Công nghệ tàng hình và chống tàng hình

[Admin]

1. Thế nào là công nghệ tàng hình?
Như mọi người đều biết, để phát hiện máy bay, tàu chiến từ khoảng cách xa ngoài tầm nhìn của mắt thường hay thiết bị quang học thì hiện nay trên thế giới các nước đều sử dụng radar. Radar (RAdio Detection And Ranging) được chế tạo và phát triển dựa trên hiện tượng phản xạ (dội về) khi tín hiệu phát đi gặp mục tiêu, radar sẽ thu bắt, khuyếch đại các tín hiệu phản xạ đó và ta thu được tọa độ, hình ảnh…của mục tiêu. Nói một cách nôm na, giống như trong phòng tối ta ném một quả bóng tenis về phía trước, nó đập vào bức tường và dội lại cho ta biết đằng trước có chướng ngại vật.
Công nghệ radar từ khi ra đời và phát triển đã giúp cho bên phòng thủ rất nhiều trong việc theo dõi, cảnh báo, phát hiện mục tiêu cũng như dẫn bắn cho các loại vũ khí đối không, đối hải. Bên cạnh việc phát triển radar, các nước có nền khoa học quân sự phát triển cũng dày công nghiên cứu, chế tạo các loại thiết bị, vũ khí có thể vô hiệu hóa, chế áp radar. Điển hình cho loại công nghệ chống radar này là các thiết bị gây nhiễu tích cực, tiêu cực, các loại máy bay gây nhiễu trong đội hình, ngoài đội hình mà Mỹ đã sử dụng phổ biến trong chiến tranh Việt Nam. Gần đây hơn nữa là loại bom E (Electro-Magnetic Bom) chuyên dùng để phá hỏng, vô hiệu hóa các loại radar, phương tiện truyền thông, truyền hình, máy tính…

Tuy nhiên, đây chỉ là một hướng phát triển của công nghệ chống radar. Sau chiến tranh Việt Nam, nhằm thực hiện học thuyết can thiệp nhanh, đánh phủ đầu bằng ưu thế tuyệt đối của Không quân. Mỹ là nước đầu tiên trên thế giới nghiên cứu và phát triển các biện pháp khiến máy bay, tàu chiến của họ tàng hình trước radar. Đến thời điểm hiện tại thì cũng chỉ có duy nhất Mỹ là nước đang sở hữu 3 loại máy bay tàng hình gồm: F-117, B-2, F-22. Mỹ cũng đang sở hữu loại tàu chiến Sea Shadow tàng hình, hiện đang phát triển các loại DDX có khả năng tàng hình cao hơn. Trong lĩnh vực tàu chiến tàng hình, chúng ta cũng không thể không nhắc đến lớp tàu Lafayette của Pháp hay Smyge, Visby của Thụy Điển.


Sự suy giảm tiết diện phản xạ với sóng radar của máy bay tàng hình B-2
Công nghệ tàng hình chủ yếu hiện nay gồm các công nghệ chủ yếu sau:

- Công nghệ giảm bề mặt phản xạ hiệu dụng của phương tiện chiến đấu bằng nhiều cách như: sử dụng vật liệu có khả năng hấp thụ hoặc tản xạ sóng radar, cấu trúc phương tiện chiến đấu có bề mặt nhiều góc cạnh để tản xạ theo nhiều hướng khác nhau như ở F-117 hoặc nhẵn bóng để giảm tối đa phản xạ sóng radar, đưa các thùng treo tên lửa hoặc bom vào bên trong thân máy bay…
- Công nghệ giảm bức xạ nhiệt hồng ngoại do động cơ hoạt động thải ra, nhất là khi bị tên lửa bám, bằng nhiều cách: che chắn các phần bị hun nóng của động cơ, giảm “góc nhìn” của địch, sử dụng turbin cánh quạt để hạ nhiệt, tối ưu hoá việc đốt cháy để không sản sinh bức xạ nhiệt hồng ngoại, hạn chế các yếu tố làm tăng việc thải này…
- Giảm phát xạ điện từ bằng những cách như: che chắn các khí tài điện – điện tử của phương tiện chiến đấu, giảm phát xạ xung để thu hẹp khả năng phát hiện tín hiệu, thay bộ phát xạ điện từ bằng kỹ thuật quang, kỹ thuật la-de…
Ngoài 3 công nghệ chủ yếu trên thì hiện Nga đang phát triển loại công nghệ tàng hình Plasma tiên tiến, tuy nhiên nó còn đang trong quá trình thử nghiệm chưa được đưa vào sử dụng trên thực tế!
Công nghệ tàng hình là tổng hợp của rất nhiều công nghệ tiên tiến khác nhau thuộc các lĩnh vực vật lý kỹ thuật, vật liệu mới, điện tử, công nghệ thông tin, động lực, tự động hoá, năng lượng… Hiện nay, kỹ thuật tàng hình được coi là một kỹ thuật tổng hợp tiên tiến nhất đối chọi lại các thủ đoạn trinh sát, thăm dò của radar, điện tử, hồng ngoại, sóng âm thanh….và thường được gọi là kỹ thuật tàng hình radar, kỹ thuật tàng hình điện tử, kỹ thuật tàng hình các nguồn sáng có thể phát hiện được và kỹ thuật tàng hình sóng âm thanh… Tuy nhiên, thực chất kỹ thuật tàng hình là sự phát triển của kỹ thuật ngụy trang truyền thống theo hướng công nghệ cao.

2. Vật liệu tàng hình:
Trong kỹ thuật tàng hình, vật liệu tàng hình được coi là yếu tố then chốt. Hiện nay trên thế giới đã và đang phát triển một số vật liệu tàng hình sau:

- Vật liệu polyme:

Loại vật liệu này mới được phát triển trong những năm gần đây nhờ có kết cấu đa dạng, đặc tính cơ lý-hóa học độc đáo. Phức hợp vật liệu polyme dẫn điện với vật liệu vô cơ tổn hao từ, hoặc các hạt cực nhỏ có thể phát triển thành một loại vật liệu kiểu mới, nhẹ, hấp thụ sóng viba dải tần rộng. Sản phẩm kết hợp polyme dẫn là Contex, một loại sợi do hãng Milliken & Co, sản xuất từ năm 1990. Sợi được phủ lớp vật liệu polyme dẫn được gọi là Polypyrrole và có thể dệt thành thảm chống tĩnh điện, đã được Mỹ sử dụng cùng với những tấm Card trên máy bay để triệt tiêu năng lượng đến của radar.

- Chất hấp thụ sợi thép đa tinh thể:

Công ty Gamma của châu Âu đã phát triển một loại sơn hấp thụ sóng ra-đa kiểu mới, sử dụng sợi xenlulô thép đa tinh thể làm vật liệu hấp thụ. Đây là một loại vật liệu hấp thụ ra-đa từ tính, hiệu quả cao trong băng tần rất rộng trong khi trọng lượng giảm tới 40-60%; khắc phục được khuyết điểm quá nặng của đa số vật liệu hấp thụ từ tính.

- Vật liệu Chiral:

Chiral là một loại hiện tượng mà vật thể và ảnh đối xứng qua gương của nó không tồn tại tính đối xứng về hình học; không thể sử dụng bất cứ phương pháp nào để làm cho vật thể và ảnh đối xứng qua gương của nó tồn tại tính đối xứng về hình học, cũng không thể sử dụng bất cứ phương pháp nào để làm cho vật thể và ảnh đối xứng qua gương trùng hợp được với nhau. Bắt đầu từ những năm 1950, các công trình nghiên cứu cho thấy vật liệu Chiral có thể làm giảm phản xạ của sóng điện từ chiếu vào, đồng thời có thể hấp thụ sóng điện từ. Đến những năm 1980, nghiên cứu đặc tính hấp thụ và phản xạ sóng viba của vật liệu Chiral được thực sự coi trọng. Hiện nay, vật liệu Chiral hấp thụ sóng radar là hỗn hợp vật chất có kết cấu dựa trên vật liệu cơ bản để tạo thành vật liệu phức hợp.

- Vật liệu tàng hình thông minh:

Vật liệu tàng hình thông minh là một trong những ứng dụng của kỹ thuật cao, mới được phát triển từ những năm 1980. Đây là một loại vật liệu và kết cấu có chức năng nhận biết, xử lý thông tin, tự ra quyết định và hòa trộn tín hiệu, tạo ra khả năng tàng hình thông minh. Hiện nay, kỹ thuật tàng hình đang phát triển theo hướng vận dụng tổng hợp, cân bằng tính năng tàng hình và các tính năng khác; mở rộng phạm vi tần số và phạm vi ứng dụng, hạ thấp giá thành.

- Sơn tàng hình:

Sơn tàng hình là loại sơn phức tạp có thể hấp thụ các loại sóng cao tần, vi ba, sóng milimét. Thành phần của nó có “nội bào” chứa lớp bọc kim loại hoặc những hạt hình cầu nhỏ đường kính cỡ 5µm- 75µm. Sau khi tạo lớp sơn bảo vệ, lớp sơn cuối cùng sẽ làm cho vũ khí trang bị dày thêm vài micrômét. Các hạt hình cầu nhỏ li ti rất thích hợp để phủ lên bất kỳ kết cấu nào. Các nhà khoa học đã tạo ra được nhiều loại sơn thẩm thấu hình cầu liti để phối hợp với nhau nhằm tạo nên các công cụ khác nhau, bao gồm cả chống nhiễu điện tử, hấp thụ sóng ra-đa, sóng hồng ngoại và ngụy trang hồng ngoại. Sử dụng chất sơn hạt hình cầu liti còn có ưu điểm giá thành hạ, và thời gian sử dụng kéo dài.
Ngay trên một loại vũ khí trang bị, cũng có thể sử dụng các loại sơn khác nhau ở các bộ phận khác nhau.Trên xe tăng hoặc các loại xe bọc thép có thể sơn lên nóc xe, phía trước và hai bên thành xe một loại sơn phức hợp có thể làm cho radar bám theo và các hệ thống tìm mục tiêu trên các phương tiện tiến công của đối phương bị sai lạc; còn các bộ phận khá nóng của xe, như khoang động cơ và hệ thống thải khí, lại thích hợp hơn với sơn hấp thụ hồng ngoại hoặc sơn ngụy trang phức hợp. So với các loại sợi dệt tàng hình, sử dụng sơn hạt cầu liti không chỉ là một phương pháp giải quyết tàng hình bền hơn, mà giá thành thấp hơn (mỗi xe tăng chỉ cần từ 5.000 đến 8.000 USD).
Trong không quân, các nước còn dùng sơn phản quang, có màu sắc phù hợp với nền trời như xám, bạc, xanh, đen… để máy bay lẫn chìm vào màu sắc bầu trời lúc buổi sáng, buổi trưa hoặc tối. Mỹ đang sử dụng một loại sơn cao su silicon đặc biệt hấp thụ rất mạnh sóng điện từ để sơn lên bề mặt các vũ khí trang bị nhằm chống lại sự phát hiện của radar đối phương, vì loại sơn này hấp thụ sóng điện từ, làm giảm diện tích phản xạ hiệu dụng của radar. Thực nghiệm cho thấy sơn màu ngụy trang có hiệu quả tàng hình khá tốt. Thí dụ, khi dùng thiết bị nhìn đêm mức sáng thấp để quan sát ở cách 1.000m, thì xác suất phát hiện khi không sơn ngụy trang là 77,5%, có sơn ngụy trang chỉ còn 33%. Sơn ngụy trang hiện đại còn có tác dụng hấp thụ bức xạ, không chỉ cho phép giảm xác suất phát hiện phương tiện vũ khí trang bị bằng mắt, mà còn giảm bức xạ hồng ngoại của các phương tiện này.

Vật liệu Nanômét:

Sự ra đời của của tàng hình Nanômét đã mở ra hướng phát triển vũ khí tàng hình thông minh trong tương lai. Các nước như Mỹ, Pháp, Đức, Nhật, Nga… coi kỹ thuật Nanômét là kỹ thuật tàng hình thế hệ mới. Vật liệu Nanômét là loại vật liệu do các hạt siêu nhỏ (1- 15 Nanômét) của kim loại, hợp kim, vật liệu vô cơ hoặc của vật liệu polyme qua ép nén, liên kết hoặc phun tạo thành. Vi hạt Nanômét có kích thước nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của tia hồng ngoại và sóng radar nên tính truyền sóng qua và tỷ lệ hấp thụ sóng điện từ lớn hơn nhiều so với các loại vật liệu thông thường, đặc biệt nó có đặc tính tổn hao từ lớn, nên có thể làm vật liệu tàng hình. Vi hạt Nanômét có tính hấp thụ sóng tốt trong phạm vi phổ tần khá rộng, được coi gần như vật “siêu đen” tuyệt đối, nhất là thể rắn Nanômét của các loại chất ô xy có tính hấp thụ tốt đối với sóng hồng ngoại, làm vật liệu tàng hình tổng hợp với kênh phổ rộng dùng cho cả sóng hồng ngoại và radar, làm cho kỹ thuật tàng hình phát triển mạnh theo phương hướng từ kênh sóng đơn nhất sang kênh phổ tần rộng. Một đặc tính của vật liệu nanô mà các vật liệu khác không thể so sánh được, là đặc điểm có tính hấp thụ sóng rất mạnh, hoạt tính cao và dễ phân tán, nên rất dễ tạo thành lớp phủ tàng hình nhẹ, siêu mỏng. Như vậy, lớp phủ tàng hình dày hàng chục micrômét như hiện nay sẽ được thay thế bởi lớp phủ dày chỉ mấy chục Nanômét. Điều này làm cho trọng lượng giảm đi rất nhiều, và nâng cao tính năng tàng hình của vũ khí, trang bị. Các nhà khoa học quân sự đã nghiên cứu chế tạo được ”bột siêu đen” chất sơn tẩm Nanômét có thể hấp thụ 99% sóng radar, có khả năng nhận biết, tự xử lý các mệnh lệnh chỉ huy và tin tức.

- Kỹ thuật tàng hình Plasma:

Công nghệ tàng hình Plasma (còn gọi là tàng hình đẳng ion) có tính kinh tế, rẻ tiền hơn tất cả các công nghệ tàng hình đã có, nhưng lại có hiệu quả tàng hình rất cao. Bản chất của công nghệ tàng hình Plasma là cân đối giữa hiệu quả khí động học và tính tàng hình của vật thể. Đó là công nghệ tàng hình khác hoàn toàn với các công nghệ tàng hình truyền thống. Thực chất plasma có nghĩa là nguyên tử của nó chứa nhiều động năng tới mức các điện tử hóa trị được giải phóng do những va đập giữa các nguyên tử. Một tín hiệu vô tuyến gặp phải luồng Plasma sẽ dễ dàng bị phân tán. Sóng điện từ gặp phải Plasma cũng sẽ bị năng lượng hóa cao và đổi hướng làm cho máy thu không thu được tín hiệu phản hồi, vì thế radar không phát hiện được sự hiện diện của vũ khí trang bị. Cũng có khả năng là plasma sẽ đánh lừa và tiêu tán năng lượng sóng vô tuyến bằng cách hút tín hiệu xung quanh nó cho tới khi tín hiệu bị triệt tiêu, do đó không phản hồi lại radar. Khi sử dụng luồng Plasma, sẽ làm tăng tính tàng hình mà không phải trả giá về mặt khí động và thậm chí đạt hiệu quả cao. Trung tâm nghiên cứu khoa học Keldysh của Nga là cơ quan đầu tiên đề xuất ý tưởng plasma, từ tháng 3 năm 1999, họ đã chào hàng xuất khấu một thiết bị tàng hình dạng lắp ghép có khả năng làm cho máy bay thông thường trở nên vô hình đối với radar. Hệ thống này sẽ tạo ra một lớp khí ion hóa hay Plasma bao quanh máy bay. Hiện nay, công trình nghiên cứu một hệ thống giảm khả năng quan sát thế hệ ba đang được tiến hành. Hệ thống này nặng dưới 100kg tiêu thụ vài chục kw điện. Bằng cách lắp hệ thống này cho máy bay, tiết diện phản xạ radar của một máy bay thông thường có thể giảm đi trên trăm lần, bằng tiết diện phản xạ radar của máy bay tàng hình chuyên dụng. Công trình nghiên cứu phát triển sử dụng công nghệ tàng hình Plasma của Nga còn nhằm giảm khoảng 30% sức cản của máy bay. Theo ý kiến của các nhà khoa học Nga, một trong những công nghệ khí động Plasma dân dụng đã làm giảm đáng kể tiết diện phản xạ radar của máy bay. Sự hấp thụ sóng vô tuyến của Plasma đã được biết đến qua hiện tượng mất liên lạc mà tàu vũ trụ luôn gặp phải khi quay về tầng khí quyển. Nguyên nhân là do hiệu ứng che chắn của Plasma. Tất nhiên, điều này luôn xảy ra ở phía trước tàu vũ trụ khi nó lao vào tầng khí quyển của Trái Đất và va đập với không khí làm nhiệt độ tăng cao. Nguyên lý này đã được áp dụng để hấp thụ năng lượng radar. Mặc dù khi dùng các máy phát Plasma xung quanh máy bay, có thể máy bay sẽ bừng sáng lên như sao băng, nhưng trên màn hình radar dường như lại vô hình. Theo ý kiến của các nhà thiết kế thuộc Viện Thiết kế Mikoyan và Sukhoi của Nga, sự tốn kém của công nghệ tàng hình hiện đang áp dụng vượt quá hiệu quả mà nó mang lại. Vì vậy, chọn công nghệ tàng hình Plasma sẽ là giải pháp cân đối giữa hiệu quả khí động và tính tàng hình trong các thiết kế máy bay thế hệ mới nhất trong tương lai gần.
Các máy phát Plasma thế hệ đầu tiên và thế hệ thứ hai đã được thử trên mặt đất và thử bay. Hiện nay đang nghiên cứu một hệ thống thuộc thế hệ thứ ba dựa trên những nguyên tắc vật lý mới, và có thể tham khảo sử dụng năng lượng tĩnh điện bao quanh thân máy bay để giảm tiết diện phản xạ radar. Hệ thống tàng hình Plasma trên những tương tác của Plasma và sóng điện từ, nhưng theo một hướng rất khác lạ. Thiết bị Plasma tàng hình sẽ tạo ra một trường Plasma xung quanh máy bay. Trường này, một mặt tiêu tán năng lượng điện từ của đối phương hoặc làm đổi hướng của chúng, làm giảm tiết diện phản xạ radar xuống hơn 100 lần. Hiệu ứng tiêu tán và làm đổi hướng tín hiệu điện từ trong trường Plasma đã được phát hiện từ nhiều thập kỷ trước. Hệ thống tàng hình mới này không có thay đổi gì mới về mặt lý thuyết, nhưng lại có những điểm mới về kỹ thuật của máy Plasma. Các nhà thiết kế máy bay sử dụng một máy phát Plasma che chắn cho các máy bay có tốc độ trên siêu âm. Trong ứng dụng này, Plasma có thể được phát ra bằng một la de Plasma mạnh và đóng vai trò như một lớp che chắn nhiệt cho máy bay. Một ưu điểm của công nghệ tàng hình Plasma đem lại đó là có thể ứng dụng cho các loại vũ khí, khí tài hiện nay mà không cần phải thay đổi cấu trúc hình dạng, chỉ cần lắp trên vũ khí, khí tài đó một máy phát plasma để tạo ra một trường plasma bao quanh.

- Kỹ thuật chỉ thị truyền sóng viba

Kỹ thuật này sử dụng máy tính dự đoán mức độ truyền sóng radar trong khí quyển. Sự thay đổi của khí quyển (như độ ẩm, nhiệt độ…) có thể làm cho cự ly tác dụng của sóng radar biến đổi, ngoài khu vực che phủ, radar sẽ sinh ra các ”khoảng trống” (tức vùng mù của sóng radar). Đồng thời, sóng radar khi truyền đi trong khí quyển phải hình thành đường truyền sóng, bên ngoài đường truyền sóng hầu như không có năng lượng. Nếu vũ khí tàng hình tiến công ở trong “khoảng trống” hoặc ngoài ”đường truyền sóng” của khu vực bao phủ radar, thì có thể sẽ thoát ra khỏi sự phát hiện của radar đối phương.

(ST)