Trong những bộ phim chiến tranh hay phim hành động Mỹ, bạn thường thấy binh lính đổ bộ từ biển vào đất liền hay di chuyển linh hoạt trong các vùng đầm lầy bằng một loại phương tiện đặc biệt. Nó không phải tàu cũng không phải là xe cơ giới, nó di chuyển trên nước lẫn trên cạn nhưng không chạm vào bề mặt. Phương tiện đặc biệt này được gọi là hovercraft hay tàu đệm khí.
Mẫu tàu đệm khí Hovercraft Model - 1500 của công ty Hover-Shuttle tại Mỹ
Hovercraft - một loại tàu (craft) có khả năng lơ lửng trên không (hover). Tàu đệm khí là một phương tiện di chuyển đặc biệt – tự tạo cho mình một đệm không khí phía dưới và di chuyển trên đệm khí đó. Nó có thể di chuyển trên một bề mặt tương đối bằng phẳng, có thể là một con dốc, mặt nước, bề mặt đóng băng mà không hề chạm vào bề mặt đó.
Emanuel Swedenborg - Người phát thảo mô hình tàu đệm khí đầu tiên
Mẫu thiết kế đầu tiên của tàu đệm khí được đưa ra lần đầu tiên vào năm 1716 bởi Emanuel Swedenborg (1688 – 1772), một nhà thiết kế, thần học và triết gia người Thụy Điển. Ông đưa ra một mẫu thiết kế có hình dáng một chiếc thuyền lộn ngược hoạt động bằng sức người, với một vị trí điều khiển ở trung tâm và tay chèo có nhiệm vụ nén không khí ở phía dưới nhằm nhấc chiếc tàu lên. Tuy nhiên, đó chỉ là một bản thiết kế vẫn còn nằm trên giấy, chưa được chế tạo vì rõ ràng, không thể dùng sức người tạo ra một lực nén đủ mạnh để có thể nhấc chiếc tàu lên được.
Vào giữa thập niên 1870, Sir John Isaac Thornycroft, một kỹ sư người Anh thử nghiệm một kỹ thuật dùng không khí để làm giảm lực cản giữa nước và thân tàu dựa trên ý tưởng của ông, ông đã được nhận bằng phát minh cho kỹ thuật này, tuy nhiên thử nghiệm của ông không nhận được sự quan tâm vì chưa thể áp dụng vào thực tế.
Mãi đến năm 1915 – 1916, mẫu tàu đệm khí đầu tiên đã được chế tạo thành công bởi Hải quân hoàng gia đế chế Áo – Hung tại Pola, dựa trên mẫu thiết kế của Dagobert Müller von Thomamühl cho kho vũ khí hải quân. Ngày 2/9/1915, mẫu tàu đêm khí đầu tiên được hạ thủy, thủy thủ đoàn gồm 5 người và đạt tốc độ nhanh nhất thời bấy giờ, mang tên là: “Tàu cánh ngầm với hệ thống Thomamühl”.
Mẫu tàu của Thomamühl được thử nghiệm năm 1916
Đến năm 1916, mẫu tàu của Thomamühl được thử nghiệm phát triển thành tàu phóng ngư lôi nhanh, được trang bị 2 ngư lôi, một súng máy Schwarzlose và một số “quả bom nước” dùng để làm tàu chống ngầm. Nó có 2 cánh quạt, mỗi cánh quạt được vận hành bằng động cơ 6 xi lanh giúp đẩy tàu đi tới, một động cơ 4 xi lanh khác được sử dụng để thổi luồng khí nóng xuống phía dưới thân tàu, tạo ra một đệm không khí giúp tàu di chuyển trên đệm khí đó. Sau khi đưa ra sử dụng thử trên biển, cuối cùng thử nghiệm bị hủy bỏ vào năm 1917, sau đó hải quân Áo – Hung chính thức ngừng tiến hành những nghiên cứu về loại tàu này.
Năm 1927, Konstantin Tsiolkovsky, một nhà khoa học Liên Xô lần đầu tiên mô tả về Hiệu ứng mặt đất/nước và lý thuyết về phương pháp tính toán khí động lực học cho phương tiện di chuyển bằng đệm khí trong bài nghiên cứu của mình về Lực cản không khí và Xe lửa tốc hành.
Cuối cùng, vào năm 1931, Toivo J. Kaario, một kỹ sư người Phần Lan, cũng là trưởng phân xưởng sản xuất động cơ máy bay Valtion Lentokonetehdas, bắt đầu thiết kế mẫu tàu đệm khí. Ông tiến hành chế tạo và thử nghiệm, ông gọi nó là pintaliitäjä (Tàu lượn trên bề mặt) và ông đã nhận được bằng sáng chế về phát minh này. Kaario được xem là người đầu tiên chế tạo thành công phương tiện vận hành bằng đệm khí một cách hoàn chỉnh nhất cho đến thời điểm bấy giờ, tuy nhiên ông không thể tiếp tục phát triển nó do không thể tìm được nguồn kinh phí.
Mẫu tàu của Kaario vào năm 1931
Cùng khoảng thời gian với Kaario, Vladimir Levkov - một giáo sư người Nga làm việc tại khoa Động lực học ứng dụng tại trường Đại học Bách khoa Donskoi, đã nghiên cứu và chế tạo thành công mô hình tàu đệm khí vào năm 1927, ban đầu nó là một mô hình tròn và đối xứng. Đến năm 1932, ông cho ra đời mô hình tàu đệm khí với chiều dài 2,5m, đặc trưng là dạng thuôn dài, trang bị hai động cơ và mẫu thiết kế này đã vận hành thành công.
Mẫu L-1 của Levkov năm 1935
Konstantin Tsiolkovsky là người đầu tiên mô tả về Hiệu ứng mặt đất và lý thuyết về phương pháp tính toán khí động lực học cho phương tiện di chuyển bằng đệm khí trong nghiên cứu về “Lực cản của không khí và Tàu lửa tốc hành” của mình vào năm 1927.
Kể từ đó, Vladimir Levkov bắt đầu có ý tưởng phát triển phương tiện di chuyển trên đệm không khí. Khoảng giữa thập niên 1930, Leckov lắp ráp thử nghiệm khoảng 20 tàu đệm khí (chủ yếu nhằm mục đích quân sự). Từ mẫu L1 chỉ là một mẫu thiết kế đơn giản với 2 bè gỗ nhỏ được trang bị ba động cơ, dần cải tiến cho đến mẫu L5 đã được thử nghiệm thành công có thêm một động cơ đặt phía sau thân tàu theo chiều ngang làm nhiệm vụ tạo đệm không khi bên dưới bằng cách thổi luồng khí qua một cái phễu giữa thân tàu, mẫu này được gọi là thuyền tấn công nhanh tốc độ cao L-5.
Mẫu L-5 của Levkov năm 1937
Sau đó, cũng có nhiều nỗ lực để chế tạo một phương tiên di chuyển bằng đệm khí này bao gồm cả mẫu thiết kế của hải quân Nga và Đức trong thế chiến I.
Tại Mỹ vào thế chiến II, Charles J. Fletcher, một lính hải quân dự bị của quân đội Mỹ đã cho ra đời một mẫu thiết kế mang tên “Glidemobile” (Xe lướt), thiêt kế này dựa trên nguyên tắc tạo một luồng khí liên tục nén lên bề mặt phía dưới (có thể là mặt đất hoặc mặt nước) nhấc bổng nó lên cách mặt đất từ 25cm đến 0,6m. Một thời gian ngắn sau cuộc thử nghiệm tại hồ Beezer, thành phố Sparta Township, bang New Jersey, thiết kế này ngay lập tức đã bị chiếm dụng bởi Bộ quốc phòng Hoa Kỳ, và họ phủ nhận hoàn toàn bản quyền sáng tạo này của Fletcher. Mãi cho đến năm 1985, cơ quan bảo vệ bằng sáng chế đã kiện thành công Bộ quốc phòng Mỹ, và bắt bồi thường khoảng tiền 6 triệu dollar vào năm 1990.
Mẫu tàu của Fletcher
Tại Mỹ, tiến sĩ W. Bertelsen cũng nghiên cứu phát triển mẫu tàu đệm hơi. Tiến sĩ Bertelsen xây dựng một nguyên mẫu ban đầu của một chiếc phương tiện này vào năm 1959 (tên gọi là AeroMobile 35-B), và bức ảnh đầu tiên của nó được đăng trên tạp chí Popular Science với hình ảnh cưỡi một chiếc xe trên đất và trên nước vào tháng 4/1959. Các bài viết khác mô tả về phát minh của của ông cũng được đăng trên tạp chí này vào tháng 7/1959.
Hình ảnh của Bertelsen và mẫu thiết kế của mình trên tạp chí Popular Science
Người đầu tiên chế tạo thành công tàu đệm khí một cách hoàn chình cả về mặt kỹ thuật và khả năng thương mại là một nhà phát minh người Anh, Christopher Cockerell vào năm 1955.
Vào năm 1952, Cockerell nghiên cứu về hệ thống bôi trơn bằng không khí, sau đó ông nghiên cứu sâu hơn về ý tưởng tạo ra đệm khí. Ông thực hiện những thí nghiệm đơn giản bằng cách dùng động cơ máy hút bụi và hai hộp hình trụ để tạo ra một động cơ phản lực, chìa khóa để phát minh ra tàu chạy trên đệm khí. Ông đã chứng minh tính khả thi của phương tiện này khi nó có thể tạo ra đệm khí để di chuyển trên nhiều bề mặt hoàn toàn khác nhau như đầm lầy, mặt đất, mặt nước, mặt băng… trên ý tưởng đó, ông cho ra đời mẫu tàu đệm khí SR-N1 và chính thức vận hành vào ngày 11 tháng 6 năm 1959.
Mẫu tàu đệm khí đầu tiên của Cockerell được hạ thủy
Một thời gian ngắn sau, nó thực hiện chuyến đi từ Pháp sang Anh để dự lễ kỷ niệm 50 năm chuyến bay của Bleriot. Sau đó, ông cùng cộng sự quan trọng của mình là kỹ sư Denys Bliss cùng nhau hoàn thiện nó, để cuối cùng vào năm 1962, chiếc tàu đệm khí bản thương mại hóa chính thực được ra đời. Bằng sáng chế cho phát minh này được đồng trao cho cả Cockerell và Bliss vào tháng 7/1967. Cockerell đã được phong tước hiệp sĩ cho phát minh của mình vào năm 1969. Ông đã đặt tên “tàu đệm khí” (hovercraft) để mô tả cho phát minh này của mình.
Một tàu đệm khí được sử dụng để chữa cháy tại Anh
Qua lịch sử phát triển hơn 300 năm, từ bảng phác thảo đầu tiên của Swedenborg, đến mẫu tàu đầu tiên của Thomamühl, tiếp theo là pintaliitäjä của Kaario cùng biết bao nhiêu nỗ lực của biết bao nhà phát minh trong suốt hàng trăm năm, để rồi đến sản phẩm thương mại đầu tiên của Cockerell, cho đến ngày nay, tàu đệm khí luôn được hoàn thiện và cải tiến để trở thành một phương tiện di chuyển cực kỳ linh hoạt mà có thể sẽ là phương tiện di chuyển trong tương lai nữa. Nó được ứng dụng cả trong quân sự lẫn dân sự, từ những chiếc tàu đổ bộ nhanh của quân đội, tàu tuần tiễu bờ biển, tàu di chuyển trên đầm lầy, tàu di chuyển trên băng và cho đến những chiếc phà chở khách và còn nhiều ứng dụng khác nữa. Chính vì thế, ngoài máy bay lên thẳng ra, tàu đệm khí xứng đáng trở thành phương tiện cơ động nhất của con người.