AIP

Một trong những câu hỏi quan trọng nhất liên quan đến hợp đồng 1.8 tỷ dollar mua 6 tàu ngầm Kilo của hải quân VN là liệu chúng có được trang bị công nghệ AIP? Với mức giá 300 triệu dollar, và việc không có bất cứ thông tin nào xác nhận, có thể đoán rằng số tàu ngầm này sẽ không có loại công nghệ rất lợi hại này. Vậy thì AIP là gì?

Nhược điểm chính của các tàu ngầm diesel điện là chúng phải thường xuyên trồi lên để chạy động cơ diesel và sạc lại điện. Thật sự thì chúng không cần thiết phải nổi lên hoàn toàn mà chỉ cần sử dụng các ống thông hơi để dẫn không khí vào chạy động cơ và thoát khí thải. Tuy vậy, việc nổi lên gần sát mặt nước cũng khiến chúng dễ bị phát hiện và khó trốn thoát hơn. Ngoài ra, radar từ máy bay và tàu chiến có thể phát hiện được các ống thông hơi trồi lên khỏi mặt nước, chưa kể là lượng nhiệt từ số khí thải thoát ra cũng có thể bị các cảm biến nhiệt phát hiện. Hơn nữa, khi phải sử dụng động cơ đốt trong, ưu thế về sự yên lặng của tàu ngầm cũng mất đi.

AIP là công nghệ sức đẩy độc lập, không phụ thuộc vào nguồn khí từ bên ngoài. Công nghệ này không đòi hỏi tàu phải trồi lên và có thể lặn liên tục trong hàng tuần liền, trong khi những tàu chỉ chạy bằng diesl-điện chỉ có thể lặn trong 3-5 ngày (sử dụng pin) ở mức tốc độ thấp.

Đầu những năm 30 của thế kỷ trước, một kỹ sư Đức là Walter phát minh ra một công nghệ động cơ tàu ngầm sử dụng ôxy già (H2O2). Theo đó, oxy già được trữ trong tàu ngầm, và bằng một phản ứng hóa học, sẽ bị phân giải, tạo ra oxy nguyên chất và rất nhiều nhiệt. Diesel sẽ được bơm vào buồng phản ứng, trộn lẫn với oxy và dưới tác động của nhiệt sinh ra từ phản ứng tạo ra phản ứng nổ và làm chạy một turbin. Tuy vậy, công nghệ này có độ an toàn thấp và hầu như chỉ xuất hiện trong các mẫu thử nghiệm.

Động cơ diesel chu trình kín (CCD) cũng là một hướng của AIP. Nó gồm 1 động cơ diesel thông thường. Nhưng khi tàu đang lặn, động cơ này chạy bằng một hỗn hợp khí từ oxy tinh khiết và một khí trơ, thường là argon. Khí thải, chủ yếu là CO2, nito, hơi nước, được làm lạnh, lọc và phân tách. Khí trơ được tái sử dụng, số còn lại trộn với nước và thải ra ngoài tàu. Nguồn oxy thường lấy tứ oxy lỏng trữ trữ trong tàu. Tuy rằng có nguyên lý khá đơn giản, công nghệ này cũng ít được sử dụng trong thực tế.

Turbin khí chu trình kín. Trong công nghệ này, turbin được chạy bằng luồng hơi từ quá trình cháy nổ giữa ethanol và oxy ở áp suất 60 atmosphere. Bản thân áp suất của quá trình này là đủ để đẩy số khí thải ra ngoài tàu ở bất cứ độ sâu nào mà không cần bơm cao áp trợ lực. Công nghệ này tuy cung cấp công suất lớn, nhưng lại kém hiệu quả nhất, sử dụng rất nhiều oxy. Hiện chỉ có tàu ngầm Agosta của Pháp là sử dụng công nghệ này.

Chu trình Stirling có lẽ là công nghệ AIP thành công nhất cho tới nay. Theo đó, quá trình đốt cháy, có thể là giữa diesel và oxy tinh khiết, sẽ sinh ra nhiệt. Nhiệt này được chuyển tới một chu trình kín chứa một khí trơ. Khí này sẽ đi qua một quá trình trao đổi nhiệt khép kín, từ việc giãn nở và chuyển tới khoang làm lạnh để sau đó được nén trở lại. Quá trình chuyển đổi giữa nhiệt và thể tích này sẽ biến thành năng lượng cơ học làm chạy động cơ. Lợi thế của nó là sự tách bạch giữa 2 quá trình: tạo nhiệt và biến đổi nhiệt thành cơ.

Tuy nhiên, công nghệ AIP nhiều hứa hẹn nhất là công nghệ tế bào pin nhiên liệu. Nó được sử dụng rất thành công trong công nghệ không gian, và đang được ngành công nghiệp xe hơi chú ý phát triển. Điện được tạo ra từ phản ứng hóa học giữa oxy và hydro. Và nó chỉ thải ra nước tinh khiết. Nó là ngược của quá trình điện phân nước để tạo ra oxy và hydro. Lợi thế của nó là tạo ra điện năng từ phản ứng hóa học, không cần sử dụng bất cứ loại thiết bị cơ khí nào. Điện từ đó mới làm chạy động cơ điện. Do đó, độ ồn là cực thấp.

Khó khăn lớn nhất là việc mang theo nhiêu liệu cho quá trình phản ứng. Việc trữ oxy lỏng thì khá đơn giản, nhưng hydro lỏng lại cực kỳ nguy hiểm. Một giải pháp là lấy hydro từ các hợp chất hydrua với các kim loại, hoặc từ các hydrocacbon như methanol, diesel, dầu hỏa…


Trong tương lai gần, AIP vẫn chưa thể trở thành nguồn sức đẩy chính cho tàu ngầm, vì mức công suất quá thấp, chỉ khoảng 400 mã lực, trong khi nguồn diesel-điện cho khoảng 3000 mã lực, còn tàu ngầm hạt nhân có thể tới 20,000. Tuy vậy, nó vẫn giúp tăng tính hiệu quả của các tàu ngầm phi hạt nhân lên rất nhiều, đặc biệt là khả năng nằm ẩn mình trong một thời gian rất dài. Ngoài ra, trong tương lai xa, AIP hoàn toàn có thể trở thành sức đẩy chính và duy nhất cho tàu ngầm.