Lịch sử đường băng sân bay: từ bãi cỏ tròn đến đường băng bê tông 4 km

Đường băng ra đời muộn hơn máy bay gần ba mươi năm. Các sân bay đầu thế kỷ 20 chỉ là bãi cỏ tròn hoặc vuông để máy bay cất cánh theo bất kỳ hướng nào ngược gió; đường băng trải cứng chỉ phổ biến từ thập niên 1930 khi máy bay nặng hơn, rồi dài ra 3 km khi máy bay phản lực xuất hiện cuối thập niên 1950. Bố cục cũng đổi từ nhiều đường băng chéo nhau sang các đường băng song song như ngày nay.

Thời bãi cỏ: cất cánh theo mọi hướng

Máy bay những năm 1910–1920 nhẹ, bay chậm, tốc độ cất cánh chỉ khoảng 60–100 km/h. Chúng rất sợ gió ngang, vì một cơn gió thổi vuông góc đủ làm máy bay nhẹ trượt ngang hoặc lật. Giải pháp đơn giản nhất: không làm đường băng cố định, mà làm một bãi cỏ rộng, phẳng, để phi công luôn chọn được hướng ngược gió.

Một sân bay thời đó thường có:

• Bãi cỏ hình tròn hoặc gần vuông, đường kính cỡ vài trăm mét đến một ki-lô-mét.
• Vòng tròn trắng vẽ giữa bãi để phi công nhận ra sân bay từ trên cao.
• Chữ T hạ cánh, một khung hình chữ T lớn đặt trên mặt đất, xoay theo gió. Phi công hạ cánh theo hướng thân chữ T về phía thanh ngang. Ở sân bay nhỏ, chữ T tự xoay như chong chóng gió.
• Ống gió trên cột cao.

Cỏ có ưu điểm: êm cho bánh xe, rẻ, dễ sửa. Nhược điểm lộ ra mỗi mùa mưa: đất nhão, bánh lún, máy bay nặng không thể chạy đà đủ nhanh. Những sân bay lớn như Croydon ở London cho tới khi đóng cửa năm 1959 vẫn là bãi cỏ, và đó là một trong những lý do nó bị thay thế.

Thập niên 1930: đường băng trải cứng xuất hiện

Bước ngoặt đến với máy bay chở khách bằng kim loại như Ford Trimotor, Douglas DC-2 và đặc biệt DC-3 từ năm 1936. Chúng nặng gấp nhiều lần máy bay khung gỗ, bay theo lịch cố định bất kể thời tiết. Bãi cỏ không chịu nổi.

Các sân bay bắt đầu làm những dải chạy đà trải cứng, ban đầu bằng xỉ than, đá dăm, rồi nhựa đường và bê tông. Ai là người có đường băng trải cứng đầu tiên là chuyện còn tranh cãi, vì mỗi nước có một ứng viên: ở Mỹ, một số sân bay cuối thập niên 1920 đã có dải bê tông; ở châu Âu, sân bay Bromma của Stockholm mở năm 1936 hay được nhắc là một trong những sân bay đầu tiên được thiết kế từ đầu với đường băng trải cứng.

Khi đã trải cứng thì không thể trải cả bãi, quá tốn kém. Người ta phải chọn hướng. Và vì máy bay vẫn sợ gió ngang, sân bay thường làm hai, ba, thậm chí bốn đường băng theo các hướng khác nhau, xếp thành hình chữ T, chữ X, tam giác hoặc ngôi sao. Sân bay Gia Lâm ở Hà Nội, mở năm 1936, có hai đường băng vuông góc hình chữ T là một ví dụ của thời kỳ này.

Thập niên 1940: tam giác chuẩn và ngôi sao Heathrow

Đến thập niên 1940, ở Anh hình thành một mẫu sân bay chuẩn: ba đường băng xếp thành tam giác, lệch nhau khoảng 60 độ, đường dài nhất khoảng 1.800–2.000 m. Với ba hướng đó, gió thổi hướng nào cũng có một đường băng lệch không quá 30 độ so với hướng gió. Hàng trăm sân bay theo mẫu này được xây trên khắp nước Anh; ngày nay nhìn ảnh vệ tinh vùng nông thôn Anh vẫn thấy rất nhiều hình tam giác bê tông, phần lớn đã thành đồng ruộng, khu công nghiệp hay đường đua.

Khi Heathrow được quy hoạch làm sân bay chính của London giữa thập niên 1940, bản vẽ ban đầu có sáu đường băng xếp thành hình ngôi sao sáu cánh, hai đường băng song song cho mỗi trong ba hướng. Ý tưởng là luôn có cặp đường băng ngược gió dù gió thổi từ đâu. Nhưng chỉ vài năm sau, bản vẽ đó lỗi thời.

Vì sao các đường băng chéo biến mất

Hai thay đổi kỹ thuật làm sân bay không còn cần nhiều hướng đường băng:

1. Càng mũi thay cho bánh đuôi. Máy bay đời đầu có hai bánh chính phía trước và bánh nhỏ dưới đuôi, khi lăn thân máy bay ngửa lên, rất khó giữ hướng trong gió ngang. Từ thập niên 1940, máy bay chở khách chuyển sang kiểu ba bánh có càng mũi, như DC-4, thân nằm ngang khi lăn, giữ hướng tốt hơn nhiều.
2. Máy bay nặng và nhanh hơn. Tốc độ hạ cánh cao hơn nên ảnh hưởng tương đối của gió ngang giảm. Máy bay chở khách hiện đại thường được chứng nhận cất hạ cánh với gió ngang khoảng 30–40 km/h trở lên.

Kết quả là các sân bay chỉ cần một hướng đường băng chính, chọn theo hướng gió thịnh hành trong năm, và tăng công suất bằng cách làm thêm đường băng song song. Heathrow bỏ dần các đường băng chéo, chỉ còn hai đường băng song song chạy đông – tây. Atlanta, Dubai, Paris Charles de Gaulle, Nội Bài, Tân Sơn Nhất, Long Thành đều đi theo bố cục song song.

Thời phản lực: đường băng dài 3 km và mặt đường dày

Máy bay phản lực chở khách, như de Havilland Comet đầu thập niên 1950 rồi Boeing 707 từ năm 1958, đòi hỏi những thứ chưa sân bay nào có sẵn:

• Đường băng dài hơn: khoảng 3.000 m cho chặng dài chở đầy nhiên liệu, gấp rưỡi đến gấp đôi đường băng thời DC-3. Nhiều sân bay phải kéo dài đường băng, có nơi phải lấn biển như Kai Tak ở Hong Kong.
• Mặt đường dày và chịu lực cao: máy bay nặng hàng trăm tấn dồn lên vài cụm bánh. Bê tông xi măng dày, hoặc nhiều lớp nhựa đường trên nền đá được tính toán kỹ.
• Chống trơn khi mưa: từ thập niên 1960, các nghiên cứu ở Anh và Mỹ về hiện tượng bánh xe trượt trên màng nước dẫn tới việc xẻ rãnh ngang trên mặt đường băng để nước thoát nhanh. Ngày nay nhiều đường băng lớn đều có rãnh này.
• Đèn và vạch sơn theo chuẩn quốc tế để máy bay hạ cánh được cả đêm lẫn trong sương mù.

Boeing 747 năm 1970 không đòi đường băng dài hơn 707 nhiều, nhờ cánh và động cơ tốt hơn, nhưng đòi mặt đường, đường lăn và sân đỗ chịu lực lớn hơn, rộng hơn. Kể từ đó, chiều dài đường băng ở các sân bay quốc tế lớn ổn định quanh 3.000–4.000 m. Sân bay Long Thành ở Đồng Nai được thiết kế với đường băng dài 4.000 m, đúng chuẩn của thế hệ này.

Những đường băng đặc biệt

Không phải mọi đường băng đều theo khuôn mẫu. Ở cao nguyên Tây Tạng, sân bay Qamdo Bamda nằm ở độ cao khoảng 4.300 m có đường băng dài khoảng 5.500 m, thường được nhắc là đường băng trải cứng dài nhất đang phục vụ dân dụng: không khí loãng ở độ cao đó khiến máy bay cần quãng chạy đà rất dài. Ở sa mạc California, những lòng hồ khô phẳng lì tại căn cứ Edwards được dùng làm đường băng tự nhiên dài nhiều km, từng đón tàu con thoi hạ cánh.

Ở đầu kia, đường băng cỏ vẫn sống. Hàng nghìn sân bay nhỏ cho máy bay tư nhân, tàu lượn, máy bay nông nghiệp trên thế giới vẫn là bãi cỏ, vì rẻ và êm. Một số sân bay lớn có cả đường băng cỏ phụ cho máy bay nhỏ.

Góc nhìn hôm nay: đọc lịch sử qua hình dạng đường băng

Hình dạng đường băng là một "vân tay" thời đại của sân bay:

• Hình tam giác, chữ X: sân bay ra đời trong thập niên 1930–1940, có khi đã bỏ hoang hoặc chỉ còn dùng một cạnh.
• Chữ T: sân bay thời 1930 như Gia Lâm.
• Hai hoặc bốn đường song song: sân bay thời phản lực, hoặc sân bay cũ đã "cắt tỉa" các đường chéo.
• Một đường băng ngắn giữa phố: sân bay rất cũ mà thành phố đã bao kín.

Cách tìm hiểu thêm đơn giản nhất là mở ảnh vệ tinh, tìm các sân bay ở Anh, Đức, Mỹ rồi so với Nội Bài hay Long Thành. Người thích đọc sâu có thể tìm tài liệu hướng dẫn thiết kế sân bay của ICAO (Phụ ước 14 của Công ước Chicago), nơi các con số về chiều dài, chiều rộng, độ dốc đường băng hiện nay được quy định, và các sách lịch sử kiến trúc sân bay kể lại quá trình bãi cỏ biến thành dải bê tông.