Mơ
khách đường xa khách đường xa
Áo em trắng quá nhìn không ra
Ở đây sương khói mờ nhân ảnh
Ai biết tình ai có đậm đà
(Đây thôn Vỹ Dạ, Hàn Mặc Tử)
Lúc nhỏ tôi có cái thói quen xấu là thường bỏ bê
việc nhà len lén trèo lên gác trốn vào một góc
mải mê đọc truyện Tàu quên ăn quên ngủ. Những bộ
truyện Tàu nầy đa số được dịch giả Tô Chẩn
chuyển ngữ và do Tín Đức Thư Xã tại Sài Gòn xuất
bản đã có một thời là những truyện tiêu khiển
rất phổ biến từ thành thị đến thôn quê và được
mọi lứa tuổi từ các ông bà cụ đến học trò tiểu
học yêu thích. Trong những bộ truyện nầy phải
nói "Tây Du Ký" của Ngô Thừa Ân viết cách đây
hơn bốn trăm năm là một bộ truyện hùng tráng đầy
kịch tính đã từng làm say mê những hằng triệu
độc giả qua nhiều thế hệ. Sự hấp dẫn của bộ
truyện cũng phải kể đến công lao của ông dịch
giả có một lối hành văn ngồ ngộ vừa xưa vừa nay
rất ư là "truyện Tàu". Tác giả đã khéo tạo ra
chú khỉ Tôn Ngộ Không với bảy mươi hai phép thần
thông biến hoá sinh ra từ một cục đá được thụ
khí âm dương ngàn năm tại Hoa Quả Sơn,
Thủy Liêm Động. Họ
Tôn đã từng đại náo Thiên Cung, Long Cung, Diêm
Cung thách thức Ngọc Hoàng lại ăn trộm đào tiên
để được sống ngàn năm. Tôn Ngộ Không có thể đằng
vân bay thám thính từ nơi nầy sang nơi khác,
nhìn xa hằng trăm dặm. Một trong những phép thần
thông làm kích thích sự tưởng tượng của các độc
giả nhí là họ Tôn tàng hình hay biến thành con
ruồi con muỗi hoặc một Tôn Ngộ Không tí hon chui
vào cơ thể của kẻ địch để nghe ngóng "quậy quọ".
Họ Tôn còn có thể giựt ra một chùm lông thổi phù
một cái biến thành hằng chục chú khỉ cũng áo
quần tươm tất cũng thiết bảng đàng hoàng giả
làm Tôn Ngộ Không lô
nhô lúc nhúc dàn trận đánh biển người.
Kẻ địch đâm ra bối rối
thất thần dáo
dác như bị đưa vào mê hồn trận đánh đấm loạn xị
không biết chân giả là ai. Hồi nhỏ tôi thích cái
đoạn nầy lắm.
Chúng ta không cần phải đợi đến tiểu thuyết của
Jules Verne (1828-1905) để so sánh khoa học giả tưởng
và khoa học hiện thực. Những phép thần thông
biến hoá của Tề Thiên Đại Thánh đã từng làm cho
"lão Tôn" xem trời bằng vung tưởng như chỉ là
những câu chuyện thần kỳ trong ký ức ấu thơ thì
bây giờ đã và đang trở thành những thực tế khoa
học có tầm áp dụng trong công nghệ dân sự lẫn
quốc phòng. Những con ruồi con muỗi hay một Tôn
Ngộ Không tí hon theo thuật ngữ khoa học ngày
nay là những bộ cảm nhận (sensors) mà những nhà
khoa học ngày càng làm thu nhỏ lại
(miniaturization) thành những trang cụ (devices)
có tên là MEMS (micro-electromechanical systems:
hệ thống cơ điện vi mô) có kích thước trong phạm
vi micromet (µm = 10 -3 milimet =
một phần ngàn milimet; đường kính sợi tóc có
kích thước một phần mười milimet). Người ta gắn
MEMS vào những con robot nhỏ làm cho nó biết đi
biết bay biết cảm nhận và truyền thông tin trong
những công tác do thám hay phá rối rồi tự huỷ
diệt sau khi hoàn thành sứ mệnh. Trong bài
nầy, tôi không đề cập đến MEMS vì tính chất phức
tạp và bao quát của nó nhưng có dịp sẽ trở lại
trong một bài viết tương lai.
Trong thời Xuân Thu 2500 năm trước, nhà chiến
lược Tôn Tử từng nói "Việc binh là việc giả dối"
(Binh giả, ngụy đạo dã). Những chùm
lông mà lão Tôn thổi ra hằng chục Tôn Ngộ Không
giả làm choá mắt kẻ địch là vật nghi trang
(decoy) thường được sử dụng trên chiến trường. Ở
những cuộc giao tranh trên biển hay trên không
người ta thường bắn ra những đám bụi kim loại
(chaff) bay lơ lửng giữa không trung làm vật
nghi trang khiến cho hoả tiễn địch tưởng lầm mục
tiêu mà đâm sầm vào. "Tàng hình" (stealth) cũng
có tác dụng "giả dối" như vật nghi trang. Nhà ảo
thuật điển trai David Copperfield đã từng làm
khán giả vừa thán phục vừa ngơ ngác khi ông
ta làm tàng hình nguyên một toa xe lửa hay cả
bức tượng nữ thần Tự Do của thành phố New York
hay ông ta tự tàng hình từ bức tường bên nầy rồi
xuất hiện sang bức tường bên kia của Vạn Lý
Trường Thành. Cái mờ mờ ảo ảo bí mật nhà nghề
của các ông xiếc ảo thuật thường cho người xem
một ấn tượng kỳ bí khó hiểu. Kỹ thuật tàng hình
"chân chính" được áp dụng trong quân sự cũng
được bảo mật tuyệt đối và ít khi được công bố
trên báo chí. Tuy nhiên, khác với việc tàng hình
của David Copperfield khái niệm gọi là "tàng
hình" được áp dụng trong máy bay "tàng hình" là
một hiện tượng mà ta có thể thoải mái "bật mí"
dưới ánh sáng của vật lý học.
Người ta thường bảo "Rõ như ban ngày" thể hiện
sự cảm nhận rõ ràng của thị giác nhờ vào sự phản
hồi (reflection) của ánh sáng từ vật thể đó vào
mắt ta. Khi không còn sự phản hồi của ánh sáng
như lúc về đêm thì sự cảm nhận của thị giác sẽ
không còn hiệu quả đưa đến kết quả là ta sẽ
không nhìn thấy vật thể đó hay ta sẽ "trông gà
hoá cuốc". Nói ngược lại, nếu ta đi đêm trong
bóng tối mà không muốn bị người khác phát hiện
thì ta dùng kỹ xảo "đạo chích" mặc áo đen. Nếu
ta lẫn vào bụi cây thì phải bôi mặt và ăn mặc
rằn ri. Như vậy, trước mắt người xung quanh ta
đã tàng hình nhưng ta vẫn hiện hữu không biến
mất như
nhiều người thường lầm tưởng.
Radar là một "thiên lý nhãn" dùng để "nhìn" sự
di động của vật thể từ xa. Kể từ lúc radar được
khám phá ở thập niên 30, radar đóng một vai trò
quan trọng trong ngành hàng không và hàng hải,
trong dân sự lẫn quốc phòng. Radar là một phần
của phổ sóng điện từ có tần số của sóng radio
trải dài đến sóng vi ba (microwave) và sóng
milimet. Để định vị trí của một vật thể ở khoảng
cách hằng trăm hoặc hằng ngàn cây số, ta phát
sóng radar về hướng của vật đó. Ta "nhìn" được
là nhờ sự phản hồi của radar từ vật thể đó mà ta
bắt được nhờ máy thu (receiver) radar. Để làm
vật thể "tàng hình", ta sẽ phủ lên vật thể nầy
một lớp "sơn" có khả năng hấp thụ (absorption)
radar ngăn chận sự phản hồi thì máy thu sẽ không
nhận được hoặc nhận rất ít những làn sóng radar.
Trên màn hình của chiếc máy thu ta sẽ không còn
nhìn thấy vật thể hoặc chỉ thấy vật thể bị thu
nhỏ rất khó phân biệt. Vật thể đã bị
"tàng hình". Trên cái nguyên lý đơn giản nầy,
"tàng hình" chẳng qua một hình thức ngụy trang
(camouflage) bằng cách lợi dụng sự hấp thụ
sóng radar cho đối phương một ảo giác. Có lẽ,
điểm chung giữa tàng hình của David Copperfield
và tàng hình quân sự là cùng tạo một ảo giác làm
cho đối phương mờ mịt hoang mang.
Sự ra đời của
những chiếc hỏa tiễn "lùng và diệt" có trang bị
radar khiến
cho các nhà khoa học quốc phòng chuyên tâm vào
công tác nghiên cứu chống radar của phe địch.
Khi ta có một tuyệt chiêu thì đối phương sẽ có
một tuyệt chiêu cao hơn (countermeasure) để
chống lại, ta lại sẽ có một tuyệt chiêu cao hơn
nữa (counter-countermeasure) nếu muốn sống còn.
Một trong những tuyệt chiêu chống hỏa
tiễn có trang bị radar là
thiết kế và chế tạo những vật liệu có khả năng
hấp thụ radar để ngăn chận sự phản hồi. Lịch sử
nghiên cứu của vật liệu có khả năng hấp thụ
radar cũng có những quá trình dài tương đương
với quá trình phát triển radar. Từ phương trình
sóng điện từ Maxwell người ta có thể tính được
độ phản hồi và hấp thụ radar của một vật liệu.
Nếu là kim loại, radar sẽ không bị hấp thụ và bị
phản hồi 100 %. Sự hấp thụ radar nhiều hay ít
tuỳ vào điện tính và từ tính của vật liệu đó. Từ
những tính toán nầy người ta thấy bột than
(carbon powder), than chì (graphite) hay sợi
carbon (carbon fibres) với một độ dẫn điện ở
mức trung bình có
thể trộn với sơn, polymer/plastic hoặc cao su để
tạo vật liệu hấp thụ radar. Sơn có thể dùng để
phủ lên những chiến đấu cơ. Những tấm cao su có
thể dùng để che những nơi trọng yếu của tàu
chiến. Ferrite là một loại bột oxyd sắt mang từ
tính có thể hút radar trong vùng vi ba như
carbon nhưng hữu hiệu hơn. Tiếc thay, ferrite
có tỷ trọng nặng tương đương với sắt và dễ bị rỉ
sét nên không thể sử dụng cho máy bay và ở trong
môi trường ẩm và nóng. Với độ dầy vào khoảng vài
mm những vật liệu nầy có thể hấp thụ radar trên
90 % và phản hồi 10 % ở một tần số radar nhất
định. Trên màn hình radar, vật thể bị thu nhỏ
lại. Nếu độ hấp thụ là 99 % thì vật thể to như
chiếc máy bay sẽ "tàng hình" thành một vật có
kích thước như con chim nhỏ trên màn hình. Nếu
độ hấp thụ đạt đến con số lý tưởng 100 % (0 %
phản hồi) thì vật thể hoàn toàn biến mất trên
màn hình. Như vậy, nếu ta biết tần số radar của
địch thì ta có thể tạo ra một vật liệu hút ở tần
số đó. Thông thường tần số radar quân sự là cơ
mật quốc phòng, tìm ra tần số của đối phương có
lẽ thuộc về phạm vi hoạt động của James Bond
007! Để khắc phục khó khăn nầy, nhiệm vụ của các
nhà khoa học là phải làm sao tạo ra một vật liệu
vừa nhẹ vừa mỏng vừa có thể hút radar trên một
băng tần dải rộng (broadband) và lại có thể sử
dụng lâu dài mà không bị lão hoá. Đây là một vấn
đề nghiên cứu đầy thử thách trong ngành vật liệu
hiện tại.
Gần 8 năm trước, người viết và các đồng nghiệp
phát hiện ra polymer (plastic) dẫn điện
(electrically conducting polymers) cũng có tác
dụng hấp thụ radar
[1-2]. Khác với carbon với một độ dẫn
điện nhất định, độ dẫn điện của polymer dẫn điện
có thể được điều chỉnh tại chỗ lúc cao lúc thấp
cho một khả năng chế tạo vật liệu hấp thụ radar
"thông minh". Lúc ở thời bình, ta biến nó thành
một vật liệu "ngu si" phản hồi radar; ở thời
chiến nó trở thành "thông minh" hấp thụ radar.
Chiến
đấu cơ F-117A
Vào
một ngày của tháng 12 năm 1989, sáu chiếc máy
bay "tàng hình" Nighthawk F-117A của không lực
Mỹ lần đầu tiên thực hiện phi vụ không kích vào
những mục tiêu mềm nhằm mục đích uy hiếp chính
quyền chống Mỹ tại Panama. Sáu chiếc máy bay đều
lọt lưới trời radar của quân đội Panama, lặng lẽ
bay vào không phận Panama không ai hay biết.
Trên phương diện tác chiến tàng hình, phi vụ nầy
được đánh giá là thành công mỹ mãn, mặc dù các
phi công ưu tú của không lực Mỹ trong lúc tranh
tối tranh sáng đã oanh tạc nhầm mục tiêu! Máy
bay "tàng hình" B-2 và Nighthawk F-117A là những
thành quả rực rỡ của những công trình nghiên cứu
"mờ mờ ảo ảo" mà theo Tôn Tử thì đây là phương
tiện "giả dối" dùng để trấn áp đối phương. Thừa
thắng xông lên, không lực Mỹ liên tiếp triển
khai B-2 và F-117A trên các chiến trường tại
vùng Vịnh (1991) tại Yugoslavia (1999) và gần
đây tại Iraq. Khác với máy bay bình thường
được chế tạo từ nhôm, phần lớn cấu trúc của oanh
tạc cơ chiến lược B-2 và chiến đấu cơ chiến lược
F-117A được chế tạo từ hợp chất composite gồm
polymer (plastic) và sợi carbon (carbon fibres).
Nghe đâu chất muối kiềm Schiff (Schiff base
salts) - một khám phá của Đại Học
Canergie-Mellon (Mỹ) - cũng được hoà tan vào
composite [3]. Muối
kiềm Schiff có thể hấp thụ radar trên một băng
tần dải rộng. Tuy nhiên, thiết kế của máy
bay tàng hình không phải chỉ dừng ở việc chọn
lựa vật liệu cấu trúc. Sự phản hồi của radar có
thể làm giảm thiểu bằng cách thiết kế hình dạng
của chiếc máy bay để phân tán (scattering) sóng
radar của phe địch. Radar phản hồi rất mạnh
trên những vật thể có góc vuông hay góc nhọn,
nhưng nếu vật thể có hình dạng tròn hay góc
tù thì radar sẽ bị phân tán khắp nơi. Thiết kế
nầy là những hình dạng ta thấy ở B-2 và F-117A.
Đó là những thiết kế tối ưu (optimization) để
cân bằng hai hiệu ứng đối chọi là "tàng hình" và
khí động lực học (aerodynamics) nâng cao tốc độ
của một phản lực cơ. Bởi vì nếu "tàng hình" được
nhưng chỉ bay "rề rề" thì cao xạ địch cũng có
thể "vớt" như chơi.... Sự phối hợp của vật liệu
hấp thụ radar và hình dạng có khả năng phân tán
radar đã thu nhỏ oanh tạc cơ B-2 và chiến đấu cơ
F-117A vào cỡ một con chim trên màn hình radar.
Radar bị phản hồi từ máy bay ít hơn 1 %.
Độ
lớn hiện trên màn hình radar được gọi là "tiết
diện radar" (radar cross section). Nếu không có
lớp phủ hút radar, tiết diện radar của một vật
thể tỉ lệ thuận với kích thước vật thể đó. Một
thí dụ là pháo đài bay B-52 không có lớp phủ hút
và thiết kế phân tán radar nên tiết diện radar
là 100 m2 rất lớn so với tiết diện
radar của B-2 là 0.1 m2.
Tương tự,
Mig-21 và F-117A cùng kích thước nhưng tiết diện
radar của Mig-21 là 4 m2 và của
F-117A là 0.025 m2 [4] .
Oanh tạc cơ B-2
Các loại tàu chiến như hộ tống hạm, khu trục hạm
cũng được phủ những lớp sơn hút radar và bề mặt
tàu cũng được thiết kế với những góc cạnh để làm
phân tán radar.
Tàu chiến tàng hình
Visby (Thụy Điển)
[5]
Cái hoạt cảnh "đi đêm mặc áo đen, chui vào bụi
mặc áo rằn" nghe như một việc làm mờ ám, đi
ngang về tắt nhưng lại là những việc suy nghĩ vô
cùng nghiêm túc của các chiến lược gia về "tàng
hình học" lưu tâm đặc biệt cho tàu chiến và
chiến đấu cơ tương lai. Hiệu ứng "con cắc kè
hoa" (chameleon effect) của một lớp sơn polymer
dẫn điện được nhóm của giáo sư John Reynolds
(Đại Học Florida, Mỹ) nghiên cứu gần 10 năm qua
[6]. Lớp phủ nầy có đặc tính đổi màu tuỳ theo
điện thế được áp đặt vào vật liệu đó
(electrochromism). Một chiếc tàu màu xám có thể
biến thành màu xanh của biển. Một chiếc máy bay
có thể biến thành màu thiên thanh da trời. Chúng ta có
thể dự phóng trong vòng vài thập niên tới là một
lớp sơn của polymer dẫn điện sẽ được phủ lên
tàu chiến hoặc chiến đấu cơ mang hai cơ năng
tàng hình: hấp thụ radar tầm xa của địch và khi
đến gần địch đổi màu cho phù hợp với màu của môi
trường xung quanh làm nhoà thị giác của đối
phương. Tơ sợi cũng có thể "nhuộm" với các loại
polymer dẫn điện để dệt một thành loại vải
"thông minh" cho quân phục với tác dụng tàng
hình giống như sơn. Khả năng nầy nghe như là một
câu chuyện giả tưởng mông lung nhưng
ở thời điểm hiện tại những khúc mắc khoa học để
thực hiện được các hiệu quả nầy đang lần lần
được giải mã [7]. Theo sự suy luận của người
viết, sự xuất hiện của ống nano carbon (carbon
nanotubes) có thể là một vật liệu thú vị cho kỹ
thuật tàng hình nhất là khi kết hợp với polymer
dẫn điện tạo ra composite. Hiện nay, vì giá thị
trường của ống nano carbon rất cao ($100 -
500 USD/gram) nên vẫn chưa phải là một vật liệu
thông dụng trong lĩnh vực nầy.
Kỹ
thuật tàng hình cho đến ngày hôm nay vẫn chưa
phải toàn bích, vì ta càng cố gắng tránh ánh mắt
của địch thì địch càng dùng nhiều cách để soi
mói ta. Chiếc Nighthawk F-117A bị bắn rơi trên
chiến trường Yugoslavia (1999) chứng tỏ những
sản phẩm công nghệ cao quốc phòng mà chính phủ
Mỹ đã phải đầu tư hằng trăm tỷ Mỹ kim không phải
là những sản phẩm vô địch. Hiện nay, B-2 và
F-117A có thể bay lả lướt trong làn sóng radar
vi ba (tần số Giga Herzt, độ dài sóng cm) mà
không bị phát hiện. Nhưng ngoài phạm vi của sóng
vi ba chẳng hạn như radar của sóng radio HF (tần
số 5 - 28 Mega Herzt, độ dài sóng 11 - 60 m)
hoặc sóng milimet (tần số 40 - 300 Giga Herzt)
là những dải sóng có thể truy lùng được hai loại
máy bay nầy [8].
Ngoài ra, nhiệt phát ra từ các buồng máy hoặc từ
đầu, rìa cánh và đuôi máy bay do sự ma xát với
không khí sẽ tạo ra bức xạ hồng ngoại
(infrared). Bức xạ nầy được phát hiện dễ dàng
bởi những thiết bị cảm ứng hồng ngoại (infrared
sensor). Công ty Lockheed Martin chế ra loại sơn
chứa sulphide kẽm (ZnS) nhằm giảm thiểu độ phát xạ
hồng ngoại bằng cách di chuyển bức xạ nầy đến độ
dài sóng có thể được hấp thụ bởi không khí xung
quanh [9]. Ngoài sulphide kẽm những lớp phủ giảm
bức xạ hồng ngoại bằng những vật liệu khác vẫn
còn tiếp tục được nghiên cứu để nâng cao hiệu
quả nầy đến mức tối đa.
"Đỉnh cao của trí tuệ loài người" lúc nào cũng
được nâng cao dường như vô hạn bởi những thúc
đẩy và thử thách liên tục trong nghiên cứu khoa
học. Những thử thách nầy là những khoắc khoải
triền miên nhưng lại là cái
"thú đau thương" của những nhà khoa học. Làm
khoa học như đeo đuổi một giai nhân vì khoa học
cũng đẹp như giai nhân và cũng giống giai nhân ở
chỗ khi càng đeo đuổi thì người đẹp càng đỏm
dáng làm cao.... Khoa học càng đẹp khi khoa học
phục vụ cho một mục tiêu hoà bình. Điều làm nhà
khoa học bớt trăn trở với lương tâm của mình
trong cuộc đấu trí chết người giữa "địch và ta"
là ứng dụng hoà bình của những sản phẩm quốc
phòng trong đó sự ứng dụng của radar là một thí
dụ điển hình. Loại vải "thông minh" làm cho
người mặc "tàng hình" trong những cuộc hành quân
tác chiến có thể tiếp tục được nghiên cứu để chế
thành loại vải cung cấp điện cá nhân từ năng
lượng mặt trời (photovoltaic effect) hay làm mát
người trong những ngày hè nóng bức, làm ấm người
trong những đêm đông giá buốt (micro-climate
control). Hãy nghĩ đến một ngày ta có thể dùng
chiếc áo đang mặc trên người lợi dụng ánh sáng
mặt trời tạo ra một điện thế để đổi màu áo cho
vui, hay nạp điện cho chiếc điện thoại di
động, hoặc chuyển sang cơ năng điều hòa nhiệt độ
cơ thể nếu ta cảm thấy nóng nực hay rét
buốt. Niềm mơ ước tuổi thơ muốn biến thành người
hùng với bao phép thần thông như chú khỉ của Ngô
Thừa Ân rồi đây cũng sẽ là hiện thực. Tôi nghĩ
ngày ấy chắc không xa.
*
Đã
đăng trên
www.erct.com và
www.khoahoc.net,
viết lại cho Vietsciences với một
số bổ sung.
TVT
January 2006
Tài liệu tham khảo
1.
Xem
"Một phát hiện của thế kỷ 20: Plastic dẫn
điện"
cùng tác giả,
www.erct.com,
www.khoahoc.net/baivo/truongvantan/plasticdandien.htm
2.
V.-T. Truong, S. Z. Riddell, R. F.
Muscat, “Polypyrrole based microwave
absorbers”, J. Mater. Sci., 33
(1998), pp. 4971
3.
J. H. Goldberg, "The technology of
stealth", Technology Review (May/June 1989),
pp. 33
4.
"Handbook of Organic Conductive Molecules and
Polymers"
(H. S. Nalwa Eds.), Volume 3, Chapter 8, 1997
John Wiley & Sons Ltd
5.
www.lowobservable.com
6.
Thí
dụ: A. A. Argun, A. Cirpan, J. R. Reynolds,
“The first truly all-polymer electrochromic
devices”, Advanced Materials, 15
(2003), pp. 1340
7.
S.
S. Hardaker, R. V. Gregory, "Progress toward
dynamic color-responsive "chameleon" fiber
systems", MRS Bulletin, 28 (August 2003),
pp. 564
8.
R. A. Stonier, "Stealth aircraft &
technology from World War II to the Gulf",
SAMPE Journal, 27
(September/October 1991), pp. 9
9.
"Disappearing Tricks",
Chemistry in Britain, October 1999, pp. 24
Tài liệu đọc thêm về lịch sử phát triển của máy bay tàng hình:
Bill Sweetman, “Stealth aircraft: Secrets of
future airpower” (1986), Motorbooks
International Publisher, Wincosin, USA.
Sưu tầm từ
|
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét