Dự án “đoàn tàu biển” không người lái đầy tham vọng của Mỹ

Mặc dù các tàu không người lái mặt nước nhỏ và linh hoạt hữu ích hơn với các nhiệm vụ liên quan đến giám sát, hậu cần, chiến tranh điện tử, phá hoại và các hoạt động tấn công so với những chiếc tàu có người lái cỡ lớn, chúng bị hạn chế bởi khả năng chịu sóng và do hình dạng, kích thước, không thể mang theo đủ nhiên liệu để thực hiện các hành trình tầm xa mà không phải tiếp nhiên liệu.

Mô phỏng Sea Train; Nguồn: c4isrnet.com

Môi trường an ninh hiện tại đang thúc đẩy Hải quân và Thủy quân Lục chiến Mỹ chuyển từ một số lượng nhỏ các tàu lớn có người lái sang cấu trúc hạm đội phân tán với số lượng lớn các tàu có kích thước nhỏ hơn, bao gồm các tàu mặt nước không người lái (Unmanned Surface Vessels - USV) có thể đảm trách việc trinh sát, tham gia chiến tranh điện tử và các chiến dịch tấn công.

Giới chức Hải quân đang có kế hoạch mua một loạt USV, từ cỡ trung bình (MUSV - dài 12-50m) đến các tàu lớn (dài 60-90m). Trong khi tàu nhỏ khó bị phát hiện, tàu cỡ trung bình cũng ít có khả năng thực hiện một hành trình hàng ngàn dặm đến các điểm nóng như Biển Đông và Biển Baltic do kích thước tàu hạn chế lượng nhiên liệu mỗi chiếc có thể mang theo.

Cục Quản lý các Dự án Quốc phòng Tiên tiến (Defense Advanced Research Projects Agency - DARPA) đưa ra ý tưởng “đoàn tàu biển” (Sea Train) - phát triển những con tàu không người lái nhỏ có thể cùng nhau tạo thành một đoàn tàu có khả năng tự di chuyển hàng ngàn dặm mà không cần tiếp nhiên liệu - xuất phát điểm của cái tên “Sea Train”. Trong trường hợp khủng hoảng, Hải quân có thể phái một nhóm USV từ đảo Guam ở Thái Bình Dương hoặc Rota ở Đại Tây Dương đến vùng chiến sự.

Theo ý tưởng, các MUSV gặp gỡ nhau trên biển, kết nối thành đoàn tàu cùng nhau di chuyển đường dài đến khu vực hoạt động. Tại đây, chúng ngắt kết nối, tách nhau ra, mỗi tàu hoạt động độc lập - thực thi nhiệm vụ riêng của mình, chẳng hạn như thu thập dữ liệu bằng nhiều cảm biến trên tàu... Sau khi các nhiệm vụ hoàn tất, chúng lại tập hợp, tạo thành một đoàn tàu và hành trình trở về cảng nhà.

Việc kết nối các tàu đơn lẻ về mặt vật lý hoặc trong đội hình Sea Train có thể giảm lực cản sóng và cho phép thực hiện các nhiệm vụ tầm xa; tạo khả năng phản ứng nhanh, năng động hơn trong việc thực hiện các nhiệm vụ quan sát, hậu cần, chiến tranh điện tử, phá hoại và các nhiệm vụ tấn công, đồng thời tăng cường độ bao phủ không gian địa lý của các hoạt động hàng hải.

Hiện tại, các tàu mặt nước không người lái cỡ trung có tầm hoạt động hạn chế do các nền tảng nhỏ của chúng không có khả năng chịu sóng, gió. Tiếp nhiên liệu trên biển bằng tàu hay máy bay hoặc tăng kích thước của MUSV - giải pháp tiềm năng để giải quyết các vấn đề - đều làm tăng các yếu điểm của MUSV trước đối thủ. Giải pháp DARPA cải thiện khả năng hoạt động tầm xa của Hải quân và Thủy quân Lục chiến bằng cách tạo ra các đoàn “tàu biển”, gồm bốn hoặc nhiều tàu được kết nối vật lý, hoặc đi theo đội hình phối hợp một chặng đường khoảng 7.480 dặm.

Sau đó, mỗi tàu tiến hành các công việc độc lập, trong điều kiện đa dạng tình trạng biển, khoảng 1.150 dặm. Các tàu này sau đó sẽ được kết nối lại, hành trình 7.500 dặm về căn cứ mà không cần sự can thiệp của con người. Hải quân Mỹ từng thử nghiệm thành công kết nối bốn MUSV không có thủy thủ đoàn xuất phát từ các cảng dọc bờ biển Mỹ thành một đoàn tàu cách bờ biển khoảng 15 hải lý.

Một chiếc tàu mặt nước không người lái cỡ trung của Hải quân Mỹ; Nguồn: militaryaerospace.com

Dự án Sea Train của DARPA gồm hai giai đoạn, kéo dài 36 tháng. Giai đoạn một sẽ bao gồm thiết kế trường phái, phân tích, mô phỏng và thử nghiệm mô hình tỷ lệ. Các nhà nghiên cứu sẽ phát triển một thiết kế khái niệm về một hệ thống tích hợp bao gồm hình dáng thân tàu, đầu nối, lực đẩy và các phương pháp kết nối MUSV, hệ thống động cơ tích hợp - cũng như hệ thống điều khiển cân đối với kế hoạch nhiệm vụ, điều kiện môi trường, vị trí và vận tốc tàu.

Giai đoạn hai bao gồm các bản cập nhật và thử nghiệm bổ sung - dự kiến sẽ tạo ra một kiến trúc điều khiển tự động, tiêu chuẩn mở, có thể giám sát các điều kiện môi trường giữa đại dương, các giải pháp điều chỉnh và điều khiển để tối đa hóa hiệu quả tàu và khả năng sống sót trên biển.

Kiến trúc điều khiển tự động tiêu chuẩn mở phải hỗ trợ xử lý theo thời gian thực, điều chỉnh hiệu suất của Sea Train trong các nhiệm vụ khác nhau và sự thay đổi điều kiện môi trường, tối ưu hóa tuyến đường, xác định khoảng cách và hướng của các tàu cũng như tải trọng cấu trúc…

Các tính năng tự trị bao gồm khả năng kết nối và ngắt kết nối MUSV trong các điều kiện hoạt động và môi trường phức tạp, điều chỉnh để tránh va chạm. Các thuật toán có thể chia sẻ dữ liệu về lực đẩy, mức tiêu thụ nhiên liệu hoặc công suất các USV trong Sea Train đảm bảo mỗi tàu có công suất nhiên liệu tối đa cho các hoạt động độc lập.

Sea Train phải có khả năng hoạt động trong Trạng thái Biển (Sea State) 5: sóng bạc đầu vừa phải và chiều cao sóng 2m, tốc độ gió từ 17 đến 21 hải lý/giờ; phát triển các hệ thống kết nối hoặc ngắt kết nối và chạy trong môi trường thông tin liên lạc và GPS bị nhiễu không có sự can thiệp của con người.

Chiếc tàu không người lái Sea Hunter này đã hoàn thành hành trình tự điều khiển từ San Diego đến Hawaii và trở về; Nguồn: nextgov.com

DARPA không khuyến khích sử dụng các công nghệ giảm lực kéo, chẳng hạn như bơm polymer; tạo năng lượng, thu hoặc lưu trữ năng lượng; các hệ thống không sử dụng nhiên liệu diesel hàng hải; cần sự can thiệp của con người trong quá trình kết nối và ngắt kết nối; năng lượng và lực đẩy hạt nhân; và các hệ thống thử nghiệm sử dụng động vật sống.

Dự án Sea Train tìm cách thiết kế một thân tàu giúp giảm tối đa lực cản; kiểm soát các bề mặt để cơ động và bảo vệ biển; cách để kết nối với một số tàu không người lái cỡ trung bình; và lực đẩy thấp.

Hệ điều khiển của Sea Train cần có các máy tính nối mạng thời gian thực có thể chia sẻ thông tin giữa các tàu - đặc biệt là bằng cách liên kết dự báo thời tiết với quy hoạch đường đi và bảo vệ biển; cách theo dõi hoạt động của tàu. Cảm biến tàu biển phải bao gồm các kỹ thuật nhận biết điều kiện biển để lập kế hoạch đường đi và tối ưu hóa tuyến đường, xác định khoảng cách và điều hướng tàu, xác định tải trọng kết cấu; xử lý việc tự điều khiển của tàu; và các thuật toán điều khiển động cơ đẩy và tiêu thụ nhiên liệu.

Mục tiêu của dự án Sea Train là phát triển và thể hiện khả năng triển khai tầm xa một đội tàu không người lái chiến thuật cỡ trung, tập trung vào các giải pháp cho phép vận chuyển xuyên đại dương và thực hiện các chiến dịch hải quân tầm xa mở rộng, bằng cách tận dụng một số lợi thế có thể có được của hệ thống các tàu được kết nối. Nếu thành công, Sea Train có thể được triển khai trên các tàu không người lái Hải quân Mỹ trong thập kỷ này./.