SƠ LƯỢC VỀ SÚNG ĐIỆN TỪ - Lê Chánh Thiêm.

Cho đến hiện nay, những gì công chúng biết về “súng điện từ” (railgun) là việc nó xuất hiện trong phim Transformers 2: khi một chiến hạm dùng pháo điện từ để bắn hạ robot Devastator trên đỉnh kim tự tháp. Trong phim, khẩu súng nằm trong một pháo tháp, có 2 hệ thống nhô ra không phải là nòng súng tròn như các hình súng trong pháo tháp truyền thống. Thật ra, Hollywood là kinh đô điện ảnh của Mỹ nhưng cũng là nơi manh nha những ý tưởng để các nhà quân sự lấy đó làm tiền đề để nghiên cứu và chế tạo vũ khí.

‎Trần Vân‎

 to 

Hải Quân Việt Nam Cộng Hòa

March 12 at 6:39 PM

SƠ LƯỢC VỀ SÚNG ĐIỆN TỪ

Nhân đề tài mà trang nầy vừa chuyển đến bạn đọc, xin mời đọc thêm sơ lược về loại vũ khí dự trù thiết trí trên USS Zumwalt khi chương trình chế tạo ra lớp khu trục hạm nầy được BQP Mỹ bật đèn xanh.

1. Lời dẫn.

Cho đến hiện nay, những gì công chúng biết về “súng điện từ” (railgun) là việc nó xuất hiện trong phim Transformers 2: khi một chiến hạm dùng pháo điện từ để bắn hạ robot Devastator trên đỉnh kim tự tháp. Trong phim, khẩu súng nằm trong một pháo tháp, có 2 hệ thống nhô ra không phải là nòng súng tròn như các hình súng trong pháo tháp truyền thống. Thật ra, Hollywood là kinh đô điện ảnh của Mỹ nhưng cũng là nơi manh nha những ý tưởng để các nhà quân sự lấy đó làm tiền đề để nghiên cứu và chế tạo vũ khí.

Thông thường, muốn đẩy một vật bay đi, người ta dùng một lực đẩy (thường bằng thuốc nổ) để đẩy vật phóng bay xa. Từ thập niên 1990, các chuyên gia quân đội Mỹ nghiên cứu và đến nay đã chế tạo súng điện từ, sử dụng dòng “điện từ trường” để phóng viên đạn bay, với vận tốc rất cao. Hệ thống súng điện từ tạo ra một gia tốc vô cùng lớn mà những loại vũ khí thông thường không thể có được. Nhờ nguồn động năng lớn khi phóng đi, viên đạn có sức công phá vô cùng lớn. Với tốc độ hơn Mach 7 (1) [mach: là tốc độ âm thanh, 1 mach tương đương 767,269148 mph (mile {dặm Anh} per hour) = 1.225,044 km/giờ]; mach 7 = 8.575,308 mph - và năng lượng thoát nòng 33 MJ (2), viên đạn nặng 9 kg của súng điện từ dễ dàng phá hủy mọi mục tiêu sau vài phút bắn ra mà không cần mang theo thuốc nổ. Loại vũ khí nầy do 2 hãng BAE và General Atomic sản xuất.

2. Nguyên tắc hoạt động:

Viếc áp dụng năng lượng “điện từ” không phải là điều mới mẻ trong khoa học hoặc cuộc sống hàng ngày để sản xuất nhiều đồ điện gia dụng: áp dụng “luật Lorentz”. (h.1)

(Tiếc rằng không thể uploaded hình vào bài ngay đoạn đang nói đến để minh họa nội dung hầu người đọc thấy ngay, mong quý vị thông cảm cho)

Hình 1: Lực Lorentz, xác định theo qui tắc bàn tay phải.

Người ta thiết kế để dòng điện khi chạy qua các thanh ray sẽ tạo ra một từ trường quanh nó. Lực “điện từ” của từ trường quay theo hướng ngược kim đồng hồ quanh thanh kim loại mang điện tích dương và xuôi theo kim đồng hồ quanh thanh kim loại mang điện tích âm. Từ trường giữa 2 thanh ray có hướng thẳng đứng. Giống như những sợi dây xoắn trong điện trường khi có dòng điện đi qua, vật phóng (đạn) cũng chịu 1 lực Lorentz. Lực Lorentz tác dụng vào từ trường và hướng của dòng điện chạy qua lõi cảm ứng theo hướng vuông góc. Độ lớn của lực Lorentz được tính theo công thức F= i x L x B, trong đó i là dòng qua lõi cảm ứng, L là chiều dài của thanh kim loại, B là từ trường.

Hình 2: Những bộ phận căn bản của súng điện từ.

Súng điện từ sử dụng máy phát điện (power generator) cung cấp năng lượng cho bộ tạo xung điện. Bộ tạo xung điện được nối với cuộn dây, phát ra các xung điện, tạo ra từ trường trong nòng súng. Nòng súng có hai bộ phận chính: phần cảm là các thanh dây dẫn tạo từ trường (conductive rails) và phần ứng (armature) mang đầu đạn.

Hình 3: Dòng điện I, từ trường B và lực đẩy F sinh ra trong quá trình hoạt động.

Khi hoạt động, máy phát tạo ra dòng điện trong nòng súng. Dòng điện đi từ thanh dẫn dương (positive charged rail) qua phần ứng (armature) và thanh dẫn âm (negative charged rail). Dòng điện tạo ra từ trường (B) khép vòng một chu kỳ (như hình vẽ). Từ trường này hỗ tương với dòng điện chạy qua phần ứng, tạo thành lực Lorentz (F) để đẩy viên đạn ra khỏi nòng súng. Do công suất của máy phát điện (power generator) lớn, lực Lorentz làm tăng tốc phần ứng mang viên đạn và giúp đầu đạn bay nhanh với vận tốc hơn Mach 7 khi ra khỏi nòng.

Những loại súng thông thường trên tàu chiến sử dụng thuốc nổ hoặc hỏa tiễn để phóng đầu đạn đi, đòi hỏi kích thước lớn và giảm tầm xa của viên đạn, vì vậy, tầm bắn của trọng pháo trên tàu chiến không xa lắm. Súng điện từ có thể tiêu diệt mục tiêu cách xa 160 km trong vòng 6 phút. Với vận tốc viên đạn như thế, sức công phá vô cùng to lớn. Các chuyên viên quân sự biết rằng với vận tốc như vậy, không cần viên đạn mang thuốc nổ, chỉ cần sức va chạm sẽ phá hủy mục tiêu khủng khiếp hơn thuốc nổ.

Trong hình dưới (h.4) cho ta bảng so sánh vận tốc của súng điện từ so với hỏa tiễn Tomahawk, với vận tốc âm thanh, đạn pháo hải quân, chỉ ra rằng viên đạn của súng điện từ bay nhanh gấp hơn 10 lần Tomahawk, loại hỏa tiễn tối tân nhất hiện nay. Việc viên đạn bay nhanh như vậy sẽ không bị một loại vũ khí nào có thể bắn chận để phá hủy nó. Ngoài ra, súng điện từ có góc bay đạn đạo khá rộng, vì vậy nó có thể tìm ra những mục tiêu khuất phía sau đồi núi, được coi là một ưu thế so với những vũ khí thông thường.

Hình 4: Tốc độ của đầu đạn pháo điện từ cao gấp 10 lần hỏa tiễn Tomahawk. (hình dưới)

Với các loại đạn pháo tầm xa truyền thống viên đạn phải chứa thuốc nổ để khi viên đạn chạm mục tiêu, thuốc nổ sẽ phá hủy mục tiêu. Súng điện từ không làm vậy, nó không mang thuốc nổ mà chỉ cần vận tốc cao của nó, khi chạm mục tiêu, sẽ tạo ra tàn phá kinh hồn. Điều nẫy sẽ giúp tàu chiến dễ dàng hơn khi không phải mang theo đạn có chất nổ, vừa cồng kềnh vửa nguy hiểm.

Với các tính năng như vậy, súng điện từ sẽ là loại vũ khí cần thiết cho Mỹ để trấn áp địch thủ trong các cuộc chiến tương lai khi nó được trang bị cho tàu chiến hay các căn cứ trên đất liền. Đây có lẽ là loại vũ khí chủ lực để khắc chế chiến lược “Chống truy cập/ Từ chối khu vực” (Anti Access/ Area Denial, viết tắt là A2/AD), một chiến lược của TC nhằm đối phó với quân đội Mỹ và đồng minh tại châu Á, dùng hỏa tiễn đạn đạo để tiêu diệt HKMH Mỹ hay ít nhất cũng để các HKMH Mỹ không dám tiến gần các căn cứ, lực lượng quân sự hay lục địa Tàu cộng để tấn công.

Theo lý thuyết, tầm xa của pháo điện từ sẽ lớn gấp 20 lần so với các hệ thống pháo thông thường. Đầu đạn sẽ bắn tới mục tiêu cách 460km chỉ sau gần 6 phút.

Trong một bản tin được phổ biến gần đây, tuy Mỹ chưa cho trình làng loại súng nầy nhưng bọn trộm đạo “có chứng chỉ” (license) Tàu cộng đã ăn cắp tin tức về loại vũ khí nầy và cũng đã chế tạo rồi đem thí nghiệm ở bãi thử vũ khí ở gần Baotou, trong khu vực tự trị Nội Mông nhưng không ai biết kết quả thế nào. Quả là “ăn cắp có nòi”! “Thầy chạy” luôn!

Lê Chánh Thiêm.

3-2019.

Chú thích:

(1) [Cách đổi “mach” qua “miles per hour, mph” bằng công thức: “dăm 1 giờ = số mach x 767.269148; thí dụ: 5 mach = (5 × 767.269148) = 3.836,345741 mph]

(2) Megajoule (viết tắt là MJ) = 1.000.000 joules, hoặc xấp xỉ động năng của một chiếc xe 1 megagram (1 tấn) di chuyển với tốc độ 161 km/ h.

Joule (còn viết là Jun), ký hiệu J, là đơn vị đo công năng A trong hệ SI, lấy tên theo nhà vật lý người Anh, James Prescott Joule. Đơn vị J có thể được định nghĩa theo 2 cách:

a/ 1 jun là năng lượng thực hiện khi có một lực 1 Newton tác dụng lên vật thể làm vật thể và điểm đặt lực lên vật thể chuyển dời được 1 mét; theo công thức như hình 5.

b/ 1 giây (second) thực hiện công với công suất 1 Watt.

Bội số (phía phải của phóng ảnh) & ước số của Joue trong hình 6.