Sản xuất bởi: Science Popularization China
Sản xuất bởi: Dahui
Nhà sản xuất: Trung tâm thông tin mạng máy tính, Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc
Vào ngày 2 tháng 10 năm 2021, tàu ngầm hạt nhân tấn công lớp Seawolf của Hoa Kỳ USS Connecticut đã gặp tai nạn va chạm dưới nước.
Ngoài hệ thống sonar, tàu ngầm hiện đại còn dựa vào nhiều hệ thống khác nhau để bổ sung và xác minh lẫn nhau nhằm đảm bảo tàu ngầm có thể di chuyển an toàn theo lộ trình và độ sâu đã định trước.
Phần màu đỏ cho biết khả năng hư hại của tàu USS Connecticut (Nguồn ảnh: CCTV News)
Bạn có thể hỏi: Mặc dù tàu ngầm có công nghệ dẫn đường, định vị và tránh va chạm tiên tiến như vậy, tại sao tai nạn va chạm giữa tàu ngầm với tàu nổi, tàu ngầm với tàu ngầm và thậm chí là tàu ngầm với núi ngầm dưới đáy biển vẫn xảy ra thỉnh thoảng?
Hôm nay, chúng ta hãy tiếp tục nói về những “yếu tố nguy hiểm” gây nguy hiểm đến sự an toàn của hoạt động điều hướng dưới nước của tàu ngầm.
"Biển sâu, đường hẹp", độ sâu an toàn cho tàu ngầm di chuyển bị hạn chế
Tàu ngầm, đặc biệt là tàu ngầm hạt nhân, có kích thước lớn, không gian dưới nước hạn chế, địa hình đáy biển và các vùng nước mà tàu ngầm hoạt động rất phức tạp và dễ thay đổi. Thật vậy, tàu ngầm tấn công hạt nhân dài hàng trăm mét, lượng giãn nước khi lặn hàng chục nghìn tấn và có thể đạt tốc độ khi lặn hơn 30 hải lý/giờ, rất khó có thể di chuyển an toàn.
Dữ liệu cho thấy độ sâu trung bình của bốn đại dương trên thế giới là: Thái Bình Dương khoảng 4.000 mét, Đại Tây Dương khoảng 3.600 mét, Ấn Độ Dương khoảng 3.800 mét và Bắc Băng Dương khoảng 1.200 mét. Với độ sâu như vậy, tàu ngầm có thể tự do di chuyển trong đó và bắt rùa ở năm đại dương không?
Trên thực tế, trái ngược với trực giác của mọi người, đại dương rất sâu nhưng khu vực định vị dưới nước của tàu ngầm lại rất nhỏ. Có thể nói rằng tàu ngầm có không gian di chuyển rất hạn chế trên đại dương.
Phạm vi đại dương mà tàu ngầm di chuyển dưới nước được thể hiện bằng độ sâu, thường được chia thành độ sâu kính tiềm vọng, độ sâu làm việc và độ sâu giới hạn.
Độ sâu của kính tiềm vọng thường vào khoảng 10 mét. Kính tiềm vọng của tàu ngầm nhô lên và nổi lên khỏi mặt nước, cho phép radar, quan sát trực quan, trinh sát và liên lạc trên mặt biển và trên không. Tuy nhiên, tàu ngầm có khả năng ngụy trang và an toàn kém, dễ bị đối phương phát hiện và theo dõi, hoặc va chạm hoặc vướng vào tàu nổi, lưới đánh cá dưới nước, v.v.
Tàu ngầm hạt nhân lớp Virginia USS Indiana (Nguồn ảnh: China National Defense News)
Độ sâu tối đa là độ sâu lặn an toàn tối đa của tàu ngầm mà không làm biến dạng vĩnh viễn lớp vỏ chịu áp suất của tàu ngầm. Tùy thuộc vào hiệu suất của tàu ngầm ở các quốc gia khác nhau, về cơ bản nó vẫn nằm trong khoảng từ 300 đến 600 mét. Tàu ngầm thường ở độ sâu này trong một thời gian ngắn khi thử nghiệm hoặc trong các tình huống khẩn cấp. Nếu ở độ sâu cực đại trong thời gian dài, hoặc nếu thao tác không đúng trong quá trình điều hướng và một phần thân tàu vượt quá độ sâu cực đại, áp suất nước biển bên ngoài có thể xuyên qua các bộ phận yếu của thân tàu và xâm nhập vào tàu ngầm, trong trường hợp nghiêm trọng có thể khiến tàu ngầm bị chìm.
Độ sâu hoạt động là độ sâu mà tàu ngầm có thể di chuyển an toàn trong thời gian dài và thực hiện các vụ phóng tên lửa ngư lôi, v.v. Để tránh bị vệ tinh, máy bay tuần tra chống ngầm, v.v. phát hiện và tránh va chạm với các tàu chở dầu siêu lớn có mớn nước từ 20 đến 30 mét, tàu đánh cá đang kéo lưới trên mặt nước, v.v., tàu ngầm thông thường thường chọn độ sâu khoảng 60 đến 100 mét và tàu ngầm hạt nhân thường chọn độ sâu khoảng 100 đến 300 mét làm độ sâu làm việc an toàn.
Hiện nay, xét về chiều dài thân tàu ngầm, tàu ngầm thông thường thường dài khoảng 80 mét, tàu ngầm hạt nhân tấn công dài khoảng 100 mét và tàu ngầm hạt nhân chiến lược dài khoảng 150 mét. Về mặt lý thuyết, độ sâu hoạt động an toàn của tàu ngầm chỉ là từ 60 đến 300 mét dưới nước, nghĩa là một tàu ngầm thông thường chỉ có thể hoạt động trong không gian dưới nước có chiều dài gấp khoảng ba lần chiều dài thân tàu, và một tàu ngầm hạt nhân chỉ có thể hoạt động trong không gian dưới nước có chiều dài gấp khoảng hai lần chiều dài thân tàu.
Mặc dù đại dương xa xôi có vẻ rộng lớn và không đáy, nhưng không gian di chuyển của tàu ngầm lại tương đối hạn chế, chỉ có một lớp nước rất nông gần bề mặt đại dương.
Có nhiều nguyên nhân gây va chạm và tàu ngầm gặp nhiều khó khăn trong việc điều hướng dưới nước
Đại dương rất rộng lớn, nhưng môi trường điều hướng dưới nước đối với tàu ngầm lại rất nguy hiểm. Câu miêu tả "bầu trời cao, chim bay lượn tự do, biển rộng, cá nhảy tung tăng" thường không phù hợp với tàu ngầm hoạt động dưới nước.
Ngoài hạn chế về độ sâu an toàn cho hoạt động tàu ngầm, địa hình đáy biển, chuyển động của nước và các vật thể chuyển động dưới nước đều có tác động, hạn chế và nguy hiểm lớn đến an toàn cho hoạt động tàu ngầm. Đối với một chiếc tàu ngầm dũng cảm dấn thân vào "mê cung dưới nước", có thể nói rằng "nguy hiểm ở khắp mọi nơi và tai nạn luôn hồi hộp ở mọi bước đi".
Đầu tiên, địa hình đáy biển rất phức tạp và đa dạng.
Có thể nói rằng một số dạng địa hình trên đất liền cũng tồn tại dưới biển, trong khi một số dạng địa hình dưới đáy biển có thể không tồn tại trên đất liền. Các dạng địa hình phổ biến trên đáy biển bao gồm các sườn dốc, rãnh, thung lũng, thềm, lưu vực, núi ngầm, đồi biển, hẻm núi ngầm, sống núi giữa đại dương, vùng trũng, đồng bằng ngầm và các khối tích tụ hình quạt, v.v. Địa hình đáy biển càng phức tạp thì dòng hải lưu và thủy triều thay đổi càng lớn, môi trường hàng hải dưới nước càng khắc nghiệt và tính an toàn của hàng hải dưới nước càng thấp.
Sơ đồ địa hình đáy biển phức tạp
(Nguồn ảnh: https://www.maritimeherald.com/2018/secret-pictures-of-the-deep-sea-finally-revealed/)
Ví dụ, khi một tàu ngầm đang di chuyển trong một hẻm núi dưới nước, nếu tốc độ dòng hải lưu trong hẻm núi quá cao, nó sẽ dễ dàng đẩy tàu ngầm vào bờ hoặc rạn san hô. Điều này không tính đến tác động của những thay đổi đột ngột về địa hình đáy biển do núi lửa, sóng thần và hoạt động xây dựng nhân tạo gây ra đối với hoạt động hàng hải dưới nước.
Thứ hai, sự thay đổi của nước biển diễn ra rất nhanh chóng và phức tạp.
Nước biển liên tục chảy và thay đổi, và sự thay đổi dòng chảy của nước biển cực kỳ khác nhau ở những thời điểm khác nhau, ở các độ sâu khác nhau, ở các vùng biển khác nhau và dưới các địa hình và dạng địa hình đáy biển khác nhau. Ví dụ, tốc độ dòng hải lưu trong các tuyến đường thủy hẹp sẽ tăng đáng kể, sự thay đổi của thủy triều sẽ trở nên rõ ràng hơn ở các bờ dốc và sẽ có các dòng nước xoáy (xoáy nước dưới đáy biển) có lực hút cực mạnh gần các rãnh và núi ngầm.
Khi một tàu ngầm đang di chuyển dưới nước đột nhiên đi vào vùng nước có dòng hải lưu ổn định thay đổi lớn, việc vận hành không đúng cách hoặc phản ứng không kịp thời có thể khiến tàu nghiêng, lắc, đột ngột thay đổi hướng đi hoặc thậm chí va chạm với rạn san hô, vách đá hoặc chạm vào đáy biển.
Ngoài ra, sự thay đổi đột ngột về mật độ nước biển có thể khiến tàu ngầm gặp tai nạn "rơi sâu" gây tử vong.
Do sự khác biệt về độ mặn, nhiệt độ, v.v. của nước biển ở các khu vực khác nhau nên mật độ của nước biển không phải lúc nào cũng phân bố đồng đều khi độ sâu tăng lên. Khi mật độ nước biển thay đổi đột ngột theo độ sâu tăng dần, một lớp nhảy mật độ sẽ được tạo ra theo phương thẳng đứng. Khi mật độ nước biển ở phần trên của lớp nhảy nhỏ hơn mật độ nước biển ở phần dưới, lực đẩy của nước biển tăng mạnh từ trên xuống dưới, đồng thời hình thành một lớp chắn giữa lớp trên và lớp dưới, tàu ngầm sẽ có cảm giác như đang chạm vào đáy biển.
Sơ đồ lớp nhảy mật độ (Nguồn ảnh: Tham khảo 1)
Mặc dù mọi người gọi theo nghĩa bóng lớp nhảy này là "đáy biển lỏng mềm", nhưng nếu mật độ của nước biển phía trên lớp nhảy lớn hơn mật độ của nước biển bên dưới thì sẽ hình thành lớp nhảy có mật độ gradien âm. Lực đẩy của nước biển sẽ giảm mạnh từ trên xuống dưới và tàu ngầm sẽ rơi mạnh xuống đáy biển (tức là rơi sâu). Nếu không thể kiểm soát độ sâu kịp thời, tàu ngầm sẽ bị phá hủy và những người trên tàu sẽ tử vong khi tàu xuống đến độ sâu tối đa.
Có nhiều nguyên nhân gây ra va chạm và va chạm dưới nước vẫn khó có thể tránh khỏi trong tương lai
Ngoài các yếu tố có thể gây ra va chạm tàu ngầm được phân tích ở trên, việc cập nhật biểu đồ đáy biển chậm trễ, địa hình thay đổi đột ngột mà không có cảnh báo, định vị dẫn đường không đúng, đối đầu thủy âm ăn miếng trả miếng, chướng ngại vật chống tàu ngầm được thiết kế riêng và các vật thể di chuyển gặp nhau trên một con đường hẹp đều có thể "tiếp xúc gần" với tàu ngầm đang di chuyển dưới nước, làm hỏng thân tàu và các thiết bị, làm bị thương thủy thủ đoàn và thậm chí gây ra những tổn thất không thể khắc phục như tàu ngầm bị phá hủy, tử vong và rò rỉ hạt nhân.
Điều đáng chú ý là trong phạm vi độ sâu hoạt động của tàu ngầm, cũng có những không gian dưới nước có nhiều hoạt động như tảng băng trôi nổi dưới nước, đàn cá voi bơi và số lượng tàu ngầm không người lái ngày càng tăng.
Phân tích dữ liệu thống kê hiện có cho thấy khả năng xảy ra va chạm dưới nước tương đối cao ở những vùng biển có số lượng tàu ngầm hạt nhân lớn và số lượng nhóm tàu ra khơi lớn. Ví dụ, trong thời Chiến tranh Lạnh, Biển Barents của Liên Xô là vùng biển có khả năng xảy ra va chạm tàu ngầm hạt nhân cao nhất.
Trong tương lai, với sự gia tăng số lượng tàu ngầm hạt nhân và hoạt động dưới nước của nhiều quốc gia, ngày càng có nhiều tàu ngầm hạt nhân và thông thường hoạt động trong không gian dưới nước ở độ cao chỉ khoảng gấp 2 đến 3 lần chiều dài của chúng. Khả năng va chạm giữa các tàu ngầm với nhau và giữa tàu ngầm với các vật thể chuyển động khác và các vật thể cố định dưới nước vẫn tồn tại.
Đặc biệt, khả năng va chạm giữa tàu ngầm hạt nhân có thể tăng lên trong một số trường hợp nhất định. Trong trường hợp này, ngoài nguy cơ gia tăng tai nạn tàu ngầm hạt nhân, khả năng rò rỉ hạt nhân dưới nước cũng có khả năng tăng lên.
Do đó, vì hòa bình và phát triển toàn cầu cũng như sự an toàn của người dân ở các nước láng giềng, chúng ta cần cảnh giác hơn và thực hiện các biện pháp phòng ngừa trước các tai nạn có thể xảy ra trong quá trình sử dụng tàu ngầm.
Tài liệu tham khảo:
(1) Trương Kiến Hoa, Hoàng Hải Phong, Hồ Khôn, Lưu Quang Tự. Nghiên cứu ảnh hưởng của lớp nhảy mật độ đến khả năng cơ động của tàu ngầm và các biện pháp đối phó[J]. Tạp chí Kỹ thuật Thiết bị Vũ khí, 2021, 42(04): 118-122.
