động quanh thân xe, nên thường giảm khi tốc độ giảm.

Nguyên lý này không hoàn toàn mới. Năm 1978, xe đua Brabham BT46B từng sử dụng quạt hút để tăng lực ép xuống mặt đường. Với Roadster, Tesla muốn đưa nguyên lý tạo lực ép chủ động vào một mẫu ô tô thể thao, đồng thời kết hợp nó với khí động học chủ động và hệ thống phụt khí nén.

Bằng sáng chế Mỹ số 12.377.920, được cấp cho Tesla năm 2025, mô tả hệ thống khí động học thích ứng sử dụng quạt cùng các bộ phận có thể triển khai để hạn chế không khí lọt vào gầm. Cấu hình này phù hợp với nguyên lý xuất hiện trong màn trình diễn, nhưng chưa đủ căn cứ để khẳng định mọi chi tiết trong bằng sáng chế đều được trang bị trên phiên bản thương mại.

Trên đường đua, lực ép bổ sung có thể giúp lốp tạo lực bám lớn hơn khi vào cua. Tuy nhiên, chỉ lực ép thì không bảo đảm an toàn: lốp, hệ thống treo, kết cấu thân xe và phanh vẫn phải đáp ứng tải trọng tương ứng. Giá trị thực tế của công nghệ phụ thuộc vào khả năng phối hợp toàn bộ các hệ thống, chứ không chỉ nằm ở con số lực ép tối đa.

Khí nén tạo lực đẩy để xe rời mặt đất

Nếu quạt hút giúp Roadster bám vào bề mặt, các vòi phụt khí nén là bộ phận tạo nên những màn trình diễn trên không.

Theo bài phân tích của chuyên trang ô tô Paul Tan về sự kiện, hệ thống trên phiên bản Rocket sử dụng hai bình chứa khí nén có tổng dung tích khoảng 600 lít, chứa khoảng 250 kg không khí. Các bình chịu áp lực gia cường bằng vật liệu composite sợi carbon, thường được gọi là COPV. 10 vòi phun được bố trí quanh xe, trong đó các vòi chính ở phía sau tạo lực đẩy lớn, còn những vòi khác hỗ trợ kiểm soát hướng và tư thế.

Cơ chế hoạt động dựa trên định luật bảo toàn động lượng. Khi khí nén thoát ra khỏi vòi phun với tốc độ cao, nó tạo lực đẩy theo hướng ngược lại. Nguyên lý này tương tự động cơ tên lửa ở cách tạo lực đẩy, nhưng hệ thống của Roadster được mô tả sử dụng khí nén tích trữ, không phải đốt nhiên liệu để tạo dòng khí nóng như động cơ tên lửa hóa học.

Khí được tích trữ trong các bình chịu áp lực rồi giải phóng qua những vòi phun theo yêu cầu của hệ thống điều khiển. Khi lực đẩy hướng xuống dưới, phản lực có thể nâng xe lên; khi các vòi tạo lực theo những hướng khác nhau, chúng có thể làm thay đổi chuyển động quay và tư thế của xe. Việc phối hợp các vòi phun vì thế quan trọng không kém tổng lực đẩy.

Tesla công bố lực đẩy của các vòi chính vượt 80 kN. Đây là mức lực đáng kể, nhưng không có nghĩa xe có thể bay lâu hoặc bay xa. Khả năng nâng xe phụ thuộc vào tổng lực đẩy so với trọng lượng tại thời điểm đó; thời gian hoạt động còn phụ thuộc vào lượng khí có thể giải phóng, áp suất làm việc và lưu lượng qua vòi phun.

Cấu hình này cũng không được trang bị đồng nhất trên mọi phiên bản Roadster. Theo thông tin công bố, bản Performance có hệ thống khí động học chủ động và quạt hút; bản Thrust bổ sung các vòi phụt phục vụ tăng tốc; còn bản Rocket được giới thiệu với hệ thống phụt khí nén đầy đủ để thực hiện các động tác trên không và chỉ có một chỗ ngồi. Vì vậy, không thể mặc nhiên cho rằng mọi chiếc Roadster bán ra đều có khả năng bay như xe trong màn trình diễn.

Hệ thống bình khí cũng đặt ra những yêu cầu kỹ thuật đáng kể. Bình phải chịu được áp suất cao, được bảo vệ trước nguy cơ hư hỏng và rò rỉ, trong khi khí nén cần được nạp lại sau khi sử dụng. Elon Musk cho biết các bình có thể được nạp lại để tiếp tục thực hiện những động tác này. Tuy nhiên, Tesla chưa công bố đầy đủ thời gian nạp, số lần thực hiện động tác trên mỗi lần nạp hay chi phí vận hành trong điều kiện sử dụng thực tế.

Một chi tiết quan trọng khác là chiếc xe trong màn trình diễn được điều khiển tự động. Musk giải thích cách vận hành này nhằm tránh đặt con người vào nguy hiểm nếu thử nghiệm thất bại.

Ngoài quạt hút và vòi phụt, Roadster còn sử dụng khí động học chủ động. Cánh gió và các bộ phận điều hướng dòng khí có thể thay đổi trạng thái theo chế độ vận hành, nhằm cân bằng giữa lực ép xuống đường và lực cản không khí. Khi vào cua hoặc phanh, tăng lực ép có thể cải thiện độ bám; ở tốc độ cao, giảm lực cản có thể giúp xe đạt vận tốc lớn hơn.

Màn trình diễn cho thấy Tesla đã đưa các nguyên lý kỹ thuật này vào một chiếc xe thử nghiệm có thể thực hiện những động tác phức tạp trước đám đông. Nhưng để trở thành tính năng đáng tin cậy trên ô tô thương mại, công nghệ còn phải vượt qua những bài toán mà một màn trình diễn chưa thể trả lời: độ bền, khả năng tái sử dụng, chi phí và an toàn khi có người ngồi bên trong.