Khám phá công nghệ tàng hình AIP trên tàu ngầm

Tàu ngầm lắp động cơ công nghệ AIP đang là đề tài nhiều nhà khoa học quân sự quan tâm. AIP giúp tàu ngầm lặng lẽ hoạt động ngay trước "mũi" đối phương mà không bị lộ. Bí mật đánh đòn đột kích bất ngờ với hỏa lực mạnh luôn là mong muốn của mọi chỉ huy hải quân.

Công nghệ phổ biến của động cơ tàu ngầm hiện nay là sử dụng động cơ diesel-điện, đòi hỏi tàu luôn phải nổi lên để lấy ô-xy, chạy máy, nạp điện, vì nó chỉ có thể lặn trong 3 đến 5 ngày sử dụng pin – acquy một cách hạn chế.

Bộc lộ tiếng ồn, bộc lộ nhiệt, bộc lộ quy luật nổi… như thế dễ lộ. AIP (Air Independent Propulsion) là động cơ đẩy sử dụng không khí riêng, nên động cơ giấu nhiệt (no exhaust heat)…Có khá nhiều khái niệm quanh công nghệ AIP, nhưng có cùng một mục đích là làm sao cho động cơ tàu ngầm hoạt động dưới nước mà không cần nổi vì không cần lấy ô-xy.

Có nhiều lựa chọn AIP. Đức sử dụng hydrogen peroxide làm chất xúc tác cho phản ứng hóa học để tạo ra hơi nước và khí nóng làm quay tuabin.

Liên Xô (cũ) phát triển động cơ diesel chu kỳ khép kín với oxy lỏng và nhiên liệu diesel.

Pháp phát triển động cơ tuabin chu kỳ đóng MESMA, với quá trình đốt cháy ethanol và oxy, quá trình đốt cháy này tạo ra hơi nước làm quay tuabin. Trong đó, ethanol và oxy được lưu trữ ở áp lực gấp 60 lần áp lực khí quyển, áp lực này cho phép khí thải carbon dioxide thải xuống biển ở độ sâu bất kỳ mà không cần đến máy nén khí. Công nghệ này cho phép tàu ngầm hoạt động liên tục 21 ngày dưới nước, tùy thuộc vào tốc độ, áp suất nước biển.

Thụy Điển phát triển khái niệm động cơ chu trình Stirling, sử dụng oxy lỏng và nhiên liệu diesel để làm quay máy phát điện công suất 75kW cấp cho động cơ điện đẩy tàu hoặc sạc pin cho tàu. Động cơ chu trình Stirling có khả năng hoạt động liên tục 14 ngày dưới nước với một tàu ngầm tải trọng 1.500 tấn ở tốc độ 5 hải lý/giờ.

Trong phát triển công nghệ AIP, giải pháp sử dụng tế bào nhiên liệu trên cơ sở ứng dụng công nghệ hydrogen được xem là khả thi và an toàn nhất.

Hiện nay, ngoài Nga ra chỉ có vài nước như Mỹ, Nhật, Đức, Pháp, và Thụy Điển mới làm chủ được công nghệ này.

Giờ đây AIP vẫn chưa thể trở thành nguồn động lực đẩy chính cho tàu ngầm, vì mức công suất quá thấp, chỉ khoảng 400 mã lực, trong khi nguồn diesel-điện cho khoảng 3000 mã lực, (còn tàu ngầm hạt nhân có thể tới 20.000)

Hãng Siemens của Đức phát triển khái niệm tế bào nhiên liệu sử dụng cho các loại tàu ngầm Type-209/214. Các tế bào này chuyển đổi hóa năng thành điện năng thông qua phản ứng hóa học với oxy và các khí hydrocarbon. Trong đó, hydrogen được sử dụng nhiều nhất, sau đó đến ethanol hoặc methanol. Điện năng tạo ra từ phản ứng hóa học này sẽ được cấp cho động cơ điện của tàu hoặc sạc pin, ưu điểm của tế bào nhiên liệu là nhiệt độ hoạt động khá thấp khoảng 80 độ C, nhiệt thải tương đối ít.

Khó khăn lớn nhất là việc mang theo nhiêu liệu cho quá trình phản ứng. Việc trữ oxy lỏng thì khá đơn giản, nhưng hydro lỏng lại cực kỳ nguy hiểm. Một giải pháp là lấy hydro từ các hợp chất hydrua với các kim loại, hoặc từ các hydrocacbon như methanol, diesel, dầu hỏa…

Các nguồn tin gần đây cho biết, động cơ AIP do Cục thiết kế hàng hải Rubin Nga thiết kế sẽ hoàn thành vào năm 2016, đến năm 2017 hệ thống này sẽ lắp cho chiếc tàu ngầm lớp Lada đầu tiên. Theo diễn đàn Defence.pk hệ thống AIP của tàu ngầm lớp A-mua của Nga an toàn hơn khi so sánh với hệ thống AIP Đức vì sử dụng hóa chất khó gây cháy, cung cấp năng lượng điện cho gần 90 ngày lặn, hoạt động dưới nước.

Tàu ngầm lớp Lada là loại tàu ngầm diesel thế hệ thứ tư, lượng giãn nước khi nổi 1.765 tấn (khi lặn 2.650 tấn), độ sâu lặn tối đa 300 m, tốc độ lặn 21 hải lý/giờ, thời gian hoạt động độc lập trên biển 45 ngày đêm, thời gian lặn dưới nước đến 25 ngày đêm (sử dụng AIP). Vũ khí gồm các tên lửa hành trình Club-S, ngư lôi và thủy lôi (cơ số 18 quả). Thủy thủ đoàn 35 người.

Mới đầu năm 2013 Nhật đã bàn giao đến chiếc thứ 5 mang động cơ AIP. Trong biên chế của hải quân Malaysia đã có tàu ngầm AIP "Scorpene" của hãng DCNS - Pháp. Loại tàu ngầm này có lượng giãn nước 2900 tấn (khi lặn 4000 tấn).

Tập đoàn hóa công nghiệp Solvay (Bỉ) mới đây đã chế tạo thành công pin nhiên liệu lớn nhất thế giới. Thông qua một phản ứng hóa học với oxy.  Pin nhiên liệu biến đổi năng lượng hóa học từ khí hydro thành điện năng sạch và ổn định với công suất 500 MWp liên tục trong vòng 800 giờ. Công ty Solvay cho biết pin nhiên liệu có thể được ứng dụng trong tất cả lĩnh vực, từ xe hơi đến tàu thủy.

Nhờ công nghệ chế tạo pin nhiên liệu đang ngày càng hoàn thiện, theo hướng thể tích gọn nhẹ mà "tích điện khỏe", lại có chiến thuật nổi-chìm-cơ động khôn khéo, các nhà chiến thuật hải quân kỳ vọng duy trì đội tàu ngầm của mình tác chiến hiệu quả nhất trên các vùng biển.