Tại sao nhiệt độ cao khiến máy bay khó cất cánh?

Nhiệt độ gia tăng trên Trái đất đang khiến máy bay khó cất cánh hơn ở một số sân bay, đặt ra thách thức khác cho ngành hàng không dân dụng.

Trong tình hình nắng nóng trở nên ngày càng thường xuyên hơn, vấn đề khó cất cánh có thể gia tăng với nhiều chuyến bay hơn, buộc các hãng hàng không phải hoãn hoặc hủy bay, theo CNN.

Theo nghiên cứu của một nhóm các nhà khoa học Mỹ đăng trên Tạp chí Khí hậu, nhiệt độ tăng lên làm loãng không khí, giảm lực nâng cánh máy bay.

Một máy bay đang cất cánh - (Ảnh: Thinkstock)

"Thách thức cơ bản bất kỳ máy bay nào cũng phải đối mặt khi cất cánh là máy bay rất nặng và lực hấp dẫn giữ phương tiện trên mặt đất", Paul Williams, giáo sư khoa học khí quyển ở Đại học Reading, Anh, giải thích. "Để vượt qua lực hấp dẫn, máy bay cần tạo ra lực nâng. Đó là dùng không khí đẩy máy bay lên. Lực nâng phụ thuộc vài yếu tố, nhưng một trong những yếu tố quan trọng nhất là nhiệt độ không khí. Khi ấm lên, không khí nở ra, vì vậy số phân tử có sẵn để đẩy máy bay lên giảm đi".

Tương ứng với mỗi mốc nhiệt độ tăng 3 độ C, lực nâng của máy bay giảm đi 1%, theo Williams. "Đó là lý do tại sao nhiệt độ cực hạn khiến máy bay khó cất cánh hơn. Trong một số điều kiện thực sự khắc nghiệt, máy bay không thể cất cánh", Williams nói.

Vấn đề đặc biệt ảnh hưởng tới sân bay ở độ cao lớn, nơi không khí tự nhiên vốn mỏng hơn. Với đường băng ngắn, máy bay có ít chỗ để tăng tốc hơn. Theo Williams, nếu máy bay cần 1.981 m đường băng ở 20 độ C, quãng đường sẽ tăng lên 2.499 m ở 40 độ C.

Williams và cộng sự nghiên cứu dữ liệu lịch sử từ 10 sân bay ở Hy Lạp, tất cả đều có đặc trưng là nhiệt độ mùa hè cao và đường băng ngắn. Họ nhận thấy nhiệt độ ấm lên 0,75 độ C mỗi thập kỷ từ những năm 1970. Họ cũng phát hiện gió ngược giảm dọc đường băng, ở mức 4,3 km/h mỗi thập kỷ. Williams cho biết gió ngược có lợi cho hoạt động cất cánh. Một số bằng chứng cho thấy biến đổi khí hậu gây ra sự chững lại trên toàn cầu, khiến gió dường như thổi chậm lại.

Nhóm nghiên cứu sau đó đưa dữ liệu nhiệt độ và gió ngược vào cỗ máy tính toán hiệu suất cất cánh cho nhiều loại máy bay khác nhau, bao gồm Airbus A320, một trong những máy bay phổ biến nhất thế giới. "Những gì chúng tôi nhận thấy là trọng lượng cất cánh tối đa giảm 127 kg mỗi năm, tương đương trọng lượng của một hành khách cùng với hành lý, có nghĩa máy bay chở được ít hơn một hành khách mỗi năm", Williams nói.

Máy bay Airbus A320 của hãng hàng không Aegean đậu ở sân bay quốc tế Athens vào tháng 10/2022. (Ảnh: AFP).

Từ khi giới thiệu vào năm 1988 cho tới năm 2017, trọng lượng cất cánh tối đa của A320 giảm hơn 3.628 kg ở sân bay quốc gia đảo Chios, sân bay chính trong nghiên cứu có chiều dài đường băng dưới 1.500m. Sân bay thành phố London ở Anh cũng có đường băng dưới 1.500 m. Trong đợt nắng nóng năm 2018, hơn một chục chuyến bay buộc phải trả bớt khách để cất cánh an toàn. Một chuyến bay thậm chí phải bỏ lại 20 người. Năm 2017, hàng chục chuyến bay phải hủy bỏ trong vòng vài ngày ở sân bay quốc tế Sky Harbor tại Phoenix khi nhiệt độ lên tới 48,8 độ C, vượt quá nhiệt độ hoạt động tối đa của nhiều máy bay chở khách.

Một nghiên cứu từ Đại học Columbia dự đoán năm 2050, một máy bay thân hẹp thông thường như Boeing 737 sẽ phải tăng mức giới hạn trọng lượng từ 50% đến 200% trong các tháng mùa hè ở 4 sân bay lớn của Mỹ là La Guardia, sân bay quốc gia Reagan, sân bay quốc tế Denver và Sky Harbor.

"Có nhiều giải pháp cho vấn đề trên", Williams chia sẻ. "Một trong số đó là lên lịch khởi hành cách xa thời gian nắng nóng nhất trong ngày, tập trung nhiều hơn vào sáng sớm và tối muộn, chiến thuật vốn được sử dụng ở các khu vực nóng bức như Trung Đông".

Máy bay nhẹ cũng ít bị ảnh hưởng bởi vấn đề như vậy hơn, do đó điều này có thể thúc đẩy ứng dụng vật liệu tổng hợp như sợi carbon cho khung máy bay. Trong khi đó, các nhà sản xuất như Boeing đang cung cấp tùy chọn điều chỉnh cho một số máy bay nếu hãng không lên kế hoạch sử dụng chúng ở những sân bay có nhiệt độ và độ cao lớn. Tùy chọn sẽ cung cấp thêm lực đẩy và bề mặt khí động lớn hơn nhằm bù lại lực nâng giảm đi mà không ảnh hưởng tới tầm hoạt động hay sức chứa hành khách.

Tất nhiên, một giải pháp hiệu quả hơn là kéo dài đường băng, dù điều này có thể không khả thi ở mọi sân bay. Trong một số trường hợp, khi không thể áp dụng bất kỳ giải pháp nào nêu trên, hành khách sẽ phải bỏ chuyến. Theo Williams, việc mọi người phải bỏ chuyến do thời tiết quá nóng rất hiếm gặp. "Phần lớn máy bay không bao giờ đạt trọng lượng cất cánh tối đa. Trường hợp bỏ chuyến sẽ chủ yếu xảy ra ở sân bay với đường băng ngắn, độ cao lớn và trong mùa hè", Williams chia sẻ.

• Dùng siêu máy tính, các nhà toán học tìm ra giá trị của số phức từng bị coi "tuyệt đối không thể tìm ra đáp số"
• Tiểu hành tinh bằng tòa nhà 20 tầng "qua mặt" các chuyên gia
• Khám phá bí ẩn của những người sống sót sau khi bị sét đánh