Tàu ngầm với tính năng lẩn trốn dưới nước ,ngay từ
khi ra đời ,đã là một vũ khí răn đe lợi hại .Đặc biệt từ khí dùng động lực hạt
nhân ,nó có thể lặn sâu hàng tháng trời mà không cần ngoi lên mặt nước để “thở”
hay ít ra phải nhô cái ống thở snorkel lên mà đối phương có thể phát hiện.Nhưng
không phải tàu ngầm nào cũng trang bị “nguyên tử” được.Bởi vậy với tàu
diesel-điện thông thường ,ngay từ những ngày đầu tiên khi mới ra đời,người ta
đã cố gắng tìm cho nó một “bầu khí quyển để thở” riêng,không phụ thuộc vào bầu
trời.Khái niệm AIP đã ra đời,là chữ viết tắt của các chữ Anh Air-Independent Propulsion
tức là hệ thống động lực đẩy tàu chạy độc lập với bầu không khí .Hiện nay có 10
nước sử dụng các loại tàu ngầm AIP
Theo
dòng lịch sử
 |
| Tàu ngầm XVIIB của Walter ,người đi tiên phong trong công nghệ AIP ,được quân Đồng Minh thu hồi sau Thế Chiến II như môt chiến lợi phẩm |
Người đi tiên phong là tiến sĩ kỹ sư người Đức
Helmuth Walter (1900-1980) đã đề xuất sử dụng peroxit hydro (H2O2)
tức nước ô xy già ,có độ tinh khiết cao làm chất ô xy hóa,nhằm thay đổi căn bản
hệ thống động lực tàu ngầm.Trong hệ thống này của Walter,peroxit hydro được
cung cấp từ trên bờ ,với permanganate làm chất xúc tác,sẽ được phân tích thành
hơi nước ở nhiệt độ cao và giải phóng ô xy.Dầu diesel được phun vào buồng đốt
,cháy cùng với ô xy tạo thành hơi nước và khí nóng làm quay tua bin tốc độ
cao.Khí xả ra và hơi nước sẽ được thải ra ngoài .Thiết kế đầu tiên của Walter
là mong đạt được tốc độ cao dưới nước chứ không phải thời gian chạy lâu dài nên
đã đạt được tốc độ 28,1 hải lý/giờ trên chiếc V80 trong khi những chiếc tàu ngầm
khác chỉ đạt 10 hải lý/giờ
Trong Thế Chiến II,bảy chiếc tàu ngầm loại XVII H2O2,lượng
chiếm nước 300 tấn,với hai tua bin 2500 mã lực, đã được chế tạo nhưng không chiếc
nào tham gia chiến đấu,vì ngành công nghiệp không cung cấp đủ peroxit hydro
AIP
sau Thế Chiến II
 |
| Tàu ngầm Explorer của Anh ,nhưng được gọi tên là tàu Nổ /Exploder/thay vì Explorer là Nhà Thám Hiểm |
Sau chiến tranh,Mỹ và Anh giành được vài chiếc tàu
ngầm XVII với tên U-1406 và U-1407 như chiến lợi phẩm,còn Walter sang cư trú tại
Anh và hợp tác với hãng Vickers để hoàn thiện hệ thống peroxit hydro của mình
,và vào những năm 1950 đã cho ra đời hai con tàu HMS Explorer và HMS Excalibur
.Do không an toàn nên hai con tàu này được lính thủy Anh gọi trại đi là “HMS Exploder” (tàu nổ) và “HMS
Excruciator” (tàu tra tấn )
Bắt được công nghệ của Walter,Liên Xô áp dụng trên
tàu ngầm của mình,mà phương Tây gọi tên con tàu đó là “the Whale” (Cá Voi)
nhưng chủ yếu họ tập trung vào phương án theo hệ thống Kreislauf của Đức và những
nghiên cứu độc lập để cho ra đời khoảng 30 chiếc tàu ngầm lớp Quebec,650 tấn, từ
năm 1953-1957 .Đó là những con tàu dùng ô xy lỏng dự trữ ,3 động cơ diesel hoạt
động chu trình kín.Do tính an toàn kém,các lính thủy gọi nó “chiếc hộp quẹt”
nên đầu những năm 1970 người ta đã loại nó ra khỏi đội hình
 |
| Tàu ngầm mini X-1 của Mỹ dùng AIP với peroxit hydro và động cơ diesel thông thường.Chế tạo năm 1955 tới 1957 xảy ra vụ nổ ,sau đó không dùng AIP nữa |
Còn Mỹ ,với chiếc U-1406 ,2500 mã lực của Walter đã
thực hiện nghiên cứu tại trạm thí nghiệm Annapolis bang Maryland ,cũng như
nghiên cứu cả hệ thống Kreislauf nhưng cuối cùng đã tập trung mọi sức lực cho hệ
thống đẩy tàu ngầm dùng năng lượng hạt nhân
Tuy vậy,tháng 9 năm 1955,chiếc tàu ngầm mini đầu
tiên của Mỹ có tên SSX-1 được hạ thủy tại Long Island đã sử dụng động cơ diesel
và peroxit hydro trong một chu trình kín.Lượng chiếm nước 36 tấn,dài khoảng 15
mét,động cơ diesel thương mại thông thường được cải tiến cùng với một động cơ
điện nhỏ chạy accu làm động cơ dự phòng.Khi nổi lên bế mặt,tàu chạy nhờ khí quyển
và nạp accu ,khi chạy dưới nước,ô xy chạy máy được phân giải từ peroxit hydro
trong một buồng phản ứng.Cả khí xả và nước ngưng tụ được nén lại và xả ra
ngoài.1500 lít peroxit hydro được chứa trong một túi nylon đặt ở mũi tàu ,bốn
thuyền viên ở phía sau.Sau nhiều lần cải tiến tới tháng 2 năm 1957 tàu mới
chính thức hoạt động .Nhưng không may,ba tháng sau,kho peroxit hydro nổ làm
tung toàn bộ phần mũi tàu ,may mắn không ai thương vong.Sau đó con tàu được sửa
lại,với hệ thống diesel-điện và tổ hợp accu như mọi tàu ngầm thông thường.X-1
được dùng làm tàu nghiên cứu và hiện nay được triển lãm tại Bảo tang Groton ở
Connecticut Hoa Kỳ.Một sĩ quan chỉ huy tàu này viết lại trong hồi ký “Bài học
quan trọng thu được trong chương trình thực nghiệm này là …..một hệ thống
peroxit hydro không ổn định với nồng độ cao không thể có chỗ đứng trong một con
tàu chiến đấu”
Tình
hình AIP hiện nay
Mặc dù hiện nay những cường quốc hàng hải như Mỹ,Anh,Nga
tập trung cho tàu hạt nhân nhưng với những nước nhỏ sử dụng tàu diesel-điện
thông thường chủ yếu để bảo vệ vùng duyên hải của mình .Với những nước
này,trong những năm gần đây muốn tăng thời gian lặn nên lại muốn nghiên cứu lại
công nghệ AIP,chủ yếu tập trung theo bốn hướng sau đây:
1/động cơ diesel chu trình kín,thường dùng với ô xy
lỏng dự trữ
2/tua bin hơi nước chu trình kín
3/động cơ nhiệt Stirling với buồng đốt ngoài
4/Pin nhiên liệu hydro-oxy
Động
cơ diesel chu trình kín (CCD)
Khi
chạy trên mặt nước hay dùng ống thở snorkel,động cơ chạy như diesel thông thường.Khi
lặn,nó chạy trong một bầu không khí nhân tạo hình thành bởi ô xy đem theo,khí
trơ (thường là argon) và các sản phẩm thải ra được tái chế dùng lại.Khí thải của
động cơ chủ yếu là khí cac bô nic,ni tơ,và hơi nước sẽ được làm lạnh,làm sạch
và phân tách các thành phần,với argon được quay lại đấu nạp vào động cơ.Những
thứ còn lại được trộn với nước biển và thải ra ngoài.Ô xy dạng lỏng viết tắt là
LOX được chứa trong két lạnh. CCD cũng được một số hãng phát triển tại Đức,Anh,Hà
Lan …Tuy vậy,trừ một tàu Đức hoạt động từ năm 1994,không có một hệ CCD nào được
dùng cho hải quân.Hãng Marconi Anh gần đây chế tạo một hệ CCD mang tên Carlton
Deep Sea và đã trang bị lại cho chin chiếc tàu ngầm Hàn Quốc lớp 209 trước đây
là diesel thông thường.Mặc dù CCD có ưu điểm là tương đối dễ dàng trang bị lại
cho các tàu diesel thông thường hiện có nhưng không được người ta mấy quan tâm
.Dù phải thường xuyên cung ứng ô xy lỏng và khí trơ,nó có ưu điểm là dùng ngay
diesel thông thường với dầu đốt diesel thường dùng.
Tua
bin hơi chu trình kín
Chỉ có một trường hợp tua bin hơi AIP đang được Pháp
nghiên cứu với cái tên là hệ thống MESMA (Module d’Energie Sous-Marin
Autonome-Hệ năng lượng độc lập cho tàu ngầm) .Đó là tua bin thông thường loại
Rankine chuyển động nhờ hơi nước sinh ra do đốt ethanol và ô xy đem theo tại áp
suất 60 at mốt phe.Do áp suất cháy cao nên khí cac bô nic thải ra được đẩy ra
ngoài dễ dàng trong khi đang lặn.Ba hệ thống này đã được Pháp đặt trên tàu ngầm
Agosta 90B cung cấp cho Pakistan.
Động
cơ Stirling
Trong những năm gần đây động cơ Stirling là hệ AIP đầu
tiên áp dụng cho tàu ngầm.Hãng Kockum Thụy Điển bắt tay vào chế tạo từ năm 1989
và tới nay đã có ba chiếc tàu ngầm lớp Gotland .Trong hệ thống Stirling 75 ki
lô wat ,ô xy lỏng được đốt cháy với dầu diesel sinh ra điện để kéo chân vịt đẩy
tàu hay để sạc accu dùng cho tổ máy diesel-điện thông thường.Theo báo cáo,chiếc
tàu 1500 tấn có thể ngầm dưới nước tới
14 ngày tại tốc độ 5 hải lý/giờ.
Pin
nhiên liệu
 |
| Pin nhiên liệu với PEM màng điện ly polymer |
Theo nghĩa đơn giản,pin nhiên liệu là một thiết bị
chuyển đổi điện hóa,hóa hợp hydro và oxy tạo thành nước,điện và nhiệt.Pin nhiên
liệu đã được áp dụng trong công nghệ vũ trụ,ô tô và hy vọng là hệ AIP trong
ương lai.Có nhiều cấu hình khác nhau,nhưng trên tàu ngầm người ta thấy triển vọng
nhất là pin nhiên liệu có tên là PEM viết tắt các chữ Polymer Electrolyte
Membrane tức là màng điện ly polymer.Sở dĩ PEM được chú ý vì hoạt động ở nhiệt
độ thấp khoảng 800 C,ít mất mát nhiệt.Trong thiết bị PEM,hydro cao áp đi vào
trong pin phía anode,và tấm platin xúc tác phân tích mỗi cặp phân tử thành bốn
ion H và bốn điện tử tự do.Điện tử đi từ anode ra mạch ngoài tạo thành dòng điện.Trong
khi đó tại cathode,mỗi phân tử oxy Màng polymer ngăn cách giữa a nốt và ca tốt
ngăn cản các điện tử nhưng cho ion H+ mang điện tích dương chui qua sang ca tốt
mang điện tích âm ,kết hợp với oxy tạo thành nước.
Thách thức lớn nhất với pin nhiên liệu là vấn đề lưu
chứa các tác nhân hóa học.Ô xy lỏng có thể tương đối an toàn nhưng chứa hudro
trên tàu với dạng một chất lỏng hay một khí cao áp là một việc cực kỳ nguy hiểm.Nhiều
biện pháp đề ra để giải quyết vấn đề này.Một số các nhà chế tạo hiện nay đã
cung cấp pin nhiên liệu cho các tàu ngầm AIP.Nổi bật là hãng Siemens Đức cộng tác với hai nhà máy
đóng tàu Đức Howaldtswerke Deutsche Werft (HDW) và hãng Fincantieri của Ý để cấp
một pin nhien liệu cho một tàu ngầm Đức 1840 tấn và tàu lớp U-212 của Ý.Đó là 9
mô đun pin PEM phát ra công suất tổng cộng 300 kW ,giúp tàu lặn liền 14 ngày với
tốc độ 8 hải lý/giờ.Siemens cũng đang chế tạo pin PEM thế hệ mới mỗi mô đun 120
kW để lắp tiếp cho các tàu ngầm Đức và Ý xuất khẩu.Các nước như Nga và Canada
cũng lưu ý tới pin nhiên liệu cho các tàu ngầm chạy dưới các tảng băng
 |
| Tàu ngầm Gotland dùng pin nhiên liệu |
Tương
lai của AIP
Vì năng lượng cần để đẩy tàu tỷ lệ với lũy thừa ba của
tốc độ ,nên trong một tương lai gần ,AIP có giá trị chủ yếu với những tàu ngầm
thông thường muốn ẩn mình lâu dài dưới nước với tốc độ chậm.Các loại động lực kể
trên,trừ pin nhiên liệu,mà gọi là có “chu trình kín” thực ra không chính xác vì
vẫn cần phải xả khí thải ra ngoài,cho nên bị giới hạn cả về độ sâu lẫn mức ẩn dấu
!Nhưng nếu có công nghệ tốt,tàu ngầm AIP vẫn là một vũ khí lợi hại trong việc bảo
vệ lãnh hải với những chuyến đi ngắn và trung bình.Khi thuận tiện nó lại trồi
lên mặt nước ,tranh thủ thở sạc accu rồi lại
ẩn mình. Mặt khác,công nghệ AIP hiện nay đang có những tiến bộ rất nhanh.Người
ta cho rằng trong vài năm gần đây công suất ra của 1 mô đun pin nhiên liệu đã
tăng gấp đôi ,gấp ba lần ,cho phép tàu có động lực mạnh hơn ,tức là có thể tăng
tốc độ và thời gian lặn.Đó là vũ khí lợi hại của hải quân các nước không có nhiều
tiền bạc
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét