Tìm hiểu về nhiệm vụ tiếp nhiên liệu trên không

Tiếp nhiên liệu trên không là quá trình chuyển nhiên liệu hàng không từ một máy bay quân sự (máy bay chở nhiên liệu) sang một máy bay quân sự khác khi cả hai đang trong hành trình bay.

Hoạt động này cho phép máy bay duy trì thời gian trên không lâu hơn, kéo dài phạm vi bay, đồng thời tiết kiệm nhiên liệu trên các chuyến bay đường dài khi máy bay không phải hạ cánh xuống sân bay/tàu sân bay để nạp nhiên liệu.

Tiêm kích F/A-18 Super Hornet tiếp nhiên liệu cho máy bay cảnh báo sớm E-2D Advanced Hawkeye của Hải quân Mỹ. Ảnh: Avionics Magazine.

Thông thường, máy bay tiếp nhiên liệu được thiết kế đặc biệt cho nhiệm vụ như Airbus A400M của Không quân Pháp, Tây Ban Nha và Đức; Boeing KC-46 Pegasus của Không quân Mỹ; Ilyushin Il-78 Midas của Không quân Nga… Tuy nhiên, một số máy bay như tiêm kích F/A-18 Super Hornet của Hải quân Mỹ cũng có thể vừa làm nhiệm vụ chiến đấu, vừa có thể tiếp nhiên liệu trên không cho các máy bay khác.

Lịch sử ra đời

Ý tưởng về việc tiếp nhiên liệu trên không “manh nha” xuất hiện từ những năm 1920. Cơ chế tiếp-nhận nhiên liệu trên không còn khá thô sơ: hai chiếc máy bay bay chậm theo đội hình cao-thấp, một vòi nối từ thùng nhiên liệu cầm tay trên chiếc này được thả xuống và phi công lắp vào thùng nhiên liệu của chiếc kia.

Lần tiếp nhiên liệu trên không đầu tiên, theo nhà nghiên cứu hàng không Alexander Seversky, được thực hiện vào ngày 27/6/1923 giữa hai máy bay chiến đấu Airco DH-4B của lực lượng không quân thuộc Lục quân Mỹ.

Hai máy bay Airco DH-4B thực hiện tiếp nhiên liệu trên không ngày 27/6/1923. Ảnh: US Army.

Một kỷ lục về sau đó đã được thiết lập bởi ba chiếc Airco DH-4B (hai chiếc tiếp, một chiếc nhận nhiên liệu) vào ngày 27/8/1923, khi chiếc Airco DH-4B duy trì thời gian bay liên tục tới hơn 37 tiếng nhờ 9 lần nhận nhiên liệu trên không để lấy 2.600 lít nhiên liệu và 140 lít dầu động cơ. Ít lâu sau, ngày 25/10/1923, một chiếc Airco DH-4B khác bay từ thành phố Sumas của tiểu bang Washington, Mỹ đến thành phố Tijuana của Mexico nhờ sử dụng nhiên liệu tiếp trên không.

Các cuộc thử nghiệm tương tự về kỹ thuật tiếp nhiên liệu trên không cũng diễn ra tại các căn cứ của Không quân Hoàng gia Anh và Không quân Pháp trong năm 1923. Tuy nhiên, những thí nghiệm ban đầu này chưa được coi trọng và bị xem là “hoạt động tiềm ẩn nguy hiểm” trong quá trình bay.

Những năm sau, quân đội Mỹ tiếp tục đi đầu trong việc thử nghiệm kỹ thuật tiếp nhiên liệu trên không. Trong đó, vào năm 1929, một nhóm các phi công của Lục quân Mỹ, do Thiếu tá Carl Spaatz dẫn đầu, đã lập kỷ lục bay hơn 150 giờ bằng máy bay Atlantic-Fokker C-2A Question Mark.

Quy trình tiếp nhiên liệu trên không

- Clip: Máy bay KC-135 tiếp nhiên liệu trên không cho tiêm kích F-16 của Không quân Mỹ. Nguồn: US Air Force.

Quy trình được chia làm 4 bước căn bản. Bước đầu tiên là hai máy bay tiếp cận nhau ở độ cao nhất định, máy bay tiếp nhiên liệu phải bay cao hơn chiếc nhận nhiên liệu. Bước thứ hai là máy bay tiếp nhiên liệu thả ống ra và kết nối vào bộ phận nhiên liệu của chiếc kia. Bước thứ ba là tiếp nhiên liệu. Bước cuối cùng là máy bay tiếp nhiên liệu kết thúc tiếp nhiên liệu, máy bay nhận nhiên liệu nhả ống để máy bay tiếp nhiên liệu thu ống sau đó hai máy bay cơ động rời nhau ra.

Trong quy trình trên, bước thứ ba là khó khăn nhất bởi nó đòi hỏi hai máy bay phải bay cùng tốc độ, hướng và góc lượn. Ngày nay, nhờ ứng dụng máy tính cùng các thiết bị vận hành thủy lực và cảm biến nên phi công và người vận hành dễ dàng theo dõi mức nhiên liệu bổ sung và thời điểm dừng. Nếu có sự cố trong lúc tiếp nhiên liệu, thiết bị điều khiển sẽ tự động đóng van để nhiên liệu không chảy ra ngoài.

Các phương pháp chính

Dùng dây cáp kéo vòi bơm

Từ những năm 1920, rất nhiều người đam mê hàng không đã lập các kỷ lục về quãng đường bay bằng cách sử dụng tiếp nhiên liệu trên không. Một trong những người như vậy là Alan Cobham, một quân nhân thuộc lực lượng không quân của Lục quân Hoàng gia Anh trong Chiến tranh thế giới lần thứ nhất. Ông đã thực hiện các chuyến bay đường dài đến những nơi xa xôi ở châu Phi, Australia và bắt đầu thử nghiệm khả năng tiếp nhiên liệu trên chuyến bay để mở rộng phạm vi bay.

Cơ chế thực hiện phương pháp dùng dây cáp kéo vòi bơm. Ảnh: Scholarworks.

Với kinh nghiệm tích lũy được, ông Cobham – đồng sáng lập công ty sản xuất máy bay Airspeed Limited – đã phát triển một phương pháp tiếp nhiên liệu trên không mới. Hệ thống tiếp nhiên liệu trên không này được trình diễn công khai lần đầu tiên vào năm 1935 bởi chiếc Airspeed Courier (nhận nhiên liệu) và Handley Page Type W10 (tiếp nhiên liệu).

Theo đó, Airspeed Courier thả một sợi cáp bằng thép. Sau đó, Handley Page Type W10 dùng súng bắn dây để tóm lấy cáp rồi kéo cáp vào máy bay. Sau đó, sợi cáp được nối với đầu ống tiếp nhiên liệu. Tiếp đến, phi công trên chiếc Airspeed Courier sẽ lôi sợi cáp cùng ống tiếp nhiên liệu và đấu nối vào thùng xăng của máy bay. Cuối cùng, máy bay tiếp nhiên liệu sẽ bay lên trên máy bay nhận nhiên liệu để nhiên liệu có thể chảy xuống thông qua đường ống đã kết nối giữa hai máy bay. Kết thúc nhận nhiên liệu, Airspeed Courier thả ống tiếp nhiên liệu để Handley Page Type W10 thu về.

Máy bay Boeing B-50 Superfortress Lucky Lady II của Không quân Mỹ thực hiện tiếp nhiên liệu bằng phương pháp dùng dây cáp kéo vòi bơm năm 1949. Ảnh: US Air Force.

Trong Chiến tranh thế giới lần thứ hai, các máy bay chiến đấu có phạm vi hoạt động ngắn hơn so với máy bay ném bom. Một số lượng đáng kể máy bay ném bom của quân Đồng Minh đã bị các máy bay chiến đấu của phát xít Đức bắn hạ do chúng không được bảo vệ bởi máy bay chiến đấu trong đội hình bay. Quân Đồng Minh đã tính đến khả năng phải sử dụng tiếp nhiên liệu trên không. Tuy nhiên, phương pháp của ông Cobham lại rất khó áp dụng cho các máy bay chiến đấu. Do đó, giải pháp đặt ra là lắp thêm thùng dầu phụ cho máy bay chiến đấu và phát triển các dòng máy bay chiến đấu có phạm vi hoạt động rộng, thí dụ như chiếc North American P-51 Mustang.

Dù vậy, quân đội các nước sớm nhận ra rằng họ cần phải phát triển một phương pháp tiếp nhiên liệu trên không mới để phù hợp hơn cho máy bay chiến đấu.

Hệ thống ống cứng

Vào cuối những năm 1940, tướng Curtis LeMay, Tư lệnh Bộ Tư lệnh Không quân Chiến lược Mỹ (SAC), yêu cầu hãng Boeing phát triển một hệ thống tiếp nhiên liệu có thể truyền nhiên liệu với tốc độ cao hơn so với các hệ thống trước đó. Ống cứng tiếp nhiên liệu trên không ra đời từ đó.

Nhân viên đang theo dõi quá trình tiếp nhiên liệu bên trong máy bay KC-135. Ảnh: US Air Force.

Thiết bị này là một ống thép nhỏ, dài, có thể di chuyển linh hoạt nhờ khớp vạn năng. Để thực hiện việc tiếp nhiên liệu, máy bay tiếp nhiên liệu và máy bay nhận nhiên liệu phải bay theo đội hình. Máy bay nhận nhiên liệu di chuyển đến phía sau máy bay tiếp nhiên liệu. Một người điều khiển bên trong máy bay tiếp nhiên liệu khởi động hệ thống đưa ống ra ngoài và cắm vào thùng nhiên liệu của máy bay nhận nhiên liệu. Đầu ống có một van đĩa để ngăn không cho nhiên liệu thoát ra ngoài cho đến khi ống vào đúng vị trí.

Thông qua một khoang kính bên trong máy bay, người này sẽ theo dõi và điều chỉnh ống trong suốt quá trình tiếp nhiên liệu. Trong khi đó, phi công của máy bay nhận nhiên liệu phải đảm bảo khoảng cách an toàn giữa hai máy bay. Nếu máy bay nhận nhiên liệu bay xa hoặc gần hơn máy tiếp nhiên liệu thì người điều khiển ống tiếp nhiên liệu sẽ cảnh báo cho phi công của máy bay nhận nhiên liệu. Khi hoàn thành xong, ống lại được thu về bên trong máy bay tiếp nhiên liệu.

Tốc độ bơm nhiên liệu khoảng 3.800 lít/phút. Mỗi lần, máy bay chỉ có thể tiếp nhiên liệu cho một máy bay khác với cơ chế này.

Hệ thống ống-đầu hút

Máy bay Ilyushin Il-78MKI tiếp nhiên liệu trên không cho hai tiêm kích Mirage 2000 của Không quân Ấn Độ. Ảnh: Defense News.

Phương pháp tiếp nhiên liệu này sử dụng ống mềm, linh hoạt. Đầu ống lắp van và một cái phễu. Tương tự như cách phía trên, máy bay nhận nhiên liệu di chuyển đến phía sau máy bay tiếp nhiên liệu. Khi thực hiện tiếp nhiên liệu, máy bay tiếp nhiên liệu sẽ thả ống ra. Khi ống đạt đến độ dài an toàn, phi công điều khiển máy bay nhận nhiên liệu tiến đến gần và đưa đầu dò (được đặt nhô ra phía trên mũi hoặc thân máy bay để tạo kết nối) vào đúng bên trong phễu. Khi đó, phễu sẽ khóa lại, hai bên mở van để máy bay tiếp nhiên liệu bơm nhiên liệu.

Các van trong đầu dò và ống bơm nhiên liệu có kích cỡ theo tiêu chuẩn NATO. Điều này cho phép máy bay tiếp nhiên liệu có thể thực hiện tiếp nhiên liệu cho nhiều loại máy bay từ các quốc gia khác.

Máy bay KC-130 Hercules tiếp nhiên liệu cho hai trực thăng CH-53E Super Stallion. Ảnh: US Air Force.

Nhờ trang bị các máy bơm công suất cao, tốc độ bơm nhiên liệu của cơ chế này cũng tương tự như ở phương pháp dùng hệ thống ống cứng. Hệ thống ống được lắp vào 2 bên cánh nên máy bay có thể tiếp nhiên liệu cho hai máy bay khác cùng lúc. Bên cạnh đó, việc triển khai ống và bơm nhiên liệu được thực hiện qua máy tính nên phương pháp này không cần người vận hành như ở phương pháp dùng hệ thống ống cứng.

Kết hợp ống cứng và ống mềm

Máy bay KC-135 tiếp nhiên liệu cho máy bay vận tải C-17 Globemaster III của Không quân Mỹ. Ảnh: US Air Force.

Một số máy bay tiếp nhiên liệu được lắp đặt cả hệ thống ống cứng và hệ thống ống-đầu hút. Chúng đều được bố trí ở phía sau đuôi nên mỗi lần tiếp nhiên liệu chỉ có thể sử dụng 1 hệ thống, hoặc ống cứng hoặc ống mềm.

Ưu điểm của loại này là máy bay tiếp nhiên liệu có thể thực hiện tiếp nhiên liệu cho cả máy bay có đầu dò hoặc máy bay thích hợp cho ống cứng.

Những hệ thống tiếp nhiên liệu trên không hiện nay đều được áp dụng hệ thống quản lý tiếp nhiên liệu tự động, giúp máy bay được tiếp nhiên liệu nhanh chóng với một lượng lớn, đồng thời, có thể bảo đảm vị trí trọng tâm tốt nhất và trạng thái bay lý tưởng. Bên cạnh đó, máy tính sẽ tính toán thời gian tốt nhất để đóng/mở van bơm và nhận nhiên liệu.