|
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 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 micro mét (µm = 10-3 mili
mét = một phần ngàn mili mét; đường kính sợi tóc có kích thước
một phần mười mili mét). 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 mili mét. 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 oxít 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 %.
Oanh tạc cơ B-2
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 [4].
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 [5].
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 mili
mét (tần số 40 - 300 Giga Herzt) là những dải sóng có thể truy
lùng được hai loại máy bay nầy [6].
"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.
TVT
Mùa Đông Melbourne
4 July 2005
Ghi Chú
1.
Xem
"Một phát hiện của thế kỷ 20: Plastic dẫn điện"
cùng tác giả,
www.erct.com,
http://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.
Thí dụ: A. A. Argun, A. Cirpan, J. R.
Reynolds, “The first truly all-polymer electrochromic
devices”, Advanced Materials, 15 (2003), pp.
1340
5.
S. S. Hardaker, R. V. Gregory, "Progress
toward dynamic color-responsive "chameleon" fiber systems",
MRS Bulletin, 28 (August 2003), pp. 564
6.
R. A. Stonier, "Stealth
aircraft & technology from World War II to the Gulf", SAMPE
Journal, 27 (September/October 1991), pp. 9
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
Ý kiến Phê bình xin gửi về
:
truongvantan@khoahoc.net
Trở về Trang Chính | 