Gần đây, thông tin về tàu ngầm mini mang tên Trường Sa 1 do ông Nguyễn Quốc Hòa (56 tuổi, Giám đốc công ty cơ khí Quốc Hòa, Thái Bình) chế tạo đã thu hút sự chú ý của cộng đồng mạng. Đặc biệt hơn cả, theo ông Hòa, tàu ngầm Trường Sa 1 được trang bị động cơ AIP do Việt Nam chế tạo. Điều này càng làm cho con tàu được quan tâm nhiều hơn.
Việt Nam đã chế tạo được công nghệ AIP? Vậy công nghệ này cần những yếu tố nào và Việt Nam có đủ khả năng để làm điều đó hay không?
Tàu ngầm Trường Sa 1 được cho là trang bị động cơ AIP do Việt Nam chế tạo.
AIP (Air Independent Propulsion) tạm dịch là “động cơ sử dụng không khí độc lập” được phát minh bởi kỹ sư nổi tiếng người Tây Ban Nha ông Narcís Monturiol i Estarriol vào năm 1867. Ông đã phát minh thành công một động cơ đẩy không khí độc lập dựa trên một phản ứng hóa học. Thành công này đã mở ra khả năng ứng dụng lớn trong việc phát triển động cơ cho tàu ngầm.
Năm 1908, Hải quân đế quốc Nga đã phát triển thành công một tàu ngầm chạy bằng động cơ xăng sử dụng khí nén. Oxy cho động cơ được cung cấp qua 45 chai khí nén, tương đương với 9,9 m3, hệ thống khí nén này có thể giúp tàu hoạt động liên tục dưới nước với quãng đường 52km. Tuy nhiên, tàu ngầm này không đủ độ an toàn cũng như phạm vi hoạt động đủ lớn để phục vụ cho các nhiệm vụ quân sự.
Đến năm 1930, tiến sĩ Helmuth Walter, một kỹ sư xuất sắc của Đức đã phát triển thành công một động cơ AIP mới, sử dụng chất hydrogen peroxide (H2O2) tinh khiết cao làm chất oxy hóa để tạo ra không khí cho động cơ. Trong hệ thống mới của Walter, hydrogen peroxide được phân hủy bằng cách sử dụng một chất xúc tác có tên là permanganat. Phản ứng hóa học này tạo ra hơi nước ở nhiệt độ cao và oxy tự do, kết hợp với nhiên liệu diesel để quay tuabin.
Mẫu tàu ngầm thử nghiệm V80 đạt tốc độ lên đến 28,1 hải lý/giờ ở trạng thái ngập nước, trong khi các tàu ngầm khác chỉ có tốc độ 10 hải lý khi lặn. Dựa trên mẫu thử nghiệm V80, Đức đã phát triển thành công tàu ngầm lớp Type XVIIB có tải trọng ngập nước đến 300 tấn, tàu được trang bị hai động cơ tuabin công suất 2500 mã lực, tàu ngầm này có thể đạt tốc độ tới 20,25 hải lý/giờ.
Tuy nhiên, nền công nghiệp của Đức thời đó không thể đảm bảo được số lượng hydrogen peroxide cần thiết. Một vấn đề nữa là hydrogen peroxide không ổn định trong môi trường khép kín, hệ thống động cơ này tồn tại quá nhiều vấn đề về kỹ thuật và an toàn, dự án tàu ngầm AIP này chìm theo sự sụp đổ của Đức quốc xã.
Động cơ AIP chu trình MESMA của Pháp - một trong số ít những động cơ AIP thành công trên thế giới.
Vào những năm 1950, Liên Xô tiếp tục nỗ lực của mình trong việc phát triển động cơ AIP, khái niệm động cơ diesel chu trình khép kín được phát triển trước đó đã cho những kết quả rất khả quan. Khái niệm công nghệ này sử dụng các bình chứa oxy hóa lỏng, cùng một bộ lọc không khí để tái sinh lại khí thải của động cơ, nhằm tạo ra không khí cung cấp cho động cơ hoạt động.
Tàu ngầm đề án 615 lớp Quebec được xem là dự án tàu ngầm AIP đầu tiên của thế giới được chế tạo ở quy mô lớn, 30 chiếc loại này đã được chế tạo từ năm 1953-1957. Không may thay, khái niệm công nghệ có vẻ khả thi này lại tiềm ẩn những hiểm họa khôn lường.
Oxy hóa lỏng rất dễ bị bay hơi theo thời gian và quan trọng hơn cả là các bình chứa oxy lỏng này như những quả bom nổ chậm, có thể phát nổ bất cứ lúc nào. Ngày 26/09/1957, các bình chứa nhiên liệu oxy lỏng của tàu ngầm M-256 lớp Quebec đã bất ngờ phát nổ làm toàn bộ thủy thủ đoàn 35 người thiệt mạng, không lâu sau đó, tàu ngầm M-351 cũng phát nổ. May mắn là không có ai bị thương.
Hai vụ tai nạn nghiêm trọng đã làm lung lay tính khả thi của dự án, các thủy thủ Liên Xô đặt cho tàu ngầm này biệt danh “bật lửa Zippo” bởi sự nguy hiểm khôn lường của nó. Đến năm 1970, dự án này bị đình chỉ hoàn toàn.
Động cơ AIP chu trình đóng Stirling của Thụy Điển, đến quốc gia như Nhật Bản còn phải nhập khẩu động cơ này để trang bị cho tàu ngầm, nói gì đến Việt Nam.
Năm 1952, Liên Xô đã cố gắng phát triểm một tàu ngầm AIP dựa trên khái niệm của tiến sĩ Helmuth Walter, tàu ngầm project 617 đi vào phục vụ năm 1958, tuy nhiên, một vụ nổ lớn đã chấm dứt chương trình vào năm 1959.
Mỹ và Anh, hai quốc gia có công nghệ tàu ngầm hàng đầu thế giới, cũng đã từng thử sức mình với công nghệ AIP dựa trên khái niệm của tiến sĩ Helmuth Walter. Tuy nhiên họ sớm nhận thấy những nguy cơ tiềm ẩn rủi ro mặt khác quan điểm tác chiến của họ không sử dụng tàu ngầm nhỏ nên không tiếp tục theo đuổi công nghệ này.
Tại Đức, các kỹ sư vẫn tiếp tục phát triển công nghệ động cơ AIP trên cơ sở khái niệm của tiến sĩ Helmuth Walter và đã đạt được những thành công nhất định. Hãng Siemens của Đức đã phát triển khái niệm tế bào nhiên liệu sử dụng cho các loại tàu ngầm Type-209/214.
Tế bào nhiên liệu chuyển đổi năng lượng hóa học từ nhiên liệu thành điện năng thông qua một phản ứng hóa học với oxy và các khí tự nhiên như hydrocarbon, ethanol hoặc methanol đôi khi cũng được sử dụng, nhưng phổ biến nhất là hydrogen. Điện năng tạo ra từ phản ứng hóa học này sẽ được sử dụng cho động cơ đẩy 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.
Tàu ngầm Trường Sa 1 được trang bị động cơ AIP do Việt Nam chế tạo thực sự là một dấu hỏi lớn.
Đức trở thành quốc gia đầu tiên trên thế giới phát triển thành công tàu ngầm AIP với độ tin cậy cũng như hiệu suất đáp ứng được các tiêu chuẩn khắt khe của tàu ngầm. Pháp tuy tham gia muộn hơn vào công nghệ AIP nhưng cũng đã có được thành công với động cơ chu trình MESMA được trang bị trên tàu ngầm lớp Scorpene và trở thành quốc gia thứ 2 trên thế giới chế tạo thành công tàu ngầm AIP.
Quốc gia thứ 3 trên thế giới đạt được thành công với công nghệ AIP là Thụy Điển. Động cơ chu trình đóng Stirling được trang bị trên tàu ngầm lớp Archer do nước này sản xuất. Liên Xô, quốc gia được xem là đi tiên phong trong công nghệ AIP, đã 2 lần thất bại, song họ vẫn tiếp tục phát triển một động cơ AIP mới. Trung Quốc, Ấn Độ cũng đang thử sức mình với loại công nghệ đầy thách thức này.
Lịch sử phát triển của động cơ AIP cho thấy đây là một loại công nghệ cực kỳ phức tạp. Một trong những vấn đề lớn nhất đối với công nghệ này là độ an toàn khi hoạt động. Bên cạnh đó, nó còn đòi hỏi những công nghệ hiện đại trong chiết xuất và chưng cất nhiên liệu oxy lõng, hydrogen, ethanol.. cũng như các công nghệ chế tạo vật liệu độ bền cao.
Trong khi đó, với nền tảng khoa học kỹ thuật của Việt Nam hiện nay thì những công nghệ trên đều nằm ngoài tầm tay ít nhất là trong vòng 10 năm tới. Như vậy việc tàu ngầm Trường Sa 1 được giới thiệu là sử dụng động cơ AIP là không thực sự chính xác và công ty này đã “quá nổ” khi giới thiệu về thông số kỹ thuật của tàu ngầm này.
Bài vở và ý kiến đóng góp cho chuyên mục vui lòng gửi về email: [email protected]. Trân trọng!
