DARPA muốn phát triển công nghệ đẩy siêu im lặng của tàu ngầm "Tháng 10 Đỏ" trong truyện Tom Clancy

Điều thú vị, tạo nên sự bí ẩn và kịch tính trong bộ phim "The Hunt for Red October" chuyển thể từ tiểu thuyết cùng tên của Tom Clancy chính là chiếc tàu ngầm siêu tối tân của Nga mật danh "Tháng 10 Đỏ". Đây là một con tàu ngầm hư cấu thuộc lớp Typhoon và nó được trang bị một hệ thống đẩy vận hành siêu im lặng, hầu như không thể bị phát hiện bởi thủy âm. Giờ đây, Cơ quan các dự án phòng thủ tối tân (DARPA) đang muốn phát triển một hệ thống đẩy tương tự dựa trên những phát kiến về công nghệ.


Người ta vẫn nói Tom Clancy như một bậc thầy quân sự và nhiều thứ trong tiểu thuyết của ông tưởng hư cấu hóa ra là thật. Như với trường hợp của chiếc tàu ngầm Tháng 10 Đỏ, hệ thống truyền động bí ẩn của nó thực tế dựa trên một công nghệ có thực, khả thi có tên hệ thống đẩy từ thủy động lực học (magnetohydrodynamic drive - MHD).

Nguyên lý của MHD đó là một chất lưu như không khí hay nước được sạc điện tích, sau đó được gia tốc bằng trường điện từ và tạo ra lực đẩy. MHD có cấu tạo cơ bản gồm một ống rỗng với các điện cực ở một đầu và các cuộn dây từ bọc xung quanh ống. Vì thiết bị không có trục, bánh răng, cánh quạt, turbine hay thành phần chuyển động nào nên nó tạo ra rất ít tiếng ồn và nếu có thì tiếng ồn này có thể bị nhầm lẫn đến từ các nguồn tự nhiên.


MHD là một phần trong công nghệ tàng hình bởi động cơ chính là thành phần gây ồn khiến tàu ngầm dễ bị phát hiện bởi các hệ thống thủy âm. Video trên của Binkov's Battlegrounds sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về vấn đề này. Kể từ thế chiến thứ 2 thì tàu ngầm đã được cải tiến liên tục để giảm độ ồn, những cải tiến này đến từ hệ thống đẩy, lớp phủ thân tàu, thiết kế chân vịt nhằm giảm hiện tượng xâm thực quán tính (cavitation). MHD sẽ giúp tàu ngầm tăng cường lợi thế tàng hình, đảm bảo yếu tố "bất ngờ" trong các chiến dịch quân sự. Ngoài ra, nó còn hỗ trợ cho các nhiệm vụ trinh sát và tình báo khi khó bị phát hiện hơn.

MHD bắt đầu được nghiên cứu vào cuối những năm 1950 nhưng tại sao đến nay đã hơn 60 năm, công nghệ này vẫn chưa được sử dụng trên tàu ngầm mà chỉ dừng lại ở một số tàu nổi đóng vai trò thử nghiệm? Có 2 vấn đề chính cần được giải quyết, đầu tiên là các cuộn dây từ cần phải tạo ra điện trường cực mạnh và việc chế tạo những cuộn dây đủ nhẹ, đủ mạnh để lắp đặt trong tàu ngầm lại không hề đơn giản. Tiếp theo là các điện cực phải chịu được độ mài mòn lớn do tình trạng ăn mòn, thủy phân và xói mòn gây ra bởi sự tương tác của từ trường, dòng điện và nước mặn.

Vì vậy, DARPA đã khởi động chương trình có tên Nguyên lý các hệ thống bơm từ thủy động lực dưới nước (Principles of Undersea Magnetohydrodynamic Pumps - PUMP) kéo dài 42 tháng. Chương trình này sẽ khai thác nhiều cách tiếp cận để giải quyết các vấn đề về nam châm, vật liệu chế tạo điện cực ... Nhằm tạo ra một hệ thống đẩy MHD thiết thực dùng trong quân sự.


Như đã nói, MHD cho đến hiện tại chỉ mới xuất hiện trên một vài nguyên mẫu tàu nổi, điển hình là Yamato-1 được Mitsubishi Heavy Industries chế tạo vào đầu thập niên 90. Con tàu dài 30 m này sử dụng 2 hệ thống đẩy MHD được thiết kế dưới dạng một ống lớn chứa 6 ống đẩy nhỏ đường kính khoảng 25 cm. Quấn quanh các ống này là cuộn từ siêu dẫn được làm bằng hợp kim Niobium-Titanium. Cuộn từ được bọc bởi một lớp đồng và để tạo ra từ trường lớn với điện trở thấp nhất, người ta cho helium lỏng siêu hàn (-270 độ C) chảy qua lớp đồng này. Ở nhiệt độ tới hạn, kim loại đạt trạng thái siêu dẫn với điện trở gần bằng 0. Bên trong ống đẩy còn một cặp điện cực.


Khi đặt dòng điện vào cuộn dây từ siêu dẫn, một từ trường lớn được tạo ra bên trong ống đẩy. Và khi dòng điện được đặt vào 2 điện cực, dòng nước biển sẽ được đẩy ra khỏi ống từ đó tạo ra lực đẩy. Tuy nhiên, Yamato-1 không khả thi bởi hệ thống đẩy này quá nặng, nó chiếm phần lớn không gian của con tàu và nặng đến 143 tấn trong khi tổng lượng giãn nước của tàu là 204 tấn, tức chiếm đến 70%. Thử so sánh thì hệ thống đẩy của một tàu chở hàng thông thường chỉ chiếm khoảng 10% tổng lượng giãn nước của tàu.


Susan Swithenbank - giám đốc chương trình PUMP tại DARPA cho biết: "Hiệu quả tốt nhất đã được minh chứng về hệ thống truyền động MHD tính đến nay là tàu Yamato-1, nó đạt tốc độ khoảng 6,6 hải lý/h với hiệu suất khoảng 30% khi sử dụng cường độ từ trường khoảng 4 Tesla. ... Trong vài năm qua, ngành công nghiệp nhiệt hạch thương mại đã có những tiến bộ về nam châm Đất Hiếm Barium Đồng Oxit (REBCO) khi nó có thể cho từ trường với cường độ lên đến 20 Tesla, tiềm năng mang lại hiệu suất 90% đối với hệ thống MHD. Giờ trần năng lượng từ trường đã bị phá vỡ, PUMP hướng đến mục tiêu đạt được bước đột phá để giải quyết các thách thức về vật liệu làm điện cực."

Khi dòng điện chạy qua điện cực, bọt khí sẽ hình thành trên bề mặt điện cực và điều này khiến điện cực bị cách ly, làm giảm hiệu suất và khi bong bóng khí vỡ, chúng gây tổn hại điện cực. Vì vậy, các nhà khoa học hy vọng có thể phát triển các mô hình máy tính để đánh giá sự tương tác của từ trường, thủy động lực học và các phản ứng điện hóa ở các mốc thời gian và thời lượng để đưa ra các điều chỉnh giúp điện cực bền hơn và tăng hiệu suất. DARPA đang tìm kiếm kiến thức chuyên môn trong tất cả các lĩnh vực để thành lập các nhóm giải quyết vấn đề này, chẳng hạn như tận dụng hiểu biết về lớp phủ vật liệu mới được dùng trong ngành công nghiệp pin nhiên liệu và pin.

Theo: NewAtlas; Wikipedia [1]; [2]