Nhật Bản lần đầu khai hỏa pháo điện từ hải quân nguyên mẫu từ tàu JS Asuka vào tàu mục tiêu

Bước đột phá có ý nghĩa với khu vực

Nhật Bản đã tiến một bước lớn hướng tới triển khai pháo điện từ hoạt động trên biển. Cơ quan Mua sắm, Công nghệ và Hậu cần thuộc Bộ Quốc phòng Nhật Bản (ATLA) xác nhận rằng từ tháng 6 đến đầu tháng 7, các kỹ sư đã khai hỏa pháo điện từ nguyên mẫu từ tàu thử nghiệm JS Asuka vào một tàu mục tiêu trong các cuộc thử nghiệm trên biển. Cơ quan này đăng tải bốn hình ảnh về cuộc thử nghiệm và cho biết đây là lần đầu tiên pháo điện từ lắp trên tàu được khai hỏa vào một tàu thật. Hoạt động được tiến hành với sự hỗ trợ của Lực lượng Phòng vệ Biển Nhật Bản; tàu thử nghiệm Asuka của lực lượng này đóng vai trò như phòng thí nghiệm nổi dành cho các hệ thống mới.

Pháo điện từ dùng điện, chứ không phải thuốc phóng hóa học, để gia tốc các viên đạn kim loại nhỏ. Hai thanh dẫn điện và một phần ứng trượt tạo ra từ trường mạnh, đẩy viên đạn ra khỏi nòng với tốc độ cực cao. Công nghệ này hứa hẹn tầm bắn xa, vận tốc cao với chi phí mỗi phát thấp hơn nhiều so với tên lửa dẫn đường. Pháo điện từ không cần đầu đạn nổ mà dựa vào động năng thuần túy, qua đó giảm nguy cơ khi lưu trữ và cho phép tàu mang nhiều đạn hơn so với các ống phóng tên lửa.

Cuộc thử nghiệm trong tháng 6 và tháng 7 diễn ra khi Nhật Bản đang đầu tư vào các hệ thống phòng thủ tiên tiến để đối phó kho tên lửa ngày càng mở rộng trong khu vực. Các quan chức ở Tokyo đã đề cập pháo điện từ, hệ thống vi sóng công suất cao và laser như những cấu phần trong kế hoạch phòng thủ nhiều lớp trước các mối đe dọa trên không và tên lửa. ATLA cho biết thêm chi tiết kỹ thuật từ các cuộc thử nghiệm trên biển sẽ được trình bày tại hội nghị chuyên đề về công nghệ quốc phòng vào tháng 11. Chính phủ đã cấp kinh phí thúc đẩy nghiên cứu pháo điện từ tương lai trong chu kỳ ngân sách hiện tại. Mục tiêu là hoàn thiện một hệ thống pháo hoàn chỉnh có thể bắn liên tiếp nhiều phát, tích hợp với hệ thống điều khiển hỏa lực và ổn định đường bay của đạn.

Chính xác thì đã thử nghiệm những gì trên biển?

Asuka, tàu nghiên cứu và phát triển dài 151 mét được đưa vào hoạt động năm 1995, mang pháo điện từ nguyên mẫu trên boong đuôi. Ảnh từ cuộc thử nghiệm cho thấy một tháp pháo nhỏ gọn, cột đỡ cảm biến gần bệ pháo và ăng-ten radar đo vận tốc đầu nòng. ATLA cũng lắp camera, trong đó có một chiếc bên dưới nòng pháo, để nghiên cứu thời điểm khai hỏa và hỗ trợ phân tích sau phát bắn. Mục tiêu được đặt trên một tàu kéo nhỏ, di chuyển trên mặt biển; các bia mục tiêu có thể nhìn thấy trong hình ảnh.

ATLA cho biết cuộc thử nghiệm bao gồm bắn ở tầm xa và khai hỏa vào tàu mục tiêu. Cơ quan này không công bố hình ảnh đạn bắn trúng mục tiêu trong sự kiện lần này. Dữ liệu phát bắn, tín hiệu cảm biến và video sẽ được đưa vào chương trình thử nghiệm lớn hơn, khởi đầu tại các trường bắn trên đất liền rồi chuyển ra biển vào cuối năm 2023. Bộ tư lệnh Nghiên cứu và Phát triển Hạm đội thuộc lực lượng hải quân hỗ trợ hoạt động này; các sĩ quan cấp cao đã tới thăm Asuka vào mùa xuân để quan sát quá trình lắp đặt trước khi tàu rời Yokosuka tham gia thử nghiệm.

Pháo điện từ hoạt động như thế nào?

Pháo điện từ sử dụng lực Lorentz để gia tốc viên đạn. Khi một xung điện lớn chạy từ thanh dẫn này sang thanh dẫn kia qua phần ứng phía sau viên đạn, sự tương tác giữa từ trường và dòng điện tạo ra lực dọc theo các thanh dẫn. Năng lượng được tích trữ trong các cụm tụ điện lớn hoặc mô-đun nguồn xung khác, rồi được giải phóng trong vài mili giây. Gia tốc cực đại và cường độ dòng điện đều rất lớn, tạo ra những thách thức về kỹ thuật.

Nguồn điện và làm mát

Việc tích hợp lên tàu phụ thuộc vào nguồn điện có thể được tạo ra và lưu trữ an toàn trong một cụm thiết bị nhỏ gọn. Bắn liên tục cũng đòi hỏi khả năng nạp lại nhanh và tản nhiệt. Quản lý nhiệt là yếu tố then chốt vì dòng điện lớn làm nóng các thanh dẫn và đường tiếp xúc của phần ứng. Các kỹ sư phải tính toán quy mô thiết bị điện tử công suất, dây cáp và hệ thống làm mát để pháo có thể bắn nhiều phát mà không suy giảm hiệu năng nghiêm trọng. Đây là lý do chính khiến Asuka, con tàu có không gian cho thiết bị thử nghiệm và máy phát điện lớn, được dùng làm nền tảng ban đầu, trong khi các tàu chiến nhỏ hơn sẽ cần giải pháp cấp điện gọn hơn nhiều.

Tuổi thọ nòng pháo và vật liệu

Khác với pháo dùng khí thuốc, pháo điện từ không bị bào mòn do áp suất vụ nổ, nhưng các thanh dẫn và bề mặt tiếp xúc phải chịu tác động mạnh từ dòng điện, nhiệt và ma sát. ATLA cho biết nòng pháo đời đầu sử dụng thanh dẫn bằng đồng, sau đó chuyển sang các vật liệu khác. Cơ quan này đặt mục tiêu nâng tuổi thọ nòng lên 120 phát trong khi vẫn duy trì vận tốc đầu nòng ổn định. Công việc này bao gồm cải tiến phần ứng dẫn dòng điện, lớp phủ trên thanh dẫn và các viên đạn có thể giữ ổn định khi xuyên qua không khí đậm đặc ở tốc độ cao.

Nhật Bản đã đạt được những gì?

ATLA bắt đầu nghiên cứu quy mô toàn diện về các hệ thống gia tốc điện từ vào năm 2016. Các cuộc thử nghiệm trên đất liền lần lượt đạt những mốc quan trọng, tiếp đó là lần khai hỏa đầu tiên từ tàu vào cuối năm 2023. Tháng 4 năm nay, hình ảnh cho thấy pháo đã được lắp hoàn chỉnh trên Asuka trước đợt thử nghiệm trên biển. Nguyên mẫu hiện tại có nòng dài khoảng sáu mét, cỡ nòng khoảng 40 mm. Trong các lần bắn trước, nhóm nghiên cứu cho biết vận tốc đầu nòng đạt khoảng 2.000 đến hơn 2.400 mét/giây. Ở độ cao lớn, các vận tốc này tương đương gần Mach 7, dù tốc độ bay thực tế ở mực nước biển còn phụ thuộc vào mật độ không khí và hình dạng viên đạn.

ATLA từng trình diễn phát bắn có năng lượng 5 megajoule và đã đề cập kế hoạch nâng năng lượng tích trữ lên khoảng 20 megajoule ở các phiên bản tương lai. Chương trình đang chuyển từ thử nghiệm từng phát sang bắn liên tục, trong đó việc nạp lại năng lượng, tích tụ nhiệt và duy trì độ ổn định trở thành những nhiệm vụ kỹ thuật chủ đạo. Khi ra biển, Asuka mang một bàn điều khiển hỏa lực chuyên dụng cạnh bệ pháo để kết nối vũ khí với cảm biến của tàu và thu thập dữ liệu chính xác như vận tốc đầu nòng đo được và góc rời nòng của viên đạn. Những thiết bị này xuất hiện trong các bức ảnh đi kèm thông báo mới đây.

Ngành công nghiệp Nhật Bản tham gia chế tạo và thử nghiệm hệ thống. Các quan chức quốc phòng cho biết những doanh nghiệp như Japan Steel Works tham gia chế tạo, trong khi ATLA phụ trách thiết kế và thử nghiệm. Chương trình cũng nghiên cứu hợp tác với Viện Nghiên cứu Pháp-Đức Saint Louis để trao đổi dữ liệu và phương pháp. Tất cả các bước này nhằm hoàn thiện một hệ thống pháo có thể được sản xuất, bảo dưỡng và huấn luyện trên các nền tảng thực tế.

Vũ khí này có thể làm gì trong chiến đấu?

Một hệ thống pháo điện từ hoàn thiện có thể đối phó với nhiều loại mục tiêu. Trên biển, thủy thủ đoàn có thể khai hỏa vào các xuồng nhỏ và phương tiện mặt nước điều khiển từ xa, những mục tiêu mà sử dụng tên lửa sẽ quá tốn kém. Với loại đạn phù hợp, pháo có thể phóng các mảnh đạn nổ trên không để tiêu diệt máy bay không người lái và tên lửa hành trình. Trước các mối đe dọa đạn đạo hoặc siêu vượt âm bay cao và nhanh, pháo điện từ nhiều khả năng sẽ phối hợp với tên lửa và cảm biến trong một hệ thống phòng thủ nhiều lớp. Ưu thế nằm ở số lượng đạn. Một tàu có thể mang hàng trăm viên đạn động năng và bắn nhiều phát trong thời gian ngắn, rất hữu ích khi đối phó các đợt tấn công áp đảo.

Sức chứa kho đạn và chi phí là những yếu tố chính khiến công nghệ này được quan tâm. Tàu chiến hiện đại mang số lượng ống phóng tên lửa cố định và không thể nạp lại khi đang ở trên biển. Mỗi lần dùng tên lửa đánh chặn đắt tiền để hạ một máy bay không người lái giá rẻ, tàu phải tốn hàng triệu USD và mất đi một ống phóng khó bổ sung trong các chuyến tuần tra dài ngày. Đạn pháo điện từ nhỏ hơn, dễ lưu trữ và rẻ hơn nhiều cho mỗi phát bắn. Điều đó khiến loại vũ khí này phù hợp với các đợt triển khai dài ngày và những tình huống phải giao chiến lặp lại như ở Biển Đỏ, nơi các tàu đã bắn số lượng lớn tên lửa đánh chặn để ngăn máy bay không người lái và tên lửa.

Trên đất liền, pháo điện từ có thể được sử dụng để phản pháo, làm pháo binh bờ biển hoặc tấn công các mục tiêu cố định ở khoảng cách xa hơn pháo nòng thông thường. Các chương trình nghiên cứu đã xem xét những loại đạn có thể phóng ra nhiều đầu đạn con bằng vonfram ở giai đoạn cuối hành trình, nhằm tăng xác suất đánh trúng các mục tiêu đang lao tới với tốc độ cao. Các nhà thiết kế cũng thử nghiệm thiết bị hỗ trợ dẫn đường như bộ thu GPS đơn giản để cập nhật thông tin giữa hành trình, dù việc lắp thiết bị điện tử vào viên đạn chịu gia tốc cực lớn không hề đơn giản.

Chương trình này so với nỗ lực của các nước khác ra sao?

Hải quân Mỹ đình chỉ chương trình pháo điện từ vào năm 2021 sau khi chi hàng trăm triệu USD nhưng chưa đưa được hệ thống nào vào hoạt động. Những trở ngại chính gồm thanh dẫn bị mài mòn, nhiệt độ tăng cao, nhu cầu điện năng và khó khăn trong việc chế tạo loại đạn có thể chịu được lực khi khai hỏa mà vẫn dẫn đường chính xác. Trung Quốc đã thử nghiệm các nguyên mẫu pháo điện từ cỡ lớn trên sà lan sông và tuyên bố đạt tiến bộ về dẫn đường, nhưng chưa có bằng chứng công khai nào về một hệ thống hải quân hoạt động. Hàn Quốc, Thổ Nhĩ Kỳ và các viện nghiên cứu châu Âu vẫn tiếp tục tìm hiểu công nghệ này.

Nhật Bản đang dẫn đầu về thử nghiệm thực tế trên biển với pháo điện từ lắp trên tàu. Bằng cách khai hỏa vào một tàu mục tiêu trong cuộc thử nghiệm có hạm đội hỗ trợ, ATLA đã chuyển từ trình diễn trong phòng thí nghiệm sang các tình huống hàng hải gần với hoạt động thực tế hơn. Nước này cũng lồng ghép công việc vào kế hoạch lớn hơn, bao gồm phát triển các tàu chiến cỡ lớn mới có nguồn điện dồi dào và tích hợp những cảm biến cần thiết để bảo đảm chất lượng theo dõi mục tiêu và kiểm soát phát bắn.

Tiếp theo, chương trình pháo điện từ của Nhật Bản sẽ ra sao?

ATLA cho biết sẽ chia sẻ thêm dữ liệu từ loạt thử nghiệm khai hỏa trong tháng 6 và tháng 7 tại một hội nghị chuyên đề kỹ thuật vào tháng 11. Các quan chức đã vạch ra chương trình nghiên cứu kéo dài đến năm tài khóa 2026 nhằm hoàn thiện hệ thống pháo. Ngân sách quốc gia năm tài khóa 2024 dành kinh phí cho nghiên cứu pháo điện từ tương lai có thể đánh chặn các mối đe dọa trên không. Việc kế hoạch tiếp theo không có khoản ngân sách mới riêng có thể phản ánh cơ chế phân bổ nhiều năm đang trang trải cho công việc hiện tại.

Những nhiệm vụ trước mắt gồm cải thiện độ ổn định của viên đạn khi bay, gia cố thanh dẫn và bề mặt tiếp xúc để duy trì vận tốc đầu nòng qua nhiều phát bắn, đồng thời hoàn thiện hệ thống điều khiển hỏa lực. Nhóm nghiên cứu cũng tập trung thu nhỏ hệ thống cấp điện, bởi máy phát điện và mô-đun tích trữ năng lượng nhỏ gọn là điều kiện thiết yếu để lắp đặt trên tàu khu trục và các tàu tương lai cỡ lớn trang bị hệ thống Aegis. Các bãi thử trên đất liền sẽ tiếp tục bắn đạn thử nghiệm, trong khi Asuka hỗ trợ tích hợp lên tàu, kiểm tra an toàn và xây dựng chiến thuật.

Nếu tiến độ được duy trì, hệ thống đại diện cho phiên bản sản xuất có thể xuất hiện đầu tiên trên một tàu cỡ lớn với nguồn điện dự trữ đáng kể. Một hướng khác là bố trí tổ hợp pháo trên đất liền để thực hiện nhiệm vụ phòng thủ bờ biển. Dù theo phương án nào, khả năng bắn chính xác nhiều viên đạn tốc độ cao vào một hướng sẽ bổ sung một lớp năng lực mới cho thế trận phòng thủ của Nhật Bản.

Rủi ro, hạn chế và những câu hỏi chưa có lời giải

Các tuyên bố về tầm bắn và sức công phá cần được kiểm chứng trên biển trước những mục tiêu thực tế có khả năng cơ động và xuất hiện với số lượng lớn. Đánh chặn tên lửa hành trình hoặc mục tiêu đạn đạo đòi hỏi khả năng theo dõi đáng tin cậy, ước tính chính xác thời gian bay và viên đạn có thể chịu được lực khi khai hỏa, đổi hướng và kích nổ đúng thời điểm. Nhiệt, sự hình thành plasma quanh viên đạn và lực cản khí quyển khiến bài toán thêm phức tạp. Những hình ảnh mới nhất cho thấy chương trình chú trọng đo đạc bằng radar vận tốc đầu nòng và camera tốc độ cao, nhưng vẫn cần chứng minh khả năng đánh trúng mục tiêu trong điều kiện khắc nghiệt.

Bắn liên tục không chỉ là vấn đề nguồn điện. Chấn động và nhiệt làm thay đổi độ căn chỉnh cơ khí cũng như tiếp xúc điện giữa các thanh dẫn. Ngay cả những thay đổi rất nhỏ cũng có thể làm giảm vận tốc đầu nòng hoặc ảnh hưởng đến độ ổn định của viên đạn. Tàu cũng phải kiểm soát tương thích điện từ để phát bắn có dòng điện lớn không làm gián đoạn các hệ thống nhạy cảm khác. Lưu trữ lượng điện năng lớn trên tàu có thủy thủ đoàn cũng đặt ra yêu cầu an toàn. Đây đều là những vấn đề kỹ thuật có thể giải quyết, nhưng cần thời gian và nhiều lần điều chỉnh.

Chi phí và năng lực công nghiệp cũng là vấn đề cần cân nhắc. Pháo điện từ thay tên lửa đắt tiền bằng đạn rẻ hơn, nhưng không loại bỏ nhu cầu hậu cần. Hạm đội vẫn phải sản xuất, thử nghiệm, vận chuyển và lưu trữ nhiều viên đạn. Các nhà sản xuất cần vật liệu có thể chế tạo với số lượng lớn mà không phụ thuộc vào nguyên liệu khan hiếm. Cần hoàn thiện công tác huấn luyện, học thuyết và quy định về thời điểm sử dụng pháo điện từ thay vì tên lửa để tránh lãng phí đạn hoặc đánh giá quá cao khả năng của pháo trong những tình huống phức tạp.

Tóm tắt

• ATLA khai hỏa pháo điện từ nguyên mẫu từ JS Asuka vào một tàu mục tiêu trong các cuộc thử nghiệm trên biển từ tháng 6 đến đầu tháng 7
• Cơ quan này cho biết đây là lần đầu tiên pháo điện từ lắp trên tàu được khai hỏa vào một tàu thật
• Hình ảnh cho thấy tháp pháo nhỏ gọn, radar đo vận tốc đầu nòng và các camera thu thập dữ liệu
• Mục tiêu được đặt trên một tàu kéo nhỏ đang di chuyển, có lắp các bia mục tiêu
• Các cuộc thử nghiệm ban đầu đạt vận tốc đầu nòng khoảng 2.000 đến hơn 2.400 mét/giây
• ATLA đã trình diễn phát bắn có năng lượng 5 megajoule và đặt mục tiêu nâng lên khoảng 20 megajoule
• Mục tiêu của chương trình gồm bắn liên tục, tuổi thọ nòng 120 phát và hệ thống điều khiển hỏa lực chuyên dụng
• Nhật Bản cấp khoảng 167 triệu USD cho nghiên cứu pháo điện từ tương lai trong năm tài khóa 2024
• Thông tin kỹ thuật bổ sung dự kiến được công bố tại hội nghị chuyên đề công nghệ vào tháng 11
• Mỹ dừng chương trình pháo điện từ vào năm 2021, trong khi Nhật Bản tiếp tục thử nghiệm tích cực trên biển
• Các nhiệm vụ tiềm năng gồm phòng thủ trước máy bay không người lái và tên lửa hành trình, giao chiến với mục tiêu mặt nước và pháo binh bờ biển