Với thiết kế kín hoàn toàn, tàu ngầm hạt nhân có thể hoạt động dưới nước trong nhiều tháng liên tiếp, lặng lẽ tiếp cận phía sau hoặc bên dưới tàu đối phương để do thám hay tung đòn tấn công bằng ngư lôi.
Đây là lợi thế chiến lược rất lớn, bởi việc nổi lên để tiếp nhiên liệu hoặc tiếp tế luôn tiềm ẩn nguy cơ bị phát hiện.
Tất nhiên, khi tàu ngầm ngày càng nguy hiểm, các biện pháp đối phó cũng liên tục được phát triển, nổi bật nhất là sonar chủ động và sonar thụ động (hệ thống định vị và phát hiện vật thể dưới nước bằng sóng âm).
Tuy vậy, tàu ngầm hiện đại cũng được thiết kế để né tránh cả hai hệ thống này, từ việc sử dụng vật liệu hấp thụ âm, thiết bị gây nhiễu đến kỹ thuật điều khiển tận dụng hiện tượng bẻ cong âm thanh trong nước biển.
Ngày nay, tàu ngầm dù không phải hoàn toàn “vô hình” trước sonar chủ động, nhưng việc phát hiện chúng khó hơn rất nhiều. Muốn nhận ra tín hiệu phản hồi yếu ớt đó, lực lượng sonar phải có người nghe được huấn luyện chuyên sâu và trực chiến liên tục.
Không chỉ vậy, tàu ngầm còn được tối ưu để giảm thiểu tối đa tiếng ồn phát ra. Toàn bộ kíp tàu cũng được huấn luyện vận hành cực kỳ cẩn trọng nhằm tránh bị sonar thụ động bắt tín hiệu. Khả năng gần như “biến mất” khỏi tầm nhìn và hệ thống dò âm nghe có vẻ siêu nhiên, nhưng thực tế lại dựa trên những nguyên lý vật lý rất rõ ràng.
Hình dáng thân tàu khiến sonar chủ động khó phát hiện
Trong chiến tranh hải quân, sonar là công cụ quan trọng bậc nhất để tìm kiếm mục tiêu dưới biển. Khác với radar dùng cho mục tiêu trên không hoặc mặt đất, sonar hoạt động bằng cách phát xung âm xuống lòng đại dương và ghi nhận tiếng dội ngược trở lại.
Nếu một tàu ngầm phản xạ mạnh xung âm này, vị trí của nó sẽ bị lộ ngay lập tức. Đây chính là lý do hình dáng thân tàu đóng vai trò cực kỳ quan trọng.
Để tín hiệu được ghi nhận rõ ràng, sóng âm phải phản xạ ngược trực tiếp về phía nguồn phát. Nếu sóng bị lệch hướng hoặc tán xạ sang hướng khác, tín hiệu thu được sẽ rất yếu.
Vì thế, tàu ngầm thường có thân hình tròn, thuôn dài và bề mặt cong mượt. Thiết kế này khiến xung sonar khó phản hồi trực diện, thay vào đó bị tán xạ ra nhiều hướng khác nhau.
Một số tàu ngầm còn được phủ lớp cao su đặc biệt bên ngoài thân tàu. Lớp vật liệu này vừa hấp thụ sóng âm, vừa làm suy giảm tín hiệu phản hồi. Kết quả là bên phát sonar chỉ nhận được tiếng vọng rất mờ, buộc phải tiếp tục quét nhiều lần, tạo thêm thời gian cho tàu ngầm rút khỏi khu vực.
Giảm tiếng ồn để né sonar thụ động
Nếu sonar chủ động là “phát tiếng để tìm”, thì sonar thụ động lại đơn giản là “lắng nghe”.
Hệ thống này không phát xung âm mà chỉ thu các tiếng động trong môi trường nước biển. Vì vậy, dù tàu ngầm có né tốt sonar chủ động, chỉ cần phát ra tiếng ồn đủ lớn, nó vẫn có thể bị phát hiện.
Nguồn tiếng ồn lớn nhất trên tàu ngầm thường đến từ hệ thống đẩy, đặc biệt là chân vịt. Đây là “dấu vân tay âm thanh” rất dễ bị đối phương nhận ra.
Để giảm nguy cơ này, chân vịt tàu ngầm được thiết kế với hình dạng đặc biệt nhằm hạn chế hiện tượng tạo bọt khí, vốn là nguyên nhân gây tiếng ồn lớn. Các động cơ, turbine và máy móc bên trong cũng được gắn trên hệ thống giảm chấn để hạn chế rung động truyền ra thân tàu.
Về chiến thuật, khi cần nhanh chóng thoát khỏi tầm nghe của đối phương, tàu ngầm có thể lặn xuống những lớp nước có nhiệt độ khác biệt rõ rệt.
Âm thanh dưới biển không truyền theo đường thẳng tuyệt đối mà bị bẻ cong bởi sự thay đổi của nhiệt độ, áp suất và độ mặn. Nhờ tận dụng các lớp nước nóng lạnh khác nhau, tàu ngầm có thể ẩn mình trong những “vùng bóng âm”, nơi tiếng động phát ra bị bẻ cong và không tới được hệ thống nghe của đối phương.
Chính sự kết hợp giữa thiết kế vật lý, vật liệu đặc biệt và chiến thuật khai thác môi trường biển đã tạo nên khả năng tàng hình đáng sợ của tàu ngầm hiện đại.
Trong tương lai, các tàu ngầm không người lái và tàu tự hành thế hệ mới, nếu được ứng dụng những nguyên lý tương tự, có thể tạo ra bước thay đổi lớn trong chiến tranh hải quân.