Hé lộ cuộc đấu công nghệ giữa bom xuyên phá tối tân Mỹ và bê tông cốt sợi Iran

Tổng thống Trump tuyên bố các cuộc không kích bằng bom nặng 13.600kg đã phá hủy ba địa điểm hạt nhân ngầm ở Iran.

Nhưng sự thật có thể phức tạp hơn: lớp bê tông của Iran không thể bị phá vỡ!

Từ lâu đã diễn ra một cuộc chạy đua vũ trang bí mật giữa bom xuyên phá và bê tông xây boongke. Ảnh: Getty Images

Rạng sáng 22/6 (theo giờ địa phương Iran), sau một loạt các cuộc tấn công chưa từng có mà Israel thực hiện chống lại Iran chỉ vài ngày trước đó, Mỹ đã tham gia cuộc chiến và sử dụng bom phá boongke để tấn công ba địa điểm hạt nhân quan trọng của Iran: nhà máy làm giàu nhiên liệu Fordow, cơ sở hạt nhân Natanz và trung tâm công nghệ hạt nhân Isfahan.

Chiến dịch có tên Midnight Hammer đó đánh dấu lần đầu tiên Mỹ sử dụng Massive Ordnance Penetrator (MOP), loại bom khổng lồ nặng 30.000 pound (13.600kg) mà chỉ máy bay ném bom tàng hình B-2 mới có thể mang theo. Mỹ được coi là quốc gia duy nhất có khả năng phá hủy các cơ sở hạt nhân ngầm của Iran, và do đó là chương trình hạt nhân của nước này, nhưng liệu họ có thực sự hoàn thành được chiến công đó hay không thì vẫn chưa rõ.

Trong khi Tổng thống Trump tuyên bố rằng chiến dịch này đã “hoàn toàn và toàn diện” xóa sổ các địa điểm, các quan chức Iran đã hạ thấp mức độ nghiêm trọng của các cuộc tấn công.

Đến nay vẫn chưa rõ mức độ thiệt hại gây ra chỉ dựa trên hình ảnh vệ tinh, nhưng một báo cáo của CNN, dẫn nguồn tin tình báo Mỹ, được công bố vào chiều 24/6 tuyên bố rằng các cuộc tấn công vào Iran không phá hủy chương trình hạt nhân của nước này và thay vào đó chỉ làm chậm lại chương trình này trong vài tháng.

Bê tông vẫn đang thắng trong cuộc chạy đua với bom

Nếu lịch sử đóng vai trò là một dấu hiệu, thì có khả năng các cơ sở hạt nhân ngầm của Iran có thể còn nguyên vẹn một phần hoặc toàn bộ. Đó là bởi vì cho đến nay, trong cuộc chạy đua vũ trang thầm lặng giữa bê tông và bom, bê tông vẫn đang chiến thắng.

Ví dụ, vào cuối những năm 2000, có tin đồn lan truyền về một boongke ở Iran bị bom phá boongke đánh trúng. Quả bom đã không xuyên thủng được bề mặt boongke, có lẽ cho đến khi những người bên trong gọi đội xử lý bom đến. Thay vì phá vỡ bê tông, quả bom đã bất ngờ dừng lại. Lý do không khó để đoán: Iran là nước đi đầu trong công nghệ mới về Bê tông hiệu suất cực cao, hay UHPC, và những tiến bộ mới nhất về bê tông của nước này rõ ràng là quá sức đối với những quả bom phá boongke thông thường.

Stephanie Barnett, Tiến sĩ, thuộc Đại học Portsmouth ở Anh, đang tham gia phát triển bê tông chắc hơn để bảo vệ các tòa nhà dân sự khỏi các cuộc tấn công khủng bố và đã nghe về Iran và bê tông siêu bền của nước này. Trong khi khán giả dân sự rất hào hứng với những tiến bộ trong bê tông, thỉnh thoảng bà lại nghe thấy những phản hồi không mấy tích cực từ quân nhân tham dự các buổi thuyết trình của mình.

“Một sĩ quan nói với tôi, ‘Nếu các bạn chế tạo vật liệu chống nổ và va đập mạnh hơn này, chúng ta cần phải nghĩ cách để vượt qua nó’”, bà Barnett nói.

Vào ngày 22/6, Không quân Mỹ đã sử dụng 6 máy bay ném bom B-2 để thả 12 quả bom phá boongke xuống Fordow, cơ sở làm giàu hạt nhân quan trọng nhất của Iran. Nhưng chỉ dựa trên hình ảnh vệ tinh, vẫn chưa rõ mức độ thiệt hại mà boongke ngầm phải chịu.

Máy bay ném bom tàng hình B2 của Mỹ bay qua căn cứ không quân Edwards. Ảnh: Getty Images

Cuộc đua nâng cấp bom phá boongke

Không quân Mỹ đã giới thiệu bom phá boongke hiện đại đầu tiên vào năm 1985. Bom đa dụng có vỏ thép mỏng chứa đầy thuốc nổ, trong khi bom phá boongke có cấu hình hẹp hơn, vỏ dày hơn và ít thuốc nổ hơn. Thiết kế này tập trung toàn bộ trọng lượng vào một khu vực nhỏ hơn, biến nó thành một chiếc dùi đục băng thay vì búa, do đó, quả bom có ​​thể xuyên qua bê tông hoặc đào sâu xuống đất để tấn công các mục tiêu chôn sâu.

Trong khi những quả bom đa năng từ những năm 1990 vẫn đang được sử dụng ngày nay, thì bom phá boongke phải trải qua nhiều thế hệ nâng cấp. Vào đầu những năm 2000, Không quân Mỹ thậm chí còn phát triển một loại thép đặc biệt cho mục đích này, được gọi là Thép Eglin, hợp tác với Công ty chuyên sản xuất thép Ellwood National Forge.

Thép Eglin là loại thép ít carbon, ít niken, có thành phần vonfram, crom, mangan, silic và các nguyên tố khác, mỗi nguyên tố đều đóng góp một đặc tính mong muốn cho toàn bộ. Thép Eglin là tiêu chuẩn vàng cho đạn phá boongke, mặc dù trong những năm gần đây, loại thép này đã được nâng cấp thành thép USAF-96 mới, có hiệu suất tương tự nhưng dễ sản xuất và gia công hơn.

Các nhà khoa học vật liệu phân biệt giữa hai đặc tính là độ bền và độ cứng, và chính sự cân bằng giữa chúng thúc đẩy cuộc chạy đua vũ trang giữa vũ khí và áo giáp.

Ví dụ, khi một viên đạn chì mềm bắn trúng áo giáp Kevlar, viên đạn sẽ bị nhăn và biến dạng, mất năng lượng vì thiếu độ cứng. Tuy nhiên, nếu bọc lớp thép cứng cho viên đạn, lớp Kevlar sẽ bị phá vỡ. Giải pháp là làm cho áo giáp cứng hơn bằng cách thêm các tấm gốm siêu cứng làm từ các vật liệu như bo cacbua (boron carbide). Những tấm gốm này cứng đến mức đạn có vỏ thép sẽ vỡ ra khi va chạm. Điều này dẫn đến việc tạo ra các loại đạn xuyên giáp đặc biệt có đầu bằng vonfram cứng. Khi những viên đạn này bắn trúng tấm gốm, tấm gốm sẽ vỡ ra trong một quá trình được gọi là hỏng giòn.

Nỗ lực khắc phục nhược điểm giòn của bê tông

Cuộc chạy đua vũ trang phá boongke cũng tương tự, nhưng trong khi những kẻ tấn công có lợi thế về thép, thì khả năng phòng thủ lại dựa trên bê tông, bắt đầu bằng một nhược điểm cố hữu.

Phil Purnell, Tiến sĩ, chuyên gia về công nghệ bê tông tại Đại học Leeds, giải thích rằng: “Bê tông vốn giòn. Nó có khả năng bị đè bẹp, không bị kéo giãn. Điểm yếu nằm ở khả năng chịu kéo và độ bền của nó”. Ông Purnell lưu ý rằng mặc dù một số bê tông hiện đại thực sự bền hơn nhôm, nhưng độ giòn chính là gót chân Achilles của nó và nó sẽ nứt ra.

Tuy nhiên, điều này đã thay đổi với sự ra đời của loại bê tông được gọi là UHPC. Trước đây, cường độ chịu kéo 5.000 psi (pound trên inch vuông) là đủ để bê tông được đánh giá là “cường độ cao”, với cường độ tốt nhất lên tới 10.000 psi. UHPC mới có thể chịu được 40.000 psi trở lên.

Một mẫu bê tông cốt sợi hiệu suất cực cao. Ảnh: Popularmechanics

Cường độ lớn hơn đạt được bằng cách biến bê tông thành vật liệu tổng hợp với việc bổ sung thêm thép hoặc các sợi khác. Các sợi này giữ chặt bê tông lại với nhau và ngăn các vết nứt lan rộng, vô hiệu hóa độ giòn. Tiến sĩ Barnett cho biết: “Thay vì có một vài vết nứt lớn trên tấm bê tông, bạn sẽ có nhiều vết nứt nhỏ hơn. Các sợi cung cấp cho bê tông nhiều năng lượng chống nứt hơn”.

Nhiều nhóm trên khắp thế giới đã làm việc với các kỹ thuật để trộn sợi thành công. Phần lớn công việc này do quân đội thực hiện, nhưng như bà Barnett lưu ý, theo kinh nghiệm của bà, quân đội đôi khi đến và đặt câu hỏi cho các nhà nghiên cứu dân sự nhưng không bao giờ nói bất cứ điều gì về công việc của chính họ. Trong lĩnh vực bê tông chịu va đập – một mối quan tâm thiểu số trong công trình dân dụng – họ có thể đi trước các đối tác dân sự của mình rất nhiều.

Một ví dụ là vào tháng 1/1991, khi Mỹ đang chỉ huy chiến dịch ở Kuwait, tình báo nước này đã phát hiện ra một điều đáng báo động. Người Iraq đã xây dựng một loạt các boongke chỉ huy mới xung quanh Baghdad sâu dưới lòng đất và được bảo vệ bê tông cốt thép dày, ước tính là không thể bị phá hủy bởi các bom phá boongke 2.000 pound hiện có khi đó của Không quân Mỹ. Một chương trình khẩn cấp đã được triển khai để chế tạo một quả bom 5.000 pound mới cho mục đích này.

Không quân đã yêu cầu ý tưởng vào ngày 18/1 và công việc đã bắt đầu ngay lập tức tại Phòng thí nghiệm nghiên cứu Không quân, tại Căn cứ Không quân Eglin, Florida. Không có thời gian để chế tạo vỏ bom từ đầu, vì vậy, các nòng pháo lựu 8 inch dư thừa đã được sử dụng làm cơ sở cho thân bom, được nhồi thuốc nổ bằng tay, với phần mũi mới được thêm vào.

Các nguyên mẫu đầu tiên đã được chuyển giao cho Không quân chưa đầy một tháng sau đó. Trong một cuộc thử nghiệm, vũ khí mới đã xuyên thủng bê tông dày 60cm. Hai quả bom đã được đưa đến chiến trường vào ngày 27/2 và được triển khai bằng máy bay F-111F. Sáu giây sau khi va chạm vào một trong những boongke mới của Iraq, khói bốc lên từ lối vào, cho thấy boongke đã bị phá hủy.

Năm 2012, Không quân Mỹ đã khởi động một dự án để đánh giá thách thức mà các boongke làm bằng UHPC đặt ra. Không quân đã phát triển phiên bản UHPC của riêng mình, được gọi một cách là bê tông cường độ cao Eglin, cho quá trình thử nghiệm.

Trong khi kết quả nghiên cứu của Không quân Mỹ được phân loại tuyệt mật, một nghiên cứu nguồn mở của Trung Quốc đã so sánh bê tông cường độ cao thông thường với UHPC gia cố bằng sợi. Các đầu đạn đã xuyên thủng các mục tiêu bằng bê tông cốt thép, nhưng các mục tiêu UHPC vẫn tồn tại với chỉ một vết nứt nhỏ và các đầu đạn “bị nhúng vào hoặc bật ra khỏi” các mục tiêu.

Sự ra đời của MOP

Không quân Mỹ đã lo ngại rằng ngay cả những quả bom 5.000 pound của họ cũng không đủ, và vào năm 2011, họ đã nhận được bom Massive Ordnance Penetrator (MOP). Nó thậm chí còn lớn hơn cả Massive Ordnance Air Blast (MOAB, hay “mẹ của tất cả các loại bom”) nổi tiếng nặng 21.000 pound, được thiết kế để phá hủy các boongke sâu nhất và kiên cố nhất bằng năng lượng động học tuyệt đối. MOP là quả bom lớn nhất triển khai đường không, và chỉ có máy bay ném bom chiến lược B-2 Spirit mới có khả năng này.

Bom Không kích Quy mô lớn (Massive Ordnance Air Blast -MOAB) tại Căn cứ Không quân Eglin, bang Florida vào tháng 11/2003. Ảnh: Getty Images

Sau khi nghiên cứu cụ thể, Không quân đã nâng cấp MOP. Sau đó, họ lại nâng cấp nó một lần nữa. Đến năm 2018, nó đã được nâng cấp lần thứ tư. Các nâng cấp tương tự đã được thực hiện đối với các vũ khí nhỏ hơn.

Vấn đề là ngay cả quả bom lớn nhất, được làm bằng vật liệu cứng nhất hiện có, cũng có thể không phá hủy được boongke bằng bê tông UHPC thế hệ mới. Gregory Vartanov, Tiến sĩ, thuộc Advanced Materials Development Corp có trụ sở tại Toronto, tuyên bố rằng UHPC cao cấp là thách thức quá cứng đối với những quả bom được chế tạo bằng thép hiện có.

Không chỉ dừng ở bê tông UHPC

Nhưng đó không phải là kết thúc của câu chuyện. UHPC rất tốt, nhưng khả năng bảo vệ thậm chí còn tốt hơn đã được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.

Nghiên cứu gần đây của Trung Quốc mô tả về Composite Xi măng Phân loại Chức năng, hay FGCC, được tạo ra bằng cách xếp lớp các loại bê tông hiệu suất cao khác nhau có các đặc tính khác nhau. Lớp ngoài mỏng là UHPC cốt liệu siêu cứng; bên dưới là lớp UHPC cốt sợi lai dày được tối ưu hóa để chống nứt. Cuối cùng, có một lớp UHPC cốt sợi thép cứng. Như ông Purnell giải thích, mỗi lớp có một hiệu ứng khác nhau.

“Bạn có lớp ngoài cứng để làm hỏng đạn, sau đó là lớp dày có khối lượng để hấp thụ năng lượng của nó, và sau đó là lớp bên trong để bắt các mảnh vỡ”, ông Purnell nói. Lớp chống vỡ bên trong này đảm bảo rằng nếu bê tông bị nứt, không có mảnh vỡ nào lọt vào boongke.

Theo nghiên cứu của Trung Quốc được công bố vào năm 2021, FGCC chống xuyên thủng và nổ tốt hơn nhiều so với UHPC: “độ sâu xuyên thủng, diện tích hố và thiệt hại xuyên thủng đã giảm đáng kể nhờ hiệu ứng hiệp đồng của sợi cường độ cao và cốt liệu thô”.

Không quân Mỹ sẽ không thảo luận về khả năng phá boongke hiện tại của mình hoặc cách chúng được so sánh với các mục tiêu tiềm năng ở Iran, hoặc những nơi khác. Nhưng mức độ nghiêm trọng của thiệt hại gây ra cho chương trình hạt nhân của Iran có thể sẽ cung cấp cho chúng ta một số manh mối.