GS.TS sĩ Nguyễn Xuân Vinh (1930–2022) là nhà khoa học không gian người Mỹ gốc Việt. Ông từng là Đại tá, Tư lệnh Không quân Việt Nam Cộng hòa trước khi du học và trở thành một huyền thoại trong lĩnh vực cơ học bay vũ trụ. Ông là người Việt Nam đầu tiên được cấp bằng tiến sĩ khoa học không gian tại Đại học Colorado, Mỹ năm 1962 - chuyên ngành được NASA bảo trợ trực tiếp.

Phương trình bay, dấu mốc của khoa học vũ trụ

Đóng góp khoa học quan trọng và bền vững nhất trong sự nghiệp của Giáo sư Nguyễn Xuân Vinh là việc xây dựng hệ phương trình bay nhập khí quyển, được giới chuyên môn quốc tế gọi là “Vinh’s Universal Entry Equations”. Đây là một trong những nền tảng lý thuyết quan trọng của cơ học vũ trụ hiện đại, có ảnh hưởng trực tiếp tới sự phát triển của ngành hàng không – vũ trụ thế giới.

Hệ phương trình này cho phép các nhà khoa học tối ưu hóa quỹ đạo bay của phương tiện không gian khi rời Trái Đất, tiếp cận các thiên thể như Mặt Trăng và đặc biệt là quá trình quay trở lại khí quyển ở vận tốc cực cao. Nhờ đó, tàu vũ trụ có thể giảm tiêu hao nhiên liệu, kiểm soát nhiệt độ do ma sát sinh ra và hạn chế tối đa rủi ro cháy nổ trong giai đoạn nguy hiểm nhất của hành trình.

Phương trình bay của Giáo sư Nguyễn Xuân Vinh được đánh giá là một bước ngoặt trong toán học ứng dụng và khoa học vũ trụ, bởi nó giải quyết được những bài toán động lực học phức tạp vốn tồn tại lâu nay trong lĩnh vực nhập khí quyển. Thay vì phải xử lý các hệ phương trình rời rạc, khó áp dụng, ông đã chuyển hóa bài toán quỹ đạo bay thành một hệ công thức thống nhất, có khả năng ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn.

Một đóng góp lý thuyết nổi bật khác của hệ phương trình này là việc xác định một biến số không thứ nguyên làm biến độc lập, giúp đơn giản hóa đáng kể quá trình tính toán. Cách tiếp cận này cho phép áp dụng hiệu quả cho cả bay siêu thanh trong khí quyển lẫn bay xuyên hành tinh, mở rộng đáng kể phạm vi ứng dụng của mô hình toán học trong kỹ thuật hàng không – vũ trụ.

Những kết quả nghiên cứu trên được Giáo sư Nguyễn Xuân Vinh hệ thống hóa và công bố trong các công trình chuyên ngành, tiêu biểu là cuốn “Hypersonic and Planetary Entry Flight Mechanics” (xuất bản năm 1980). Từ đây, giới khoa học quốc tế đã chính thức gọi hệ phương trình của ông là “Vinh’s Universal Entry Equations”, như một sự ghi nhận đối với đóng góp mang tính nền tảng này.

Cho đến nay, hệ phương trình bay của Giáo sư Nguyễn Xuân Vinh vẫn được sử dụng như tài liệu tham khảo chuẩn mực trong nhiều chương trình không gian lớn của NASA, đặc biệt trong việc tính toán và điều phối quỹ đạo cho các tàu Apollo và tàu con thoi. Nền tảng lý thuyết do ông đặt ra đã góp phần quan trọng vào việc bảo đảm an toàn cho phi hành gia, đồng thời giúp các chương trình không gian hiện đại đạt được hiệu quả cao hơn về chi phí và kỹ thuật.

Từ một công trình toán học thuần túy, phương trình bay của Nguyễn Xuân Vinh đã trở thành công cụ cốt lõi trong hành trình chinh phục không gian của nhân loại, khẳng định dấu ấn trí tuệ Việt Nam trong một trong những lĩnh vực khoa học phức tạp và khắc nghiệt nhất thế giới.

Nhà khoa học được thế giới ghi nhận

Giáo sư Nguyễn Xuân Vinh sinh tại Yên Bái. Ông theo học tại Học viện Không quân Pháp ở Salon-de-Provence, chuyên ngành kỹ thuật cơ khí. Năm 1954, ông tốt nghiệp Đại học Aix-Marseille với bằng Toán học và được bổ nhiệm sĩ quan. Một năm sau, ông trở thành phi công nhiều động cơ của Không quân Pháp.

Đầu năm 1955, GS Nguyễn Xuân Vinh trở về Việt Nam và lần lượt đảm nhiệm hai vị trí trong không quân miền Nam: Tham mưu trưởng Không quân và Tư lệnh Không quân đầu tiên, khi mới 28 tuổi. Từ năm 1962, ông sang Mỹ du học và tiếp tục sinh sống, làm việc tại đây.

Tại Hoa Kỳ, ông theo học Đại học Colorado, làm việc dưới sự hướng dẫn trực tiếp của Adolf Busemann và C. Forbes Dewey. Với luận án “Nghiên cứu hình học về các vấn đề chuyển quỹ đạo”, Nguyễn Xuân Vinh được trao bằng Tiến sĩ năm 1965 – đây là bằng tiến sĩ đầu tiên về kỹ thuật hàng không vũ trụ do Đại học Colorado cấp.

Năm 1972, ông tiếp tục nhận bằng Tiến sĩ Toán học quốc gia của Đại học Paris (Pháp). Trước đó, từ năm 1968, ông gia nhập Đại học Michigan với cương vị phó giáo sư Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ và được phong hàm giáo sư năm 1972. Sau khi nghỉ hưu vào ngày 31/12/1998, ông được phong danh hiệu Giáo sư danh dự của trường.

Thành tựu của Giáo sư Nguyễn Xuân Vinh nhận được đánh giá cao từ giới khoa học quốc tế. Trong gần 30 năm giảng dạy tại Đại học Michigan, ông đã đào tạo hơn 1.000 kỹ sư và tiến sĩ chuyên ngành hàng không vũ trụ, nhiều người trong số đó hiện giữ vai trò quan trọng tại các trung tâm nghiên cứu lớn trên thế giới.

Giáo sư Nguyễn Xuân Vinh là viện sĩ của nhiều tổ chức khoa học uy tín, trong đó có Viện Hàn lâm Quốc gia Hàng không và Không gian Pháp và Viện Hàn lâm Không gian Quốc tế. Các công trình nghiên cứu của ông, đặc biệt là hệ phương trình bay mang tên Nguyễn Xuân Vinh, hiện được lưu trữ và trưng bày tại Trung tâm Điều khiển bay của NASA ở Houston (Texas, Mỹ), đồng thời có mặt trong thư viện khoa học của nhiều trường đại học lớn trên thế giới.

Năm 1994, ông được Hiệp hội Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ (AIAA) trao Giải thưởng Control Systems Award nhằm ghi nhận những đóng góp nổi bật cho lý thuyết điều khiển tối ưu trong khí động lực học vũ trụ. Những nghiên cứu của ông đã góp phần hình thành nền tảng lý thuyết quan trọng cho khoa học bay không gian hiện đại.