Bình minh của kỷ nguyên phản lực đã kết nối các thành phố theo một cách chưa từng có trước đây: nhanh hơn, bay cao hơn và sang trọng hơn bất cứ ai từng tưởng tượng là có thể. de Havilland Comet chính là lời hứa đó, một kỳ quan sáng loáng sẽ đưa hành khách lên trên mây trong khoang áp suất thoải mái. Các hãng hàng không thi nhau khai thác nó, trong khi hành khách mơ được bay trên chiếc máy bay ấy. Tương lai đã đến.

Rồi những chiếc máy bay bắt đầu tan rã giữa không trung.

Ba vụ tan vỡ nghiêm trọng xảy ra trên không chỉ trong vòng hai năm đã khiến các điều tra viên phải gấp rút đi tìm câu trả lời, mở ra một trong những cuộc điều tra pháp y quan trọng nhất trong lịch sử hàng không. Những gì cuối cùng được phát hiện không phải là lỗi động cơ hay lỗi phi công.

Nguyên nhân là một hình dạng. Một hình dạng đơn giản, trông vô hại nhưng đã được khoét vào thân máy bay hàng ngàn lần. Câu chuyện về lý do mọi máy bay thương mại ngày nay đều có cửa sổ hình bầu dục chính là câu chuyện của vật lý, thứ đã dạy các kỹ sư những bài học thay đổi mãi mãi cách chúng ta bay.

Nhưng không chỉ là cửa sổ. Là cách mà thân máy bay có khoang áp suất, lớp vỏ nhôm mỏng, các lỗ đinh tán và các chu trình bay lặp đi lặp lại tập trung ứng suất xung quanh những chỗ khoét cho đến khi những vết nứt nhỏ lan rộng, dẫn tới hậu quả thảm khốc. 

Chiếc de Havilland Comet

Lần bay đầu vào năm 1949, de Havilland Comet là một bước đột phá trong ngành hàng không, khi nó sở hữu hàng loạt thay đổi mang tính cách mạng so với các máy bay phổ thông thời ấy. Đáng chú ý nhất là nó là chiếc máy bay chở khách thương mại chạy bằng động cơ phản lực đầu tiên trên thế giới. Với bốn động cơ tuốc-bin phản lực de Havilland Ghost, Comet 1 đại diện cho tương lai của ngành hàng không, nhưng đồng thời cũng đặt ra thách thức lớn cho các kỹ sư. Tốc độ cao hơn nhiều và các đặc tính hiệu năng hoàn toàn khác buộc các kỹ sư phải tiến vào lĩnh vực hàng không chỉ từng được thử nghiệm trên những máy bay quân sự nhỏ hơn phát triển trong Thế chiến II, như Gloster Meteor hay de Havilland Vampire. Việc mở rộng quy mô lên kích thước của một máy bay thương mại hóa ra không hề suôn sẻ, như họ sớm phát hiện.

Tại sao lại dùng cửa sổ vuông?

Cần lưu ý rằng hầu hết máy bay thời Thế chiến II dùng cửa sổ vuông vì chúng dễ lắp ráp. Bay ở độ cao thấp ít ảnh hưởng đến cửa sổ và thân máy bay nói chung, và vì vậy de Havilland đã làm theo và dùng cửa sổ vuông cho Comet. Các thử nghiệm cho thấy cửa sổ sẽ gây ít vấn đề. Điều này về sau đã chứng tỏ là một sai lầm chết người.

Sự cố nghiêm trọng

Comet chính thức phục vụ thương mại cho BOAC vào tháng 5 năm 1952, chuyên chở hành khách giữa London và Johannesburg. Đáng chú ý là thời gian bay được báo cáo chỉ bằng một nửa so với những máy bay động cơ piston hiện đại nhất lúc bấy giờ. Tuy nhiên, hào hứng đối với máy bay mới này chóng tàn vì Comet đã trải qua ba vụ tai nạn nghiêm trọng chỉ trong 12 tháng.

Ngay sau chuyến bay định kỳ đầu tiên vào mùa xuân 1952, vào ngày 26 tháng 10 năm 1952, một chiếc Comet do BOAC khai thác đã gặp sự cố khi cất cánh ở Rome và trượt ra khỏi mép đường băng. Mặc dù không có thiệt hại về người, chiếc máy bay bị hư hỏng nặng và sau đó bị cho là phải loại biên. Trong khi nguyên nhân của vụ tai nạn này được quy cho lỗi con người, hai vụ rơi sau đó đã phá hủy danh tiếng của Comet mãi mãi.

Chuyến bay BOAC 783

Chỉ tám tháng sau, vào ngày 2 tháng 5 năm 1953, một chiếc Comet bị tan rã giữa không trung khi đang leo qua một cơn bão dữ dội gần Calcutta, Ấn Độ. Chiếc máy bay, hoạt động dưới số hiệu BOAC Flight 783, đã vỡ tung trên độ cao, vung vãi mảnh vỡ khắp hàng dặm đất đai phía dưới. Tất cả 43 hành khách và phi hành đoàn trên khoang đều thiệt mạng. Các điều tra viên cho rằng sự cố cấu trúc là do ứng suất khổng lồ đặt lên khung máy bay, có thể là do các luồng gió mạnh hoặc các thao tác điều khiển quyết liệt của phi công khi đối phó với bão. Nhưng sự thật sâu hơn, đen tối hơn về lý do Comet lại dễ tổn thương trước những lực đó thì vẫn chưa được hé lộ.

Chuyến bay BOAC 781

Vào tháng 1 năm 1954, BOAC Flight 781 từ Rome-Ciampino đi London Airport (nay là London-Heathrow), do một chiếc Comet khai thác, đang leo lên độ cao 27,000 feet thì gặp sự cố kết cấu, rơi xuống ngoài khơi bờ biển phía nam của đảo Elba ở Ý. Những nhân chứng trên mặt đất kể lại đã nhìn thấy những mảnh máy bay tách rời trên bầu trời, một cảnh tượng khiến thế giới hàng không choáng váng và kích hoạt một cuộc điều tra khẩn cấp, rộng khắp để tìm hiểu điều gì đã biến chiếc máy bay được ca ngợi nhất hành tinh thành bẫy tử thần.

Một cuộc điều tra về vụ tai nạn được khởi xướng, bao gồm việc trục vớt mảnh vỡ từ đáy biển. Sau khi phân tích, các chuyên gia kết luận sự cố xảy ra ở thân máy bay, dẫn tới mất áp suất đột ngột do chênh lệch áp suất ở độ cao đó — khiến máy bay vỡ thành nhiều mảnh. Vấn đề này cần được điều tra nghiêm túc đến mức BOAC đã tặng một trong những chiếc Comet còn lại để sử dụng làm khung thử nghiệm cho các thí nghiệm.

Việc này được thực hiện bằng cách mô phỏng hàng nghìn chu kỳ tăng và giảm áp suất trong một bể nước đặt thân máy bay vào. Kết quả rõ ràng: mỏi kim loại do việc tăng giảm áp suất lặp đi lặp lại trên khung máy bay đã khiến các vết nứt xuất hiện sớm trên lớp vỏ kim loại của thân, dẫn tới sự thất bại cuối cùng.

Tuy nhiên, một hiểu lầm phổ biến là cho rằng các cửa sổ vuông trên máy bay phải chịu trách nhiệm. Thực tế, vụ tai nạn ở Elba được xác định là do một vết nứt ban đầu hình thành ở mặt trên của thân máy bay. Cửa sổ vuông quả thật sẽ chịu ứng suất cao ở các góc; tuy nhiên điều này đã là một thực tế được biết đến lúc bấy giờ. Vì lý do này, các nhà thiết kế Comet không làm cửa sổ hoàn toàn hình chữ nhật. Góc cửa không sắc mà có cạnh nghiêng để phân bố ứng suất đều hơn, mặc dù các cuộc điều tra kết luận ứng suất ở vùng da xung quanh những chỗ đó vẫn cao hơn nhiều so với các vùng khác. Dù đúng là thiết kế cửa sổ này vẫn yếu và do đó góp phần vào hai vụ tai nạn chết người, nhưng nguồn gốc của các vết nứt nằm ở chỗ khác.

Để cải thiện tính khí động học và hiệu quả tổng thể của máy bay, các kỹ sư muốn bề mặt thân máy bay mịn nhất có thể. Trên các máy bay trước đó, các đinh tán nối lớp vỏ với khung và dầm bên trong cấu trúc nhô ra khỏi bề mặt thân, tạo lực cản thêm. Trên một số máy bay khác, vấn đề này được khắc phục bằng cách gia công một lỗ vào vỏ thân để đầu đinh tán nằm chìm. Tuy nhiên, tiến bộ trong hợp kim nhôm cho phép sử dụng lớp vỏ mỏng hơn trên Comet, mang lại cùng độ bền nhưng nhẹ hơn. Hệ quả là lớp vỏ quá mỏng để khoan một lỗ phù hợp.

Để giải quyết, các nhà thiết kế quyết định dùng kỹ thuật ‘punch rivet’ (đinh tán dập), trong đó đinh tán được đóng với lực đủ để dập lún vào vỏ, tạo bề mặt phẳng hơn. Tuy nhiên, làm như vậy các đinh tán đã tạo ra các lỗ không đều và vi vết nứt trên lớp vỏ máy bay, kết hợp với việc không dùng keo hay chất bịt kín cùng với đinh tán, đã tạo điều kiện cho các vết nứt lan rộng và mỏi kim loại qua các chu kỳ lặp đi lặp lại.

Chuyến bay South African Airways 201

Đáng tiếc, điều này chỉ được phát hiện sau vụ rơi thứ hai. Vào tháng 4 năm 1954, chỉ ba tháng sau vụ mất mát của Flight 781, South African Airways Flight 201 — một chiếc Comet khác hoạt động theo hợp đồng với BOAC — cất cánh từ Rome đi Cairo. Giống như trước, nó không bao giờ đến nơi. Máy bay vỡ tan ở đâu đó trên Biển Tyrrhenian, gần đảo Stromboli của Ý, khiến tất cả 21 người trên khoang thiệt mạng. Mảnh vỡ, vung vãi trên đáy biển Địa Trung Hải sâu, không bao giờ được trục vớt hoàn toàn, khiến việc kết luận chắc chắn về nguyên nhân gần như không thể với các điều tra viên.

Nhưng những điểm tương đồng thì không thể bỏ qua: cùng loại máy bay, cùng sân bay khởi hành, cùng giai đoạn bay, cùng cái kết bạo lực và bất ngờ. Một chuỗi sự kiện tương tự gần như chắc chắn đã diễn ra ở độ cao, vô hình với bất kỳ ai trên mặt đất cho tới khi những mảnh máy bay bắt đầu rơi xuống. Hai chiếc Comet, cách nhau ba tháng, biến mất theo một cách đáng lo ngại tương tự. Thế giới hàng không không thể làm ngơ nữa.

Sau vụ tai nạn chết người này, Comet bị đình bay và chứng chỉ đủ điều kiện khai thác của nó bị thu hồi. Khi kết quả điều tra được công bố, tất cả Comet 1 đều bị nghỉ hưu, và de Havilland nhanh chóng phát triển Comet 4 được thiết kế lại, có lớp vỏ dày hơn và cửa sổ hình elip. Tuy nhiên, lúc đó kỷ nguyên phản lực đã thực sự bùng nổ, và de Havilland phải đối mặt với cạnh tranh mạnh mẽ từ Mỹ, cụ thể là Boeing 707 và Douglas DC-8. Cả hai mẫu này trở nên phổ biến hơn nhiều so với Comet, vốn chỉ có 114 chiếc được chế tạo.

Sau các thảm họa năm 1954, Comet 1 không bao giờ trở lại phục vụ hành khách thương mại. Kể từ đó, chưa có hãng hàng không nào giới thiệu một máy bay thương mại với cửa sổ vuông.

Năm 1958, cửa sổ hình bầu dục được đưa vào trên máy bay thương mại, và kể từ đó trở thành tiêu chuẩn của ngành. Việc tích tụ ứng suất quanh cửa sổ vẫn là một yếu tố nhỏ trong các vụ tai nạn sau này khi các kỹ sư máy bay tiếp tục hoàn thiện thiết kế các bộ phận khác. Cửa sổ hiện đại còn có các biện pháp bảo vệ bổ sung, như các lớp acrylic để chắn các tác nhân bên ngoài và một “lỗ xả” giúp duy trì áp suất trong khoang ở mức tương đối ổn định.