Tốc độ:
1x
(QK7 Online) - Vũ khí siêu vượt âm là tham vọng lâu dài đối với cả Mỹ, Nga và Trung Quốc, cuộc đua marathon để phát triển vũ khí siêu tốc độ là một trong những điểm nóng trong phát triển khoa học công nghệ quân sự hiện nay. Tuy nhiên từ "tham vọng" đến "hiện thực" trong lĩnh vực này bị vướng quá nhiều rào cản về công nghệ mà chưa dễ vượt qua.
Trong số những vũ khí mới phát triển được Tổng thống Nga Vladimir Putin khen ngợi trong bài diễn văn của ông vào ngày 1 tháng 3 vừa qua, là loại tên lửa siêu vượt âm kiểu cánh lượn trợ đẩy (HGV) Nga mới đưa vào thử nghiệm. Đây là một trong những loại vũ khí mà Nga kỳ vọng sẽ dễ dàng vượt qua hệ thống phòng thủ tên lửa mà Mỹ dày công xây dựng suốt trong những năm qua.
Mặc dù vũ khí siêu vượt âm đã được tiến hành nghiên cứu từ rất sớm (bắt đầu từ những năm của thập kỷ 1960) ở cả Mỹ và Liên Xô (và Nga hiện nay) vì tiềm năng của nó, giới chức quân sự Mỹ đã xem vũ khí siêu vượt âm là “kẻ thay đổi quy tắc trò chơi” trong lĩnh vực kỹ thuật quân sự. Tuy nhiên, những rào cản về kỹ thuật đã làm chậm tiến độ về đích của loại vũ khí được giới quân sự hết sức kỳ vọng này.
Trong số những vũ khí mới phát triển được Tổng thống Nga Vladimir Putin khen ngợi trong bài diễn văn của ông vào ngày 1 tháng 3 vừa qua, là loại tên lửa siêu vượt âm kiểu cánh lượn trợ đẩy (HGV) Nga mới đưa vào thử nghiệm. Đây là một trong những loại vũ khí mà Nga kỳ vọng sẽ dễ dàng vượt qua hệ thống phòng thủ tên lửa mà Mỹ dày công xây dựng suốt trong những năm qua.
Mặc dù vũ khí siêu vượt âm đã được tiến hành nghiên cứu từ rất sớm (bắt đầu từ những năm của thập kỷ 1960) ở cả Mỹ và Liên Xô (và Nga hiện nay) vì tiềm năng của nó, giới chức quân sự Mỹ đã xem vũ khí siêu vượt âm là “kẻ thay đổi quy tắc trò chơi” trong lĩnh vực kỹ thuật quân sự. Tuy nhiên, những rào cản về kỹ thuật đã làm chậm tiến độ về đích của loại vũ khí được giới quân sự hết sức kỳ vọng này.
Phương tiện bay siêu vượt âm X-51 Waverider của Mỹ
Tốc độ siêu vượt âm được định nghĩa là tốc độ lớn hơn 5 lần tốc độ âm thanh (lớn hơn 5M). Hai loại vũ khí siêu vượt âm hiện nay được tập trung nghiên cứu, thứ nhất đó là thiết bị cánh lượn kiểu trợ đẩy (HGV), thứ hai là phương tiện bay hút khí sử dụng động cơ đẩy xung siêu cháy (Hypersonic Advanced Weapon - HAW). Trong đó HGV có lợi thế về tốc độ và không gặp phải khó khăn trong việc thiết kế động cơ; nhưng có tầm bay ngắn, lại phải dùng các loại tên lửa liên lục địa để làm bệ phóng, rất tốn kém, vừa có khả năng gây hiểu nhầm; nên có thể không được sử dụng bằng loại HAW.
AHW - một trong những chương trình phát triển vũ khí siêu thanh tương lai của Lầu Năm góc
Phương tiện bay siêu vượt âm với đặc điểm tốc độ cực cao, nên có ưu thế đặc biệt; ưu thế thứ nhất, đó là năng lực xâm nhập mục tiêu mạnh nhờ động năng. Ví dụ, một tên lửa hành trình siêu vượt âm có tốc độ Mach 8 (tốc độ bằng 8 lần tốc độ âm thanh thông thường), đầu đạn không cần dùng thuốc nổ, nhưng có sức mạnh công phá tương đương với một đầu đạn thông thường của một tên lửa hành trình Tomahawk.
Ưu thế thứ hai của tên lửa siêu vượt âm đó là khả năng khó đánh chặn (mà chính xác trong thời điểm hiện nay là không thể) bởi các hệ thống phòng thủ tên lửa hay phòng không khác; tại vì các hệ thống tên lửa phòng không tối tân nhất thế giới hiện nay cũng chỉ có tốc độ Mach 4, trong khi đó tên lửa siêu vượt âm tối thiểu phải có tốc độ Mach 5.
Có lẽ ưu thế khó bị đánh chặn này là hấp dẫn nhất, khi mà gần đây các nước liên tiếp đưa ra các hệ thống đánh chặn tên lửa đạn đạo như: Aegis, THAAD, Patriot của Mỹ; S-300, S-400 và sắp tới là S-500 của Nga; làm cho các loại tên lửa đạn đạo dần mất ưu thế "răn đe", vì có thể bị các hệ thống này bắn hạ
Ưu thế thứ hai của tên lửa siêu vượt âm đó là khả năng khó đánh chặn (mà chính xác trong thời điểm hiện nay là không thể) bởi các hệ thống phòng thủ tên lửa hay phòng không khác; tại vì các hệ thống tên lửa phòng không tối tân nhất thế giới hiện nay cũng chỉ có tốc độ Mach 4, trong khi đó tên lửa siêu vượt âm tối thiểu phải có tốc độ Mach 5.
Có lẽ ưu thế khó bị đánh chặn này là hấp dẫn nhất, khi mà gần đây các nước liên tiếp đưa ra các hệ thống đánh chặn tên lửa đạn đạo như: Aegis, THAAD, Patriot của Mỹ; S-300, S-400 và sắp tới là S-500 của Nga; làm cho các loại tên lửa đạn đạo dần mất ưu thế "răn đe", vì có thể bị các hệ thống này bắn hạ
Bên cạnh những lợi thế về tốc độ, những phương tiện này cũng tiềm ẩn những yếu tố bất ổn chính trị khó lường; vấn đề này xuất phát chính từ mặt kỹ thuật. Để vũ khí cánh lượn kiểu trợ đẩy (HGV) đạt tốc độ ban đầu, các nước thường dùng tên lửa đạn đạo liên lục địa làm bệ phóng cho HGV. Điều này dễ dẫn đến việc hiểu sai về một cuộc tấn công hạt nhân, sẽ kích hoạt hệ thống phòng thủ chống tên lửa, đồng thời đáp trả bằng các tên lửa liên lục địa (ICBM). Chính vì điều này mà Mỹ đã từ bỏ phương án dùng tên lửa đạn đạo D5 Trident và tên lửa đạn đạo tầm trung phóng từ tàu ngầm để làm phương tiện phóng vũ khí siêu vượt âm.
Những thách thức kỹ thuật
Vũ khí siêu vượt âm với tốc độ từ Mach 5 trở lên, ở tốc độ như vậy, bất luận là hành trình có động cơ hay là bay kiểu cánh lượn không động cơ thì đều còn rất nhiều vấn đề thách thức về kỹ thuật cần phải được giải quyết.
Thách thức về chế tạo động cơ cho tên lửa
Mặc dù các tên lửa sử dụng nhiên liệu rắn có thể dễ dàng tăng tốc và đạt tốc độ siêu vượt âm, nhưng duy trì tốc độ này trong thời gian dài là cả một vấn đề phức tạp. Do vậy đòi hỏi cần phải chế tạo một loại động cơ xung áp siêu cháy (scramjet) để duy trì tên lửa bay được hành trình dài. Khác với động cơ phản lực thông thường phải dùng máy nén không khí, tên lửa dùng động cơ xung áp siêu cháy khi đạt tốc độ siêu vượt âm, lúc này không khí được hút vào cửa hội tụ của động cơ có tốc độ rất cao mà không cần phải dùng đến máy nén; sau đó không khí được trộn với nhiên liệu và bị đốt cháy, tạo ra luồng phản lực đẩy tên lửa.
Những thách thức kỹ thuật
Vũ khí siêu vượt âm với tốc độ từ Mach 5 trở lên, ở tốc độ như vậy, bất luận là hành trình có động cơ hay là bay kiểu cánh lượn không động cơ thì đều còn rất nhiều vấn đề thách thức về kỹ thuật cần phải được giải quyết.
Thách thức về chế tạo động cơ cho tên lửa
Mặc dù các tên lửa sử dụng nhiên liệu rắn có thể dễ dàng tăng tốc và đạt tốc độ siêu vượt âm, nhưng duy trì tốc độ này trong thời gian dài là cả một vấn đề phức tạp. Do vậy đòi hỏi cần phải chế tạo một loại động cơ xung áp siêu cháy (scramjet) để duy trì tên lửa bay được hành trình dài. Khác với động cơ phản lực thông thường phải dùng máy nén không khí, tên lửa dùng động cơ xung áp siêu cháy khi đạt tốc độ siêu vượt âm, lúc này không khí được hút vào cửa hội tụ của động cơ có tốc độ rất cao mà không cần phải dùng đến máy nén; sau đó không khí được trộn với nhiên liệu và bị đốt cháy, tạo ra luồng phản lực đẩy tên lửa.
Đồ họa tên lửa chống hạm siêu vượt âm Zircon 3 của Nga.
Tuy nhiên, động cơ xung áp siêu cháy sẽ không có đủ oxy trong không khí để cùng với nhiên liệu tạo thành hỗn hợp cháy, nhất là khi hoạt động ở độ cao lớn; hơn nữa chu trình hút, phun nhiên liệu, trộn thành hỗn hợp, đốt cháy trong động cơ xung áp diễn ra rất nhanh (khoảng vài mili giây), nên việc chế tạo một động cơ như vậy hiện vẫn vượt quá tầm.
Hiện nay Mỹ là quốc gia có ưu thế về công nghệ, nhưng trong chế tạo động cơ xung áp siêu cháy vẫn chưa thành công, cụ thể là việc kéo dài thời gian hoạt động của động cơ. Trong thử nghiệm phương tiện bay X-43A và X-51A vào năm 2016 của hãng Boeing, yêu cầu đặt ra là phải thực hiện tăng tốc từ 4,5M lên đến 6,5M ở độ cao 27,4 km, thời gian làm việc của động cơ phải vượt 300 giây. Nhưng trong 4 lần thử nghiệm thực tế, mức độ trợ đẩy động cơ và mức độ gia tốc của phương tiện bay đều thấp hơn so với dự tính, động cơ trong lần bay đầu tiên chỉ hoạt động được 140 giây, do nhiệt quá cao dẫn đến mất hiệu lực, trong lần bay cuối cùng cũng chỉ hoạt động được 210 giây và gia tốc cuối cùng cũng chỉ đạt 5,1M, không đạt được mục tiêu 6M như dự định.
Thách thức về nhiệt độ và điều khiển
Khi vật thể chuyển động với tốc độ siêu vượt âm, ma sát giữa bề mặt phương tiện và tốc độ di chuyển cao của không khí sẽ sản sinh ra nhiệt lượng lớn, làm cho cường độ và độ cứng của phương tiện bay giảm xuống, thậm chí làm cho phần thân của nó biến dạng, nhiệt lượng có thể sẽ truyền vào bên trong, đe dọa đến an toàn của các thiết bị mà phương tiện bay mang theo.
Ở tốc độ Mach 5, nhiệt độ bề mặt phương tiện có thể vượt quá 530° C, ở vòi phun, nhiệt độ có thể trên 2.220° C. Ở tốc độ 7M, nhiệt độ bề mặt có thể đạt trên 1.600C, còn nhiệt độ khi tốc độ 10M có thể đạt tới khoảng 2.200C.
Với nhiệt độ cao như vậy, các vật liệu có thể bị biến dạng, để khắc phục vấn đề nhiệt quá cao, các vật liệu chế tạo thường là các loại gốm tổng hợp và tiến hành làm mát cưỡng bức.
Hiện nay Mỹ là quốc gia có ưu thế về công nghệ, nhưng trong chế tạo động cơ xung áp siêu cháy vẫn chưa thành công, cụ thể là việc kéo dài thời gian hoạt động của động cơ. Trong thử nghiệm phương tiện bay X-43A và X-51A vào năm 2016 của hãng Boeing, yêu cầu đặt ra là phải thực hiện tăng tốc từ 4,5M lên đến 6,5M ở độ cao 27,4 km, thời gian làm việc của động cơ phải vượt 300 giây. Nhưng trong 4 lần thử nghiệm thực tế, mức độ trợ đẩy động cơ và mức độ gia tốc của phương tiện bay đều thấp hơn so với dự tính, động cơ trong lần bay đầu tiên chỉ hoạt động được 140 giây, do nhiệt quá cao dẫn đến mất hiệu lực, trong lần bay cuối cùng cũng chỉ hoạt động được 210 giây và gia tốc cuối cùng cũng chỉ đạt 5,1M, không đạt được mục tiêu 6M như dự định.
Thách thức về nhiệt độ và điều khiển
Khi vật thể chuyển động với tốc độ siêu vượt âm, ma sát giữa bề mặt phương tiện và tốc độ di chuyển cao của không khí sẽ sản sinh ra nhiệt lượng lớn, làm cho cường độ và độ cứng của phương tiện bay giảm xuống, thậm chí làm cho phần thân của nó biến dạng, nhiệt lượng có thể sẽ truyền vào bên trong, đe dọa đến an toàn của các thiết bị mà phương tiện bay mang theo.
Ở tốc độ Mach 5, nhiệt độ bề mặt phương tiện có thể vượt quá 530° C, ở vòi phun, nhiệt độ có thể trên 2.220° C. Ở tốc độ 7M, nhiệt độ bề mặt có thể đạt trên 1.600C, còn nhiệt độ khi tốc độ 10M có thể đạt tới khoảng 2.200C.
Với nhiệt độ cao như vậy, các vật liệu có thể bị biến dạng, để khắc phục vấn đề nhiệt quá cao, các vật liệu chế tạo thường là các loại gốm tổng hợp và tiến hành làm mát cưỡng bức.
Đồ họa tên lửa siêu vượt âm WU-14 của Trung Quốc
Bên cạnh đó, khi vật thể chuyển động với vận tốc siêu vượt âm cộng với nhiệt độ cao, sẽ làm phân ly hóa học các nguyên tử và phân tử trong luồng không khí. Lúc này một phần không khí bị ion hóa mạnh, tạo thành bức tường plasma xung quanh vật thể bay, làm sóng vô tuyến rất khó xâm nhập qua bức tường plasmas, khiến việc theo dõi và điều khiển hệ thống trở lên khó khăn. Đồng thời các thiết bị tự dẫn lắp đặt trên vũ khí như radar tự dẫn, dẫn đường vệ tinh đều không tác dụng vì sự ngăn cách của bức tường plasma xung quanh thiết bị. Điều này đặt ra một yêu cầu phải chế tạo một hệ thống dẫn đường quán tính chính xác cao trên bất kỳ một vũ khí có tốc độ siêu vượt âm nào.
Các vấn đề kỹ thuật trên hiện đang được tập trung đầu tư khắc phục, hiện nay cả 3 quốc gia là Mỹ, Nga và Trung Quốc đều đang phát triển vũ khí siêu vượt âm; trong đó Mỹ được đánh giá là đang dẫn đầu về phát triển loại vũ khí này, nhưng vẫn gặp phải rất nhiều khó khăn.
Một điều thú vị khi các chuyên gia quân sự đều nói rằng, ưu thế kỹ thuật về vũ khí siêu vượt âm của Mỹ đang suy yếu, họ đang đứng trước mối đe dọa bị Nga và Trung Quốc “vượt mặt”; thậm chí có người còn cho rằng, nước Mỹ đã bị lạc hậu trong cuộc chạy đua về công nghệ này, bằng chứng là việc Nga và Trung Quốc liên tiếp công bố việc thử nghiệm thành công loại vũ khí này và ấn định thời gian đưa vào biên chế. Suy cho cùng, sự tiến bộ trong lĩnh vực siêu thanh của Nga và Trung Quốc những năm gần đây đã tạo ra áp lực rất lớn cho nước Mỹ.
Các vấn đề kỹ thuật trên hiện đang được tập trung đầu tư khắc phục, hiện nay cả 3 quốc gia là Mỹ, Nga và Trung Quốc đều đang phát triển vũ khí siêu vượt âm; trong đó Mỹ được đánh giá là đang dẫn đầu về phát triển loại vũ khí này, nhưng vẫn gặp phải rất nhiều khó khăn.
Một điều thú vị khi các chuyên gia quân sự đều nói rằng, ưu thế kỹ thuật về vũ khí siêu vượt âm của Mỹ đang suy yếu, họ đang đứng trước mối đe dọa bị Nga và Trung Quốc “vượt mặt”; thậm chí có người còn cho rằng, nước Mỹ đã bị lạc hậu trong cuộc chạy đua về công nghệ này, bằng chứng là việc Nga và Trung Quốc liên tiếp công bố việc thử nghiệm thành công loại vũ khí này và ấn định thời gian đưa vào biên chế. Suy cho cùng, sự tiến bộ trong lĩnh vực siêu thanh của Nga và Trung Quốc những năm gần đây đã tạo ra áp lực rất lớn cho nước Mỹ.
Trịnh Ngọc Tiến
