Giải mã công nghệ có thể 'xóa sổ' khả năng tàng hình của tàu ngầm: Hiện đại bậc nhất TG?

TÀU NGẦM ĐƯỢC ĐÁNH GIÁ CAO CHỦ YẾU NHỜ KHẢ NĂNG TÀNG HÌNH DƯỚI NƯỚC. Việc đảm bảo rằng các tàu ngầm có thể 'sống sót' sau cuộc tấn công tên lửa đầu tiên trong một cuộc chiến tranh hạt nhân và do đó có thể đáp trả bằng cách phóng tên lửa trong cuộc tấn công thứ hai là chìa khóa cho chiến lược răn đe được gọi là sự hủy diệt đảm bảo lẫn nhau.

Trong gần một thế kỷ, các kỹ sư hải quân đã nỗ lực phát triển các tàu ngầm ngày càng nhanh hơn, không ồn hơn. Song song, họ cũng làm việc chăm chỉ trong việc cải tiến một loạt các radar, sonar và các công nghệ khác được thiết kế để phát hiện, xác định mục tiêu và loại bỏ tàu ngầm của đối phương.

Cán cân dường như thay đổi với sự xuất hiện của các tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân vào đầu những năm 1960.

Trong một nghiên cứu năm 2015 cho Trung tâm Đánh giá Chiến lược và Ngân sách (Mỹ), Bryan Clark - một chuyên gia hải quân hiện thuộc Viện Hudson, lưu ý rằng khả năng chìm trong nước trong thời gian dài của những chiếc tàu ngầm này khiến chúng "gần như không thể tìm thấy bằng radar và sonar".

Nhưng ngay cả những chiếc tàu ngầm tàng hình này cũng tạo ra những tiếng động tinh tế, tần số rất thấp, và có thể bị phát hiện từ rất xa nhờ mạng lưới các mảng cảm biến thủy âm gắn dưới đáy biển. Và bây giờ 'trò chơi trốn tìm tàu ngầm' có thể đang tiến gần đến thời điểm mà tàu ngầm không thể lẩn tránh được thêm đước nữa trước các công nghệ phát hiện tàu ngầm hiện đại.

Theo nghiên cứu của Trường An ninh Quốc gia thuộc Đại học Quốc gia Úc, ở Canberra, công nghệ phát hiện tàu ngầm siêu nhạy đó có thể đến sớm nhất vào năm 2050.

Thời điểm này đặc biệt quan trọng vì chi phí khổng lồ cần thiết để thiết kế và chế tạo một chiếc tàu ngầm phải trải qua ít nhất 60 năm. Một tàu ngầm đi vào hoạt động ngày nay sẽ vẫn còn được phục vụ vào năm 2082!

Một máy bay P-8 Poseidon của Hải quân Mỹ, được trang bị để phát hiện tàu ngầm, đang chờ tiếp nhiên liệu ở Okinawa, Nhật Bản, vào năm 2020. Nguồn: Hải quân Mỹ

Các tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân, chẳng hạn như tàu ngầm tấn công nhanh lớp Virginia của Hải quân Mỹ, mỗi chiếc có giá khoảng 2,8 tỷ USD - theo Văn phòng Ngân sách Quốc hội Mỹ. Và đó chỉ là giá mua; trong khi tổng chi phí vòng đời của tàu ngầm tên lửa đạn đạo lớp Columbia mới ước tính vượt quá 395 tỷ USD.

Hai vấn đề nổi cộm bao gồm: (1) phát hiện tàu ngầm của các nước đối thủ và (2) bảo vệ tàu ngầm của chính mình khỏi bị phát hiện là rất lớn, và tất nhiên các chi tiết kỹ thuật phải được bảo mật chặt chẽ.

Nhiều chuyên gia hải quân đang suy đoán về các công nghệ cảm biến có thể được sử dụng kết hợp với các phương pháp AI (Trí tuệ Nhân tạo) hiện đại để vô hiệu hóa khả năng tàng hình của tàu ngầm.

Rose Gottemoeller, cựu Phó Tổng thư ký NATO, cảnh báo rằng "khả năng tàng hình của tàu ngầm sẽ khó duy trì, vì công nghệ sở hữu khả năng cảm nhận mọi loại, ở nhiều quang phổ, trên và trong nước trở nên phổ biến hơn".

NHỮNG CÔNG NGHỆ CÓ THỂ 'XÓA SỔ' KHẢ NĂNG TÀNG HÌNH CỦA TÀU NGẦM

Các công nghệ cảm biến để phát hiện tàu ngầm ngày nay không chỉ đơn thuần là nghe thấy tàu ngầm để xác định chính xác vị trí của chúng thông qua nhiều kỹ thuật phi âm thanh - mà giờ đây, các tàu ngầm có thể bị phát hiện bằng lượng bức xạ và hóa chất nhỏ mà chúng phát ra, thông qua những nhiễu loạn nhỏ trong từ trường Trái Đất và bằng ánh sáng phản xạ từ các xung laser hoặc đèn LED.

Tất cả các phương pháp này đều tìm cách phát hiện những dị thường trong môi trường tự nhiên, được thể hiện trong các mô hình phức tạp về điều kiện cơ bản đã được phát triển trong thập kỷ qua, một phần nhờ vào những tiến bộ của Định luật Moore trong khả năng tính toán.

Theo các chuyên gia tại Trung tâm Nghiên cứu Chiến lược và Quốc tế, ở Washington, D.C. (Mỹ), có 2 phương pháp mang lại nhiều hứa hẹn đặc biệt, bao gồm: (1) Cảm biến Lidar truyền các xung laser qua nước để tạo ra các bản quét 3D chính xác cao về các vật thể; (2) Các thiết bị phát hiện dị thường từ tính (MAD) theo dõi từ trường của Trái Đất và có thể phát hiện ra những nhiễu động tinh vi do vỏ kim loại của một tàu ngầm chìm dưới nước gây ra.

Các cảm biến dựa trên laser trên không có thể phát hiện tàu ngầm ẩn nấp gần bề mặt. Nguồn: IEEE SPECTRUM

Tuy nhiên, cả hai cảm biến đều có nhược điểm.

MAD chỉ hoạt động ở độ cao thấp hoặc dưới nước. Nó thường không đủ nhạy để nhận ra những nhiễu động do tàu ngầm gây ra trong số nhiều thay đổi tinh vi khác của trường điện từ dưới đại dương.

Cảm biến Lidar có phạm vi và độ phân giải tốt hơn và có thể được lắp đặt trên vệ tinh, nhưng nó tiêu thụ rất nhiều điện năng — một thiết bị di động tiêu chuẩn với phạm vi vài trăm mét có thể đốt cháy 25 watt. Chưa kể, cảm biến Lidar cũng rất đắt, đặc biệt là khi hoạt động trong không gian. Vào năm 2018, NASA đã phóng một vệ tinh với công nghệ hình ảnh laser để theo dõi những thay đổi trên bề mặt Trái Đất - đặc biệt là những thay đổi trong các mô hình trên bề mặt đại dương. Vệ tinh này trị giá hơn 1 tỷ USD!

Ngoài ra, có một cách để giải quyết nhu cầu về vị trí chính xác là làm cho các cảm biến di động. Các dàn máy bay không người lái dưới nước có thể làm được điều đó, đó là lý do tại sao một số chuyên gia đã đề xuất chúng là có khả năng chống tàu ngầm tối thượng.

Chuyên gia hải quân Mỹ Bryan Clark cho biết Hải quân Mỹ đang nghiên cứu một máy bay không người lái có thể chạy trong 90 ngày. Máy bay không người lái hiện cũng được trang bị các cảm biến hóa học, quang học và địa từ. Chưa kể, máy bay không người lái dưới nước được kết nối mạng, có thể hoạt động cùng với máy bay không người lái trên không, có thể hữu ích để không chỉ phát hiện tàu ngầm mà còn tiêu diệt chúng. Đó là lý do tại sao một số quân đội đang đầu tư rất nhiều vào chúng.

Robo-Shark của Hải quân Trung Quốc - được thiết kế đặc biệt để săn tàu ngầm. Ảnh: ROBOSEA.ORG

Đơn cử, Hải quân Trung Quốc đã đầu tư vào một máy bay không người lái dưới đáy biển giống như cá được gọi là Robo-Shark - được thiết kế đặc biệt để săn tàu ngầm.

Robo-Shark, một tàu lặn dài 2,2 mét do công ty Boya Gongdao Robot Technology của Bắc Kinh (Trung Quốc) chế tạo, được cho là có khả năng giám sát dưới nước và các hoạt động chống tàu ngầm không xác định. Công ty cho biết Robo-Shark di chuyển với tốc độ 5 mét/giây bằng cách sử dụng cấu trúc ba khớp để vẫy vây đuôi, tạo ra ít tiếng ồn hơn so với một cánh quạt tiêu chuẩn.

Trong khi đó, Hải quân Mỹ đang phát triển công nghệ tấn công phương tiện bay không người lái chi phí thấp để thực hiện các nhiệm vụ giám sát. Mỗi chiếc máy bay không người lái Locust nặng khoảng 6 kg, có giá 15.000 USD và có thể được trang bị cảm biến MAD. Nó có thể lướt xuống thấp trên bề mặt đại dương để phát hiện các tín hiệu dưới nước.

Chuẩn đô đốc đã nghỉ hưu John Gower, cựu chỉ huy tàu ngầm của Hải quân Hoàng gia Vương quốc Anh, lại có quan điểm khác. Ông cho rằng, máy bay không người lái dưới nước là "sự đổi mới ít có khả năng nhất để tạo ra sự khác biệt trong việc phát hiện khả năng tàng hình của tàu ngầm".

Thay vào đó, có một phương tiện phát hiện tàu ngầm mạnh mẽ hơn nằm ở "vùng phủ sóng liên tục của bề mặt Trái Đất bởi các vệ tinh thương mại". Hơn 2.800 vệ tinh trong số này đã ở trên quỹ đạo. Chúng được trang bị một loạt các công nghệ cảm biến, bao gồm radar khẩu độ tổng hợp (SAR), quét cảnh xuống bên dưới trong khi đang di chuyển ở khoảng cách rất xa.

Các vệ tinh thương mại được trang bị SAR và các công cụ hình ảnh khác hiện đang đạt đến độ phân giải có thể cạnh tranh với vệ tinh của chính phủ và cung cấp khả năng tiếp cận khách hàng với mức giá cực kỳ phải chăng.

Jeffrey Lewis, Giám đốc Chương trình Không phổ biến vũ khí hạt nhân Đông Á tại Trung tâm Nghiên cứu Không phổ biến vũ khí hạt nhân James Martin, thường xuyên sử dụng hình ảnh vệ tinh trong công việc của mình để theo dõi các diễn biến hạt nhân. Nhưng theo dõi tàu ngầm là một vấn đề khác. "Mặc dù đây là một công nghệ thương mại có sẵn, nhưng ngày nay chúng ta vẫn không thấy tàu ngầm trong thời gian thực. Ngay cả khi bạn xác định vị trí tàu ngầm trong thời gian thực, 10 phút sau, rất khó để tìm lại".

TRÍ TUỆ NHÂN TẠO SẼ LÀM TỐT HƠN?

Mặc dù các phương pháp cảm biến mới này có khả năng làm cho tàu ngầm dễ bị phát hiện hơn, nhưng không phương pháp nào trong số chúng có thể tự mình thực hiện công việc. ĐIỀU có thể khiến chúng hoạt động cùng nhau là công nghệ hiện đại bậc nhất trong thời đại chúng ta: TRÍ TUỆ NHÂN TẠO (AI).

Rose Gottemoeller, cựu Phó Tổng thư ký NATO nói: "Khi chúng ta nhìn thấy tiềm năng ngày càng lớn của các khả năng cảm biến phổ biến kết hợp với sức mạnh của phân tích dữ liệu lớn, điều tất yếu dẫn đến câu hỏi là: Liệu giờ có khả thi không?"

Không giống như phần mềm truyền thống - phải được lập trình trước, chiến lược học máy (machine learning) được sử dụng ở đây, được gọi là học sâu (deep learning), có thể tìm thấy các mẫu trong dữ liệu mà không cần sự trợ giúp từ bên ngoài.

Chỉ trong năm 2021, chương trình AlphaFold của DeepMind (thuộc Google) đã đạt được một bước đột phá trong việc dự đoán cách các axit amin gấp lại thành protein, giúp các nhà khoa học có thể xác định cấu trúc của 98,5% protein của con người. Các nghiên cứu trước đó trong các trò chơi, đặc biệt là cờ vây và cờ vua, cho thấy rằng học sâu có thể vượt qua những kỹ thuật phần mềm cũ tốt nhất, ngay cả khi chạy trên phần cứng không nhanh hơn.

Để AI hoạt động trong việc phát hiện tàu ngầm, cần phải vượt qua một số thách thức kỹ thuật.

Thách thức đầu tiên là đào tạo thuật toán, liên quan đến việc thu thập khối lượng lớn và nhiều loại dữ liệu cảm biến từ vùng phủ sóng vệ tinh liên tục trên bề mặt đại dương cũng như thu thập thường xuyên dưới nước ở các vị trí chiến lược.

Sử dụng dữ liệu như vậy, AI có thể thiết lập một mô hình chi tiết về các điều kiện cơ bản, sau đó cung cấp dữ liệu mới vào mô hình để tìm ra những điểm bất thường nhỏ. Việc kiểm tra tự động như vậy là khả năng nhất để phát hiện sự hiện diện của tàu ngầm ở bất kỳ đâu trên đại dương và dự đoán vị trí dựa trên các kiểu vận chuyển trong quá khứ.

Thách thức thứ hai là thu thập, truyền và xử lý khối lượng lớn dữ liệu trong thời gian thực. Nhiệm vụ đó sẽ đòi hỏi nhiều khả năng tính toán hơn chúng ta hiện có, cả trên nền tảng thu thập cố định và di động.

Snakehead, một máy bay không người lái lớn dưới nước được thiết kế để phóng và thu hồi bởi các tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân của Hải quân Mỹ. Ảnh: Hải quân Mỹ

Sylvia Mishra, một sĩ quan hạt nhân công nghệ mới tại Mạng lưới Lãnh đạo Châu Âu, một tổ chức tư vấn có trụ sở tại London (Anh), nói rằng bà ấy "quan ngại nhiều hơn về các vấn đề dưới đáy biển".

"Cho đến gần đây, sự di chuyển dưới các đại dương là mục tiêu của các chính phủ. Tuy nhiên, hiện nay, có một ngành công nghiệp đang phát triển dưới đáy biển. Đơn cử, các công ty đang đặt nhiều cáp thông tin liên lạc dưới nước, điều này có thể dẫn đến tắc nghẽn nhiều hơn do có nhiều phương tiện kiểm tra dưới nước và dẫn đến khả năng xảy ra nhầm lẫn" - Sylvia Mishra cho biết.

Sự nhầm lẫn có thể xuất phát từ thực tế là máy bay không người lái, không giống như tàu nổi, không mang cờ quốc gia, và do đó quyền sở hữu của chúng có thể không rõ ràng. Sự không chắc chắn này, cùng với khả năng máy bay không người lái cũng có thể mang theo trọng tải gây chết người, làm tăng nguy cơ lực lượng hải quân có thể coi một máy bay không người lái thương mại vô hại là thù địch.

Sylvia Mishra nói: "Bất kỳ hành động nào khiến tài sản chiến lược của đối thủ gặp rủi ro đều có thể tạo ra những điểm tiếp xúc mới cho xung đột và làm trầm trọng thêm nguy cơ chiến tranh".

Với tầm quan trọng chiến lược của khả năng tàng hình tàu ngầm, Chuẩn đô đốc đã nghỉ hưu John Gower đặt câu hỏi: "Tại sao bất kỳ quốc gia nào cũng muốn phát hiện và theo dõi tàu ngầm? - Đó chỉ là điều bạn phải làm nếu bạn muốn khiến một cường quốc vũ trang hạt nhân lo lắng".

Nằm trong kế hoạch hiện đại hóa hạt nhân, Mỹ đã bắt đầu thay thế toàn bộ hạm đội gồm 14 tàu ngầm tên lửa đạn đạo lớp Ohio bằng các tàu lớp Columbia mới. Chương trình thay thế dự kiến sẽ tiêu tốn hơn 128 tỷ USD để mua lại và 267 tỷ USD trong toàn bộ vòng đời của chúng.

Các quan chức chính phủ Mỹ và các chuyên gia biện minh cho chi phí đắt đỏ của những chiếc tàu ngầm này là do vai trò quan trọng của chúng trong việc tăng cường khả năng răn đe hạt nhân thông qua khả năng bất khả xâm phạm của đội tàu ngầm.

"Để bảo vệ khả năng tàng hình của tàu ngầm, cần phải có tư duy sáng tạo" - Sylvia Mishra kết luận.

Chuyển ngữ: IIEEE MAGAZINE