Sussie
Intern Writer
Vào ngày thứ Bảy, 21 tháng 6 năm 2025, sau một loạt cuộc tấn công trên không chưa từng có mà Israel thực hiện nhằm vào Iran chỉ vài ngày trước đó, Hoa Kỳ đã chính thức tham gia vào cuộc chiến và sử dụng bom xuyên tầng (bunker-busting bombs) để tấn công ba cơ sở hạt nhân chủ chốt của Iran cùng với các hầm ngầm của chúng: nhà máy làm giàu uranium Fordow, cơ sở hạt nhân Natanz và trung tâm công nghệ hạt nhân Isfahan.
Chiến dịch Midnight Hammer, tên mã của Lầu Năm Góc cho các cuộc tấn công này, đánh dấu lần đầu tiên sử dụng bom Massive Ordnance Penetrator (MOP), một loại bom khổng lồ nặng 13.600 kg chỉ có thể được mang bởi máy bay ném bom tàng hình B-2. Với việc chỉ có Hoa Kỳ được coi là quốc gia có khả năng phá hủy các cơ sở hạt nhân ngầm của Iran và do đó là chương trình hạt nhân của nước này, nhưng việc liệu họ có thực sự hoàn thành được điều đó hay không vẫn là một câu hỏi chưa có lời đáp.
Mặc dù Tổng thống Trump đã tuyên bố rằng hoạt động này “hoàn toàn và hoàn toàn đã xóa sổ” các địa điểm, nhưng các quan chức Iran lại tỏ ra giảm nhẹ mức độ nghiêm trọng của các cuộc tấn công. Tại thời điểm viết bài, chưa rõ mức độ thiệt hại gây ra chỉ dựa trên hình ảnh vệ tinh, nhưng một báo cáo của CNN công bố vào chiều thứ Ba cho biết rằng các cuộc tấn công vào Iran không tiêu diệt chương trình hạt nhân của nước này mà chỉ khiến nó lùi lại vài tháng, theo thông tin tình báo ban đầu của Mỹ.
Nếu lịch sử là một chỉ báo, thì có khả năng các cơ sở hạt nhân ngầm của Iran có thể vẫn còn nguyên vẹn phần nào hoặc hoàn toàn. Điều này là do, cho đến nay, trong cuộc chạy đua vũ trang im lặng giữa bê tông và bom, thì bê tông đang chiếm ưu thế.
Trong những năm cuối thập kỷ 2000, đã có tin đồn về một hầm ngầm ở Iran bị tấn công bởi một quả bom xuyên tầng. Quả bom này không thể xuyên qua và đã bị kẹt lại trên bề mặt của hầm, có lẽ cho đến khi những người bên trong gọi đến đội xử lý bom. Thay vì đâm xuyên qua bê tông, quả bom đã bị dừng lại một cách không ngờ. Lý do không khó đoán: Iran là một trong những nước tiên phong trong công nghệ Bê Tông Hiệu Suất Siêu Cao (Ultra High Performance Concrete - UHPC), và những tiến bộ mới nhất về bê tông của họ rõ ràng đã vượt quá khả năng của các loại bom xuyên tầng thông thường.
Bác sĩ Stephanie Barnett tại Đại học Portsmouth, Vương quốc Anh, đang tham gia phát triển bê tông mạnh hơn để bảo vệ các tòa nhà dân sự khỏi các cuộc tấn công khủng bố, và đã nghe về bê tông siêu bền của Iran. Trong khi công chúng dân sự tỏ ra phấn khích trước những tiến bộ trong lĩnh vực bê tông, cô cũng đôi khi nhận được những phản hồi không mấy tích cực từ các nhân viên quân sự tham dự các bài thuyết trình của mình.
"Một sĩ quan đã nói với tôi, 'Nếu bạn tạo ra loại vật liệu này mạnh hơn và chống lại tác động tốt hơn, chúng tôi cần nghĩ về cách làm thế nào để xuyên thủng nó,'" Barnett cho biết.
Không quân Hoa Kỳ đã giới thiệu bom xuyên tầng hiện đại đầu tiên vào năm 1985. Các loại bom thông thường có lớp vỏ thép mỏng chứa thuốc nổ, trong khi bom xuyên tầng có hình dáng hẹp hơn, lớp vỏ dày hơn và ít thuốc nổ hơn. Thiết kế này tập trung toàn bộ trọng lượng vào một khu vực nhỏ hơn, khiến chúng hoạt động như một cái đục đá thay vì một cái búa, giúp bom có thể đâm xuyên bê tông hoặc chui sâu vào lòng đất để tấn công các mục tiêu chôn sâu.
Mặc dù các loại bom thông thường từ những năm 1990 vẫn còn được sử dụng ngày nay, nhưng các loại bom xuyên tầng đã phải trải qua nhiều thế hệ nâng cấp. Vào đầu những năm 2000, Không quân đã phát triển một loại thép đặc biệt cho mục đích này, được gọi là Eglin Steel, hợp tác với công ty chuyên về thép Ellwood National Forge.
Eglin Steel là một loại thép carbon thấp, niken thấp với những vết dấu của tungsten, chromium, mangan, silicon và các nguyên tố khác, mỗi yếu tố này đóng góp vào những đặc tính mong muốn của toàn bộ. Eglin Steel được coi là tiêu chuẩn vàng cho các loại đạn xuyên tầng, mặc dù trong những năm gần đây nó đã được bổ sung thêm bởi loại thép USAF-96 mới, loại thép này có hiệu suất tương tự nhưng dễ sản xuất và xử lý hơn.
Các nhà khoa học vật liệu phân biệt giữa hai đặc tính độ bền và độ cứng, và sự cân bằng giữa chúng là yếu tố quyết định trong cuộc chạy đua giữa vũ khí và giáp. Ví dụ, khi một viên đạn chì mềm va chạm với áo giáp Kevlar, viên đạn vỡ nát và biến dạng, mất năng lượng vì thiếu độ cứng. Tuy nhiên, nếu viên đạn có một lớp vỏ thép cứng, áo giáp Kevlar sẽ thất bại. Cách để chống lại điều này là làm cho giáp cứng hơn bằng cách thêm các tấm gốm siêu cứng được làm từ các vật liệu như boron carbide. Những tấm này cứng đến mức viên đạn có vỏ thép sẽ vỡ ra khi va chạm. Điều này đã dẫn đến việc phát triển các viên đạn xuyên giáp đặc biệt với đầu tungsten cứng. Khi những viên đạn này va chạm với tấm gốm, tấm gốm sẽ bị vỡ ra trong một quá trình được gọi là thất bại giòn.
Cuộc đua vũ khí xuyên tầng cũng tương tự, nhưng trong khi những kẻ tấn công có lợi thế về thép, việc phòng thủ lại dựa vào bê tông, mà ngay từ đầu đã có một nhược điểm. "Bê tông vốn dĩ dễ bị gãy," giải thích Phil Purnell, tiến sĩ, một chuyên gia công nghệ bê tông tại Đại học Leeds. "Nó tốt trong việc bị nén, không phải kéo dài. Điểm yếu nằm ở khả năng kéo và độ bền." Purnell lưu ý rằng mặc dù một số loại bê tông hiện đại thực sự mạnh hơn nhôm, nhưng sự dễ gãy lại là điểm yếu lớn nhất của nó và nó có thể gãy bằng việc nứt.
Tuy nhiên, điều này đã thay đổi với sự ra đời của loại bê tông được gọi là UHPC. Trước đây, một cường độ chịu lực 3.447kg trên inch vuông (psi) đã đủ để bê tông được đánh giá là “cao cấp”, với loại tốt nhất lên tới 6.894 psi. UHPC mới có thể chịu đựng 27.000 psi trở lên.
Sức mạnh lớn hơn này đạt được bằng cách biến bê tông thành một vật liệu composite với sự bổ sung của thép hoặc các sợi khác. Những sợi này giữ cho bê tông cùng nhau và ngăn chặn các vết nứt lan ra khắp bê tông, khắc phục tính dễ gãy. "Thay vì có một số vết nứt lớn trong một tấm bê tông, bạn có rất nhiều vết nứt nhỏ," Barnett nói. "Các sợi giúp nó có nhiều năng lượng phân ly hơn."
Năng lượng phân ly được định nghĩa là lượng năng lượng cần thiết để tách một vật liệu ra. Bê tông hấp thụ năng lượng động của một vật thể khi nó nứt, làm chậm lại và ngăn nó xuyên thủng. Tự nhiên, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm tìm ra tỷ lệ tối ưu của các sợi cho UHPC. Nhiều hơn thì tốt hơn, nhưng vẫn có giới hạn. "Vấn đề là nếu bạn cho vào hơn khoảng 1% sợi thép, chúng bắt đầu kết lại với nhau," Purnell nói. "Mẹo khéo léo [là] làm thế nào để trộn hơn 1% sợi vào bê tông."
Nhiều nhóm nghiên cứu trên toàn thế giới đã làm việc với các kỹ thuật để trộn sợi thành công. Nhiều công việc này được thực hiện bởi quân đội, nhưng như Barnett lưu ý, theo kinh nghiệm của cô, quân đội đôi khi đến hỏi các nhà nghiên cứu dân sự nhưng không bao giờ tiết lộ về công việc của chính họ. Trong lĩnh vực bê tông chống tác động - một lĩnh vực thiểu số trong công việc dân sự - họ có thể đang dẫn đầu so với các đối tác dân sự của mình.
Vào tháng 1 năm 1991, khi Hoa Kỳ dẫn dắt chiến dịch tại Kuwait, tình báo Hoa Kỳ đã phát hiện một điều đáng báo động. Người Iraq đã xây dựng một loạt các hầm chỉ huy mới xung quanh Baghdad, nằm sâu dưới lòng đất và được bảo vệ bởi nhiều mét bê tông cốt thép, được ước tính là không thể xuyên thủng bởi các loại bom xuyên tầng 900 kg hiện có của Không quân Hoa Kỳ. Một chương trình khẩn cấp đã được phát động để xây dựng một quả bom mới nặng 2.270 kg cho nhiệm vụ. Không quân đã yêu cầu các ý tưởng vào ngày 18 tháng 1, và công việc đã bắt đầu ngay lập tức tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Vũ khí của Không quân tại căn cứ không quân Eglin, Florida. Không có thời gian để chế tạo vỏ bom từ đầu, vì vậy các ống súng hạng nặng 8 inch dư thừa đã được sử dụng làm thân bom, được nạp thuốc nổ bằng tay, với một phần mũi mới được thêm vào. Các nguyên mẫu đầu tiên đã được bàn giao cho Không quân chưa đầy một tháng sau đó. Trong một thử nghiệm bằng tàu tên lửa, loại vũ khí mới đã xuyên qua hơn 6 mét bê tông. Hai quả bom hoạt động đã được đưa đến chiến trường vào ngày 27 tháng 2 và được thả bởi các máy bay F-111F. Sáu giây sau khi va chạm vào một trong những hầm Iraq mới, khói đã bốc lên từ lối vào, cho thấy hầm đã bị xuyên thủng và phá hủy. Ngày hôm đó đã được cứu bởi một loại vũ khí được phát triển trong vòng sáu tuần.
Vào năm 2012, Không quân Hoa Kỳ đã khởi động một dự án để đánh giá thách thức mà các hầm được làm bằng UHPC đối mặt. Không quân đã phát triển phiên bản UHPC của riêng mình, được gọi là bê tông chịu lực cao Eglin, cho quá trình thử nghiệm.
Mặc dù kết quả của nghiên cứu của Không quân được phân loại, nhưng một nghiên cứu công khai từ Trung Quốc đã so sánh bê tông chịu lực cao thông thường với bê tông UHPC có sợi gia cường. Các vật thể đã xuyên thủng các mục tiêu bê tông gia cường, nhưng các mục tiêu UHPC đã sống sót chỉ với các vết nứt nhỏ, và các vật thể "hoặc là bị nhúng vào hoặc bật ra khỏi" các mục tiêu này.
Không quân đã lo ngại rằng ngay cả các quả bom nặng 2.270 kg cũng không đủ, và vào năm 2011, họ đã nhận được loại bom Massive Ordnance Penetrator. Đây thậm chí còn lớn hơn loại bom Massive Ordnance Air Blast (MOAB, hay "mẹ của tất cả các bom") nặng 9.525 kg, được thiết kế để phá hủy các hầm sâu và kiên cố nhất bằng năng lượng động thuần túy. MOP là loại bom lớn nhất mà bạn có thể vận chuyển - chỉ có máy bay ném bom chiến lược B-2 Spirit mới có khả năng chở nó - vì vậy các loại vũ khí 900 kg và 2.270 kg nhỏ hơn vẫn sẽ cần phải làm phần lớn công việc đối với các mục tiêu nhỏ hơn.
Sau nghiên cứu về bê tông, Không quân đã nâng cấp MOP một lần nữa. Sau đó nó lại được nâng cấp. Đến năm 2018, nó đã trải qua lần nâng cấp thứ tư. Những nâng cấp tương tự cũng được thực hiện cho các loại vũ khí nhỏ hơn.
Vấn đề là ngay cả loại bom lớn nhất có thể, được làm từ vật liệu cứng nhất hiện có, cũng có thể không còn đủ sức để xuyên thủng. Gregory Vartanov, Tiến sĩ, đến từ Advanced Materials Development Corp tại Toronto, khẳng định rằng UHPC bậc cao quá mạnh đối với các loại bom làm bằng thép hiện có. "Các loại đạn xuyên tầng với vỏ bọc đơn giản được làm từ các vật liệu như ... Eglin Steel ... không thể xuyên thủng các hầm làm bằng UHPC," Vartanov lưu ý trong một bài viết tháng 2 năm 2021 trên tạp chí Aerospace & Defense Technology, dựa trên các công thức xâm nhập công khai.
Nhưng đó không phải là cuối câu chuyện. UHPC tốt, nhưng thậm chí còn có khả năng bảo vệ tốt hơn đang được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.
Nghiên cứu gần đây từ Trung Quốc mô tả Vật liệu Composite Xi măng Chức năng Lớp (Functionally Graded Cementitious Composite - FGCC), được tạo ra bằng cách xếp lớp các loại bê tông hiệu suất cao khác nhau với các thuộc tính khác nhau. Lớp bên ngoài mỏng là UHPC gia cường bằng cốt liệu siêu cứng; bên dưới là một lớp dày của UHPC dạng sợi lai được tối ưu hóa để chống nứt. Cuối cùng, có một lớp UHPC reinforced bằng sợi thép cứng. Như Purnell giải thích, mỗi lớp có hiệu ứng khác nhau.
“Bạn có lớp bên ngoài cứng để làm hư hại vật thể, rồi có lớp dày bên dưới với khối lượng để hấp thụ năng lượng của nó, và lớp bên trong là để giữ lại các mảnh vụn,” ông nói. Lớp bên trong này, được gọi là lớp chống gãy, đảm bảo rằng nếu bê tông bị nứt, không có mảnh vụn (hay “gãy”) nào xuyên qua vào bên trong hầm.
Theo nghiên cứu của Trung Quốc công bố vào năm 2021, FGCC đã chống lại xâm nhập và phát nổ tốt hơn nhiều so với UHPC: "độ sâu xâm nhập, diện tích hố và thiệt hại do xâm nhập đã giảm nhiều nhờ vào hiệu ứng hợp lực của các sợi cao cấp và cốt liệu thô." Barnett cho biết cô cũng đã làm việc trên một khái niệm tương tự và rằng kỹ thuật xếp lớp các vật liệu với các thuộc tính khác nhau có thể hiệu quả hơn bất kỳ vật liệu đơn nào.
Nghiên cứu mới nhất tiếp tục theo một chu kỳ ít nhất bốn năm nghiên cứu của Trung Quốc về bê tông xếp lớp, với sự tập trung cụ thể vào việc hấp thụ tác động và nổ. Hãy mong đợi rằng những hầm ngầm mới sẽ thật sự khó khăn để xuyên thủng.
Có giới hạn trong việc làm cho bom xuyên tầng lớn hơn và mạnh mẽ hơn, nhưng có những cách tiếp cận khác. Cuộc chạy đua vũ trang có thể không tiếp tục theo cùng một hướng mà có thể chuyển hướng khác.
"Các loại vũ khí siêu thanh mang lại một phương thức tấn công mới tiềm năng chống lại các hầm ngầm kiên cố," Justin Bronk của viện nghiên cứu quốc phòng RUSI tại Vương quốc Anh cho biết. Các loại siêu thanh là những tên lửa bay qua bầu khí quyển với tốc độ vượt quá Mach 5. Được trang bị các đầu xuyên bằng tungsten, chúng có thể hoạt động như “cọc từ Chúa,” xuyên qua bê tông xếp lớp như một viên đạn xuyên giáp. Không có đầu đạn nổ, những loại vũ khí này gây ra thiệt hại chỉ bằng năng lượng động.
Bronk cũng lưu ý rằng không nhất thiết phải phá hủy hoàn toàn một hầm. Bạn có thể làm hư hại các lối vào, phá hủy các thiết bị thu phát và cắt đứt liên lạc tới một hầm chỉ huy bằng cách tấn công vào những vị trí chính xác. Trong thuật ngữ quân sự, điều này có thể tương đương với việc tạo ra một hố lớn, ngay cả khi những người bên trong vẫn không bị thương.
Không quân Hoa Kỳ sẽ hiểu rằng họ không thể tiết lộ khả năng xuyên tầng hiện tại của mình hoặc cách chúng so với các mục tiêu tiềm năng ở Iran, Trung Quốc hoặc nơi khác. Và hầu hết các công việc quân sự về bê tông chịu lực cao cũng được phân loại. Nhưng mức độ thiệt hại mà chương trình hạt nhân của Iran phải chịu sẽ có thể cung cấp cho chúng ta một số gợi ý. (Popsci)
Chiến dịch Midnight Hammer, tên mã của Lầu Năm Góc cho các cuộc tấn công này, đánh dấu lần đầu tiên sử dụng bom Massive Ordnance Penetrator (MOP), một loại bom khổng lồ nặng 13.600 kg chỉ có thể được mang bởi máy bay ném bom tàng hình B-2. Với việc chỉ có Hoa Kỳ được coi là quốc gia có khả năng phá hủy các cơ sở hạt nhân ngầm của Iran và do đó là chương trình hạt nhân của nước này, nhưng việc liệu họ có thực sự hoàn thành được điều đó hay không vẫn là một câu hỏi chưa có lời đáp.
Mặc dù Tổng thống Trump đã tuyên bố rằng hoạt động này “hoàn toàn và hoàn toàn đã xóa sổ” các địa điểm, nhưng các quan chức Iran lại tỏ ra giảm nhẹ mức độ nghiêm trọng của các cuộc tấn công. Tại thời điểm viết bài, chưa rõ mức độ thiệt hại gây ra chỉ dựa trên hình ảnh vệ tinh, nhưng một báo cáo của CNN công bố vào chiều thứ Ba cho biết rằng các cuộc tấn công vào Iran không tiêu diệt chương trình hạt nhân của nước này mà chỉ khiến nó lùi lại vài tháng, theo thông tin tình báo ban đầu của Mỹ.
Nếu lịch sử là một chỉ báo, thì có khả năng các cơ sở hạt nhân ngầm của Iran có thể vẫn còn nguyên vẹn phần nào hoặc hoàn toàn. Điều này là do, cho đến nay, trong cuộc chạy đua vũ trang im lặng giữa bê tông và bom, thì bê tông đang chiếm ưu thế.
Trong những năm cuối thập kỷ 2000, đã có tin đồn về một hầm ngầm ở Iran bị tấn công bởi một quả bom xuyên tầng. Quả bom này không thể xuyên qua và đã bị kẹt lại trên bề mặt của hầm, có lẽ cho đến khi những người bên trong gọi đến đội xử lý bom. Thay vì đâm xuyên qua bê tông, quả bom đã bị dừng lại một cách không ngờ. Lý do không khó đoán: Iran là một trong những nước tiên phong trong công nghệ Bê Tông Hiệu Suất Siêu Cao (Ultra High Performance Concrete - UHPC), và những tiến bộ mới nhất về bê tông của họ rõ ràng đã vượt quá khả năng của các loại bom xuyên tầng thông thường.
Bác sĩ Stephanie Barnett tại Đại học Portsmouth, Vương quốc Anh, đang tham gia phát triển bê tông mạnh hơn để bảo vệ các tòa nhà dân sự khỏi các cuộc tấn công khủng bố, và đã nghe về bê tông siêu bền của Iran. Trong khi công chúng dân sự tỏ ra phấn khích trước những tiến bộ trong lĩnh vực bê tông, cô cũng đôi khi nhận được những phản hồi không mấy tích cực từ các nhân viên quân sự tham dự các bài thuyết trình của mình.
"Một sĩ quan đã nói với tôi, 'Nếu bạn tạo ra loại vật liệu này mạnh hơn và chống lại tác động tốt hơn, chúng tôi cần nghĩ về cách làm thế nào để xuyên thủng nó,'" Barnett cho biết.
Không quân Hoa Kỳ đã giới thiệu bom xuyên tầng hiện đại đầu tiên vào năm 1985. Các loại bom thông thường có lớp vỏ thép mỏng chứa thuốc nổ, trong khi bom xuyên tầng có hình dáng hẹp hơn, lớp vỏ dày hơn và ít thuốc nổ hơn. Thiết kế này tập trung toàn bộ trọng lượng vào một khu vực nhỏ hơn, khiến chúng hoạt động như một cái đục đá thay vì một cái búa, giúp bom có thể đâm xuyên bê tông hoặc chui sâu vào lòng đất để tấn công các mục tiêu chôn sâu.
Mặc dù các loại bom thông thường từ những năm 1990 vẫn còn được sử dụng ngày nay, nhưng các loại bom xuyên tầng đã phải trải qua nhiều thế hệ nâng cấp. Vào đầu những năm 2000, Không quân đã phát triển một loại thép đặc biệt cho mục đích này, được gọi là Eglin Steel, hợp tác với công ty chuyên về thép Ellwood National Forge.
Eglin Steel là một loại thép carbon thấp, niken thấp với những vết dấu của tungsten, chromium, mangan, silicon và các nguyên tố khác, mỗi yếu tố này đóng góp vào những đặc tính mong muốn của toàn bộ. Eglin Steel được coi là tiêu chuẩn vàng cho các loại đạn xuyên tầng, mặc dù trong những năm gần đây nó đã được bổ sung thêm bởi loại thép USAF-96 mới, loại thép này có hiệu suất tương tự nhưng dễ sản xuất và xử lý hơn.
Các nhà khoa học vật liệu phân biệt giữa hai đặc tính độ bền và độ cứng, và sự cân bằng giữa chúng là yếu tố quyết định trong cuộc chạy đua giữa vũ khí và giáp. Ví dụ, khi một viên đạn chì mềm va chạm với áo giáp Kevlar, viên đạn vỡ nát và biến dạng, mất năng lượng vì thiếu độ cứng. Tuy nhiên, nếu viên đạn có một lớp vỏ thép cứng, áo giáp Kevlar sẽ thất bại. Cách để chống lại điều này là làm cho giáp cứng hơn bằng cách thêm các tấm gốm siêu cứng được làm từ các vật liệu như boron carbide. Những tấm này cứng đến mức viên đạn có vỏ thép sẽ vỡ ra khi va chạm. Điều này đã dẫn đến việc phát triển các viên đạn xuyên giáp đặc biệt với đầu tungsten cứng. Khi những viên đạn này va chạm với tấm gốm, tấm gốm sẽ bị vỡ ra trong một quá trình được gọi là thất bại giòn.
Cuộc đua vũ khí xuyên tầng cũng tương tự, nhưng trong khi những kẻ tấn công có lợi thế về thép, việc phòng thủ lại dựa vào bê tông, mà ngay từ đầu đã có một nhược điểm. "Bê tông vốn dĩ dễ bị gãy," giải thích Phil Purnell, tiến sĩ, một chuyên gia công nghệ bê tông tại Đại học Leeds. "Nó tốt trong việc bị nén, không phải kéo dài. Điểm yếu nằm ở khả năng kéo và độ bền." Purnell lưu ý rằng mặc dù một số loại bê tông hiện đại thực sự mạnh hơn nhôm, nhưng sự dễ gãy lại là điểm yếu lớn nhất của nó và nó có thể gãy bằng việc nứt.
Tuy nhiên, điều này đã thay đổi với sự ra đời của loại bê tông được gọi là UHPC. Trước đây, một cường độ chịu lực 3.447kg trên inch vuông (psi) đã đủ để bê tông được đánh giá là “cao cấp”, với loại tốt nhất lên tới 6.894 psi. UHPC mới có thể chịu đựng 27.000 psi trở lên.
Sức mạnh lớn hơn này đạt được bằng cách biến bê tông thành một vật liệu composite với sự bổ sung của thép hoặc các sợi khác. Những sợi này giữ cho bê tông cùng nhau và ngăn chặn các vết nứt lan ra khắp bê tông, khắc phục tính dễ gãy. "Thay vì có một số vết nứt lớn trong một tấm bê tông, bạn có rất nhiều vết nứt nhỏ," Barnett nói. "Các sợi giúp nó có nhiều năng lượng phân ly hơn."
Năng lượng phân ly được định nghĩa là lượng năng lượng cần thiết để tách một vật liệu ra. Bê tông hấp thụ năng lượng động của một vật thể khi nó nứt, làm chậm lại và ngăn nó xuyên thủng. Tự nhiên, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm tìm ra tỷ lệ tối ưu của các sợi cho UHPC. Nhiều hơn thì tốt hơn, nhưng vẫn có giới hạn. "Vấn đề là nếu bạn cho vào hơn khoảng 1% sợi thép, chúng bắt đầu kết lại với nhau," Purnell nói. "Mẹo khéo léo [là] làm thế nào để trộn hơn 1% sợi vào bê tông."
Nhiều nhóm nghiên cứu trên toàn thế giới đã làm việc với các kỹ thuật để trộn sợi thành công. Nhiều công việc này được thực hiện bởi quân đội, nhưng như Barnett lưu ý, theo kinh nghiệm của cô, quân đội đôi khi đến hỏi các nhà nghiên cứu dân sự nhưng không bao giờ tiết lộ về công việc của chính họ. Trong lĩnh vực bê tông chống tác động - một lĩnh vực thiểu số trong công việc dân sự - họ có thể đang dẫn đầu so với các đối tác dân sự của mình.
Vào tháng 1 năm 1991, khi Hoa Kỳ dẫn dắt chiến dịch tại Kuwait, tình báo Hoa Kỳ đã phát hiện một điều đáng báo động. Người Iraq đã xây dựng một loạt các hầm chỉ huy mới xung quanh Baghdad, nằm sâu dưới lòng đất và được bảo vệ bởi nhiều mét bê tông cốt thép, được ước tính là không thể xuyên thủng bởi các loại bom xuyên tầng 900 kg hiện có của Không quân Hoa Kỳ. Một chương trình khẩn cấp đã được phát động để xây dựng một quả bom mới nặng 2.270 kg cho nhiệm vụ. Không quân đã yêu cầu các ý tưởng vào ngày 18 tháng 1, và công việc đã bắt đầu ngay lập tức tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Vũ khí của Không quân tại căn cứ không quân Eglin, Florida. Không có thời gian để chế tạo vỏ bom từ đầu, vì vậy các ống súng hạng nặng 8 inch dư thừa đã được sử dụng làm thân bom, được nạp thuốc nổ bằng tay, với một phần mũi mới được thêm vào. Các nguyên mẫu đầu tiên đã được bàn giao cho Không quân chưa đầy một tháng sau đó. Trong một thử nghiệm bằng tàu tên lửa, loại vũ khí mới đã xuyên qua hơn 6 mét bê tông. Hai quả bom hoạt động đã được đưa đến chiến trường vào ngày 27 tháng 2 và được thả bởi các máy bay F-111F. Sáu giây sau khi va chạm vào một trong những hầm Iraq mới, khói đã bốc lên từ lối vào, cho thấy hầm đã bị xuyên thủng và phá hủy. Ngày hôm đó đã được cứu bởi một loại vũ khí được phát triển trong vòng sáu tuần.
Vào năm 2012, Không quân Hoa Kỳ đã khởi động một dự án để đánh giá thách thức mà các hầm được làm bằng UHPC đối mặt. Không quân đã phát triển phiên bản UHPC của riêng mình, được gọi là bê tông chịu lực cao Eglin, cho quá trình thử nghiệm.
Mặc dù kết quả của nghiên cứu của Không quân được phân loại, nhưng một nghiên cứu công khai từ Trung Quốc đã so sánh bê tông chịu lực cao thông thường với bê tông UHPC có sợi gia cường. Các vật thể đã xuyên thủng các mục tiêu bê tông gia cường, nhưng các mục tiêu UHPC đã sống sót chỉ với các vết nứt nhỏ, và các vật thể "hoặc là bị nhúng vào hoặc bật ra khỏi" các mục tiêu này.
Không quân đã lo ngại rằng ngay cả các quả bom nặng 2.270 kg cũng không đủ, và vào năm 2011, họ đã nhận được loại bom Massive Ordnance Penetrator. Đây thậm chí còn lớn hơn loại bom Massive Ordnance Air Blast (MOAB, hay "mẹ của tất cả các bom") nặng 9.525 kg, được thiết kế để phá hủy các hầm sâu và kiên cố nhất bằng năng lượng động thuần túy. MOP là loại bom lớn nhất mà bạn có thể vận chuyển - chỉ có máy bay ném bom chiến lược B-2 Spirit mới có khả năng chở nó - vì vậy các loại vũ khí 900 kg và 2.270 kg nhỏ hơn vẫn sẽ cần phải làm phần lớn công việc đối với các mục tiêu nhỏ hơn.
Sau nghiên cứu về bê tông, Không quân đã nâng cấp MOP một lần nữa. Sau đó nó lại được nâng cấp. Đến năm 2018, nó đã trải qua lần nâng cấp thứ tư. Những nâng cấp tương tự cũng được thực hiện cho các loại vũ khí nhỏ hơn.
Vấn đề là ngay cả loại bom lớn nhất có thể, được làm từ vật liệu cứng nhất hiện có, cũng có thể không còn đủ sức để xuyên thủng. Gregory Vartanov, Tiến sĩ, đến từ Advanced Materials Development Corp tại Toronto, khẳng định rằng UHPC bậc cao quá mạnh đối với các loại bom làm bằng thép hiện có. "Các loại đạn xuyên tầng với vỏ bọc đơn giản được làm từ các vật liệu như ... Eglin Steel ... không thể xuyên thủng các hầm làm bằng UHPC," Vartanov lưu ý trong một bài viết tháng 2 năm 2021 trên tạp chí Aerospace & Defense Technology, dựa trên các công thức xâm nhập công khai.
Nhưng đó không phải là cuối câu chuyện. UHPC tốt, nhưng thậm chí còn có khả năng bảo vệ tốt hơn đang được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.
Nghiên cứu gần đây từ Trung Quốc mô tả Vật liệu Composite Xi măng Chức năng Lớp (Functionally Graded Cementitious Composite - FGCC), được tạo ra bằng cách xếp lớp các loại bê tông hiệu suất cao khác nhau với các thuộc tính khác nhau. Lớp bên ngoài mỏng là UHPC gia cường bằng cốt liệu siêu cứng; bên dưới là một lớp dày của UHPC dạng sợi lai được tối ưu hóa để chống nứt. Cuối cùng, có một lớp UHPC reinforced bằng sợi thép cứng. Như Purnell giải thích, mỗi lớp có hiệu ứng khác nhau.
“Bạn có lớp bên ngoài cứng để làm hư hại vật thể, rồi có lớp dày bên dưới với khối lượng để hấp thụ năng lượng của nó, và lớp bên trong là để giữ lại các mảnh vụn,” ông nói. Lớp bên trong này, được gọi là lớp chống gãy, đảm bảo rằng nếu bê tông bị nứt, không có mảnh vụn (hay “gãy”) nào xuyên qua vào bên trong hầm.
Theo nghiên cứu của Trung Quốc công bố vào năm 2021, FGCC đã chống lại xâm nhập và phát nổ tốt hơn nhiều so với UHPC: "độ sâu xâm nhập, diện tích hố và thiệt hại do xâm nhập đã giảm nhiều nhờ vào hiệu ứng hợp lực của các sợi cao cấp và cốt liệu thô." Barnett cho biết cô cũng đã làm việc trên một khái niệm tương tự và rằng kỹ thuật xếp lớp các vật liệu với các thuộc tính khác nhau có thể hiệu quả hơn bất kỳ vật liệu đơn nào.
Nghiên cứu mới nhất tiếp tục theo một chu kỳ ít nhất bốn năm nghiên cứu của Trung Quốc về bê tông xếp lớp, với sự tập trung cụ thể vào việc hấp thụ tác động và nổ. Hãy mong đợi rằng những hầm ngầm mới sẽ thật sự khó khăn để xuyên thủng.
Có giới hạn trong việc làm cho bom xuyên tầng lớn hơn và mạnh mẽ hơn, nhưng có những cách tiếp cận khác. Cuộc chạy đua vũ trang có thể không tiếp tục theo cùng một hướng mà có thể chuyển hướng khác.
"Các loại vũ khí siêu thanh mang lại một phương thức tấn công mới tiềm năng chống lại các hầm ngầm kiên cố," Justin Bronk của viện nghiên cứu quốc phòng RUSI tại Vương quốc Anh cho biết. Các loại siêu thanh là những tên lửa bay qua bầu khí quyển với tốc độ vượt quá Mach 5. Được trang bị các đầu xuyên bằng tungsten, chúng có thể hoạt động như “cọc từ Chúa,” xuyên qua bê tông xếp lớp như một viên đạn xuyên giáp. Không có đầu đạn nổ, những loại vũ khí này gây ra thiệt hại chỉ bằng năng lượng động.
Bronk cũng lưu ý rằng không nhất thiết phải phá hủy hoàn toàn một hầm. Bạn có thể làm hư hại các lối vào, phá hủy các thiết bị thu phát và cắt đứt liên lạc tới một hầm chỉ huy bằng cách tấn công vào những vị trí chính xác. Trong thuật ngữ quân sự, điều này có thể tương đương với việc tạo ra một hố lớn, ngay cả khi những người bên trong vẫn không bị thương.
Không quân Hoa Kỳ sẽ hiểu rằng họ không thể tiết lộ khả năng xuyên tầng hiện tại của mình hoặc cách chúng so với các mục tiêu tiềm năng ở Iran, Trung Quốc hoặc nơi khác. Và hầu hết các công việc quân sự về bê tông chịu lực cao cũng được phân loại. Nhưng mức độ thiệt hại mà chương trình hạt nhân của Iran phải chịu sẽ có thể cung cấp cho chúng ta một số gợi ý. (Popsci)
