Mỹ thử nghiệm pháo điện từ bắn đạn nhanh gấp 7 lần tốc độ âm thanh

Động thái này không nhằm mục đích thực chiến ngay, mà để thu thập dữ liệu then chốt cho tham vọng làm chủ vũ khí siêu vượt âm tương lai.

Bãi thử tên lửa White Sands tại bang New Mexico đã trở thành địa điểm của một loạt thử nghiệm quân sự đáng chú ý. Trong chương trình này, Hải quân Mỹ phối hợp với các chuyên gia từ Trung tâm Tác chiến Mặt nước Dahlgren tiến hành các thử nghiệm liên quan đến công nghệ pháo điện từ (railgun) - dự án vũ khí từng được nghiên cứu trong nhiều năm trước.

Nguyên mẫu pháo điện từ đang được khai hỏa tại Bãi thử Tên lửa White Sands (WSMR) - Ảnh: TWZ

Mục tiêu của đợt thử nghiệm không phải để giới thiệu ngay một hệ thống vũ khí mới, mà chủ yếu nhằm thu thập dữ liệu kỹ thuật. Các kỹ sư tập trung đánh giá quá trình gia tốc của đầu đạn, khả năng chịu tải của vật liệu và hiệu suất hoạt động của hệ thống khi vận hành với nguồn năng lượng điện cực lớn.

Những dữ liệu thu được từ các lần bắn thử sẽ được chuyển tới Văn phòng Chuyển giao Công nghệ Siêu vượt âm Liên quân của Lầu Năm Góc. Cơ quan này đang nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ phóng điện từ trong các hệ thống vũ khí tốc độ cao và siêu vượt âm mà hải quân Mỹ có thể phát triển trong tương lai.

Sức mạnh tấn công từ động năng thuần túy

Sự quan tâm lâu dài của quân đội Mỹ đối với pháo điện từ xuất phát từ cơ chế hoạt động khác biệt của loại vũ khí này. Không giống pháo hạm truyền thống sử dụng thuốc phóng để đẩy đầu đạn ra khỏi nòng, pháo điện từ hoạt động hoàn toàn dựa trên năng lượng điện và lực điện từ.

Hệ thống gồm hai thanh dẫn điện đặt song song. Khi dòng điện cường độ rất lớn chạy qua các thanh dẫn và phần tiếp xúc gắn với đầu đạn, một từ trường mạnh sẽ hình thành và tạo ra lực Lorentz, lực này đẩy viên đạn lao đi với vận tốc cực cao. Trong các thử nghiệm trước đây của Hải quân Mỹ, nguyên mẫu pháo điện từ đã đạt tốc độ đầu nòng trên Mach 7 (khoảng 8.600km/h), tức hơn bảy lần tốc độ âm thanh. Ở vận tốc này, đầu đạn có thể vươn tới mục tiêu cách xa hơn 100 hải lý (khoảng 185km) chỉ trong thời gian rất ngắn.

Pháo điện từ khai hỏa đầu đạn siêu tốc ở vận tốc Mach 7 - Video: Youtube

Điểm đáng chú ý của công nghệ này là không cần đầu đạn nổ. Hiệu quả tấn công đến từ động năng sinh ra khi khối kim loại rắn va chạm ở vận tốc cực lớn. Với tốc độ siêu thanh như vậy, ngay cả một đầu đạn kim loại đơn giản cũng có thể tạo ra lực phá hủy rất lớn khi trúng mục tiêu.

Cơ chế này mang lại một số lợi thế tiềm năng cho các chiến hạm. Đạn động năng có cấu tạo đơn giản hơn so với tên lửa dẫn đường, nhờ đó chi phí mỗi phát bắn có thể thấp hơn. Ngoài ra, việc không sử dụng thuốc nổ cũng giúp giảm rủi ro trong khâu lưu trữ và cho phép tàu chiến mang theo số lượng đạn lớn hơn.

Bài toán năng lượng

Dù được đánh giá có tiềm năng thay đổi cách thức tác chiến trên biển, pháo điện từ vẫn phải đối mặt với những thách thức kỹ thuật lớn. Sau hơn một thập kỷ nghiên cứu và khoảng 500 triệu USD đầu tư, Hải quân Mỹ đã quyết định tạm dừng chương trình vào năm 2021. Nguyên nhân chủ yếu xuất phát từ một yếu tố then chốt: nguồn năng lượng cần thiết để vận hành hệ thống.

Mỗi lần khai hỏa, pháo điện từ cần cung cấp khoảng 25 - 32 megajoule điện năng (tương đương với khoảng 6,94 - 8,89kWh) để gia tốc đầu đạn. Mức năng lượng này tương đương công suất phát điện của một tàu chiến cỡ lớn trong một khoảng thời gian rất ngắn. Với hầu hết các nền tảng hải quân hiện nay, việc cung cấp và duy trì nguồn điện lớn như vậy một cách ổn định vẫn là bài toán phức tạp.

Ngoài vấn đề năng lượng, quá trình bắn còn tạo ra nhiệt độ và áp lực cơ học cực lớn. Các thử nghiệm trước đây cho thấy các thanh dẫn điện và bộ phận tiếp xúc trong nòng pháo bị mài mòn nhanh chóng sau nhiều lần khai hỏa. Điều này khiến hệ thống cần bảo dưỡng và thay thế linh kiện thường xuyên, gây khó khăn cho việc triển khai trong môi trường tác chiến thực tế.

Trước những hạn chế này, Lầu Năm Góc đã quyết định tạm thời chuyển hướng nguồn lực sang các lĩnh vực được đánh giá có khả năng triển khai sớm hơn, bao gồm tên lửa siêu vượt âm, tác chiến điện tử và vũ khí năng lượng định hướng như laser. Tuy vậy, các nghiên cứu cơ bản về công nghệ phóng điện từ vẫn được duy trì, nhằm giữ lại nền tảng kỹ thuật cho các ứng dụng trong tương lai.

Tầm nhìn dài hạn cho hạm đội tương lai

Nếu những hạn chế kỹ thuật của pháo điện từ vẫn chưa được giải quyết triệt để, câu hỏi đặt ra là vì sao Hải quân Mỹ vẫn tiếp tục tiến hành các thử nghiệm tại White Sands. Câu trả lời nằm ở cách tiếp cận dài hạn đối với công nghệ vũ khí tương lai.

Ảnh chụp màn hình slide thuyết trình của Hải quân Mỹ trong chương trình pháo điện từ trước đây cho thấy các tàu chiến được trang bị loại vũ khí này (cũng như các pháo hạm thông thường sử dụng cùng loại đạn) có thể đối phó với nhiều loại mục tiêu trên không, bao gồm tên lửa hành trình, đồng thời tấn công các mục tiêu trên mặt biển hoặc trên mặt đất - Ảnh: Hải quân Mỹ

Môi trường tác chiến trên biển đang thay đổi nhanh chóng với sự xuất hiện của các mối đe dọa mới như máy bay không người lái, tên lửa hành trình và tên lửa đạn đạo tốc độ cao. Trong bối cảnh đó, một hệ thống có khả năng phóng các đầu đạn động năng với vận tốc siêu vượt âm, chi phí thấp và tốc độ bắn cao vẫn được xem là phương án tiềm năng để bổ sung cho các lớp phòng thủ hiện có.

Theo một số phân tích quân sự, các thiết kế tàu chiến thế hệ mới trong tương lai có thể được trang bị hệ thống cung cấp năng lượng mạnh hơn, đủ khả năng vận hành những công nghệ tiêu thụ điện lớn như pháo điện từ hoặc vũ khí năng lượng định hướng. Nếu những tiến bộ về vật liệu, hệ thống làm mát và công nghệ phát điện được cải thiện, các rào cản kỹ thuật hiện nay có thể dần được khắc phục.

Trong bối cảnh đó, các thử nghiệm mới nhất chủ yếu nhằm duy trì năng lực nghiên cứu và tiếp tục thu thập dữ liệu về công nghệ phóng điện từ tốc độ cao. Việc duy trì các chương trình thử nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm giúp Hải quân Mỹ bảo toàn nền tảng kiến thức và kinh nghiệm kỹ thuật đã tích lũy trong nhiều năm.

Cách tiếp cận này cho phép Mỹ giữ được sự linh hoạt chiến lược. Nếu trong tương lai các đột phá về năng lượng, vật liệu hoặc thiết kế tàu chiến xuất hiện, nền tảng công nghệ sẵn có có thể giúp rút ngắn đáng kể thời gian phát triển và đưa pháo điện từ trở lại như một lựa chọn khả thi trong hệ thống hỏa lực hải quân.

Hoàng Vũ