Vật lí học và chiến tranh - Từ mũi tên đồng đến bom nguyên tử (Phần 53)

NGƯ LÔI

Người ta cho rằng Robert Fulton là người đầu tiên trang bị ngư lôi cho tàu ngầm. Tàu ngầm của ông, chiếc Nautilus, được trang bị một ngư lôi thật ra chỉ hơi lớn hơn một hộp thuốc nổ được thiết kế để phát nổ bên dưới tàu địch. Ông dùng nó trong một lần trình diễn ở Pháp vào năm 1801 để đánh chìm một con tàu nhỏ, và một lần nữa trình diễn ở Anh, nhưng ông đã không thu hút được sự quan tâm của cả hai chính phủ.6

Ngư lôi lần đầu tiên xuất hiện trong Nội chiến nước Mĩ, và chúng được sử dụng hiệu quả nhất bởi hải quân Liên Minh. Thời ấy chúng được gắn trên một cái xà dọc phía trước tàu ngầm, từ đó chúng được gắn vào tàu địch. Thỉnh thoảng chúng phát nổ do cú dập khi chúng va vào con tàu, và thỉnh thoảng người ta dùng dụng cụ cài giờ. Ngư lôi trôi tự do, hay cái ngày nay chúng ta gọi là thủy lôi, cũng được sử dụng. Hai mươi hai con tàu Liên Bang đã bị ngư lôi Liên Minh đánh chìm, trong khi chỉ sáu tàu Liên Minh bị phá hủy bởi ngư lôi Liên Bang. Một trong những vụ đắm tàu nổi tiếng nhất là chiến tích của tàu ngầm Liên Minh, H.L. Hunley. Vào đêm 17 tháng Hai 1874, nó giáp mặt và đánh chìm con tàu USS Housatonic của Liên Bang, nhưng vụ nổ lớn đến mức làm hỏng luôn Hunley, và nó chìm cùng với toàn bộ thủy thủ đoàn. Vào năm 2004, các tàn tích của Hunley đã được định vị và trục vớt.

Một trong những tiến bộ đáng kể nhất trong công nghệ ngư lôi xảy ra vào năm 1864. Một người Anh đang làm việc ở Áo, Robert Whitehead, trở nên hứng thú với ngư lôi và quyết định chế một mẫu sẽ chạy ngay bên dưới mặt nước. Vào tháng Mười 1866, ông đã có mô hình sẵn sàng chạy. Nó được lái bằng một động cơ khí nén hai xilanh, có tốc độ tối đa khoảng bảy dặm rưỡi mỗi giờ, và tầm xa xấp xỉ hai trăm yard. Các viên chức ở Áo thấy ấn tượng đến mức họ mua nó ngay. Tuy nhiên, ông cũng đã nhượng quyền sản xuất nó cho một vài nước khác. Lạ thay, Hải quân Mĩ không quan tâm đến nó.

NGƯ LÔI HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO

Ngư lôi hiện đại là một kiểu đạn tự đẩy. Nó được chứa trong kho phóng cho đến khi được thả ra. Khi được phóng ra, nó được cấp một vận tốc ban đầu, nhưng khi nó chuyển động trong nước có một số lực khác tác dụng lên nó. Trọng lực hút nó xuống, và lực kéo theo của nước tạo ra ma sát làm nó chậm lại. Sự ma sát do lực kéo theo của nước gây ra thật sự khá lớn – lớn hơn khoảng một nghìn lần so với lực kéo theo do không khí gây ra. Tùy vào thiết kế, còn một lực nữa cũng tham gia vào, đó là lực nổi của chính ngư lôi. Toàn bộ những lực này đều phải được xét đến.

Những ngư lôi ra đời sớm nhất sử dụng không khí nén làm quay chân vịt của chúng. Tuy nhiên, trong vòng vài năm, người ta nhận thấy oxygen nén có hiệu quả hơn, nhưng các hệ thống oxygen sẽ gây nguy hiểm cho tàu ngầm khi chúng bị tấn công. Do vậy, người Đức đã sử dụng một động cơ điện nhỏ được cấp nguồn bằng acquy. Nó có thêm ưu điểm là không giải phóng các bọt bóng khi ngư lôi tiến về phía mục tiêu của nó. Nó chậm hơn và có tầm xa hạn chế hơn so với ngư lôi trước đó, nhưng nó rẻ tiền hơn nhiều. Nước Mĩ cũng sớm trình làng mọt mẫu động cơ điện gọi là Mark 18.

Ngư lôi có thể được nhắm vào mục tiêu và bắn theo kiểu y hệt như đạn pháo được khai hỏa. Trong trường hợp này, không có sự kiểm soát trên ngư lôi một khi nó rời khỏi tàu ngầm, và không thay đổi gì được nữa nếu mục tiêu nhìn thấy nó và cố tránh né. Do vậy, ngư lôi có dẫn đường thường được sử dụng. Trong một số trường hợp, chúng được dẫn đường đến mục tiêu bởi sóng âm của nó hoặc bằng cách sử dụng sonar. Chúng được gọi là ngư lôi sóng âm. Những ngư lôi sóng âm đầu tiên được người Đức triển khai vào cuối Thế chiến II, và chúng tỏ ra khá hiệu quả trong việc chống lại tàu thuyền mặt nước và các tàu ngầm khác.

Ngư lôi sóng âm được trang bị các bộ cảm biến và máy phát sóng âm trước mũi chúng. Do đó, chúng vừa có thể phát hiện sóng âm đến từ mục tiêu vừa có thể tạo ra các phản hồi sonar. Thông thường ngư lôi khởi động bằng cách sử dụng sonar thụ động. Một khi sonar thụ động phát hiện ra quân địch, nó chuyển sang chế độ sonar chủ động, cho phép nó gửi một chùm sóng âm để định vị quân địch chính xác hơn. Sau đó nó tấn công.

Một hiệu ứng hữu ích khác trong trường hợp ngư lôi là cái gọi là siêu khoang (supercavitation). Khi một vật chuyển động trong nước ở tốc độ cao, áp suất phía sau vật giảm, và, do đó, một bong bóng hình thành có thể bao xung quanh vật. Điều này đặc biệt hữu ích trong trường hợp ngư lôi vì nước gây ra một lực ma sát kéo theo lớn lên nó. Tuy nhiên, nếu vật ở trong một bong bóng như thế, thì lực kéo theo giảm đi rất nhiều. Bởi thế, ngư lôi được thiết kế để tạo ra các bong bóng siêu khoang.

TÀU NGẦM TRONG THẾ CHIẾN II

Tàu ngầm được sử dụng rộng rãi trong Thế chiến II bởi cả hai phe. Chúng đặc biệt hiệu quả đối với người Đức lúc mới bùng nổ chiến tranh và đối với người Mĩ chống lại người Nhật lúc về cuối cuộc chiến. Mặc dù chúng bị hạn chế về tốc độ, tầm hoạt động, và thời gian lặn dưới nước, song chúng có thể tấn công hoàn toàn bất ngờ và gây thiệt hại khủng khiếp, nên chúng có tính sát thương cao. Mặc dù tàu ngầm ban đầu về cơ bản là những con tàu dưới nước, nhưng chúng dành rất nhiều thời gian ở trên mặt nước, chỉ lặn xuống khi chúng giao chiến với kẻ thù.7

Hiệp ước Versailles kết thúc Thế chiến I không cho phép nước Đức chế tạo tàu mặt nước hoặc tàu ngầm. Nhưng người Đức sớm nhận thấy rằng họ có thể chế tạo tàu ngầm nhanh chóng hơn nhiều và bí mật hơn, nên họ tập trung vào chúng, và lúc bùng nổ Thế chiến II họ đã có hạm đội tàu ngầm lớn nhất thế giới. Hơn nữa, lúc này họ còn phát triển một vài công nghệ và kĩ thuật mới, vì thế tàu ngầm của họ tốt hơn tàu ngầm Anh và Mĩ. Sự thành công của tàu ngầm U buổi đầu của người Đức chủ yếu là nhờ một thuyền trưởng tàu ngầm U Thế chiến I, Karl Doenitz. Ông đã xây dựng hạm đội tàu ngầm và trang bị cho nó đoàn thủy thủ được huấn luyện tinh nhuệ, và ông đã phát triển cái gọi là chiến thuật Wolfpack, nó đặc biệt hữu hiệu. Để khởi động chiến thuật, các tàu ngầm U của Đức sẽ rải rác khắp các vùng biển rộng lớn tìm kiếm các đội tàu được hộ tống. Khi phát hiện một tàu, thuyền trưởng tàu U định vị được nó sẽ phát tín hiệu đến các tàu U khác, và họ sẽ lập thành nhóm vây xung quanh và phía trước đội tàu được hộ tống. Thời ấy, mỗi đội tàu đều được hộ tống và bảo vệ bởi tàu khu trục và các tàu chiến khác, nên các thuyền trưởng tàu U phải khôn lanh hơn các đội tàu kia. Bởi thế, họ sẽ cùng nhau tấn công vào ban đêm, gây ra càng nhiều hỗn loạn càng tốt; điều này đem lại cho tàu ngầm Đức cơ hội tẩu thoát tốt hơn nhiều. Khi chiến thuật này được sử dụng lần đầu tiên, quân Đồng Minh đã chịu tổn thất nặng nề.

Mục tiêu chính của các tàu U Đức là cắt nguồn tiếp tế cho nước Anh từ phía Mĩ. Và các tàu U đã đánh chìm nhiều tàu buôn đến mức có vẻ như chúng đã đạt được mục tiêu. Tuy nhiên, có một vấn đề: các thành viên của bộ chỉ huy cao cấp Đức, và đặc biệt là Hitler, đã không nhận ra các tàu ngầm của họ hiệu quả như thế nào. Hitler đang tập trung vào chiến tranh trên đất liền, và tàu ngầm không có thứ hạng cao trong danh sách ưu tiên của ông. Thành ra khi Doenitz xin thêm tàu ngầm, Hitler đã khiến ông thất vọng.

Cuối cùng, người Anh và người Mĩ đã phát triển được các dụng cụ và kĩ thuật chống tàu ngầm rất hiệu quả. Và vào năm 1943 thì chiến thuật Wolfpack không còn hiệu quả nữa. Radar và sonar được sử dụng song hành với một kĩ thuật mặt nước đặc biệt hữu ích gọi là Huff Duff, trong đó các nguồn vô tuyến được định vị bằng tam giác đạc. Ngoài ra, các chuyên gia mật mã người Anh cuối cùng đã bẻ khóa được mật mã do các thuyền trưởng tàu U đang sử dụng, và do đó họ biết được khi nào và nơi nào sẽ bị tấn công. Vào tháng Năm 1943, Doenitz tổn thất bốn mươi mốt chiếc U trong ba tuần lễ, và thủy triều bắt đầu cuộn sóng. Cho đến cuối năm 1942, với mỗi tàu ngầm bị mất người Đức đánh chìm được mười bốn tàu, song lúc này họ đang mất hạm đội tàu ngầm ở tốc độ kinh thiên động địa.

Tàu U vẫn phải trồi lên mặt nước để sạc các acquy của chúng, và lúc này ở trên mặt nước chúng đặc biệt dễ bị tấn công. Chúng có thể dễ dàng bị phát hiện bởi radar và Huff và Duff, và máy bay sẽ nhanh chóng được phái đi tấn công chúng. Bởi thế, chúng buộc phải ở dưới mặt nước trong phần lớn thời gian. Cuối cùng thì người Đức phát triển được ống thông hơi để chúng có thể sạc các acquy trong khi ở là là dưới mặt nước, và điều này đã giúp ích. Nhưng cuối cùng, nước Đức tổn thất gần 80 phần trăm số tàu U của họ. Ngoài ra, các tàu ngầm Anh bắt đầu đánh chìm tàu ngầm Đức ở tỉ lệ cao; tính chung, chúng đã đánh chìm ba mươi chín chiếc.

Tàu ngầm cũng được người Mĩ sử dụng hiệu quả ở Thái Bình Dương để chống lại quân Nhật. Nước Mĩ tham chiến sau vụ Nhật Bản tấn công bất ngờ vào Trân Châu Cảng. Trong hai giờ đồng hồ, các phi công Nhật đã tiêu diệt hai nghìn bốn trăm người và làm bị thương bảy trăm người khác. Và mặc dù họ làm tê liệt hạm đội Mĩ, nhưng họ đã bỏ qua căn cứ tàu ngầm ở gần đó và các kho chứa nhiên liệu và đạn dược. Ngoài ra, lúc xảy ra vụ tấn công, toàn bộ các tàu sân bay lớn của Mĩ đều ở ngoài biển. Vì lí do này, lực lượng chiến đấu chủ yếu của Mĩ còn lại là các tàu sân bay và tàu ngầm. Thật không hay, cả tàu ngầm lẫn ngư lôi mà chúng mang theo đều không địch nổi tàu ngầm của Nhật Bản và Đức.

Lúc bùng nổ chiến tranh, các tàu ngầm Mĩ không có radar, và chúng được trang bị các ngư lôi tương đối kém thường xuyên bắn hụt. Tuy vậy, chúng đáp trả nhanh với những gì chúng có. Một tháng sau vụ tấn công Trân Châu Cảng, chiếc USS Pollock đã đánh chìm một tàu chở hàng Nhật ở gần Vịnh Tokyo. Và tương đối sớm trong cuộc chiến, nước Mĩ đã lập một đột phá quan trọng: các nhóm phân tích mật mã đã giải mã được các thông điệp mã hóa của người Nhật. Vì thế họ biết người Nhật đang lên những kế hoạch gì – các chiến lược và động thái của quân Nhật. Và tất nhiên điều này tỏ ra cực kì hữu ích.

Mặc dù lúc đầu cuộc chiến các tàu ngầm Mĩ còn dưới cơ, song đã có một nỗ lực rất lớn nhằm cải thiện chúng, và vào tháng Tám 1942, các hệ thống radar đầu tiên được lắp đặt trên các tàu ngầm Mĩ. Rồi các tàu ngầm lớp Gato mới bắt đầu thay thế các tàu ngầm cũ. Sau nhiều trải nghiệm lúng túng trước các ngư lôi, chúng cũng dần được hoàn thiện, và những chiến thuật mới được phát triển. Năm 1943, họ còn bắt đầu bắt chước chiến thuật Wolfpack của Đức, song nó không suôn sẻ trong việc chống lại quân Nhật.

Mặc dù tàu ngầm và ngư lôi Nhật vốn ưu trội hơn lúc bắt đầu cuộc chiến, nhưng người Nhật chưa bao giờ tận dụng thế thượng phong đó. Họ sử dụng tàu ngầm chủ yếu để chống lại các tàu chiến Mĩ, chúng là các mục tiêu khó xơi hơn nhiều so với các tàu buôn. Và chúng thường được triển khai thành nhóm tàu.

Vào cuối năm 1943, các tàu ngầm Mĩ bắt đầu giáng đòn thiệt hại nặng nề cho lực lượng hải quân Nhật. Mặc dù hạm đội tàu ngầm chỉ chiếm 2 phần trăm hải quân Mĩ nói chung, nhưng nó đã phá hủy 30 phần trăm hải quân Nhật, bao gồm tám tàu sân bay, một tàu chiến, và mười một tàu tuần dương. Nó cũng phá hủy 60 phần trăm hạm đội tàu buôn Nhật Bản, gây trục trặc thật sự cho nước Nhật. Chẳng mấy chốc nước Nhật bắt đầu cạn kiệt tài nguyên.

Tàu ngầm đặc biệt hữu hiệu trong Trận Biển Philippine vào tháng Sáu 1944, khi chúng đánh chìm hai tàu sân bay lớn nhất trong hạm đội Nhật. Không lâu sau 8 giờ sáng ngày 19 tháng Bảy, USS Albacore nhìn thấy Taiho, tàu sân bay lớn nhất và mới nhất trong hạm đội Nhật. Tuy nhiên, khi thuyền trưởng Albacore bắt đầu cho bắn ngư lôi, thì máy tính dữ liệu ngư lôi của tàu bị hỏng, và ngư lôi phải được bắn thủ công bằng cách nhắm chúng càng chính xác càng tốt. Sáu ngư lôi được bắn ra; bốn trong số chúng bị trượt và một phi công Nhật Bản phát hiện một chiếc và lao máy bay của anh ta vào nó trước khi nó đi tới tàu sân bay. Nhưng ngư lôi cuối cùng đã đi tới đích, đập trúng mạn phải tàu sân bay, làm vỡ hai trong các bể nhiên liệu hàng không của nó. Thoạt đầu, thiệt hại không có vẻ gì nghiêm trọng, nhưng nó tạo ra rất nhiều cột khói. Và một viên sĩ quan kiểm soát thiệt hại thiếu kinh nghiệm đã hạ lệnh bật hệ thống thông gió để thổi sạch các cột khói, song hành động này chỉ khiến khói lan ra thêm, làm tăng nguy cơ cháy nổ. Hàng giờ sau cú đập ngư lôi ban đầu, bắt đầu xảy ra một vài vụ nổ lớn. Rồi chiếc tàu sân bay từ từ chìm xuống nước.

Vài tiếng đồng hồ sau, tàu ngầm USS Cavalla nhìn thấy tàu sân bày Shokaku. Nó bắn sáu ngư lôi, ba quả đập trúng tàu sân bay. Một trong ba quả đập trúng các bể nhiên liệu hàng không phía trước tàu, làm chúng phát nổ. Chẳng mấy chốc lại có thêm những vụ nổ khác, và trong vòng vài phút toàn bộ tàu sân bay bốc lửa, rồi nó nhanh chóng lật nghiêng và trượt bên dưới các con sóng.8

Trận đánh này là một trong những trận đánh cuối cùng đối với hải quân Nhật Bản; họ không bao giờ hồi phục được từ những tổn thất nghiêm trọng này.

Sau Thế chiến II, một tàu ngầm mới và được nâng cấp rất nhiều được đưa vào sử dụng, tàu ngầm hạt nhân. Chúng ta sẽ bàn về nó ở một chương sau.

Vật lí học và chiến tranh
Barry Parker - Bản dịch của TVVL
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 90)
25/05/2020
Đồng hồ tròn năm 1841 Những đồng hồ đầu tiên không có kim phút. Kim phút chỉ trở nên quan trọng cùng với sự phát triển
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 89)
25/05/2020
Định luật Joule về sự tỏa nhiệt do dòng điện 1840 James Prescott Joule (1818-1889)   Các bác sĩ phẫu thuật thường ăn
Câu chuyện phát minh laser: Và thế là có ánh sáng!
22/05/2020
Kỉ niệm 60 năm laser ra đời. Bài của Pauline Rigby trên tạp chí Physics World, số tháng 5/2020. Cuộc đua chế tạo laser đã khởi
Tìm hiểu nhanh về Vật chất (Phần 9-Hết)
21/05/2020
Chương 9 Vật chất tối và năng lượng tối Khi chúng ta nhìn vào không gian sâu thẳm với kính thiên văn của mình, chúng ta nhìn
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 100-Hết)
19/05/2020
Oganesson Việc tạo ra các nguyên tố siêu nặng mới là một bài tập thực hành trong việc theo đuổi bóng ma nguyên tử. Những
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 99)
19/05/2020
Moscovium Món chén Thánh của nghiên cứu nguyên tố siêu nặng là định vị cái gọi là các hòn đảo ổn định. Đây là những
Galileo và bản chất của khoa học vật lí
13/05/2020
3.1 Giới thiệu Có ba câu chuyện được kể lại. Chuyện thứ nhất kể Galileo là một nhà triết học tự nhiên. Không giống
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 50)
12/05/2020
15. NHỮNG CHỈ TRÍCH ĐANG QUY KẾT Năm 2000, một cuộc tranh cãi dữ dội nổ ra trong cộng đồng khoa học. Một trong những người

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com