Anh em nhà Wright tự chế máy bay và lật đổ triết lý của Viện Smithsonian bằng 12 giây lịch sử

Sáng ngày 17 tháng 12 năm 1903, trên bãi cát lộng gió cách Kitty Hawk bốn dặm về phía nam, khu vực nay mang tên Kill Devil Hills, Wilbur Wright vừa trải qua một lần thử lái thất bại khi cỗ máy bị chúi mũi ngay lúc cất cánh. Để quyết định ai sẽ là người bay tiếp theo, hai anh em rút ra một đồng xu rồi ném lên không trung. Đồng xu rơi xuống, và phần thắng thuộc về Orville Wright. [9][1]

Đúng 10 giờ 35 phút sáng hôm ấy, Orville bước lên cỗ máy Wright Flyer và lao vút vào không trung. Chuyến bay lịch sử chỉ kéo dài vỏn vẹn 12 giây với quãng đường 120 feet trước khi hạ xuống cát, nhưng đó chính là chuyến bay có động cơ, nặng hơn không khí đầu tiên của nhân loại thực hiện được khả năng bay bền vững và hoàn toàn có điều khiển. [9]

Bức thư gửi Viện Smithsonian và phát hiện từ chiếc hộp xe đạp

Wilbur Wright sinh ngày 16 tháng 4 năm 1867 gần Millville, Indiana, còn Orville Wright sinh ngày 19 tháng 8 năm 1871 tại Dayton, Ohio. Tháng 12 năm 1892, hai anh em mở cửa hàng sửa chữa và bán xe đạp mang tên Wright Cycle Exchange, về sau đổi thành Wright Cycle Company. Đến năm 1896, hai ông bắt đầu tự sản xuất xe đạp dưới thương hiệu riêng, và chính nguồn thu nhập từ xưởng xe này đã trở thành nguồn tài trợ duy nhất cho các nghiên cứu bay của họ. [1]

Năm 1896 cũng là thời điểm bầu trời bắt đầu xáo động bởi những cuộc thử nghiệm lớn. Tháng 5 năm đó, Tổng thư ký Viện Smithsonian Samuel Langley cho bay thành công một mô hình máy bay không người lái chạy bằng hơi nước. Nhưng chỉ ba tháng sau, ngày 9 tháng 8 năm 1896, Otto Lilienthal gặp tai nạn khi đang lái chiếc tàu lượn đơn và qua đời vào ngày hôm sau vì vết thương quá nặng. Hai anh em Wright về sau nhắc lại cái chết của Lilienthal như dấu mốc khởi đầu cho sự quan tâm nghiêm túc của họ đối với nghiên cứu bay. Trong mắt Wilbur, Lilienthal luôn là «người tiên phong vĩ đại nhất, không còn nghi ngờ gì, và thế giới mang ơn ông rất nhiều». [1][4]

Ngày 30 tháng 5 năm 1899, từ địa chỉ 1127 phố West Third tại Dayton, Ohio, Wilbur Wright đặt bút viết lá thư gửi Viện Smithsonian để xin tài liệu về lĩnh vực hàng không. Trong thư, ông khẳng định mình «là người nhiệt huyết nhưng không phải kẻ lập dị» và mong muốn tận dụng mọi kiến thức nhân loại đã tích lũy được. [5]

Tuy nhiên, lời giải then chốt cho bài toán thăng bằng trên không lại bất ngờ xuất hiện ngay tại cửa hàng xe đạp của hai anh em. Trong lúc đang trò chuyện với một khách hàng, Wilbur vô tình dùng tay xoắn một chiếc hộp bìa đựng ruột xe đạp,. [6][3]

Không để ý tưởng nằm trên giấy, ngày 27 tháng 7 năm 1899, hai anh em chế tạo và thả thử nghiệm một chiếc diều hai tầng cánh có sải 5 feet để kiểm chứng khả năng uốn cánh. [1]

Bãi cát Kitty Hawk và ngõ cụt của những con số lý thuyết

Tháng 10 năm 1899, cái chết của phi công người Anh Percy Pilcher trong một vụ tai nạn tàu lượn đã củng cố thêm quan điểm của hai anh em rằng phương pháp kiểm soát đáng tin cậy là chìa khóa của thành công. [1][6]

Để tìm kiếm chỉ dẫn thực tế, năm 1900, Wilbur viết thư cho Octave Chanute, một kỹ sư 68 tuổi từng tập hợp một số người thử nghiệm nhiều loại tàu lượn khác nhau trên các đồi cát ven hồ Michigan vào giữa năm 1896. Trong bức thư giới thiệu bản thân và em trai Orville, Wilbur thú nhận ông «từ lâu bị ám ảnh bởi niềm tin rằng con người có thể bay». [10][1][6]

Đáp lại sự tò mò của Wilbur, Octave Chanute gợi ý bờ biển Đại Tây Dương cho hai anh em vì nơi đây có gió thổi đều và bãi cát mềm dễ hạ cánh an toàn. Dù Chanute từng đề xuất các địa điểm khác như California và Florida, hai anh em quyết định chọn Kitty Hawk thuộc bang North Carolina vào năm 1900 sau khi tham khảo dữ liệu của Cục Khí tượng Mỹ. Vùng bờ biển Kitty Hawk gần Dayton hơn hẳn những nơi khác, đồng thời vị trí hẻo lánh giúp họ đảm bảo sự riêng tư trước báo chí. [1]

Chanute đã đến thăm anh em Wright ở trại thử nghiệm mỗi mùa từ năm 1901 đến năm 1903 và tận mắt chứng kiến các thí nghiệm lượn, dù về sau ông không có mặt khi họ thực hiện chuyến bay có động cơ. Tại Kill Devil Hills, trong mùa hè năm 1901, hai anh em bắt tay thử nghiệm một cỗ tàu lượn mới có diện tích cánh 290 feet vuông, kéo dài từ ngày 17 tháng 7 đến ngày 16 tháng 8. [1][10]

Cỗ máy năm 1901 lớn hơn rất nhiều so với tàu lượn năm 1900 nhưng lại rất khó điều khiển và cung cấp ít lực nâng hơn dự kiến, khiến cả hai anh em vô cùng lo lắng. [6]

Căm xe đạp, lưỡi cưa sắt và đường hầm gió lật đổ giới hàn lâm

Trước đó, hiểu biết khí động học của hai anh em đều bắt nguồn từ các bậc tiền bối. Sir George Cayley (1773–1857) là người đầu tiên thực hiện chương trình nghiên cứu hàng không có hệ thống theo phương pháp khoa học, tiến hành thí nghiệm thực tiễn và công bố kết quả. Chính Cayley là người đầu tiên mô tả có hệ thống về mặt khoa học nguyên lý bề mặt cong tạo lực nâng tốt hơn bề mặt phẳng; anh em Wright không phát hiện nguyên lý này mà chỉ khai thác nó. Vào đầu đến giữa thập niên 1890, hai anh em từng đọc báo và tạp chí về những chuyến lượn ngoạn mục của Otto Lilienthal ở Đức. Với biệt danh «The Flying Man», hình ảnh Lilienthal lướt trên những ngọn đồi xuất hiện trên báo và tạp chí khắp thế giới. Trong giai đoạn 1891–1896, Lilienthal đã thực hiện gần 2.000 chuyến bay ngắn với 16 thiết kế tàu lượn khác nhau. Công trình «Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst» (Birdflight as the Basis of Aviation) do Lilienthal xuất bản năm 1889 từng cung cấp dữ liệu khí động học tốt nhất cho đến thời điểm đó. [4][1]

Dựa vào dữ liệu của Lilienthal cùng tiêu chuẩn thiết kế của Chanute-Herring, hai anh em đã thiết kế cánh tàu lượn có độ cong ở bề mặt phía trên. Wilbur cũng quan sát chim bay cẩn thận tại Kitty Hawk và ghi chú rằng «Không con chim nào lượn trong không gian tĩnh lặng». [1][6]

Sau mùa bay 1901 thất vọng, hai anh em quyết định tự kiểm chứng lại mọi tính toán bằng cách xây dựng một đường hầm gió trong phòng sau của cửa hàng xe đạp và thử nghiệm khoảng 200 hình dạng cánh khác nhau. [10]

Hàng loạt phép đo đạc tỉ mỉ trong căn phòng xưởng dần hé lộ nguyên nhân thực sự gây ra sự thiếu hụt lực nâng. [10]

Ổn định vốn có hay quyền kiểm soát tuyệt đối của phi công

Sau khi giải mã được sai số khí động học, hai anh em bước vào cuộc đụng độ triết lý với toàn bộ giới chế tạo đương thời. Ở phía bên kia, Samuel Langley và Octave Chanute kiên trì theo đuổi lý tưởng «ổn định vốn có» vì tin rằng phi công không thể phản ứng kịp với các luồng gió nhiễu động nếu chỉ dùng cơ chế điều khiển cơ học. Những nhà tiên phong tên tuổi như Clément Ader, Hiram Maxim và Samuel Langley đều chọn cách gắn động cơ công suất lớn vào thân máy bay với hệ thống điều khiển chưa từng qua thử nghiệm, đồng thời dự định cất cánh mà không có kinh nghiệm thực tế. [1]

Cảm hứng điều khiển của Wilbur Wright nảy sinh từ việc quan sát loài chim liên tục thay đổi góc ở đầu mút cánh để nghiêng sang phải hoặc sang trái. Ông rút ra kết luận rằng cỗ máy bay cũng cần nghiêng mình vào khúc cua như một người đang lái xe đạp. [1][3]

Dẫu vậy, quá trình hoàn thiện hệ thống lái cũng khiến hai nhà sáng chế trả giá bằng nhiều lần suýt gãy cánh. Wilbur Wright từng sai lầm khi đinh ninh cánh đuôi là chi tiết không cần thiết, dẫn tới việc hai cỗ tàu lượn đầu tiên của họ hoàn toàn không có đuôi. Khi mất kiểm soát, cỗ máy xoắn thẳng đứng xuống bãi cát theo quỹ đạo mà hai anh em gọi là hiện tượng «đào giếng». [1][10]

Wilbur Wright lập tức gắn kết các thao tác bằng cách kết nối trực tiếp dây điều khiển bánh lái với cơ cấu uốn cánh, giúp phi công không phải vận hành thêm một tay lái. Ngày 6 tháng 10 năm 1902, cụm đuôi kép cố định được gỡ bỏ để thay bằng một bánh lái đơn có thể di chuyển. Chiếc tàu lượn năm 1902 sau đó đạt kỷ lục bay xa 620 feet, được nhìn nhận là cỗ máy bay thực thụ đầu tiên trên thực tế và trở thành nền tảng trực tiếp cho hồ sơ cấp bằng sáng chế năm 1906. [10][9]

Khát vọng trao quyền kiểm soát tuyệt đối cho người ngồi trong buồng lái được thể hiện rõ ràng nhất ở cỗ máy Flyer 1903. Đi ngược lại xu hướng ổn định tự nhiên của Samuel Langley, hai anh em cố ý tạo hình đôi cánh dốc xuống. [1]

Mười hãng từ chối và cỗ máy tự lực cánh sinh ở Dayton

Để đưa cỗ máy lướt gió vào không trung, hai anh em cần một nguồn động lực đủ nhẹ nhưng phải đạt công suất theo tính toán. Tháng 12 năm 1902, Wilbur viết thư cho mười nhà sản xuất động cơ nhưng tất cả đều từ chối cung cấp động cơ theo thông số yêu cầu. [10][6]

Năm 1878, khi gia đình ở Cedar Rapids thuộc bang Iowa, cha của hai anh em mang về một đồ chơi trực thăng nhỏ chạy bằng dây thun dựa trên thiết kế của nhà tiên phong người Pháp Alphonse Pénaud. Orville sau này nhớ lại rằng sở thích bay của hai anh em «bắt đầu khi... Cha mang về... một món đồ chơi nhỏ chạy bằng lò xo cao su có thể tự bay lên». Đường học vấn của cả hai sau đó đều rẽ sang hướng khác: Wilbur bị gậy khúc côn cầu của Oliver Crook Haugh đánh vào mặt cuối năm 1885 hay đầu năm 1886, mất răng cửa và trở nên thu mình, từ bỏ kế hoạch học tại Yale. Đến năm 1889, Orville cũng bỏ học trung học sau năm lớp 11 để mở cơ sở in, tự thiết kế và chế tạo máy in với sự trợ giúp của Wilbur. [1][6]

Khi bị các xưởng bên ngoài từ chối, người thợ cơ khí Charles Taylor đã đóng vai trò quan trọng trong nhóm Wright khi trực tiếp đồng hành cùng hai anh em. Sau khi lần đầu thất bại, hai anh em và Charlie Taylor đã tự chế tạo thành công cỗ động cơ bốn xi-lanh đầu tiên vào tháng 5 năm 1903. [1][10]

Khâu then chốt còn lại là cánh quạt đẩy. Hai chân vịt của chiếc Flyer được thiết kế quay ngược chiều nhau nhờ một xích truyền động bắt chéo, tạo ra lực đẩy tổng cộng 90 pound. Cấu tạo khí động học tinh chỉnh giúp hiệu suất chân vịt của Wright Flyer đạt tới 66%, vượt xa các mẫu chân vịt thiết kế ở châu Âu trong thế kỷ 19 vốn chỉ đạt hiệu suất 40–50%. [10]

Cuộc chiến bằng sáng chế và tiêu chuẩn cho bầu trời hiện đại

Chiếc Wright Flyer năm 1903 sở hữu sải cánh 40 feet, đồ sộ đến mức Orville Wright từng gọi đó là «whopper flying machine» — chiếc máy bay khổng lồ. Một số nhà viết tiểu sử nhận xét rằng có lẽ Wilbur Wright đã tự mình thực hiện tất cả các chuyến lượn cho đến năm 1902, một phần để khẳng định quyền lực của người anh và bảo vệ Orville khỏi nguy hiểm. Trước công chúng, hai anh em luôn trình bày hình ảnh thống nhất và chia sẻ đều công lao sáng chế, dẫu các nhà viết tiểu sử ghi nhận ban đầu Wilbur dùng từ «của tôi» trước khi chuyển sang «chúng tôi». Nhận định về mối quan hệ cộng sự này, tác giả James Tobin cho rằng Wilbur chính là người lãnh đạo từ đầu đến cuối, và không thể hình dung Orville một mình tạo ra động lực thúc đẩy công trình. [10][1]

Năm 1904, hai anh em tiếp tục phát triển chiếc Wright Flyer II với các chuyến bay dài hơn, bao gồm cả chuyến bay vòng tròn đầu tiên. Đến năm 1905, Wright Flyer III ra đời và được coi là máy bay cánh cứng thực dụng đầu tiên thực sự. Đáng chú ý, bằng sáng chế Mỹ đầu tiên của hai anh em, được viết từ tháng 3 năm 1903 trước chuyến bay Kitty Hawk, không đăng ký phát minh máy bay mà đăng ký hệ thống kiểm soát khí động học. Sau khi nộp hồ sơ năm 1903, bằng sáng chế chính thức được Mỹ chấp thuận năm 1906, bao gồm mô tả chi tiết các cải tiến hàng không. Có văn bằng trong tay, hai anh em khởi kiện lớn chống lại Glenn Curtiss vì ông thiết kế máy bay tích hợp nhiều cải tiến của họ, dẫn tới vụ kiện kéo dài nhiều năm mà chưa giải quyết thỏa đáng. [1][10]

Vụ kiện dai dẳng còn chưa đi đến hồi kết thì Wilbur Wright qua đời ngày 30 tháng 5 năm 1912, còn Orville Wright sống tiếp đến ngày 30 tháng 1 năm 1948 mới trút hơi thở cuối cùng. Mọi tranh chấp pháp lý rồi cũng lùi vào quá khứ, nhường chỗ cho một giá trị trường tồn khi hệ thống điều khiển ba trục của anh em nhà Wright vẫn là tiêu chuẩn trên tất cả các loại máy bay cho đến ngày nay. [1]

Nguồn

1. Wright brothers (Wikipedia) (en.wikipedia.org, bách khoa)
2. Smithsonian-Wright dispute (Wikipedia) (en.wikipedia.org, bách khoa)
3. The Wright Brothers | The Breakthrough Concept (web.archive.org, nguồn gốc)
4. The Wright Brothers | Forefathers of Flight (web.archive.org, nguồn gốc)
5. Wright Brothers - Letter Dated May 30, 1899 (web.archive.org, nguồn gốc)
6. The Achievement - The Dream of Flight | Exhibitions (Library of Congress) (www.loc.gov, nguồn gốc)
7. The Wright brothers : Kelly, Fred C. (Fred Charters), 1882-1959 : Free Download, Borrow, and Streaming : Internet Archive (archive.org, nguồn gốc)
8. CORE Scholar - Following in the Footsteps of the Wright Brothers: Their Sites and Stories: On the Aviation Trail in the Wright Brothers' West Side Neighborhood in Dayton, Ohio (web.archive.org, bài viết)
9. BBC News | Great balloon challenge | Flying through the ages (web.archive.org, bài viết)
10. Wright Brothers -- Aviation: From Sand Dunes to Sonic Booms: A National Register of Historic Places Travel Itinerary (web.archive.org, bài viết)

Ảnh bìa: HawkeyeUK · CC BY-SA 2.0 · Flickr. Bố cục và chữ do Trải Nghiệm Sống thực hiện.