Nga phát triển máy bay chiến đấu cất-hạ cánh thẳng đứng: Hứa hẹn lợi ích lớn

Đây là chương trình đầy tham vọng kết hợp với kế hoạch đóng mới tàu sân bay lớp Shtorm trong tương lai của Nga. Để có được máy bay chiến đấu VTOL mới, Nga cần sự đầu tư cả về tiền bạc lẫn công nghệ để hoàn thiện. Và khi máy bay VTOL của Nga xuất hiện sẽ là bước đột phá mới không chỉ đối với Hải quân Nga, mà còn mang tầm ảnh hưởng lớn tới thị trường vũ khí quốc tế.

Yak-41 – Mở ra khái niệm của máy bay tiêm kích đánh chặn VTOL siêu thanh

Tiền đề để phát triển máy bay VTOL Yak-41 hay Yak-141 chính là nguyên mẫu máy bay Yak-38 Forger. Tổ hợp thiết kế Yakovlev phát triển máy bay Yak-38 Forger với nhiệm vụ tích lũy công nghệ và hoàn thiện thiết kế dùng cho máy bay chiến đấu VTOL trang bị cho Quân đội Liên Xô.

Chính từ thực tế sử dụng máy bay VTOL Yak-38, Hải quân Liên Xô nhận thấy một máy bay có khả năng chiến đấu và đặc điểm vượt trội hơn. Điều này là khởi nguồn cho Yakovlev bắt tay vào phát triển máy bay tiêm kích đánh chặn VTOL mang những đặc tính vượt trội so với sản phẩm của NATO là AV-8A Harrier vào năm 1975.
Yêu cầu đối với máy bay VTOL là phải bay được tốc độ siêu âm; khả năng thao diễn, trang bị điện tử trên khoang và số lượng vũ khí mang theo tương đương với máy bay tiêm kích đánh chặn cất cánh thông thường.

Nhận thức được tầm quan trọng và thách thức công nghệ của của dự án, Tổng công trình sư Alexander Sergeyevich Yakovlev đã đề ra nhiệm vụ cho toàn bộ Tổ hợp thiết kế Yakovev tập trung vào thiết kế và phát triển máy bay tiêm kích VTOL mới. "Dự án 48" hay định danh Yak-41 đã tập trung toàn bộ những tinh túy của Tổ hợp thiết kế Yakovlev khi tập trung tới 10 kỹ sư trưởng với khả năng thiết kế hàng đầu của đơn vị.

Với hơn 50 bản thiết kế được phác thảo và đối chiếu, cuối cùng Tổ hợp Yakovlev đã lựa chọn một mẫu thiết kế tối ưu với kết cấu 1 vòi phụt vector đơn cung cấp lực nâng chính nằm ở giữa máy bay, ngay phía sau của trọng tâm máy bay và 2 động cơ đẩy thẳng đứng phụ nằm sau buồng lái.

Những thách thức công nghệ về việc thiết kế động cơ và vòi phụt phản lực có thể thay đổi hướng lực đẩy với những vấn đề về nhiệt độ, vật liệu chế tạo đã buộc Yakovlev dành rất nhiều thời gian và nhân lực để phát triển thiết kế vòi phụt phản lực có vector hình chữ nhật (thiết kế tương tự cũng được áp dụng trên máy bay F-22 Raptor của Mỹ). Những thực nghiệm đã cho thấy, thiết kế này cho phép máy bay có thể duy trì lực đẩy đủ để máy bay cất và hạ cánh theo dạng VTOL, nhưng nhiệt độ luồng phát lực không vượt quá điểm nóng chảy của vật liệu chế tạo, cũng như đảm bảo khả năng bay với tốc độ siêu âm của máy bay khi chuyển về dạng phản lực thông thường.

Để đảm bảo hoat động chính xác giữa 3 động cơ trên nguyên mẫu máy bay Yak-41, toàn bộ chúng được máy tính điều khiển để đảm bảo máy bay luôn hoạt động trên một mặt phẳng cân bằng. Công nghệ đặc biệt này cho phép nguyên mẫu Yak-41 sử dụng động cơ thông qua các van điều khiển hướng lực đẩy đặc biệt bố trí ở dưới thân và gốc cánh.

Thiết kế cánh của nguyên mẫu Yak-41 cũng tương tự như máy bay hải quân Yak-36 là dạng cánh delta và có thể gấp lại để tiết kiệm không gian khi đậu trên boong. Để đảm bảo nguồn cung cấp khí cho 4 động cơ phản lực, các cửa tiễn khí được thiết kế đặt dọc hai bên thân và trên lưng máy bay. Thiết kế dạng này đảm bảo cho việc động cơ luôn hút đủ khí kể cả khi cơ động trên không. Yak-41 được trang bị động cơ turbine phản lực chính là R-79V-300, cung cấp lực đẩy tối đa là 14.000 kg. Thiết kế của vòi phụt phía sau có thể xoay từ 0 đến 95 độ giúp việc cất/hạ cánh và bay lượn dễ dàng hơn.

Ngoài động cơ chính, Yak-41 còn có thêm hai động cơ nâng RD-41, cung cấp lực đẩy 4.100 kg/chiếc. Chúng được lắp phía sau buồng lái ở góc 85 độ. Giống như Yak-38, động cơ nhận không khí thông qua cửa tiễn khí trên lưng và vòi phụt nằm dưới bụng máy bay.

Trong quá trình thử nghiệm, Tổ hợp Yakovlev chế tạo tổng cộng 4 nguyên mẫu Yak-41. Nguyên mẫu đầu tiên (48-0, không có số hiệu) là một khung thân máy bay không được sơn phủ được sử dụng trong các thử nghiệm tĩnh trên mặt đất để kiểm tra thiết kế và khí động. Chiếc thứ hai (48-1, số hiệu "48") là khung thử nghiệm động cơ. Chiếc thứ ba và thứ tư (48-2 và 48-3, số hiệu "75" và "77") với sơn màu xám với nắp chụp ra-đa màu đen sau khi hoàn thiện đã được tham gia quá trình bay thử nghiệm. Khi được giới thiệu, các nguyên mẫu Yak-41 là dòng máy bay VTOL duy nhất trên thế giới ở thời điểm đó có thể bay vượt tường âm thanh.

Nguyên mẫu 48-2 do phi công Sinitsyn điều khiển, cất cánh lần đầu tiên tại sân bay Zhukovsky vào ngày 9-3-1987. Phi công thử nghiệm này đã thực hiện thao tác bay treo trên không vào ngày 29-12-1989 với nguyên mẫu 48-3 và dùng chiếc máy bay đó thực hiện quá trình chuyển đổi hoàn chỉnh từ cất cánh thẳng đứng sang bay thông thường và hạ cánh thẳng đứng vào ngày 13-6-1990. 

Trong suốt thời gian thử nghiệm, các máy bay VTOL Yak-41 đã chứng minh khả năng bay ổn định và thiết lập nhiều kỷ lục thế giới cho dòng máy bay VTOL, trong đó có việc bay vượt tốc độ âm thanh. So với mẫu AV-8A của NATO, Yak-41 vượt trội ở hầu hết khía cạnh.

Ngày 26-9-1991, phi công Sinitsyn đã hạ cánh thẳng đứng trên tuần dương hạm mang máy bay Admiral Gorshkov với chiếc 48-2. Sau đó không lâu, phi công Vladimir A. Yakimov tiếp tục hạ cánh chiếc 48-3 trên boong. 

Trong quá trình thử nghiệm, một nguyên mẫu của chiếc Yak-41 đã gặp tai nạn vào ngày 5-10-1991, khi phi công Yakimov thực hiện một ca hạ cánh khó. Nguyên mẫu của chiếc Yak-41 trên đã bốc cháy khi khoang nhiên liệu bị càng đáp va chạm phải. Rất may không có thương vong trong vụ việc.

Dù có nhiều tính năng ưu việt so với các dòng VTOL của NATO. Tuy nhiên, do Liên Xô tan vỡ vào năm 1992 và việc lãnh đạo Hải quân Nga thời điểm đó không tin tưởng vào thiết kế máy bay VTOL mang tính đột phá so với các dòng máy bay chiến đấu hải quân khác như Su-33 và Mig-29K, nên dự án Yak-41 bị đóng băng.

Máy bay VTOL sẽ mang lại lợi ích rất lớn cho Nga

Một lợi thế lớn nhất của máy bay chiến đấu VTOL so với máy bay chiến đấu truyền thống là khả năng cất và hạn cánh thẳng đứng ở nhiều địa hình khác nhau và không phụ thuộc nhiều vào địa điểm đặt sân bay. Dù có những hạn chế về tải trọng cất cánh và chi phí bảo dưỡng cao, nhưng sự bất ngờ trong tác chiến do máy bay chiến đấu VTOL mang lại là không thể bàn cãi.

Đặc biệt, máy bay chiến đấu VTOL rất phù hợp với chiến lược làm chủ cực Bắc trong tương lai gần của Nga, nơi khí hậu băng giá và cần những phản ứng quân sự tức thời khi có biến động.

Ngay sau tuyên bố của Thứ trưởng Bộ Quốc phòng Nga về việc khôi phục dự án phát triển máy bay VTOL, giới chuyên gia quân sự nhận định, đây là bước đi hợp lý khi Nga trong tương lai đang có kế hoạch đóng mới các tàu sân bay cỡ lớn, cũng như trang bị chúng trên tuần dương hạm hạng nặng mang máy bay hiện có với chi phí hợp lý. Ngoài sử dụng trên tàu sân bay, máy bay VTOL cũng hoạt động tốt trên tàu đổ bộ hạng nặng mà không cần bất kỳ chỉnh sửa nào.

Với sự phát triển của công nghệ hàng không hiện tại, các máy bay VTOL mới sẽ vẫn tiếp tục tư duy của Hải quân Nga về các tàu sân bay “con lai” dù mang máy bay, nhưng vẫn được vũ trang hạng nặng với tên lửa phòng không và tên lửa diệt hạm mạnh. Tư duy này đã được khẳng định với tàu sân bay lớp Shtorm với lượng choán nước gần 100.000 tấn, mang tới 90 máy bay chiến đấu hải quân các loại, nhưng vẫn được vũ trang mạnh với tên lửa phòng không S-500 và tên lửa diệt hạm Zircon. Như vậy, các máy bay VTOL mới kết hợp với máy bay chiến đấu hải quân thông thường tạo ra mạng lưới chiến đấu, đánh chặn hạm đội tầm xa. Trong khi đó, các tổ hợp tên lửa trên hạm đảm nhiệm việc phòng thủ tầm trung và tầm gần. Đây là mạng lưới phòng thủ liên hoàn của Nga và khác biệt so với tư duy tàu sân bay đơn thuần là căn cứ không quân nổi với khả năng phòng thủ hạn chế của Mỹ và NATO. Trang bị hạng nặng, cũng giúp tàu sân bay Nga có khả năng tác chiến độc lập cao hơn.

Một điểm đáng chú ý khác là khi máy bay VTOL của Nga xuất hiện sẽ phá vỡ thế độc tôn của Mỹ trong phân khúc vũ khí này với dòng máy bay chiến đấu thế hệ thứ 5 F-35B SVTOL. Khi Nga công bố ý định khôi phục dự án máy bay VTOL, truyền thông Mỹ đã coi đây là bước đi sai lầm. Lý do được đưa ra là với cả công nghệ hàng không quân sự hiện tại, máy bay chiến đấu VTOL vẫn hạn chế so với máy bay chiến đấu thông thường về tầm hoạt động, trọng tải cất cánh, nhất là với yêu cầu cao về tác chiến ngoài tầm nhìn trong chiến tranh hiện đại và nhiều vấn đề kỹ thuật khác.

Tuy nhiên, một điểm trùng hợp ngẫu nhiên vào năm 1992, khi Lockheed Martin đã hợp tác với Tổ hợp Yakovlev để tiếp tục hoàn thiện Dự án Yak-41. Dù kết quả là hai bên không đạt được hợp đồng chính thức, nhưng sau này, Lockheed Martin đã phát triển phiên bản máy bay F-35B có nhiều điểm tương đồng tới kỳ lạ với sản phẩm máy bay chiến đấu VTOL của Nga.

Có thể nói, Mỹ rõ ràng không thấy vui mừng vì trong tương lai sẽ xuất hiện đối thủ cạnh tranh từ Nga trên thị trường vũ khí quốc tế ở lĩnh vực máy bay VTOL. Với nền tảng công nghệ lõi tốt, giá thành phải chăng hơn (theo truyền thống, trang bị vũ khí nguồn gốc Nga có tính năng tương đương với Mỹ và phương Tây luôn có giá thành rẻ hơn), máy bay VTOL mới của Nga liệu có đánh bại “đàn anh” F-35B vốn đang gặp rất nhiều vấn đề về kỹ thuật và chi phí phát triển?