Pháo điện từ - Viễn tưởng hay thực tế

Sau nhiều năm thử nghiệm trong quy mô phòng thí nghiệm, bắt đầu từ tháng 2 này, hải quân Mỹ sẽ lần đầu tiên bắn thử các nguyên mẫu pháo điện từ quy mô công nghiệp do 2 hãng BAE và General Atomic sản xuất. Đây là 1 bước tiến quan trọng có thể dẫn đến việc sử dụng loại vũ khí hoàn toàn mới này trong thực tế, đặc biệt là khi dự án này từng suýt bị hủy bỏ do ngân sách quốc phòng bị cắt giảm. 


Cho đến nay hầu hết những gì công chúng biết về pháo điện từ là việc nó xuất hiện trong phim Transformers 2, khi một tàu chiến dùng pháo điện từ để bắn hạ robot Devastator trên đỉnh kim tự tháp. Vậy trên thực tế pháo điện từ là gì và triển vọng của nó trong thực tế như thế nào?

Hình 1 - Hình ảnh pháo điện từ xuất hiện trong phim Transformers 2

Pháo điện từ là gì


Pháo điện từ có nguyên lý hoạt động gần giống với động cơ điện. Nếu như trong động cơ điện, sự tương tác giữa từ trường và dòng điện tạo nên chuyển động xoay của trục động cơ thì trong pháo điện từ sự tương tác này tạo ra chuyển động thẳng của viên đạn. Pháo điện từ có thể có nhiều dạng khác nhau. Dạng phổ biến nhất có cấu tạo cơ bản gồm 3 phần chính: nguồn điện, 2 ray dẫn kim loại song song, và phần lõi dẫn điện, có thể trượt dọc theo 2 thanh ray trên. 


Một dòng điện được truyền từ nguồn điện, qua ray cực dương, lõi dẫn điện, ray âm và trở về lại nguồn. Khi dòng điện chạy qua 2 ray kim loại, nó tạo ra một từ trường có hướng thẳng đứng. Từ trường này tương tác với dòng điện có hướng nằm ngang trong phần lõi. Sự tương tác này sinh ra lực Lorentz có hướng vuông góc với cả từ trường và dòng điện, đẩy phần lõi về phía trước. Khi phần lõi (tức là đầu đạn của pháo điện từ) tách khỏi 2 thanh ray thì dòng điện cũng bị ngắt, cho đến khi 1 lõi (đầu đạn) khác được nạp vào. 

Hình 2 - Nguyên lý hoạt động của pháo điện từ

Ưu điểm lớn nhất của pháo điện từ là nó có sơ tốc đầu đạn cao hơn nhiều so với pháo truyền thống. Pháo điện từ của hải quân Mỹ vừa được thử nghiệm có sơ tốc đầu đạn hơn 2,700 m/giây, tức 8 lần tốc độ âm thanh, gấp đôi các loại pháo truyền thống. Với vận tốc này, ngay cả 1 viên đạn súng trường bộ binh cũng có đủ động năng để xuyên thủng lớp giáp của 1 xe tăng hạng nặng. Và trên lý thuyết, sơ tốc này có thể đạt đến 16,000 m/giây. Sơ tốc cao cũng đồng nghĩa với tầm bắn xa hơn. Mục tiêu chương trình pháo điện từ của quân đội Mỹ là đạt được tầm bắn 400 km.


Một lợi điểm nữa là pháo điện từ loại bỏ nhu cầu phải mang theo chất nổ làm thuốc phóng, do đó nó an toàn hơn trong vận hành và di chuyển. Ngoài ra, do cơ cấu vận hành đơn giản hơn, pháo điện từ cũng có nhịp bắn cao hơn so với pháo thường, nếu được cung cấp điện đầy đủ. 


Triển vọng trong thực tế


Giống như trong Tranformers 2, dự án pháo điện từ mà hải quân Mỹ đang thực hiện sẽ được trang bị cho tàu chiến. Với sơ tốc đầu đạn và tầm bắn rất lớn của mình, pháo điện từ có thể có đóng 2 vai trò chính là bắn phá các mục tiêu nằm sâu trong đất liền, và bắn chặn các tên lửa diệt hạm, bảo vệ cho tàu chiến. So với các phương tiện khác như xe thiết giáp, máy bay, tàu chiến thích hợp với pháo điện từ hơn vì nó có khả năng cung cấp một lượng điện năng lớn. Ngoài ra, tàu chiến sẽ phải lênh đênh trên biển trong nhiều ngày liền, việc tiếp tế rất khó khăn. Pháo điện từ không cần sử dụng thuốc phóng nên sẽ tiết kiệm được không gian và tải trọng.   


Lần gần đây nhất mà pháo hạng nặng được dùng để bắn phá mục tiêu trên bộ trong một cuộc chiến lớn là vào năm 1991, khi thiết giáp hạm USS Iowa bắn phá các mục tiêu của Iraq trong cuộc chiến Vùng Vịnh lần 1. USS Iowa, đã từng tham gia thế chiến thứ 2, được trang bị tổng cộng 9 đại pháo hạng nặng, cỡ nòng 16 inch (406 mm). Chúng có tầm bắn tối đa 40 km, với nhịp bắn 2 phát/phút. 


Trong khi đó, mục tiêu của dự án pháo điện từ là đạt tầm bắn từ 200 đến 400 km, và nhịp bắn từ 6 đến 10 phát/phút. Nếu đạt được mục tiêu này, một tàu chiến có thể dội một cơn mưa kim loại xuống mục tiêu nằm sâu trong đất liền với chi phí rẻ hơn nhiều so với việc dùng tên lửa hay máy bay. Điểm cao nhất trên đường đạn của nó cách mặt đất 150 km, tức là đã ra khỏi tầng khí quyển, khi đó viên đạn sẽ lao xuống mục tiêu gần giống như một thiên thạch. Nó không cần chất nổ để gây thiệt hại mà chỉ cần dùng động năng tạo ra bởi vận tốc va chạm lớn của mình. 

Hình 3 - Tàu USS Iowa khai hỏa 9 khẩu pháo hạng nặng của mình

Ngoài ra, vận tốc cực lớn của đạn bắn ra từ pháo điện từ cũng thích hợp cho việc bắn chặn các tên lửa diệt hạm, hoặc máy bay đối phương. Trong thời kì chiến tranh lạnh, pháo điện từ từng được thử nghiệm bắn hạ các tên lửa đạn đạo hạt nhân tầm xa, hay để chống vệ tinh. 


Những thử thách trước mắt


Mặc dù có những tiềm năng lớn như vậy, pháo điện từ vẫn còn 1 chặng đường dài trước khi có thể được sử dụng trong thực tế chiến trường. Thách thức lớn nhất là nguồn cung cấp điện. Để tạo được sơ tốc lớn cho đầu đạn, dòng điện cung cấp cho pháo điện từ cần có cường độ rất lớn, lên đến hàng triệu ampe. Nó đòi hỏi không chỉ một máy phát công suất lớn mà còn nhiều tụ điện khổng lồ. Các tụ điện này tích tụ năng lượng điện từ máy phát cho đến khi đủ để phóng ra 1 dòng điện mạnh như trên. 


Những tàu chiến hiện nay không thể cung cấp đủ năng lượng điện cần thiết cho pháo điện từ. Một phần lớn năng lượng tạo ra từ động cơ chính được truyền đến trục chân vịt thông qua các cơ cấu truyền động cơ khí, chỉ một phần được chuyển thành điện năng để cung cấp cho các hệ thống thiết yếu trên tàu. 


Các mẫu tàu chiến mới, tiêu biểu là khu trục hạm lớp Zumwalt của hải quân Mỹ, được cho là sẽ cung cấp giải pháp cho vấn đề này. Trong Zumwalt, các cơ cấu truyền lực cơ khí như hộp số, trục chân vịt bị loại bỏ. Toàn bộ năng lượng sản sinh ra từ các động cơ turbin khí sẽ được chuyển hóa thành điện năng. Lượng điện năng này có thể được phân bổ tùy ý cho các thiết bị trên tàu tùy theo nhu cầu, bao gồm cả động cơ đẩy chạy bằng điện. Do vậy, Zumwalt có thể cung cấp một lượng điện năng gấp 10 lần các tàu chiến thông thường.


Với lượng điện năng lớn như vậy, Zumwalt có thể cung cấp đủ điện cho pháo điện từ. Tuy vậy, nếu phải sử dụng thường xuyên, nó có thể vẫn phải hy sinh điện năng cho động cơ đẩy để nạp điện cho súng, nghĩa là tàu sẽ phải chạy chậm lại khi sử dụng pháo điện từ. Cách thức triệt để nhất cho vấn đề điện năng có thể là việc dùng năng lượng hạt nhân. 

Hình 4 - Mô hình khu trục hạm Zumwalt

Một vấn đề nữa là vật liệu chế tạo đầu đạn phải có thể chịu được gia tốc và nhiệt lượng khổng lồ sinh ra do tốc độ cao. Khi được bắn đi, viên đạn có thể phải chịu một gia tốc tới 100,000G (gia tốc trọng trường) so với khoảng 15,000G của pháo thường, hay 9G của các phi công máy bay chiến đấu. Và khi di chuyển với tốc độ cao, ma sát với không khí cũng đủ để sinh ra nhiệt lượng rất lớn có thể làm tan chảy nhiều loại vật liệu. Như trong hình dưới, chụp cảnh 1 viên đạn pháo điện từ được bắn thử, luồng lửa phát ra hoàn toàn là do ma sát với không khí. 

Hình 5 - Một cuộc bắn thử pháo điện từ. Luồng lửa tạo ra do ma sát giữa viên đạn và không khí

Ngoài ra, mọi vật liệu dẫn điện đều có 1 điện trở nhất định, khi dòng điện chạy qua sẽ sinh ra nhiệt. Dòng điện càng lớn thì nhiệt lượng này càng cao. Do cường độ lớn của dòng điện trong pháo điện từ, có thể tới hàng triệu ampe, 2 thanh ray cũng phải chịu một nhiệt lượng cực lớn. 


Cuối cùng, dòng điện trong 2 thanh ray có hướng ngược nhau, do đó chúng cũng sinh ra lực đẩy, có xu hướng tách 2 thanh ray ra xa nhau. Vật liệu chế tạo thanh ray cũng phải đủ bền để giữ không cho chúng bị cong hay gãy. 


Do những khó khăn này mà dự kiến phải đến khoảng năm 2020 pháo điện từ mới có thể được đưa vào sử dụng chính thức. Và đó là nếu như nó không bị cắt ngân sách nửa chừng.

Laser dùng trong cảnh báo các phương tiện

Tại những nơi như Iraq và Afghanistan, cách chủ yếu để cảnh báo các lái xe dừng lại khi đến những trạm kiểm soát và chiếu 1 chùm laser vào xe và làm lóa mắt người lái và theo phản xạ họ sẽ dừng lại, trừ phi đó là những kẻ đánh bom liều chết với một chiếc xe chứa đầy thuốc nổ.

Những tia laser này được thiết kế để an toàn với mắt, nó chỉ gây lóa khi chiếu vào, sau khi ngừng chiếu thì thị lực sẽ trở lại bình thường. Tuy nhiên đó chỉ là với khoảng cách sử dụng trong thực tế. Còn khi vận hành, đôi lúc do không tuân thủ những quy tắc an toàn mà những người lính có thể vô tình chiếu vào mắt của đồng đội, và thường ở khoảng cách rất gần gây ra những tổn hại thị lực.

Một dự án mới đang được thực hiện để khắc phục tình trạng này. Thay vì chiếu một tia liên tục, thiết bị sẽ chiếu ra những xung laser ngắn, khi bị hấp thụ bởi kính chắn gió trên xe hơi, gây nên hiện tượng tái phát xạ và tạo ra một chớp sáng có cường độ rất cao và khiến tài xế phải dừng xe. Xung laser này chỉ phát sáng khi bị hấp thụ bởi kính chắn gió trên xe, nếu vô tình chiếu vào mắt, nó không gây tác hại lâu dài.

Tuy vậy, đây chỉ là một ứng dụng phụ của một mục đích lớn hơn. Đó là nếu sử dụng ở mức công suất cao hơn, xung laser này có thể gây nứt và vỡ kính. Dựa vào nguyên tắc trên, người ta ứng dụng nó vào việc chế tạo thiết bị có thể vô hiệu hóa các loại ống nhòm, kính ngắm, các cảm biến quang học...

Chế độ bật - tắt cho nhiên liệu rắn

Một điểm yếu của nhiên liệu rắn so với nhiên liểu lỏng là nó khó điều chỉnh mức độ sản sinh năng lượng. Đối với nhiên liệu lỏng, bằng việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cho vào buồng đốt, người ta có thể đạt được mức năng lượng mong muốn, và có thể bật tắt động cơ tùy ý. Ví dụ tiêu biểu là các động cơ đẩy trên các tàu vũ trụ. Với nhiêu liệu rắn, một khi đã được đánh lửa thì sẽ không thể dừng lại.

Tuy vậy, hãng Digital Solid State Propulsion vừa phát triển thành công công nghệ có thể bật tắt động cơ nhiên liệu rắn. Động cơ này cũng an toàn hơn, không nhạy với tia lửa và các tác nhân kích thích.

Công nghệ này sẽ cho phép tạo ra những động cơ tên lửa nhiên liệu rắn linh hoạt và dễ điều khiển hơn. Không chỉ vậy, nó còn một ứng dụng lớn nữa là tạo ra các đầu đạn có sức công phá có thể điều chỉnh được. Nói chung chất nổ và nhiên liệu động cơ tên lửa về cơ bản là như nhau, chỉ khác về tốc độ giải phóng năng lượng và khả năng kiểm soát năng lượng đó.

Những người bạn nhỏ của Tom Cruise trên chiến trường

iRobot là một hãng chế tạo robot nổi tiếng, đã cung cấp hơn 2000 robot cho quân đội. Đa số là mẫu Packbot, vừa đủ nhét trong balo. Những hiện nay hãng đang chuẩn bị tung ra mẫu mới, Ember, chỉ nặng chưa tới nửa kí và có thể nhét vừa túi quần.

Chế tạo một robot có kích thước như vậy không phải là quá khó, nhưng để đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật khắt khe để bảo đảm sự tin cậy cao trong thực tế chiến đấu không phải là dễ. Giống như sự khác nhau một trời một vực giữa 1 chiếc BMW và 1 chiếc Landwind của TQ, dù rằng về cơ bản thì chúng cũng là một thứ.

Tuy vậy, đó không phải là thách thức chủ yếu của dự án này, mà là cách thức chúng sẽ hoạt động. Những robot trước đây hoạt động riêng lẻ và thường phải có người điều khiển. Còn Ember sẽ hoạt động theo từng đàn, phối hợp với nhau và hoàn toàn tự động.

Nếu đã từng xem phim "Minority Report" (Ý kiến thiểu số), có lẽ ai cũng biết cảnh khi mà đội cảnh sát Tiền tội phạm săn lùng nhân vật chính, do Tom Cruise đóng, trong một khu chung cư lớn. Họ đã dùng một đàn những robot mini dạng nhện. Sau khi được thả ra, chúng tự động tản ra, phân chia công việc với nhau và phối hợp rất ăn khớp.

Đó không phải chỉ là sản phẩm của trí tưởng tượng mà thật sự là một trong những mục tiêu lớn nhất của ngành chế tạo robot: tạo ra những nhóm robot có khả năng tự phân chia và phối hợp thực việc công việc với nhau.

Những Ember sau khi được kích hoạt sẽ lập ra một mạng không dây để kết nối với nhau. Hiện nay dự án đã có thể thiết lập được những đàn robot gồm 9 con hoạt động chung với nhau. Mục tiêu cuối cùng là biến Ember thành một trang bị tiêu chuẩn cho mọi lính bộ binh trong tương lai.

ISIS - Siêu khinh khí cầu

ISIS là một dự án tham vọng, với mục tiêu tích hợp một radar quét điện tử chủ động (AESA) khổng lồ với diện tích 6000 mét vuông vào trong một khinh khí cầu lơ lửng ở độ cao 20km ở tầng bình lưu trong hàng tháng, thậm chí hàng năm trời. Nó sẽ cung cấp một khả năng thám sát cả trên không và trên bộ chưa từng có.

Được cung cấp năng lượng bằng các giàn pin mặt trời, radar trên ISIS có thể phát hiện tên lửa hành trình và UAV cỡ nhỏ từ 600km, và lính bộ binh trên mặt đất từ 300km.

Một thử thách lớn là làm sao bảo đảm được radar phải có trọng lượng nhẹ. Theo như lời của nhà sản xuất, Raytheon, radar này có bề mặt lớn như một sân bóng, nhưng lại nhẹ hơn trọng lượng nhỏ hơn của 22 cầu thủ chơi trên đó. Mặc dù chứa tới hàng triệu module độc lập, bề dày của nó chỉ khoảng 1cm.

"Chén thánh" của công nghệ laser quân sự

Một trong những nguyên chính khiến cho vũ khí laser cho tới giờ vẫn chủ yếu tồn tại trong truyện tranh và phim giả tưởng là việc năng lượng trong tia laser bị các phần tử bụi, hơi nước trong không khí hấp thụ và làm giảm đáng kể tầm hoạt động của nó. Để khắc phục, người ta phải làm sao điều chỉnh được bước sóng của tia laser phù hợp với điều kiện môi trường bên ngoài, khi đó hao phí năng lượng sẽ giảm.

Bước sóng của tia laser phụ thuộc vào nguồn phát. Một số sử dụng tinh thể hồng ngọc, 1 số sử dụng các hợp chất hóa học. Vấn đề là mỗi nguồn phát chỉ cho ra một bước sóng nhất định.

Công nghệ laser electron tự do, FEL, hứa hẹn sẽ giải quyết vấn đề này, vì nó không sử dụng 1 nguồn phát cụ thể nào. Nó sử dụng những luồng electron được gia tốc để kích thích quá trình phản ứng dây chuyền tạo ra tia laser. Nó có thể tạo ra tia laser ở nhiều bước sóng khác nhau trong 1 thời gian rất dài. Do đó mà FEL được gọi là chiếc chén thánh của công nghệ laser.

Tiến trình nghiên cứu FEL mới ở bước đầu. Năm 2004, nó mới đạt mức công suất 10kW. Thứ hai tuần rồi, Hải quân Mỹ vừa ký một hợp đồng với Raytheon và Boeing để tạo ra thiết bị FEL cho mức công suất 100kW, được coi là mức chuẩn của laser dùng trong quân sự. Hải quân dự tính sử dụng FEL thay cho hệ thống phòng thủ Phalanx.

Công nghệ máy bay chong chóng đĩa

Một trong những giấc mơ lớn nhất của các kỹ sư hàng không là chế tạo ra một loại máy bay có thể kết hợp được tốc độ của máy bay cánh bằng và sự linh hoạt của trực thăng. Một trong số những giải pháp là máy bay chong chóng xoay,với V-22 là mẫu đầu tiên và duy nhất cho tới nay chính thức hoạt động. Khi cất và hạ cánh, 2 chong chóng của nó hướng lên và biến nó thành 1 chiếc trực thăng. Còn trong hành trình, chong chóng sẽ xoay ngang và V-22 trở thành 1 máy bay cánh quạt.

Tuy vậy, cũng có những giải pháp khác đang được nghiên cứu, đặc biệt là công nghệ chong chóng đĩa. Về cơ bản, máy bay có chong chóng phía trên giống trực thăng, nhưng có thể được rút gọn vào trong một cái đĩa lớn sau khi cất cánh. Đĩa này khi đó cũng đóng vai trò như 1 cánh máy bay, tạo lực nâng khi nó bay về phía trước. Khi hạ cánh, các chong chóng lại được bung ra và nó lại trở thành 1 chiếc trực thăng.

Laser năng lượng điện vượt ngưỡng 100kW

Trong một cuộc thử nghiệm gần đây, các nhà nghiên cứu của Northrop Grumman đã thành công trong việc tạo ra một tia laser điện có năng lượng 105kW, vượt ngưỡng 100kW, được coi là ngưỡng tối thiểu để tia laser được coi là đã ở cấp độ 'vũ khí' có thể sử dụng trên chiến trường thật. Mức công suất này nhiều hơn mức cần thiết để tiêu diệt rocket và pháo cối trên không.

Đây chỉ là một bước tiến nữa trong những nỗ lực gần đây để hiện thực hóa việc đưa laser vào chiến trường, bao gồm việc tích hợp hệ thống trên xe tải, gắn trên tàu chiến, cũng như mục tiêu 150kW để có thể trang bị trên chiến đấu cơ.

Tuy vậy vẫn còn nhiều trở ngại kỹ thuật cần vượt qua, ví dụ như kiểm soát nhiệt lượng và thu nhỏ kích thước. Nhưng việc vượt ngưỡng 100kW vẫn là một thành tựu to lớn.

Trong quá khứ, các nhà nghiên cứu thường tập trung vào công nghệ laser hóa học. Nó có khả năng tạo ra tia laser với năng lượng khổng lồ. Tuy vậy, nó cần một số lượng rất lớn các loại hóa chất độc hại, có thể lên đến 8 container cho một lần bắn. Vì vậy, BQP Mỹ chuyển hướng sang tia laser năng lượng điện, nhỏ gọn, hoạt động dễ hơn và có số lần bắn không giới hạn, miễn là vẫn có năng lượng cung cấp cho nó.

Tuy vậy, laser năng lượng điện không cho nhiều năng lượng như laser hóa học, khi chương trình được bắt đầu vào 2003, nó chỉ cho mức công suất 10kW. Giờ đây, người ta cho rằng vượt xa mức 100kW sẽ dễ dàng hơn nhiều.

Northrop sử dụng 32 module tinh thể hồng ngọc để tạo thành một chuỗi khuyếch đại laser. Khi chiếu ánh sáng từ chùm đèn diode vào, phản ứng dây chuyền sẽ xảy ra, tạo ra tia laser có công suất 15kW, kết hợp nhiều tia lại cho ta một tia có năng lượng lớn. Thiết bị được thử nghiệm lần này có thể kết hợp tối đa 8 tia, nhưng người ta chỉ sử dụng 7 tia, tạo ra công suất tổng hợp 105 kW.

Hướng đi mới của vũ khí điện từ

Vũ khí điện từ đã được nói đến rất nhiều trong nhiều thập niên qua, nhưng gần như chưa bao giờ được triển khai trong thực tế. Khái niệm của nó là dùng xung điện từ để vô hiệu hóa các thiết bị điện điện tử của đối phương, từ hệ thống liên lạc, máy tính cho đến bộ đánh lửa trong xe cơ giới.

Hiện nay, lục quân Mỹ đang theo hướng kết hợp giữa vũ khí thông thường với vũ khí điện từ. Loại đầu đạn lai này khi nổ sẽ tạo ra đồng thời cả xung điện từ cùng lúc với sức ép và mảnh đạn như với đầu đạn thường. Chìa khóa ở đây là nam châm bị kích nổ và tự khử từ, phóng thích ra năng lượng.

Các thiết kế vũ khí điện từ trước đây dựa vào nguyên lý dùng sức nổ để tạo ra luồng từ trường nén. Nó dùng một loạt những lõi kim loại có dòng điện chạy qua, được cuộn chặt lại với nhau, và sẽ bị nén lại đột ngột khi một khối nổ mồi được kích hoạt.

Công nghệ mới gọn nhẹ hơn nhiều. Nó dựa trên phát hiện rằng nhiều loại nam châm sẽ tự khử từ tính khi bị tác động bởi sóng xung lực. Vấn đề hiện nay là cần chế tạo loại antenna để dẫn hướng cho năng lượng được phóng thích ra. Antenna này phải nằm vừa trong đầu đạn nhưng phải đủ lớn cho năng lượng tạo ra. Một trong những giải pháp có thể là dùng một loại antenna gấp được.

Nhưng theo hướng đi của lục quân Mỹ, họ sẽ tận dụng chính vụ nổ của đầu đạn như một antenna, hay chính xác hơn là sử dụng luồng plasma ion hóa từ vụ nổ.

Từ hàng thế kỷ nay, con người đã biết rằng ngọn lửa cũng có thể dẫn điện. Do đó, thay vì dùng kim loại, người ta có thể tạo ra antenna bằng khí bị ion hóa.

Loại đầu đạn lai này được áp dụng cho nhiều loại vũ khí khác nhau, gồm tên lửa chống tăng TOW, rocket 70mm của trực thăng hay pháo phản lực MLRS. Lí do thật sự khiến vũ khí điện từ vẫn chưa phổ biến hiện nay không phải ở khía cạnh kỹ thuật, mà là người Mỹ lo lắng rằng nếu công nghệ này được triển khai, nhiều khả năng nó sẽ lan rộng, và khi đó chính quân đội Mỹ lại dễ bị tổn thương nhất vì họ dựa rất nhiều vào các thiết bị điện tử.

Vật liệu tương tác

Đầu đạn BatteAxe của Không lực Mỹ được cho sẽ là vũ khí đầu tiên sử dụng vật liệu tương tác trong đầu đạn. Vũ khí khi nổ sẽ tạo ra những mảnh bom làm từ vật liệu tương tác, khi va chạm chúng se tạo ra nhiệt, xung lực hoặc cả 2, tùy vào công thức.

Vật liệu tương tác gồm 2 hay nhiều vật liệu không nổ, được gắn kết lại với nhau thành một chất rắn ổ định và an toàn trong điều kiện bình thường. Dưới điều kiện của sự va chạm mạnh, các thành phần vật liệu phản ứng với nhau, tạo thành hiệu ứng được quyết định bởi thành phần vật liệu vụ thể.

Vũ khí sử dụng BattleAxe sẽ có năng lượng phá hủy cao hơn vũ khí có đầu đạn thông thường. Và không như bom chùm, BattleAxe không gây ra nguy cơ cho thường dân và lính đồng minh.

BattleAxe có thể kết hợp cả 3 khả năng thường cần các loại đầu đạn riêng biệt là xuyên thép, sóng xung nhiệt và đạn mảnh, và dùng để chống loại nhiều loại mục tiêu.

Vật liệu tương tác không thay thế thuốc nổ, nó chỉ thay thế cho mảnh đạn. Được phát minh từ 1784 bởi Henry Shrapnel, mảnh đạn cho tới nay vẫn không thay đổi nhiều, vẫn dựa vào động năng để gây thiệt hại. Nay với vật liệu tương tác, năng lượng không chỉ đến từ động năng và còn từ phản ứng hóa học.

Một số loại vật liệu tương tác có thể tạo ra năng lượng lớn gấp đôi thuốc nổ có cùng khối lượng. Vì thuốc nổ được định nghĩa như một loại hợp chất không ổn định về mặt hóa học, do đó hỗn hợp vật liệu tương tác không được coi là thuốc nổ về mặt kỹ thuật, mà được coi là chất rắn dễ cháy.

Có nhiều cách đề kết hợp vật liệu tương tác. Ví dụ như giữa kim loại và polymer. Cụ thể là bột nhôm trong một ma trận polytetraflouroetylen. Ngoài ra là kim loại với kim loại như nhôm với boron. Hay một hỗn hợp nhiệt nhôm đặc biệt gồm bột nhôm và oxit kim loại, sự khác biệt với hỗn hợp nhiệt nhôm thường là năng lượng mà nó phóng thích chỉ xảy ra trong một phần nhỏ của 1 giây

Robot dạng côn trùng

Các nhà nghiên cứu cho biết các thiết bị bay siêu nhỏ (MAV) trong tương lai sẽ mang hình dạng của côn trùng. Chúng được dùng chủ yếu ở khoảng cách gần, thực hiện các nhiệm vụ trinh sát, theo dõi.

Mô phỏng côn trùng được coi là một trong những hướng chính trong việc chế tạo MAV. Lí do quan trọng nhất là đối với những vật thể kích thước nhỏ, các định luật khí động học thay đổi và do đó bạn không thể đơn giản là thu nhỏ kích thước thiết bị. Vd như một chiếc trực thăng có kích thước của một con ong sẽ không thể bay được. Côn trùng tạo ra lực nâng chủ yếu từ những xoáy không khí ở đầu cánh, ở kích thước lớn thì hiệu ứng này tạo lực không đáng kể.

Một trong những khái niệm quan trọng nhất của robot siêu nhỏ là khả năng hoạt động thành đàn. Nghĩa là một số lượng lớn robot hoạt động cùng nhau, có khả năng hợp tác, phân chia công việc với nhau mà không cần sự điều khiển từ bên ngoài. Mỗi robot sẽ có một công việc cụ thể khác nhau. Ví dụ như những robot dạng nhện sẽ bò quanh các bức tường, kẽ hở, trang bị các cảm biến âm thanh và địa chấn. Còn các MAV có dạng chuồn chuồn sẽ trang bị camera, hoặc đóng vai trò như trạm tiếp sóng, hay mang các cảm biến phát hiện vũ khí hóa sinh.

Phát triển những phần mềm cho việc điều khiển đàn sẽ là một thách thức rất lớn.