Nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Khí động học Trung Quốc cho biết thử nghiệm của họ cho thấy vật liệu này có thể giảm tác động của sóng xung kích hơn 20%. Cụ thể, bọt carbon có thể cải thiện độ ổn định khí động học của vũ khí lên tới hai bậc ở tốc độ siêu âm Mach 6.

Các vũ khí siêu thanh hiện có của Trung Quốc có thể di chuyển với tốc độ gấp 5 lần tốc độ âm thanh, Mach 5 hoặc nhanh hơn. Bề mặt nhẵn của vũ khí, được làm từ các vật liệu siêu cứng như hợp kim titan và sợi carbon, được thiết kế để giảm lực cản. Nhưng sóng xung kích có thể được tạo ra ở tốc độ siêu thanh có thể gây nguy hiểm cho tên lửa trong hành trình bay.

Vũ khí siêu thanh có cơ chế điều khiển bay tinh vi để đối phó với sóng xung kích và duy trì sự ổn định, nhưng các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm các giải pháp đơn giản hơn. Và nhóm nghiên cứu tại trung tâm khí động học ở Mianyang, tỉnh Tứ Xuyên, tin rằng họ có thể đã tìm ra câu trả lời.

Ông Tu Guohua, nhà khoa học chính của nghiên cứu, cho biết bọt carbon “có tiềm năng ứng dụng lớn” như một vật liệu phủ cho các máy bay siêu thanh trong tương lai.

Bọt carbon có thể được làm từ nhiều thứ bao gồm than đá, khí đốt tự nhiên và thậm chí cả gỗ. Nó là một vật liệu nhẹ, cứng với bề mặt thô ráp và các lỗ rỗng không đều được hình thành bởi một mạng lưới các nguyên tử cacbon. Theo nhóm của ông Tu, những lỗ thở nhỏ đó có thể ngăn chặn hoặc làm chậm sự nhiễu loạn có hại trong dòng không khí siêu thanh.

Họ lưu ý rằng việc phủ một lớp vật liệu thô cho máy bay tốc độ cao không phải là một ý tưởng mới, và lần đầu tiên được đề xuất bởi nhà vật lý người Nga Alexander Fedorov tại Viện Vật lý và Công nghệ Moscow hơn một thập kỷ trước.

Các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đã tìm cách đưa ý tưởng vào thử nghiệm bằng cách tạo ra các lỗ hoặc vết nứt trên các vật liệu cứng như kim loại, gốm sứ và sợi carbon, nhưng họ gặp phải thách thức trong các ứng dụng thực tế.

Bọt carbon được sử dụng rộng rãi để cách nhiệt cho máy bay và tên lửa. Cho đến nay, chưa có ai nghĩ đến việc sử dụng vật liệu rẻ tiền này để bọc ngoài vũ khí siêu thanh.

Nhóm của ông Tu bắt đầu bằng cách xem xét cách bọt hấp thụ sóng âm thanh, thu thập nhiều dữ liệu cho máy tính để dự đoán hiệu suất khí động học của nó ở các tốc độ khác nhau.

Bề mặt gồ ghề của nó kém hiệu quả hơn ở tốc độ thấp hơn, nhưng ở tốc độ cao, hầu hết lực cản đến từ sóng xung kích, và đây có thể là một lợi thế với bọt carbon.

Các nhà khoa học đã thử nghiệm lý thuyết này trên một mẫu xe siêu thanh tại một đường hầm gió ở Vũ Hán, tỉnh Hồ Bắc. Bọt được bao bọc xung quanh một khu vực mà sóng xung kích sẽ có tác động lớn nhất.

Họ phát hiện ra rằng bề mặt xốp của nó làm giảm đáng kể mật độ năng lượng của sóng xung kích bằng cách kéo căng chúng và tăng khả năng tiếp xúc của chúng với phương tiện siêu thanh.

Các nghiên cứu gần đây đã gợi ý rằng bọt carbon có những lợi thế khác khi được sử dụng trên vũ khí. Ví dụ, cấu trúc xốp của nó được cho là có hiệu quả cao trong việc hấp thụ sóng điện từ, có thể được sử dụng để giúp tránh sự phát hiện và theo dõi của radar.

Nhưng có những lo ngại rằng bọt carbon có thể cháy khi tiếp xúc với oxy ở nhiệt độ cao. Các nhà nghiên cứu tại Tập đoàn Khoa học và Công nghệ Hàng không Vũ trụ Trung Quốc năm ngoái cho biết vấn đề này có thể được khắc phục bằng cách sử dụng một loại bọt carbon siêu mạnh.

Họ tuyên bố của chúng có thể duy trì sự ổn định ở nhiệt độ lên tới 3.000 độ C, tương tự như nhiệt độ đạt được trên bề mặt vũ khí siêu thanh.