Một tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân có thể biến mất dưới đại dương và ở đó trong nhiều tuần, thậm chí nhiều tháng mà không cần nổi lên mặt nước. Khác với tàu ngầm thông thường, nó không phải định kỳ trồi lên để lấy không khí hay nổi lên để sạc lại pin.
Bí mật không chỉ nằm ở lò phản ứng hạt nhân. Về bản chất, tàu ngầm hạt nhân là một môi trường khép kín có khả năng tự duy trì, có thể tự sản xuất điện, oxy và nước ngọt, đồng thời mang theo đủ lương thực và vật tư để duy trì hoạt động của thủy thủ đoàn trong thời gian dài.
Năng lượng hạt nhân loại bỏ hạn chế lớn nhất
Khác biệt căn bản nằm ở cách tàu ngầm tạo ra năng lượng. Tàu ngầm diesel-điện cần oxy trong khí quyển để vận hành động cơ diesel, trong khi hệ thống pin của chúng cuối cùng cũng phải được sạc lại.
Ngược lại, lò phản ứng hạt nhân tạo ra nhiệt thông qua quá trình phân hạch hạt nhân và không cần oxy từ khí quyển để hoạt động. Nhờ đó, tàu ngầm có thể liên tục sản xuất năng lượng ngay cả khi nằm hoàn toàn dưới nước.
Trong một hệ thống lò phản ứng hải quân điển hình, nhiệt sinh ra từ lò phản ứng được truyền sang nước trong một hệ thống hơi nước riêng biệt. Hơi nước tạo ra sẽ làm quay các turbine, vừa cung cấp lực đẩy cho tàu vừa tạo ra điện để vận hành những hệ thống khác trên tàu.
Sau đó, hơi nước được ngưng tụ trở lại thành nước và tiếp tục được sử dụng trong một chu trình khép kín.
Điều này giúp tàu ngầm hạt nhân về cơ bản có tầm hoạt động gần như không giới hạn xét riêng về nguồn nhiên liệu của lò phản ứng, đặc biệt khi so với tàu ngầm thông thường. Bộ Năng lượng Mỹ cho biết lõi lò phản ứng của các hệ thống hải quân hiện đại có thể hoạt động tương đương hơn 1 triệu dặm, dù thời gian tàu thực sự có thể triển khai dưới biển vẫn bị giới hạn bởi nhiều yếu tố khác.
Vấn đề về oxy
Thủy thủ đoàn tất nhiên vẫn cần oxy để thở. Đây là lúc tàu ngầm trở nên giống một hệ sinh thái nhân tạo thu nhỏ.
Các tàu ngầm hiện đại có thể tự sản xuất oxy ngay trên tàu, cho phép thủy thủ đoàn duy trì hô hấp mà không cần lấy thêm nguồn cung từ khí quyển. Đồng thời, các hệ thống xử lý không khí liên tục loại bỏ carbon dioxide và những chất gây ô nhiễm khác trong môi trường kín.
Theo tài liệu lịch sử của Hải quân Mỹ về hoạt động tàu ngầm, các tàu hiện đại được trang bị thiết bị để sản xuất không khí sạch, loại bỏ carbon dioxide và lọc những loại hơi có khả năng gây hại.
Lò phản ứng hạt nhân đặc biệt hữu ích ở khâu này bởi nguồn năng lượng dồi dào của nó có thể liên tục cung cấp điện cho các hệ thống duy trì sự sống.
Nói cách khác, tàu ngầm không cần tiết kiệm oxy chỉ vì đang ở dưới nước. Nó được trang bị những hệ thống có khả năng liên tục duy trì thành phần không khí bên trong tàu.
Họ lấy nước ngọt bằng cách nào?
Nước cũng là một nguồn tài nguyên có thể nhanh chóng trở thành vấn đề đối với thủy thủ đoàn phải sống hàng tháng dưới biển.
Các tàu ngầm hạt nhân hiện đại có thể lấy nước ngọt từ nước biển bằng hệ thống chưng cất được lắp đặt ngay trên tàu.
Hải quân Mỹ cho biết khả năng sản xuất nước ngọt, kết hợp với hệ thống tạo oxy, cho phép tàu ngầm hạt nhân hoạt động độc lập với khí quyển Trái đất trong thời gian dài.
Nhờ vậy, tàu có thể tự sản xuất nước phục vụ nhu cầu uống và các hoạt động khác thay vì phải mang theo toàn bộ lượng nước cần thiết cho một chuyến tuần tra kéo dài nhiều tháng.
Điều gì buộc tàu ngầm phải nổi lên?
Điều đáng ngạc nhiên là lương thực lại trở thành một trong những giới hạn lớn nhất.
Lò phản ứng hạt nhân có thể tiếp tục sản xuất năng lượng, tàu có thể tự tạo oxy và nước ngọt, nhưng thủy thủ đoàn vẫn phải ăn.
Hải quân Mỹ xác định lương thực là yếu tố giới hạn chủ yếu đối với thời gian một tàu ngầm có thể duy trì tuần tra dưới nước. Một trang thông tin chính thức của Hải quân Mỹ về tàu ngầm lớp Ohio cho biết loại tàu này có thời gian hoạt động khoảng 60 ngày xét theo nguồn cung lương thực.
Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa tàu ngầm hạt nhân phải nổi lên mặt nước mỗi khi cần tiếp tế. Trong một số trường hợp, việc bổ sung vật tư có thể được thực hiện thông qua những hoạt động tiếp tế chuyên biệt.
Dù vậy, khả năng duy trì hoạt động hoàn toàn độc lập cuối cùng vẫn phụ thuộc vào lượng vật tư mà tàu có thể mang theo và nhu cầu của thủy thủ đoàn.
Những con người bên trong thì sao?
Duy trì máy móc hoạt động mới chỉ là một nửa bài toán. Hàng trăm thủy thủ có thể phải sống nhiều tháng trong một môi trường chật hẹp, không có ánh sáng mặt trời, không gian cá nhân hạn chế và rất ít liên lạc với thế giới bên ngoài.
Bảo tàng Lịch sử Mỹ thuộc Smithsonian lưu ý rằng tàu ngầm hạt nhân có thể hoạt động dưới nước trong nhiều tháng, trong khi thủy thủ đoàn phải thích nghi với điều kiện sinh hoạt chật chội và thời gian dài xa gia đình.
Hải quân Mỹ cũng nghiên cứu những tác động của lịch trình ngủ bị xáo trộn, thiếu ánh sáng tự nhiên và hạn chế vận động đối với thủy thủ tàu ngầm trong các đợt triển khai dài ngày.
Vì vậy, sẽ chính xác hơn nếu xem tàu ngầm hạt nhân không đơn thuần là một chiến hạm mang theo lò phản ứng, mà là một dạng thành phố thu nhỏ nằm dưới nước.
Lò phản ứng hạt nhân cung cấp năng lượng để đẩy con tàu và vận hành các hệ thống trên tàu. Hệ thống hỗ trợ sự sống duy trì bầu không khí. Hệ thống chưng cất và khử muối cung cấp nước ngọt. Kho lương thực bảo đảm nhu cầu ăn uống của thủy thủ đoàn.
Khi kết hợp tất cả những khả năng đó, tàu ngầm không còn phải thường xuyên quay lên mặt nước chỉ để duy trì sự sống.
Chính khả năng tách khỏi khí quyển và tự duy trì trong môi trường khép kín đã biến tàu ngầm từ những phương tiện chỉ có thể hoạt động dưới nước trong thời gian tương đối ngắn thành những chiến hạm có khả năng ẩn mình dưới đại dương trong nhiều tháng.
Theo IE
