Vũ khí siêu vượt âm: Thách thức duy trì hành trình bay và điểm nghẽn dây chuyền chế tạo

Cuộc đua phát triển vũ khí siêu vượt âm hiện nay không còn đơn thuần xoay quanh việc đạt được mốc Mach 5 (khoảng 6.125 km/h) hay Mach 10 (khoảng 12.250 km/h). Theo phân tích từ tập đoàn quốc phòng Lockheed Martin, việc đạt vận tốc Mach 5 trong khoảng thời gian ngắn đã được các dòng tên lửa đạn đạo liên lục địa thực hiện từ thời Chiến tranh Lạnh. Trọng tâm tác chiến và kỹ thuật hiện nay đã chuyển sang việc duy trì tốc độ đó trong suốt hành trình, khả năng cơ động linh hoạt và quan trọng nhất là năng lực sản xuất hàng loạt để đưa vào trang bị thực tế.

Thách thức nhiệt học và giới hạn của động cơ hút khí

Khác với tên lửa đạn đạo truyền thống vốn phóng lên quỹ đạo rất cao rồi lao xuống theo đường cong tương đối dễ dự đoán, vũ khí siêu vượt âm bay ở trần bay thấp hơn trong khí quyển và có thể duy trì lực đẩy cũng như thay đổi hướng bay liên tục. Điều này tạo ra thách thức phòng thủ cực lớn, nhưng đồng thời cũng đặt ra những rào cản kỹ thuật khắc nghiệt.

Ở dải tốc độ từ Mach 5 trở lên, không khí phía trước mũi phương tiện bị nén cực mạnh, khiến nhiệt độ bề mặt có thể vượt mốc 1.200 độ C. Mức nhiệt này làm suy giảm nghiêm trọng độ bền cơ học của nhiều loại vật liệu hàng không tiêu chuẩn, thậm chí có thể làm nóng chảy nhôm. Do đó, các bộ phận chịu tải nhiệt bắt buộc phải sử dụng vật liệu composite sợi carbon, gốm kỹ thuật và các lớp phủ bảo vệ nhiệt chuyên dụng.

Phương tiện lướt siêu vượt âm NXGB của Lockheed Martin. Ảnh: Lockheed Martin

Độ cao bay cũng là một bài toán hóc búa. Bay quá thấp khiến lực cản không khí và nhiệt độ ma sát tăng vọt, trong khi bay quá cao lại khiến không khí quá loãng, không cung cấp đủ lượng oxy cho động cơ phản lực tĩnh siêu âm (scramjet). Khác với động cơ rocket truyền thống phải mang theo cả nhiên liệu và chất oxy hóa, scramjet lấy trực tiếp oxy từ khí quyển để đốt cháy nhiên liệu trong luồng khí di chuyển ở tốc độ siêu âm bên trong buồng đốt. Thiết kế này giúp giảm đáng kể trọng lượng phương tiện, nhưng đòi hỏi phải có tầng đẩy phụ hoặc máy bay mẹ tăng tốc phương tiện lên vận tốc ban đầu đủ lớn mới có thể kích hoạt động cơ.

Ông Johnathon Caldwell, người phụ trách hệ thống phòng thủ tên lửa chiến lược tại Lockheed Martin, nhấn mạnh rằng sự chênh lệch giữa mô hình tính toán trên máy tính và phần cứng thực tế khi phải chịu nhiệt độ, độ rung và tải trọng khí động học ở tốc độ Mach 5 vẫn là rào cản rất lớn.

Điểm nghẽn từ dây chuyền công nghiệp quốc phòng

Một vụ phóng thử nghiệm thành công chỉ chứng minh được nguyên lý hoạt động của công nghệ. Bài toán khó hơn nằm ở khả năng chế tạo đồng loạt hàng chục hoặc hàng trăm đơn vị vũ khí mà vẫn bảo đảm các dung sai kỹ thuật nghiêm ngặt.

Các nhà máy sản xuất vũ khí siêu vượt âm đòi hỏi quy trình cực kỳ khắt khe: từ hệ thống quét tự động phát hiện vết nứt vi mô trên vật liệu composite, lò nung nhiệt độ cao xử lý lớp bảo vệ nhiệt, cho đến việc đồng bộ hóa linh kiện trên nhiều bệ phóng khác nhau. Ông Jon Hill, phụ trách mảng ưu thế trên không và vũ khí tiến công của tập đoàn, chỉ ra rằng một thiết kế dù tối tân đến đâu cũng không mang lại giá trị tác chiến nếu bị đình trệ ở khâu chế tạo.

Cuộc thử nghiệm tên lửa siêu vượt âm CPS của Hải quân Mỹ. Ảnh: Hải quân Mỹ

Báo cáo vào tháng 7 của Văn phòng Kiểm toán Chính phủ Mỹ (GAO) phản ánh rõ thực trạng này tại Chương trình Phát triển Vũ khí siêu vượt âm tấn công nhanh (CPS) của Hải quân Mỹ. Tốc độ xuất xưởng hiện tại chỉ đạt 6 đến 7 quả mỗi năm, thấp hơn đáng kể so với mức yêu cầu tối thiểu là 12 quả mỗi năm để duy trì nhịp độ ổn định. Những trở ngại trong chuỗi cung ứng bao gồm hướng dẫn kỹ thuật chưa tối ưu cho công nhân mới, lô vật liệu chịu nhiệt bị nhiễm bẩn và tình trạng thiếu chi tiết lắp ráp.

Vụ phóng thử tên lửa siêu vượt âm tầm xa Dark Eagle (LRHW) của quân đội Mỹ vào năm 2024. Ảnh: Bộ Quốc phòng Mỹ

Bên cạnh CPS, hệ thống Vũ khí siêu vượt âm tầm xa Dark Eagle (LRHW) của Lục quân Mỹ cũng chia sẻ chung tầng đẩy và phương tiện lướt siêu vượt âm. Khác với dòng dùng động cơ scramjet, Dark Eagle dùng tầng đẩy đưa phương tiện lướt lên cao rồi tách ra, tận dụng động năng ban đầu để lướt và cơ động tiếp cận mục tiêu. Dù đã có những lần phóng thử nghiệm chung thành công từ Cape Canaveral vào ngày 26/3, Dark Eagle vẫn chậm tiến độ hơn hai năm, còn kế hoạch tích hợp CPS lên tàu khu trục lớp Zumwalt đã phải lùi từ năm 2025 sang năm 2027.

Xu hướng thiết kế tối ưu chi phí và sản lượng

Trước thực tế chi phí chế tạo vũ khí siêu vượt âm phức tạp ngày càng tăng cao, một hướng tiếp cận mới đang hình thành: ưu tiên thiết kế để chế tạo hàng loạt với giá thành hợp lý ngay từ giai đoạn nghiên cứu ban đầu.

Theo số liệu từ GAO tính đến tháng 4/2026, mỗi quả đạn CPS có giá ước tính từ 63 đến 71 triệu USD (trung bình gần 67 triệu USD), tăng mạnh so với mức dự tính khoảng 50 triệu USD vào năm 2021. Mức giá này đặt ra gánh nặng ngân sách rất lớn nếu phải triển khai tác chiến kéo dài.

Vụ phóng thử tên lửa siêu vượt âm Blackbeard do công ty quốc phòng Mỹ Castelion phát triển. Ảnh: Castelion

Đối lập với cách tiếp cận trên, dự án tên lửa Blackbeard của công ty Castelion đặt mục tiêu duy trì chi phí sản xuất quanh ngưỡng 500.000 USD mỗi quả. Vào tháng 6, Hải quân Mỹ đã ký hợp đồng trị giá 23,4 triệu USD mua 50 mẫu tiền sản xuất và 50 thùng bảo quản. Thỏa thuận khung đạt được vào tháng 5 đặt mục tiêu nâng sản lượng lên mức tối thiểu 500 quả mỗi năm sau khi hoàn tất thử nghiệm, kèm theo đơn hàng bổ sung trị giá tối đa 200 triệu USD vào tháng 9.

Song song với năng lực sản xuất, thời gian hoạt động của hệ thống đẩy cũng là tiêu chí kỹ thuật quyết định. Đơn cử vào ngày 9/5, Tổ chức Nghiên cứu và Phát triển Quốc phòng Ấn Độ đã tiến hành thử nghiệm mặt đất buồng đốt scramjet có hệ thống làm mát chủ động với thời gian duy trì liên tục hơn 1.200 giây (trên 20 phút). Những diễn biến kỹ thuật này cho thấy thước đo cạnh tranh hiện nay không chỉ dừng lại ở vận tốc tối đa, mà nằm ở thời gian bay hành trình và số lượng vũ khí thực tế có thể rời khỏi dây chuyền sản xuất mỗi năm.