Tương lai của giao thông đô thị đang hướng về bầu trời với taxi bay và các máy bay điện cất hạ cánh thẳng đứng (eVTOL). Tuy nhiên, để những phương tiện này thực sự an toàn và khả thi, công nghệ pin phải đáp ứng các tiêu chuẩn vượt trội. Khi nền kinh tế bay ở độ cao thấp phát triển, việc thiết lập tiêu chuẩn an toàn ngay từ bây giờ là cần thiết để đảm bảo niềm tin của công chúng và mở ra kỷ nguyên mới cho vận tải hàng không đô thị.
Những máy bay điện nhỏ bay ở độ cao thấp cần nguồn năng lượng có thể chịu được va chạm và cung cấp điện đáng tin cậy. Pin đã cung cấp năng lượng cho xe điện trên đường phố, nhưng chưa thực sự thay đổi ngành hàng không. Một số máy bay chở khách chạy điện đang được thử nghiệm nguyên mẫu, nhưng thương mại hóa vẫn còn cách khoảng một thập kỷ. Tuy nhiên, nền kinh tế bay ở độ cao thấp đang nổi lên như một môi trường thử nghiệm cho công nghệ động cơ điện, vốn phải hoạt động trong điều kiện và theo các tiêu chuẩn an toàn khác biệt nhiều so với mặt đất.
Các máy bay không người lái (drone) dưới 1.000 mét được xem là phương tiện tiết kiệm để vận chuyển hàng hóa nhỏ và tăng tốc logistics. Các máy bay eVTOL lớn hứa hẹn sẽ thay đổi cách con người di chuyển trong thành phố. Thị trường toàn cầu cho máy bay eVTOL dự kiến đạt khoảng 30 tỷ USD vào năm 2030, được thúc đẩy bởi ứng dụng trong cứu hộ khẩn cấp, logistics, taxi bay và du lịch.
Trung Quốc đã đưa nền kinh tế bay ở độ cao thấp vào báo cáo công tác chính phủ 2024 và giao một cơ quan hỗ trợ phát triển lĩnh vực này. Dịch vụ giao hàng bằng drone không người lái hiện đang hoạt động ở Thâm Quyến, và các thiết kế taxi bay tự hành đang được thử nghiệm. Tháng 2 năm ngoái, một máy bay eVTOL chở khách không người lái đã bay 50 km giữa Thâm Quyến và Chu Hải trong 20 phút — quãng đường đi ô tô mất 3 giờ. Taxi bay này, do AutoFlight phát triển tại Thượng Hải và Augsburg, Đức, có trọng lượng cất cánh tối đa 2,4 tấn và chở 5 hành khách. Các công ty ở Bắc Mỹ, châu Âu, Nhật Bản cũng đang phát triển máy bay bay ở độ cao thấp.
Đây là thời điểm đầy hứng khởi trong lĩnh vực mới mẻ này, nơi các nhà nghiên cứu khám phá cách kết hợp tối ưu nguồn năng lượng tiên tiến, động cơ, chip và hệ thống hàng không. Khi ngày càng nhiều phương tiện bay xuất hiện, việc quản lý và quy định cẩn trọng sẽ rất quan trọng để đảm bảo an toàn và niềm tin của công chúng.
Thách thức của công nghệ pin
Để tránh góp phần làm biến đổi khí hậu, nền kinh tế bay ở độ cao thấp phải phát triển song song với nền kinh tế carbon thấp. Giống như xe điện có thể chạy bằng năng lượng tái tạo, taxi bay eVTOL cũng có thể sử dụng điện từ năng lượng mặt trời và gió.
Đến nay, mới chỉ có vài nguyên mẫu được hiện thực hóa. Drone chạy bằng năng lượng mặt trời, như AtlantikSolar tại ETH Zurich, tối ưu hóa cân bằng năng lượng giữa pin và tấm pin mặt trời để bay liên tục nhiều ngày. Các máy bay chạy năng lượng mặt trời lớn đã bay liên tục nhiều tuần ở tầng bình lưu.
Để làm được nhiều hơn, cần những nguồn điện đáng tin cậy và bền vững. Xe điện đã thúc đẩy sự phát triển vượt bậc của pin lithium-ion, nhưng chuyển từ đường phố lên bầu trời không đơn giản. Các hoạt động trên không yêu cầu nhạy cảm với trọng lượng, cần bùng nổ công suất nhanh khi cất/hạ cánh và cơ động, đồng thời không dung thứ lỗi. Một sự cố trên mặt đất là phiền toái, nhưng trên không có thể tử vong.
Pin xe điện quá nặng, công suất thấp và yếu đối với hàng không. An toàn là yêu cầu nghiêm ngặt nhất. Pin hàng không phải có nhiều lớp bảo vệ, phát hiện lỗi thời gian thực và cách nhiệt. Các nền tảng bay cần tăng công suất nhanh vượt mức định danh pin mà không suy giảm hay mất ổn định nhiệt.
Đáp ứng các yêu cầu này trong giới hạn trọng lượng và thể tích cần hóa chất pin tiên tiến và hệ thống quản lý pin có khả năng phân tích, cân bằng tải trong vài mili giây. Ví dụ, pin hàng không 500 watt-giờ/kg từ CATL, hợp tác với AutoFlight cho eVTOL, đang trong giai đoạn phát triển và chứng nhận.
Các lựa chọn năng lượng tiên tiến
Pin trạng thái rắn và bán rắn cung cấp mật độ năng lượng cao hơn và an toàn hơn pin lithium-ion thông thường, có thể phù hợp cho máy bay. Vật liệu nano cũng cải thiện mật độ năng lượng và tốc độ sạc/xả. Pin nhiên liệu hydro là lựa chọn khác, nhưng vẫn đang trong giai đoạn đầu thương mại hóa.
Drone chạy điện đã vận hành, nhưng mở rộng lên máy bay chở khách vẫn còn xa. Hệ thống hybrid-điện kết hợp động cơ thông thường cho bay hành trình và động cơ điện cho pha cất/hạ cánh là giải pháp thực tiễn. Ví dụ, Electric EEL của Ampaire đang thử nghiệm tuyến bay hành khách; ES-30 của Heart Aerospace dự kiến hoạt động năm 2028.
Các khái niệm máy bay mới đang nghiên cứu pin cấu trúc, tích hợp năng lượng vào cánh hoặc thân máy bay. Cách tiếp cận này làm mờ ranh giới giữa cấu trúc khí động học và hệ thống năng lượng; va chạm hoặc sửa chữa có thể ảnh hưởng cả hai. Chứng minh an toàn cần thử nghiệm vật liệu, động lực học cấu trúc và khả năng bay.
Quản lý và quy định năng lượng
Để phát triển bền vững, cần các quy định năng lượng mạnh và tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt cho pin và hệ thống năng lượng, vượt tiêu chuẩn xe điện. Hàng không đối mặt rủi ro 3D: thay đổi độ cao nhanh, nghiêng dốc, hồi phục khi thất tốc (stall) và nhiễu động.
Cơ quan quản lý nên bắt buộc kiến trúc nguồn dự phòng, hệ thống phát hiện pin quá nóng và vỏ pin chống va đập. Chính sách năng lượng có thể hỗ trợ chứng nhận, thử nghiệm an toàn, hành lang bay thử nghiệm và thắt chặt tiêu chuẩn theo lộ trình công nghệ.
Chính phủ có thể đóng vai trò người áp dụng sớm, ví dụ mua dịch vụ eVTOL cho cứu hộ khẩn cấp và giao hàng y tế, giảm rủi ro trước thương mại hóa. Hạ tầng cần kết hợp mạng lưới năng lượng mặt đất và nhu cầu trên không, xây trạm sạc công suất cao tại sân bay và “cảng bay thẳng đứng – vertiport” đô thị, với tiêu chuẩn giao diện điện thống nhất.
Tiêu chuẩn cung cấp năng lượng cần cao hơn cho máy bay so với pin xe điện và phải tiến hóa theo công nghệ. Ở Trung Quốc, các tiêu chuẩn pin EV nghiêm ngặt hơn áp dụng từ 7/2026 có thể tái định hình ngành toàn cầu. Tương tự, pin hàng không cũng cần nâng tiêu chuẩn theo tiến triển công nghệ.
Các bước tiếp theo
Con đường phía trước không chỉ là công nghệ mà còn là thể chế và hợp tác. Các cơ quan chứng nhận nên tham gia sớm trong thiết kế, từ mô hình “thử sau khi xây” sang hợp tác giữa nhà sản xuất, nhà nghiên cứu và cơ quan quản lý.
Sự thống nhất quốc tế là cần thiết. Các cơ chế chứng nhận phân mảnh có thể trùng lặp công sức và làm chậm đổi mới. Các tổ chức tiêu chuẩn toàn cầu (FAA, EASA, Cục Hàng không Trung Quốc) cần hướng tới tiêu chuẩn hiệu suất và an toàn hài hòa, đặc biệt với pin hàng không.
Khi nền kinh tế bay ở độ cao thấp hình thành, thế giới không chỉ chứng kiến lớp máy bay mới xuất hiện; mà còn chứng kiến ngành tái định nghĩa niềm tin vào công nghệ bay. Về dài hạn, hệ thống năng lượng giành chiến thắng sẽ là hệ thống tích hợp tốt, có thể chứng nhận và đáng tin cậy. Bầu trời đang mở ra, nhưng chỉ cho những hệ thống được chứng minh là xứng đáng.
Máy bay cất hạ cánh thẳng đứng chạy điện của Autoflight đã được cấp chứng nhận khả năng bay an toàn vào tháng 7. Ảnh: China News Service
