Yếu tố "thay đổi cuộc chơi" trong công nghệ phát hiện tàu ngầm

• Những hình ảnh thảm khốc về thảm kịch chìm tàu ngầm Kursk cách đây 20 năm
• Thảm kịch trên tàu ngầm hạt nhân Liên Xô cách đây nửa thế kỷ
• Va chạm tàu ngầm hạt nhân Nga – Mỹ

Thay đổi công nghệ có thể làm thay đổi cán cân sức mạnh quân sự và các xu hướng công nghệ song song được thúc đẩy bởi "cuộc cách mạng kỹ thuật số" có thể dần dần khiến việc phát hiện tàu ngầm trở nên dễ dàng hơn. Các khoản đầu tư cũng như một số đột phá nhất định trong khoa học và kỹ thuật có thể trở thành yếu tố thay đổi cuộc chơi trong hoạt động phát hiện tàu ngầm.

Các công nghệ được đề cập dưới đây chủ yếu liên quan đến các năng lực ASW mới do Mỹ phát triển, quốc gia vốn minh bạch hơn về khả năng tàu ngầm tên lửa đạn đạo chạy bằng năng lượng hạt nhân (SSBN) và chiến lược hạt nhân so với các quốc gia khác, nhưng có thể cho rằng các công nghệ tương tự đang được phổ biến trong các lực lượng hải quân khác.

Các nền tảng cảm biến

ASW theo truyền thống dựa vào một số lượng hạn chế các phương tiện có người lái đắt tiền như tàu ngầm tấn công (SSN và SSK), tàu khu trục nhỏ và máy bay tuần tra hàng hải được trang bị nhiều loại cảm biến. 

Ngày nay, hiện có bằng chứng về sự chuyển hướng khỏi mô hình này sang các phương tiện bay không người lái (UAV), các tàu mặt nước không người lái (USV) và các thiết bị tự động dưới nước (UUV) được trang bị các cảm biến tương đương. Các phương tiện này có thể sử dụng nhiều hơn và ngày một trở nên rẻ hơn để phát triển, sản xuất, sửa đổi và triển khai trên quy mô lớn.

Một ví dụ điển hình là USV hạng trung của Hải quân Mỹ, hay gọi tắt là MDUSV. Nguyên mẫu ra mắt vào tháng 4-2016 mang tên "Sea Hunter" (Thợ săn biển) được cho là đã chứng minh khả năng phát hiện và theo dõi SSK tự động từ bề mặt đại dương cách xa 3,2 km, sử dụng kết hợp "công nghệ thủy âm tiên tiến , nhận dạng mẫu và các thuật toán".

Xử lý tín hiệu

ASW dựa vào việc tách các tín hiệu tàu ngầm cực nhỏ khỏi tiếng ồn xung quanh đại dương, chủ yếu bằng cách sử dụng cảm biến âm học chủ động và thụ động và phát hiện dị thường từ tính (MAD). Có vẻ như đây sẽ vẫn là những tín hiệu quan trọng nhất trong tương lai gần. 

Tuy nhiên, phạm vi tín hiệu có thể tăng lên khi độ phân giải của cảm biến, công suất xử lý và khả năng tự chủ của máy đạt đến ngưỡng cần thiết để phân tách các loại tín hiệu nhỏ khác.

Hiện vẫn chưa có bước đột phá nào được tiết lộ công khai, mặc dù một cuộc điều tra độc lập của Tổ chức các nhà khoa học British Pugwash vào năm 2016 đã xác định rằng công nghệ phát hiện ánh sáng và phạm vi (LIDAR); công nghệ phát hiện các hạt phản vật chất; và công nghệ phát hiện thời điểm chuyển trạng thái vệ tinh là các biện pháp đáng được nghiên cứu thêm. 

Công suất xử lý cao hơn cũng có thể cho phép kết hợp cảm biến kỹ thuật số, theo đó các loại tín hiệu khác nhau được tổng hợp và phân tích cùng nhau, và mô phỏng tốt hơn môi trường đại dương, điều sẽ hiển thị các dị thường với độ tương phản cao hơn.

Quan sát liên tục

Việc theo dõi tàu ngầm trên các khu vực đại dương rộng lớn vẫn là một thách thức chính đối với ASW. Các phương tiện có người lái thường có phạm vi hạn chế và trong khi hệ thống thủy âm (SOSUS) thụ động của Hải quân Mỹ vẫn đang hoạt động trong một số bộ phận, nó bị giới hạn về mặt địa lý và yêu cầu hiện đại hóa đáng kể để phát hiện các tàu ngầm không phát ra tiếng động ngày nay. 

Khoảng trống này đã được lấp đầy một phần bởi các mảng cảm biến âm thanh hiện đại như đường dẫn âm thanh cố định, nhưng về mặt tương đối, chúng chỉ bao phủ các khu vực rất nhỏ của đại dương.

Tuy nhiên, các mạng viễn thám phân tán, trong đó liên kết các nền tảng cảm biến có người lái và không người lái có thể tương tác với nhau trong một hệ thống lớn hơn, có thể được sử dụng để mở rộng quy mô quan sát liên tục trên các khu vực rộng lớn hơn. 

Các mạng lưới đang được phát triển bao gồm chương trình săn tìm tàu ngầm nhanh phân tán của Cơ quan Dự án Nghiên cứu Quốc phòng Mỹ (DARPA), vốn đang phát triển "một số lượng lớn các nền tảng cảm biến cộng tác có thể mở rộng để phát hiện và theo dõi tàu ngầm trên các khu vực rộng lớn" và Mạng giám sát liên tục dưới biển (PLUSNet), nhằm mục đích tạo ra "một mạng lưới được điều khiển bán tự động gồm các cảm biến di động và cố định, có khả năng được gắn trên [nền tảng không người lái] thông minh" ở các vùng ven biển.

Độ phân giải cảm biến

Cảm biến âm thanh trong thời bình chủ yếu dựa vào thủy âm thụ động, vì việc sử dụng thủy âm chủ động đối với tàu ngầm đối phương có nguy cơ gây phản ứng thù địch và phá vỡ hệ động vật đại dương. Các kỹ thuật gần đây đang được phát triển tại Phòng thí nghiệm Viễn thám dưới biển của Viện Công nghệ Massachusetts sử dụng các đặc điểm cụ thể của đại dương làm ống dẫn sóng âm để lan truyền tầm xa hiệu quả, mang lại tiềm năng cho phạm vi lớn hơn đáng kể để phát hiện và phân loại tàu ngầm trong các điều kiện nhất định.

Trong khi các máy đo từ MAD ngày nay có thể phát hiện vỏ tàu ngầm bằng sắt từ ở phạm vi tối đa vài trăm mét thì việc sử dụng các máy đo từ nhạy hơn với phạm vi cường độ cao hơn, được gọi là thiết bị giao thoa lượng tử siêu dẫn, hoặc SQUID, lại bị hạn chế bởi độ nhạy của chúng với tiếng ồn xung quanh và nhu cầu siêu làm mát của chúng. 

Tuy nhiên, vào tháng 6/2017, một thông báo của Viện Khoa học Trung Quốc, sau đó đã bị gỡ xuống, tuyên bố rằng một nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã sản xuất một "mảng phát hiện dị thường từ tính siêu dẫn", mà các chuyên gia kỹ thuật chỉ ra rằng có thể ứng dụng trong ASW và có thể đóng góp vào chiến lược rộng lớn hơn để tạo ra một "Bức tường thành dưới nước" để giám sát giao thông ở Biển Đông.

Tốc độ truyền dữ liệu

Thông tin liên lạc dưới biển thường khó khăn hơn trên bề mặt, vì sóng vô tuyến bị nước hấp thụ rất nhiều. Để giải quyết vấn đề này, chương trình Hệ thống định vị để điều hướng dưới đáy biển sâu (POSYDON) của DARPA sẽ chuyển tiếp dữ liệu giữa các UUV thông qua các tin nhắn âm tần số thấp tới USV và từ các USV đến các vệ tinh qua sóng radio.

Sự ra đời của các nền tảng tự hành được gắn với các cảm biến được hợp nhất trong các hệ thống sẽ cho phép giám sát đại dương ở quy mô rộng hơn. Những công nghệ này có thể trở thành yếu tố thay đổi cuộc chơi trong ASW. Tuy nhiên, do lịch sử khoa học và công nghệ có nhiều trở ngại không lường trước và những đột phá khó nắm bắt, và vì nhiều công nghệ này vẫn đang được phân loại, nên rất khó để đưa ra khung thời gian cụ thể cho các yếu tố thay đổi cuộc chơi trong ASW.