Máy bay đi từ châu Á sang Bắc Mỹ hay từ châu Âu sang bờ tây nước Mỹ thường vòng lên phía Bắc Cực vì đó mới là đường ngắn nhất trên quả địa cầu: đường tròn lớn nối hai điểm ở bán cầu bắc luôn cong về phía cực khi vẽ lên bản đồ phẳng. Các đường bay qua vùng cực (polar route) cắt ngắn hàng trăm, có khi hơn một nghìn ki-lô-mét, nhưng đòi hỏi chuẩn bị riêng: nhiên liệu chịu lạnh, liên lạc vệ tinh, sân bay dự bị giữa vùng băng giá và theo dõi bão Mặt Trời.
Đường thẳng trên bản đồ không phải đường ngắn nhất
Bản đồ treo tường quen thuộc dùng phép chiếu Mercator: kinh tuyến và vĩ tuyến là những đường thẳng vuông góc, càng gần cực các vùng đất càng bị kéo giãn. Trên bản đồ đó, đường thẳng nối Hồng Kông và New York đi ngang Thái Bình Dương. Nhưng Trái Đất là một quả cầu. Đường ngắn nhất giữa hai điểm trên mặt cầu là cung của một đường tròn lớn, tức đường tròn có tâm trùng với tâm Trái Đất.
Thử làm thế này: lấy quả địa cầu, căng một sợi chỉ giữa Hồng Kông và New York. Sợi chỉ sẽ không chạy ngang Thái Bình Dương mà vút lên phía bắc, qua vùng Siberia, gần Bắc Cực, rồi xuôi xuống Canada. Đó chính là đường bay ngắn nhất, khoảng 13.000 km. Vẽ lại sợi chỉ lên bản đồ phẳng, ta thấy một đường cong lớn, như thể máy bay đang "đi vòng".
| Cặp thành phố | Đường tròn lớn đi qua vùng nào |
|---|---|
| Hồng Kông – New York | Siberia, gần Bắc Cực, Canada |
| Bắc Kinh – New York | Siberia, Bắc Băng Dương, Canada |
| Dubai – Los Angeles | Nga, gần Bắc Cực, Canada |
| London – Los Angeles | Iceland, Greenland, Canada |
| Hồng Kông – Chicago | Siberia, Bắc Băng Dương, Canada |
| Sydney – Santiago | Nam Thái Bình Dương, gần châu Nam Cực |
Lịch sử ngắn của đường bay vùng cực
- Năm 1954: hãng SAS của Scandinavia mở đường bay thương mại thường lệ qua vùng cực đầu tiên, Copenhagen – Los Angeles, bằng máy bay cánh quạt DC-6B, dừng ở Greenland và Canada.
- Năm 1957: SAS mở Copenhagen – Tokyo qua Anchorage (Alaska), rút ngắn đáng kể so với lộ trình vòng qua phía nam châu Á.
- Thập niên 1960–1980: Anchorage trở thành trạm dừng nạp dầu nổi tiếng của các chuyến châu Âu – Nhật, vì lúc đó máy bay chưa đủ tầm bay thẳng và vùng trời Liên Xô đóng với nhiều hãng phương Tây.
- Cuối thập niên 1990 – đầu những năm 2000: Nga, Mỹ, Canada cùng các cơ quan không lưu mở hệ thống đường bay xuyên cực (cross-polar routes). Sau các chuyến bay thử, các hãng bắt đầu khai thác thường xuyên đường bay từ Bắc Mỹ sang Hồng Kông, Bắc Kinh, Thượng Hải qua sát Bắc Cực.
Những năm gần đây, việc nhiều hãng không còn được bay qua không phận Nga từ năm 2022 đã buộc một số đường bay châu Âu – Đông Bắc Á và Bắc Mỹ – châu Á phải đổi lộ trình, có tuyến dài thêm nhiều giờ. Điều đó cho thấy lợi thế đường tròn lớn lớn đến đâu khi bị mất đi.
Bay qua vùng cực cần chuẩn bị những gì
Nhiên liệu không được đông
Nhiên liệu phản lực Jet A-1 có điểm đông đặc tối đa theo tiêu chuẩn là −47 °C; loại Jet A dùng nhiều ở Mỹ là −40 °C. Ở độ cao bay trên vùng cực, không khí bên ngoài có thể lạnh dưới −60 °C, và sau nhiều giờ bay, nhiên liệu trong cánh nguội dần. Tổ lái theo dõi liên tục nhiệt độ nhiên liệu trong thùng. Khi nó tiến gần ngưỡng an toàn, họ có thể xin hạ độ cao xuống lớp khí ấm hơn hoặc tăng tốc độ để ma sát không khí làm ấm vỏ máy bay một chút. Kế hoạch bay vùng cực phải có chiến lược chống đông nhiên liệu từ trước.
Liên lạc ngoài tầm vệ tinh địa tĩnh
Vệ tinh địa tĩnh nằm trên xích đạo. Lên tới vĩ độ khoảng trên 80 độ, chúng nằm dưới đường chân trời, nên hệ thống liên lạc vệ tinh dựa vào chúng mất sóng. Máy bay bay vùng cực phải có phương án khác: vô tuyến sóng ngắn HF, và ngày nay là các chòm vệ tinh quỹ đạo thấp phủ được cả hai cực.
La bàn từ vô dụng
Gần cực từ, đường sức từ trường gần như cắm thẳng xuống đất, kim la bàn mất định hướng. Vì thế trong vùng cực, máy bay chuyển sang dẫn đường theo hướng thật (so với cực địa lý) thay vì hướng từ, dựa vào hệ thống dẫn đường quán tính và định vị vệ tinh.
Sân bay dự bị giữa vùng băng giá
Nguyên tắc chung với máy bay hai động cơ là phải luôn nằm trong một khoảng thời gian bay nhất định tới sân bay dự bị phù hợp, theo quy định ETOPS (khai thác tầm xa máy bay hai động cơ). Vùng cực có rất ít sân bay đủ dài, đủ dịch vụ: các cái tên hay gặp là Anchorage và Fairbanks ở Alaska, Keflavik ở Iceland, vài sân bay ở Greenland, Canada và Siberia. Hãng còn phải có kế hoạch đón khách: nếu phải hạ cánh khẩn cấp ở một sân bay giữa mùa đông âm 40 độ, ai sẽ đưa hàng trăm hành khách vào chỗ ấm và chở họ đi tiếp? Theo quy định của nhiều nhà chức trách, máy bay khai thác vùng cực phải mang theo quần áo chống lạnh cho tổ bay khi phải ra ngoài.
Bão Mặt Trời
Khi Mặt Trời phun trào mạnh, các hạt mang điện đổ vào vùng cực theo đường sức từ trường. Hệ quả: sóng HF có thể mất liên lạc, định vị vệ tinh kém chính xác, và liều bức xạ vũ trụ ở độ cao bay tăng lên. Trung tâm dự báo thời tiết không gian phát cảnh báo; trong những đợt mạnh, hãng có thể cho máy bay bay thấp hơn hoặc dời đường bay xuống vĩ độ thấp hơn, chấp nhận dài thêm.
Gió và lựa chọn hằng ngày
Đường tròn lớn là ngắn nhất về khoảng cách, nhưng không phải lúc nào cũng nhanh nhất. Mỗi ngày, bộ phận điều phái bay (dispatch) của hãng tính nhiều phương án: đường qua cực, đường men theo Alaska, đường qua giữa Thái Bình Dương. Họ đặt vào đó dự báo gió trên cao, nhiệt độ, vùng trời bị hạn chế, phí điều hành bay của từng nước, rồi chọn phương án tốn ít nhiên liệu và thời gian nhất. Hôm nay chuyến Hồng Kông – New York có thể qua sát cực, hôm sau lại chọn đường khác vì gió.
Còn Nam Cực thì sao
Bán cầu nam ít đường bay vùng cực hơn hẳn, đơn giản vì ít cặp thành phố lớn nằm hai bên châu Nam Cực. Các đường bay giữa Úc và Nam Mỹ, như Sydney – Santiago, hay giữa Úc và Nam Phi, có đường tròn lớn đi xuống khá sâu về phía nam. Tuy nhiên chúng thường không bay sâu vào lục địa Nam Cực vì gần như không có sân bay dự bị nào đáp ứng. Quy định ETOPS và nhiệt độ cực thấp là hai giới hạn chính.
Góc nhìn hôm nay: tự vẽ một đường bay vùng cực
Có hai cách dễ thấy nhất. Một là dùng quả địa cầu và sợi chỉ như trên. Hai là dùng các công cụ vẽ đường tròn lớn trên mạng: gõ mã ba chữ của hai sân bay (HKG và JFK, chẳng hạn), công cụ sẽ vẽ cung đường và tính khoảng cách. So với đường bay thật trên các trang theo dõi chuyến bay, bạn sẽ thấy máy bay bám khá sát cung đó nhưng lệch theo gió và luồng không lưu.
Ai muốn đọc thêm có thể tìm hướng dẫn của Cục Hàng không Liên bang Mỹ về khai thác vùng cực, các tài liệu về ETOPS, và trang của Trung tâm Dự báo Thời tiết Không gian Mỹ (NOAA SWPC), nơi có thang cảnh báo bão Mặt Trời ảnh hưởng tới hàng không. Người ngồi ghế cửa sổ trên một chuyến bay qua vùng cực vào mùa đông, nếu may, có thể thấy cực quang ngay bên ngoài.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao máy bay không bay thẳng mà đi vòng lên phía bắc?
Máy bay không đi vòng: nó đi theo đường tròn lớn, đường ngắn nhất trên mặt cầu. Khi vẽ lên bản đồ phẳng kiểu Mercator, đường này trông cong lên phía cực nên ta tưởng là vòng.
Máy bay có bay qua Bắc Cực không?
Có. Nhiều chuyến giữa Bắc Mỹ và Đông Á, hoặc giữa Trung Đông và Bắc Mỹ, đi qua vùng gần Bắc Cực theo hệ thống đường bay xuyên cực được mở từ khoảng đầu những năm 2000. Lộ trình cụ thể thay đổi hằng ngày theo gió.
Nhiên liệu máy bay có bị đóng băng không?
Nhiên liệu Jet A-1 có điểm đông đặc tối đa −47 °C. Tổ lái theo dõi nhiệt độ nhiên liệu suốt chuyến và có thể hạ độ cao hoặc tăng tốc độ nếu nó tiến gần ngưỡng an toàn.
Bay qua vùng cực có bị nhiễm xạ không?
Liều bức xạ vũ trụ ở độ cao bay vùng cực cao hơn vùng xích đạo, và tăng lên khi có bão Mặt Trời mạnh. Với hành khách thỉnh thoảng bay, mức này được các cơ quan chuyên môn coi là nhỏ; các hãng theo dõi cảnh báo thời tiết không gian và đổi đường bay khi cần.
Đường bay vùng cực đầu tiên là đường nào?
Năm 1954, hãng SAS mở đường bay thương mại thường lệ Copenhagen – Los Angeles qua Greenland và Canada, được coi là đường bay vùng cực đầu tiên chở khách thường xuyên.
