Trung Quốc ứng dụng sợi carbon vào tàu ngầm không người lái

Theo các nhà nghiên cứu đứng sau dự án, thân tàu phù hợp với vùng biển nông và có thể dễ dàng chịu được áp suất rất lớn ở độ sâu 6.000 mét, giúp tăng hiệu suất tổng thể, cắt giảm đáng kể chi phí sản xuất, đồng thời thách thức quan niệm cho rằng sợi carbon không thể sử dụng dưới nước.

"Các cấu trúc chịu áp suất của tàu ngầm dưới biển sâu thường sử dụng hợp kim thép hoặc hợp kim titan, nhưng do mật độ vật liệu cao nên trọng lượng của các cấu trúc chịu áp suất này chiếm tỷ lệ lớn trong tổng trọng lượng, hạn chế khả năng chịu tải", nhóm dự án dẫn đầu bởi kỹ sư cấp cao Guo Yuqi tại Viện nghiên cứu FRP Cáp Nhĩ Tân cho biết.

"Trong thời đại phát triển nhanh chóng với nhu cầu cao về lặn sâu và khả năng chịu tải lớn, vật liệu sợi carbon đã được sử dụng rộng rãi trong các cấu trúc chịu áp suất của tàu ngầm có người lái và không người lái nhờ các đặc tính tuyệt vời của chúng, chẳng hạn như mật độ thấp, độ bền cao, mô đun cao, khả năng chống mỏi, chống ăn mòn và tính linh hoạt trong thiết kế", nhóm dự án cho hay.

Tàu ngầm Titan do OceanGate vận hành đã phát nổ trong chuyến thám hiểm xác tàu Titanic vào ngày 18/6/2023. Ảnh: OceanGate Expeditions

Thân tàu chịu áp lực bằng sợi carbon do Trung Quốc sản xuất có thành dày khoảng 3 cm. Theo nhóm của Guo, trong các thử nghiệm, nó dễ dàng chịu được áp suất nước là 77 megapascal (MPa). Nhóm ước tính một cabin làm bằng vật liệu sợi carbon này có thể chịu được áp suất 90 MPa, tương đương với độ sâu của đại dương gần 9.000 mét. Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn, họ đã đặt độ sâu hoạt động của nó ở mức 6.000 mét, tương ứng với áp suất 60 MPa.

Lớp ngoài của vỏ tàu áp suất sợi carbon là lớp phủ chống thấm nước mỏng 1 mm. Các nhà nghiên cứu cho biết lớp phủ này cung cấp một mức độ bảo vệ nhất định và không cho phép rò rỉ, hư hỏng, bong tróc, nứt hoặc các vấn đề khác trong quá trình sử dụng bình thường.

Theo nhóm của Guo, nó có thể chịu được một mức độ va đập, trầy xước và nhiều thử thách khác mà không bị hỏng hóc hay hư hại.

Phần đầu và đuôi của thân tàu chịu áp lực bằng sợi carbon sử dụng vật liệu hợp kim titan T4. Vì phải chịu được áp suất nước biển thay đổi từ 0 đến 6.000 mét, các nhà thiết kế đã cân nhắc đến các vấn đề như sự thay đổi áp suất, nhiệt độ trong thân tàu sợi carbon và các mối nối giữa sợi carbon và hợp kim titan.

Nhóm của Guo cũng đã phát triển một thân tàu ngầm không người lái bằng sợi carbon phù hợp để hoạt động ở độ sâu dưới 200 mét. Với độ dày chỉ 3 mm nhưng đường kính 1 mét, nó có thể được sử dụng cho các tàu ngầm không người lái giá rẻ hoạt động ở vùng nước nông.

Các nhà máy Trung Quốc đã sản xuất gần một nửa lượng sợi carbon của thế giới vào năm ngoái. Với nhiều dây chuyền sản xuất mới đang được xây dựng, một số chuyên gia công nghiệp ước tính năng lực sản xuất của Trung Quốc có thể tăng đáng kể trong những năm tới, qua đó làm giảm chi phí sợi carbon.

Trong khi đó ở phương Tây, sợi carbon được coi là không phù hợp để sử dụng trong ngành công nghiệp tàu ngầm.

Tàu ngầm có người lái đầu tiên trên thế giới làm bằng sợi carbon, Titan – do công ty tư nhân Mỹ OceanGate vận hành – đã bị phá hủy do áp suất nước cực lớn trong hành trình đến xác tàu Titanic ở độ sâu 4.000 mét, khiến cả 5 người trên tàu thiệt mạng vào tháng 6 năm ngoái.

Nhiều người trong ngành cho rằng thảm kịch này là do sợi carbon yếu khi ở dưới nước: dưới áp suất rất lớn, nước có thể thấm qua các khe hở giữa các sợi và việc nước dâng lên rồi hạ xuống nhiều lần có khả năng làm nứt và biến dạng thân tàu.

Hoài Phương (theo SCMP)