TPO - Với khả năng lặn sâu, tầu ngầm trở thành phương tiện nghiên cứu đại dương hoặc trở thành vũ khí quân sự quan trọng. Cơ chế nào giúp tàu ngầm lặn được. Tại sao khi phóng ngư lôi dưới nước mà tàu ngầm không bị nước biển tràn vào khoang? Tàu ngầm lặn xuống, nổi lên như thế nào? Thân tàu ngầm được tạo thành bởi hai lớp vỏ trong và ngoài, khoang trống giữa hai lớp vỏ này được phân cách thành nhiều khoang chứa nước. Mỗi khoang đều có van hút nước và van xả nước ra. Khi tàu ngầm nổi trên mặt nước muốn lặn xuống, thì chỉ cần mở van hút nước vào khoang, khiến cho nước biển nhanh chóng chứa đầy các khoang, trọng lượng của tàu tăng lên, khi trọng lượng vượt quá sức nâng thì nó lặn xuống. Tàu ngầm đang ở dưới nước muốn nổi lên, thì chỉ cần đóng các van hút nước vào khoang, dùng không khí nén với áp suất lớn thông qua van xả để đẩy nước ra ngoài, như vậy tàu sẽ nhẹ đi, sức nâng lại lớn hơn trọng lực, tàu lại nổi lên mặt nước. Nếu tàu ngầm cần chạy ở khoảng giữa mặt biển và đáy biển, thì có thể cho nước vào hoặc xả nước ra ở một số khoang để điều chỉnh trọng lượng tàu; khiến cho trọng lực bằng hoặc lớn hơn sức nâng một ít, lúc này tàu có thể chạy dưới nước, nếu bánh lái ở đầu tàu hướng lên trên, ở đuôi tàu hướng xuống dưới, thì tàu sẽ nổi lên, ngược lại thì tàu sẽ chạy ở một độ sâu nhất định ở dưới nước. Tại sao tàu ngầm thi thoảng phải nổi lên mặt nước? Tàu ngầm có thể chia làm 2 loại: loại chạy bằng diesel – điện, và 1 loại chạy bằng năng lượng hạt nhân. Các tàu ngầm chạy bằng diesel điện được gọi là tàu ngầm diesel. Còn tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân được gọi là tàu ngầm hạt nhân. Dù là loại tàu nào thì chúng đều phải nổi lên định kỳ, nhưng lý do cho việc này lại khác nhau đối với từng loại. Đối với tàu ngầm diesel, động cơ diesel sản sinh ra năng lượng thông qua một quá trình đốt trong. Quá trình này rất cần có oxi, vì vậy chúng phải nổi lên để có đủ oxi đảm bảo cho cơ chế tàu hoạt động bình thường. Clip nguồn youtube Tàu ngầm phải ngoi lên mặt nước vài ngày 1 lần (hoặc thường xuyên hơn), không chỉ để lấy oxy sạch từ trên mặt nước, mà còn để thải bớt khí gas sinh ra trên tàu trong quá trình tàu hoạt động. Quá trình này tàu ngầm nhờ 1 thiết bị được gọi là “ống thở”, cho phép tàu hoạt động dưới nước trong khi vẫn lấy được oxy từ trên bề mặt nước. Một khi tàu nổi lên, các động cơ diesel của nó hoạt động và tạo ra năng lượng, dùng để sạc lại các viên pin giúp tàu hoạt động. Còn về tàu ngầm hạt nhân, theo 1 cách khác, hoạt động dựa trên các lò phản ứng hạt nhân, các lò phản ứng này sinh ra năng lượng đủ để các thiết bị điện trên tàu hoạt động, cùng với đó là các hệ thống hỗ trợ sự sống cho thủy thủ đoàn. Bởi vậy, không giống như tàu ngầm diesel, tàu ngầm hạt nhân có thể hoạt động hằng ngày, thậm chí hàng tuần, mà không cần phải nổi lên mặt nước. Thực tế thì, các lò phản ứng hạt nhân trên tàu ngầm có thể sinh ra năng lượng đủ để tàu hoạt động trong vài thập kỷ. Tuy vậy cả tàu ngầm hạt nhân và diesel đều phải nổi lên mặt nước để trao đổi thông tin về căn cứ, và để nhận lệnh mới, hoặc cũng để truyền đạt các thông tin quan trọng khác. Bởi ở dưới nước các tín hiệu hoạt động kém hiệu quả. Tại sao nước không tràn vào khi tàu ngầm bắn ngư lôi? Ống phóng ngư lôi trên tàu ngầm có hai nắp ở phía trước và phía sau. Hai nắp của ống phóng ngư lôi hoạt động theo cơ chế là chỉ có thể đóng cùng lúc nhưng lại không thể đồng thời mở. Khi nắp trước ống phóng mở ra thì nắp sau không thể mở được. Sau khi ngư lôi được phóng, nước biển tuy tràn vào ống phóng nhưng do nắp sau vẫn đóng cho nên nước biển không thể tràn vào bên trong tàu. Khi việc phóng kết thúc, nắp trước được đóng lại rồi nhờ một van đặc biệt, số nước biển đã lọt vào trong ống phóng sẽ được tháo vào một bể chứa bên trong tàu ngầm để bổ sung cho khối lượng đã mất đi vì phóng ngư lôi, nhờ đó duy trì trọng lượng tàu ngầm. Sau khi nước trong ống phóng được rút hết thì lại có thể nạp ngư lôi khác vào. Từ thời Hy Lạp cổ đại, cư dân thành Athens đã biết sử dụng thợ lặn trong hoạt động quân sự bí mật. Truyền thuyết khẳng định Alexander Đại đế (356-323 trước Công nguyên) đã từng vào một chuông lặn để quan sát chiến trường. Đến thế kỷ 16, hai nhà toán học William Bourne (Anh) và John Napier (Scotland) bắt đầu phác thảo thiết kế một loại tàu chạy ngầm dưới nước. Phải sang thế kỷ sau, ý tưởng đó mới trở thành hiện thực. Tàu ngầm là vũ khí lén lút, không minh bạch và không mang tính chất Anh. Đô đốc Anh SIR ARTHUR WILSON tuyên bố năm 1901 Mỹ, Anh, Pháp đã từng chê tàu ngầm Dựa theo mô tả lý thuyết của William Bourne, nhà phát minh Cornelius Drebbel (Hà Lan) đã chế tạo tàu ngầm chạy dưới nước đầu tiên bằng cách cải tiến chiếc thuyền chèo bọc da trơn chạy dưới nước bằng sức của đội chèo. Năm 1620, Drebbel đưa tàu ngầm thử nghiệm dưới 4,5m nước sông Thames trước sự chứng kiến của nhà vua nước Anh James I và hàng ngàn người hiếu kỳ. Tàu lặn dưới nước được khoảng ba tiếng. Do không còn bản vẽ nào của Drebbel được lưu lại nên giới sử học không thể hình dung tàu ngầm này hoạt động như thế nào. Hải quân hoàng gia Anh lúc bấy giờ thờ ơ với phát minh tàu ngầm của Drebbel, vì vậy thế kỷ 18 đã phải trả giá. Trong Cách mạng Mỹ năm 1776, tàu ngầm Turtle (Con Rùa) di chuyển bằng sức người do David Bushnell (Mỹ) chế tạo đã gài mìn định đánh chìm soái hạm HMS Eagle của hải quân Anh vốn là hải quân hùng mạnh nhất thế giới thời đó đang neo ở cảng New York. Vụ tấn công cho dù thất bại nhưng Turtle được xem là tàu ngầm tấn công đầu tiên trên thế giới và Turtle đã chứng minh hoàn toàn có thể triển khai tàu ngầm tấn công tàu mặt nước. Nhà phát minh vĩ đại tiếp theo cải tiến công nghệ tàu ngầm tấn công là kỹ sư kiêm nghệ sĩ Robert Fulton (người Mỹ gốc Ireland). Cuối những năm 1790, Fulton đã thiết kế tàu ngầm Nautilus có hình dạng như điếu xì gà dài 6,4m, chỗ rộng nhất 1,8m chạy bằng chân vịt quay tay. Tàu Nautilus có một số tính năng mới như cánh buồm hình quạt đẩy tàu chạy khi tàu nổi lên mặt nước, kính tiềm vọng có thể quan sát từ dưới nước, mái vòm quan sát trước tháp chỉ huy. Tàu ngầm sử dụng bình khí nén có thể lặn đến 5 tiếng và dùng một ống thở để nạp không khí cho tàu. Tàu được thiết kế chở theo khối thuốc nổ có thể gài vào thân tàu đối phương và được kích nổ từ xa. Fulton đề nghị chế tạo tàu ngầm cho Pháp nhưng người Pháp từ chối với hai lý do: tàu ngầm chạy bằng sức người di chuyển quá chậm và tầm hoạt động của tàu ngầm còn hạn chế. Thậm chí, Bộ Hải quân Pháp đánh giá tàu ngầm là vũ khí lén lút chỉ phù hợp với… bọn cướp biển. Fulton chuyển sang đề nghị bán kế hoạch tàu ngầm cho Anh, nhưng Anh cũng từ chối. Fulton bèn trở về Mỹ và thuyết phục Mỹ mua tàu ngầm nhưng tiếp tục thất bại... Trang web Defense Media Network nhận định do hoàn cảnh đưa đẩy, cuối cùng tàu ngầm đã được các nhà quân sự sử dụng như công cụ chiến tranh. Sự kiện quan trọng tiếp theo trong lịch sử tàu ngầm chiến đấu xảy ra trong nội chiến Mỹ (năm 1861-1865) giữa quân chính phủ Liên bang miền Bắc với quân ly khai - Liên minh miền Nam. Đêm 17-2-1864, tàu ngầm Hunley của Liên minh miền Nam áp mạn tàu chiến vỏ gỗ USS Housatonic của Liên bang miền Bắc ở cảng Charleston. Tàu ngầm Hunley gài mìn vào tàu chiến rồi lùi lại. Đội trưởng George Dixon giật dây cò kích nổ mìn. Tàu USS Housatonic chìm trong vài phút nhưng tàu ngầm cũng bị chìm theo. Tàu ngầm Hunley do tư nhân chế tạo ở Mobile (Alabama) năm 1863 từ nồi hơi bằng sắt cải tiến theo thiết kế của kỹ sư Horace Lawson Hunley. Tàu chở được tám người gồm một chỉ huy và bảy người dùng sức quay tay quay gắn với trục truyền động khởi động chân vịt. Mũi tàu có một mũi nhọn dài hơn 5m dùng để gắn mìn. Trận đánh tàu USS Housatonic rất ngoạn mục về mặt lịch sử nhưng về chiến lược không ảnh hưởng gì đến kết quả chiến trường.  Tàu ngầm USS Holland (SS-1) của Mỹ - Ảnh: Học viện Hải quân Mỹ Tàu ngầm sử dụng động cơ đốt trong chạy xăng Đến cuối thế kỷ 19, tàu ngầm chỉ được sử dụng như vũ khí chiến thuật phòng thủ ven biển và bến cảng nhằm gây bất ngờ và kiểm soát đối phương. Tiềm năng "tàng hình" của tàu ngầm chưa đâu vào đâu nên vẫn bị xem thường. Hai điểm yếu chủ chốt của thế hệ tàu ngầm thời kỳ đầu là vũ khí kém hiệu quả và di chuyển chậm. Năm 1870, Robert Whitehead (Anh) đã chế tạo loại ngư lôi thô sơ có thể tự hành không dẫn hướng được bắn đi từ ống phóng. Năm 1885, nhà chế tạo súng Thorsten Nordenfelt (Thụy Điển) đã giới thiệu tàu ngầm Nordenfelt I trang bị ống phóng ngư lôi lắp trên boong. Tàu ngầm chạy bằng động cơ hơi nước nên tàu ở tư thế nửa nổi nửa chìm. Hơi nóng, khói và khí thải tích tụ nhanh trong thân tàu khiến tàu thường xuyên nổi lên. Đến năm 1888, kỹ sư hải quân Isaac Peral y Caballero (Tây Ban Nha) đã chế tạo tàu ngầm phóng ngư lôi đầu tiên chạy bằng ắcquy điện. Sau đó, tàu ngầm Narval (Pháp) hạ thủy năm 1899 là tàu ngầm đầu tiên sử dụng hai hệ thống đẩy gồm động cơ hơi nước được sử dụng khi tàu chạy trên mặt nước và động cơ điện được sử dụng khi tàu lặn dưới nước. Động cơ hơi nước sẽ sạc ắcquy của động cơ điện. Hệ thống đẩy kết hợp này còn tiếp tục thịnh hành trong nhiều thập niên sau đó. Tuy nhiên, động cơ hơi nước tỏ ra kém hiệu quả, nồi hơi cồng kềnh dễ phát nổ cần phải tắt và khóa bên ngoài trước khi tàu lặn xuống. Theo thời gian, hệ thống đẩy tàu ngầm dần được cải tiến để hoạt động hiệu quả hơn. Người có công đóng góp nổi bật nhất là hiệu trưởng John P. Holland (người Mỹ gốc Ireland). Ông đã nghiên cứu các trận đánh bằng tàu ngầm trong nội chiến Mỹ và ông tin rằng tàu ngầm sẽ là bảo bối đập tan hạm đội tàu mặt nước như Robert Fulton đã từng suy nghĩ trước đó một thế kỷ. Thành tựu đỉnh cao của Holland là tàu ngầm Holland VI hạ thủy năm 1897. Tàu ngầm dài hơn 16m, chỗ rộng nhất 3m, sử dụng động cơ đốt trong chạy bằng xăng. Với hệ thống đẩy tiên tiến này, tàu ngầm có khả năng cơ động đáng kể vì có tầm hoạt động rất xa trên mặt nước với vận tốc tối đa 8 hải lý/giờ, có thể sạc động cơ điện để lặn xuống chỉ với một lần sạc và tàu ngầm tự lặn thay vì chờ các két dằn đầy nước. Trong cuốn sách The Submarine: A History, nhà sử học quân sự Mỹ Thomas Parrish đánh giá tàu ngầm Holland là tàu ngầm đầu tiên hữu dụng, hoạt động trên thực tế và không phải là nguyên mẫu thử nghiệm. Phiên bản cải tiến của tàu ngầm Holland VI chính là USS Holland (SS-1), tàu ngầm hiện đại đầu tiên gia nhập hải quân Mỹ vào tháng 10-1900. Tàu USS Holland có tháp chỉ huy, khoang cân bằng tải trọng, một ống phóng ngư lôi có thể nạp lại, động cơ xăng để chạy trên mặt nước và động cơ điện để chạy dưới nước. Bước ngoặt Gần cuối Chiến tranh thế giới thứ hai, hải quân Đức quốc xã (Kriegsmarine) bắt đầu sản xuất tàu ngầm diesel-điện Type XXI. Tàu ngầm chủ yếu lặn dưới nước, có thể lặn tuần tra trên hành trình dài hơn 23.000km, chạy động cơ diesel qua ống thở hoặc dàn ắcquy điện lớn. Với phương thức vận hành cải tiến này, cấu hình thân tàu đã được hợp lý hóa giúp tối ưu hóa vận tốc dưới nước. Phần lớn tàu ngầm quân sự của các bên tham gia hai chiến tranh thế giới là phiên bản biến thể theo thiết kế của John P. Holland. Sau đó, động cơ đốt trong được cải tiến, tàu ngầm sử dụng động cơ diesel-điện trở thành cấu hình tiêu chuẩn cho đến khi tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân ra đời. |
