Đây là dấu ấn đáng chú ý khi dòng tên lửa siêu vượt âm này được giới chuyên gia quân sự thế giới đánh giá là vũ khí có tiềm năng thay đổi phương thức tác chiến hải quân trong tương lai.

Hội tụ những công nghệ không có đối thủ

Khi nói về tên lửa siêu vượt âm Zircon là nhắc tới lĩnh vực vũ khí bội siêu thanh tiên tiến. Hiện tại, những yêu cầu đối với vũ khí siêu thanh thế hệ mới vẫn đang được hoàn thiện, nhưng một yếu tố căn bản là phương tiện siêu thanh mới phải có khả năng bay ít nhất ở tốc độ Mach 5 (gấp 5 lần tốc độ âm thanh) kéo dài vài phút trong bầu khí quyển trái đất và phải là phương tiện bay có điều khiển.

Khi nói tới vũ khí siêu thanh, một yếu tố quan trọng cần hiểu rõ là định nghĩa về Mach hay ngưỡng tốc độ âm thanh. Ở dưới mặt đất, tốc độ di chuyển của âm thanh đạt 340m/giây, tương đương Mach 1, còn khi ở độ cao 10km, do mật độ không khí loãng, tốc độ âm thanh chỉ còn 300m/giây. Để đạt được tốc độ bay gấp nhiều lần tốc độ âm thanh, các phương tiện thường phải bay ở độ cao lớn. Như vậy, vật thể bay siêu thanh Mach 5 ở độ cao trên 10km tương ứng với khả năng đạt tốc độ bay 5.400km/giờ. Trên thế giới hiện có rất ít phương tiện bay có thể đạt tốc độ như vậy do giới hạn về sức bền vật liệu, đặc tính khí động học và động cơ phản lực…


Tên lửa Zircon hiện tại vẫn chưa có đối thủ trên thế giới. Ảnh: TASS. 

Thực tế, để phát triển và hoàn thiện dòng tên lửa diệt hạm siêu vượt âm Zircon, Nga đã mất gần một thập kỷ để thử nghiệm và ứng dụng các công nghệ vật liệu đặc biệt, cũng như động cơ phản lực tĩnh siêu âm. Trong đó nhiều công nghệ kế thừa lại từ thời Liên Xô.

Theo Tạp chí quân sự Avia.pro, vật liệu chế tạo khung thân và lớp phủ ngoài của tên lửa Zircon là sản phẩm độc quyền của Nhà máy Chelyabinsk UMATEX. Vật liệu tổng hợp này không chỉ có khả năng chịu được nhiệt độ cao, mà còn không bị biến dạng khi chịu dự ứng lực lớn. Đặc biệt, khi bay ở tốc siêu vượt âm tới Mach 5-9, lớp vỏ bọc của tên lửa sẽ từ từ bốc hơi và cháy để tạo ra một lớp plasma đặc biệt, tương tự như tàu vũ trụ khi hồi quyển. Căn cứ vào những hình ảnh được công bố, tên lửa Zircon sử dụng vật liệu chế tạo có nhiều nét tương đồng với tên lửa đạn đạo phóng từ tàu ngầm 3M37 Skiff dưới thời Liên Xô. Tuy nhiên, những thông tin cụ thể về kết cấu và loại vật liệu được sử dụng để chế tạo tên lửa Zircon vẫn là điều bí mật.

Một trong những vấn đề khác chính là động cơ phản lực tĩnh siêu âm. Các nhà khoa học Nga cơ bản đã giải quyết được việc duy trì hoạt động ổn định của động cơ tên lửa ở độ cao lớn lẫn độ cao thấp do đặc thù của tên lửa hành trình. Trong khi đó, Mỹ đã gặp nhiều khó khăn trong việc hoàn thiện động cơ phản lực đặc biệt này. Với tầm bắn lên tới hơn 1.000km của tên lửa Zircon, Nga cơ bản đã tạo ra dòng vũ khí hành trình siêu vượt âm vượt trội so với các đối thủ.

Vấn đề điều khiển tên lửa Zircon khi nó bay ở tốc độ siêu vượt âm cũng là công nghệ đặc biệt. Khác biệt so với tên lửa đạn đạo bay theo quán tính và hệ thống bản đồ lập trình trước, tên lửa diệt hạm cần cập nhật về vị trí mục tiêu ở các pha bay. Tuy nhiên, khi bay ở tốc độ cực cao, kén plasma do tên lửa tạo ra ngăn cản các tín hiệu điện tử nên việc kết nối với tên lửa cần có phương pháp đặc biệt để đảm bảo sự chính xác của đòn tấn công.

Khinh hạm Admiral Gorshkov phóng thử tên lửa Zircon. Ảnh: RIAN

Vũ khí tiềm năng thay đổi phương thức hải chiến!

Với những công nghệ vượt trội và không có đối thủ trên thế giới, về cơ bản, tên lửa siêu vượt âm Zircon không thể ngăn chặn ở thời điểm hiện tại.

Cụ thể, với tốc độ lên tới Mach 5-9, thời gian tên lửa bay hết hành trình tới mục tiêu rất ngắn. Điều này khiến các phương thức phòng thủ truyền thống bằng chế áp điện tử hay phòng thủ cứng trên hạm trở nên kém hiệu quả. Điều này chưa kể tới quỹ đạo bay linh hoạt của tên lửa hành trình khiến quá trình phát hiện và đánh chặn càng khó khăn.

Mặt khác, việc phát hiện sớm ra tên lửa Zircon bằng radar hoặc trinh sát điện tử rất khó khăn, thậm chí là không thể. Khi đạt tới tốc độ bay siêu thanh, khoảng không gian xung quanh tên lửa do ma sát tạo ra một kén plasma trung hòa về điện. Nó có khả năng hấp thụ hoàn toàn sóng radar hoặc vô tuyến phát tới. Điều này đồng nghĩa với việc radar phòng thủ có thể bị “mù” không phát hiện ra mục tiêu. Cách phát hiện ra tên lửa Zircon chính là lớp vật liệu bị bốc hơi xung quanh tên lửa. Tên lửa khi bay tạo ra hiệu ứng giống như thiên thạch lao trên trên bầu trời. Đây là tín hiệu quang-nhiệt rõ ràng cho các hệ thống trinh sát phát hiện.

Tuy nhiên, với giới hạn phát hiện của các hệ thống trinh sát quang-điện tử chỉ khoảng hơn 100km kết hợp với tốc độ bay siêu vượt âm của tên lửa, thời gian phản ứng còn lại rất ngắn.

Tên lửa siêu vượt âm Zircon đã khiến các hệ thống phòng thủ cứng, mềm trên hạm hiện đại nhất trở nên lạc hậu. Ảnh: Getty

Tạp chí khoa học Mỹ Popular Mechanics dẫn nguồn tin từ Quân đội Mỹ đã tính toán về khả năng đánh chặn tên lửa Zircon trong các giả lập chiến đấu. Theo đó, chiến hạm Mỹ sẽ chỉ có khoảng 20 giây để phát hiện ra tên lửa Zircon và đưa ra phương án đối phó trước khi bó tay với tên lửa tấn công của Nga. Với khoảng thời gian ngắn như vậy, không hệ thống phòng thủ nào kịp phản ứng và đánh chặn hiệu quả trước 1 đòn đánh chính xác cao của tên lửa Zircon.

Như vậy,  trước khi tìm ra phương án đối phó hữu hiệu với tên lửa Zircon như vũ khí năng chùm tia lượng cao, laser, chiến hạm đối thủ sẽ phải né tránh tầm bắn hiệu quả của dòng tên lửa này hoặc di chuyển với đội hình lớn để tối ưu hóa mật độ hỏa lực, tăng khả năng đánh chặn tên lửa.

Dù tính năng của Ziron sẽ cần thời gian và thực chiến chứng minh hiệu quả, nhưng nó chính là vũ khí siêu vượt âm khởi đầu để thay đổi phương thức hải chiến trong tương lai.

Mặc dù vũ khí siêu vượt âm đã được tiến hành nghiên cứu từ rất sớm (bắt đầu từ những năm của thập kỷ 1960) ở cả Mỹ và Liên Xô (và Nga hiện nay) vì tiềm năng của nó, giới chức quân sự Mỹ đã xem vũ khí siêu vượt âm là “kẻ thay đổi quy tắc trò chơi” trong lĩnh vực kỹ thuật quân sự. Tuy nhiên, những rào cản về kỹ thuật đã làm chậm tiến độ về đích của loại vũ khí được giới quân sự hết sức kỳ vọng này.
Tốc độ siêu vượt âm được định nghĩa là tốc độ lớn hơn 5 lần tốc độ âm thanh (lớn hơn 5M). Hai loại vũ khí siêu vượt âm hiện nay được tập trung nghiên cứu, thứ nhất đó là thiết bị cánh lượn kiểu trợ đẩy (HGV), thứ hai là phương tiện bay hút khí sử dụng động cơ đẩy xung siêu cháy (Hypersonic Advanced Weapon - HAW). Trong đó HGV có lợi thế về tốc độ và không gặp phải khó khăn trong việc thiết kế động cơ; nhưng có tầm bay ngắn, lại phải dùng các loại tên lửa liên lục địa để làm bệ phóng, rất tốn kém, vừa có khả năng gây hiểu nhầm; nên có thể không được sử dụng bằng loại HAW.
Phương tiện bay siêu vượt âm với đặc điểm tốc độ cực cao, nên có ưu thế đặc biệt; ưu thế thứ nhất, đó là năng lực xâm nhập mục tiêu mạnh nhờ động năng. Ví dụ, một tên lửa hành trình siêu vượt âm có tốc độ Mach 8 (tốc độ bằng 8 lần tốc độ âm thanh thông thường), đầu đạn không cần dùng thuốc nổ, nhưng có sức mạnh công phá tương đương với một đầu đạn thông thường của một tên lửa hành trình Tomahawk.
Ưu thế thứ hai của tên lửa siêu vượt âm đó là khả năng khó đánh chặn (mà chính xác trong thời điểm hiện nay là không thể) bởi các hệ thống phòng thủ tên lửa hay phòng không khác; tại vì các hệ thống tên lửa phòng không tối tân nhất thế giới hiện nay cũng chỉ có tốc độ Mach 4, trong khi đó tên lửa siêu vượt âm tối thiểu phải có tốc độ Mach 5.
Có lẽ ưu thế khó bị đánh chặn này là hấp dẫn nhất, khi mà gần đây các nước liên tiếp đưa ra các hệ thống đánh chặn tên lửa đạn đạo như: Aegis, THAAD, Patriot của Mỹ; S-300, S-400 và sắp tới là S-500 của Nga; làm cho các loại tên lửa đạn đạo dần mất ưu thế "răn đe", vì có thể bị các hệ thống này bắn hạ
Bên cạnh những lợi thế về tốc độ, những phương tiện này cũng tiềm ẩn những yếu tố bất ổn chính trị khó lường; vấn đề này xuất phát chính từ mặt kỹ thuật. Để vũ khí cánh lượn kiểu trợ đẩy (HGV) đạt tốc độ ban đầu, các nước thường dùng tên lửa đạn đạo liên lục địa làm bệ phóng cho HGV. Điều này dễ dẫn đến việc hiểu sai về một cuộc tấn công hạt nhân, sẽ kích hoạt hệ thống phòng thủ chống tên lửa, đồng thời đáp trả bằng các tên lửa liên lục địa (ICBM). Chính vì điều này mà Mỹ đã từ bỏ phương án dùng tên lửa đạn đạo D5 Trident và tên lửa đạn đạo tầm trung phóng từ tàu ngầm để làm phương tiện phóng vũ khí siêu vượt âm.
Những thách thức kỹ thuật
Vũ khí siêu vượt âm với tốc độ từ Mach 5 trở lên, ở tốc độ như vậy, bất luận là hành trình có động cơ hay là bay kiểu cánh lượn không động cơ thì đều còn rất nhiều vấn đề thách thức về kỹ thuật cần phải được giải quyết.
Thách thức về chế tạo động cơ cho tên lửa
Mặc dù các tên lửa sử dụng nhiên liệu rắn có thể dễ dàng tăng tốc và đạt tốc độ siêu vượt âm, nhưng duy trì tốc độ này trong thời gian dài là cả một vấn đề phức tạp. Do vậy đòi hỏi cần phải chế tạo một loại động cơ xung áp siêu cháy (scramjet) để duy trì tên lửa bay được hành trình dài. Khác với động cơ phản lực thông thường phải dùng máy nén không khí, tên lửa dùng động cơ xung áp siêu cháy khi đạt tốc độ siêu vượt âm, lúc này không khí được hút vào cửa hội tụ của động cơ có tốc độ rất cao mà không cần phải dùng đến máy nén; sau đó không khí được trộn với nhiên liệu và bị đốt cháy, tạo ra luồng phản lực đẩy tên lửa.
 
Tuy nhiên, động cơ xung áp siêu cháy sẽ không có đủ oxy trong không khí để cùng với nhiên liệu tạo thành hỗn hợp cháy, nhất là khi hoạt động ở độ cao lớn; hơn nữa chu trình hút, phun nhiên liệu, trộn thành hỗn hợp, đốt cháy trong động cơ xung áp diễn ra rất nhanh (khoảng vài mili giây), nên việc chế tạo một động cơ như vậy hiện vẫn vượt quá tầm.
Hiện nay Mỹ là quốc gia có ưu thế về công nghệ, nhưng trong chế tạo động cơ xung áp siêu cháy vẫn chưa thành công, cụ thể là việc kéo dài thời gian hoạt động của động cơ. Trong thử nghiệm phương tiện bay X-43A và X-51A vào năm 2016 của hãng Boeing, yêu cầu đặt ra là phải thực hiện tăng tốc từ 4,5M lên đến 6,5M ở độ cao 27,4 km, thời gian làm việc của động cơ phải vượt 300 giây. Nhưng trong 4 lần thử nghiệm thực tế, mức độ trợ đẩy động cơ và mức độ gia tốc của phương tiện bay đều thấp hơn so với dự tính, động cơ trong lần bay đầu tiên chỉ hoạt động được 140 giây, do nhiệt quá cao dẫn đến mất hiệu lực, trong lần bay cuối cùng cũng chỉ hoạt động được 210 giây và gia tốc cuối cùng cũng chỉ đạt 5,1M, không đạt được mục tiêu 6M như dự định.
Thách thức về nhiệt độ và điều khiển
Khi vật thể chuyển động với tốc độ siêu vượt âm, ma sát giữa bề mặt phương tiện và tốc độ di chuyển cao của không khí sẽ sản sinh ra nhiệt lượng lớn, làm cho cường độ và độ cứng của phương tiện bay giảm xuống, thậm chí làm cho phần thân  của nó biến dạng, nhiệt lượng có thể sẽ truyền vào bên trong, đe dọa đến an toàn của các thiết bị mà phương tiện bay mang theo.
Ở tốc độ Mach 5, nhiệt độ bề mặt phương tiện có thể vượt quá 530° C, ở vòi phun, nhiệt độ có thể trên 2.220° C. Ở tốc độ 7M, nhiệt độ bề mặt có thể đạt trên 1.600C, còn nhiệt độ khi tốc độ 10M có thể đạt tới khoảng 2.200C.
Với nhiệt độ cao như vậy, các vật liệu có thể bị biến dạng, để khắc phục vấn đề nhiệt quá cao, các vật liệu chế tạo thường là các loại gốm tổng hợp và tiến hành làm mát cưỡng bức.
 
Bên cạnh đó, khi vật thể chuyển động với vận tốc siêu vượt âm cộng với nhiệt độ cao, sẽ làm phân ly hóa học các nguyên tử và phân tử trong luồng không khí. Lúc này một phần không khí bị ion hóa mạnh, tạo thành bức tường plasma xung quanh vật thể bay, làm sóng vô tuyến rất khó xâm nhập qua bức tường plasmas, khiến việc theo dõi và điều khiển hệ thống trở lên khó khăn. Đồng thời các thiết bị tự dẫn lắp đặt trên vũ khí như radar tự dẫn, dẫn đường vệ tinh đều không tác dụng vì sự ngăn cách của bức tường plasma xung quanh thiết bị. Điều này đặt ra một yêu cầu phải chế tạo một hệ thống dẫn đường quán tính chính xác cao trên bất kỳ một vũ khí có tốc độ siêu vượt âm nào.
Các vấn đề kỹ thuật trên hiện đang được tập trung đầu tư khắc phục, hiện nay cả 3 quốc gia là Mỹ, Nga và Trung Quốc đều đang phát triển vũ khí siêu vượt âm; trong đó Mỹ được đánh giá là đang dẫn đầu về phát triển loại vũ khí này, nhưng vẫn gặp phải rất nhiều khó khăn.
Một điều thú vị khi các chuyên gia quân sự đều nói rằng, ưu thế kỹ thuật về vũ khí siêu vượt âm của Mỹ đang suy yếu, họ đang đứng trước mối đe dọa bị Nga và Trung Quốc “vượt mặt”;