Vì sao tàu ngầm diesel-điện vẫn 'sống khỏe' khi lặn sâu?

Giải pháp cho bài toán này đã được các kỹ sư hải quân tìm ra từ hơn một thế kỷ trước, tạo nên mô hình tàu ngầm diesel-điện vẫn còn phổ biến đến ngày nay.

Một chiếc tàu ngầm. Ảnh: AP

Khác với tàu nổi, tàu ngầm diesel không vận hành động cơ liên tục khi lặn. Thay vào đó, chúng sử dụng hai hệ thống liên kết: động cơ diesel và động cơ điện chạy bằng pin.

Khi nổi trên mặt nước hoặc hoạt động ở độ sâu nông bằng ống thở (snorkel), động cơ diesel sẽ vận hành để quay máy phát điện, sạc các bộ pin lớn trên tàu và có thể hỗ trợ lực đẩy. Khi tàu lặn sâu, động cơ diesel sẽ tắt hoàn toàn, và tàu chuyển sang di chuyển bằng động cơ điện sử dụng nguồn năng lượng dự trữ trong pin.

Nói cách khác, động cơ diesel đảm nhiệm hoạt động trên mặt nước còn động cơ điện đảm nhiệm hoạt động dưới nước. Cách bố trí này không chỉ cho phép tàu ngầm hoạt động khi lặn mà còn tăng đáng kể độ tàng hình. Động cơ điện tạo ra ít tiếng ồn hơn nhiều so với động cơ đốt trong, giúp tàu ngầm diesel-điện đặc biệt hiệu quả trong môi trường ven biển và các nhiệm vụ giám sát.

Do động cơ diesel cần không khí để đốt cháy nhiên liệu và thải khí, chúng không thể hoạt động ở độ sâu lớn. Vì vậy, khi lặn sâu, hệ thống diesel chỉ đóng vai trò gián tiếp – sạc pin trước đó – chứ không trực tiếp quay chân vịt.

Mô hình “diesel sạc pin – điện quay chân vịt” đã trở thành tiêu chuẩn của tàu ngầm thông thường trong suốt thế kỷ 20. Thiết kế này cho phép tàu lặn nhanh, bố trí hệ thống máy móc linh hoạt và quan trọng nhất là giảm nguy cơ bị phát hiện bằng âm thanh – yếu tố sống còn trong chiến tranh dưới biển.

Lặn bằng ống thở và giới hạn hoạt động dưới nước

Dù được trang bị hệ thống pin dung lượng lớn, tàu ngầm diesel-điện vẫn phải sạc lại năng lượng. Theo thiết kế truyền thống, tàu buộc tàu phải nổi lên mặt nước hoặc hoạt động ở độ sâu nông, sử dụng ống thở để hút không khí và thải khí xả trong khi động cơ diesel vận hành máy phát điện.

Tuy nhiên, giai đoạn “lặn bằng ống thở” này cũng chính là điểm yếu của tàu. Cột ống hút khí và khí thải có thể tạo ra dấu hiệu hồng ngoại, radar hoặc quan sát trực tiếp, làm tăng nguy cơ bị phát hiện. Trong môi trường tác chiến hiện đại với cảm biến ngày càng tinh vi, đây là thời điểm tàu ngầm dễ tổn thương nhất.

Để khắc phục hạn chế đó, nhiều tàu ngầm thông thường thế hệ mới đã tích hợp hệ thống động cơ đẩy độc lập với không khí (AIP). Công nghệ này cho phép tạo ra điện năng mà không cần lấy oxy từ khí quyển, giúp tàu duy trì trạng thái lặn trong nhiều tuần ở tốc độ thấp trước khi phải khởi động lại động cơ diesel để sạc pin.

Trong các thiết kế hiện đại, mô-đun AIP có thể giúp tàu kéo dài thời gian hoạt động liên tục dưới nước từ khoảng hai ngày lên đến vài tuần. Điều này cải thiện đáng kể khả năng tàng hình, giảm tần suất phải nổi lên mặt nước và tăng tính linh hoạt trong triển khai nhiệm vụ.

Giải pháp yên tĩnh và tiết kiệm hơn tàu ngầm hạt nhân

Dù không thể hoạt động gần như không giới hạn về thời gian như tàu ngầm hạt nhân, tàu ngầm diesel-điện vẫn được nhiều quốc gia ưa chuộng nhờ chi phí đóng và vận hành thấp hơn, cấu trúc cơ khí đơn giản hơn và đặc biệt là độ ồn rất thấp khi chạy bằng pin.

Khi vận hành hoàn toàn bằng động cơ điện, mức tín hiệu âm thanh của tàu ngầm diesel-điện có thể tiệm cận, thậm chí trong một số điều kiện tương đương, với những tàu ngầm hạt nhân yên tĩnh nhất. Điều này khiến chúng đặc biệt phù hợp cho các nhiệm vụ phòng thủ ven bờ, thu thập tình báo, giám sát và tác chiến tại các vùng biển nông.

Về bản chất, đây là một kiến trúc động cơ đẩy lai được xây dựng dựa trên chính những hạn chế của động cơ đốt trong. Tàu ngầm diesel không vận hành động cơ ở độ sâu lớn; thay vào đó, chúng sử dụng năng lượng điện được tích trữ từ trước – thông qua động cơ diesel khi nổi hoặc hệ thống AIP – để duy trì hoạt động dưới nước.Dù ra đời từ nhiều thập kỷ trước, mô hình diesel-điện vẫn chứng minh tính hiệu quả và linh hoạt trong môi trường tác chiến hiện đại.

Hồng Anh/VOV.VN (Tổng hợp)