Trung Quốc mô phỏng công nghệ laser phát hiện tiêm kích F-35 từ xa

Máy bay F-35A Lightning II đang bay. Ảnh: Không quân Hoa Kỳ.

Các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã mô phỏng hệ thống cảm biến laser lidar đơn photon có khả năng phát hiện máy bay chiến đấu tàng hình F-35 vào ban đêm từ khoảng cách khoảng 61,5 km. Công nghệ này có thể mở ra một phương thức theo dõi mục tiêu mới, bổ sung cho radar và cảm biến hồng ngoại hiện nay.

Công nghệ lidar đơn photon có thể phát hiện máy bay tàng hình như thế nào?

Theo thông tin nghiên cứu được công bố, nhóm chuyên gia thuộc Học viện Tên lửa Không vận Trung Quốc đã mô phỏng một hệ thống lidar đơn photon được thiết kế để tích hợp vào đầu dò tên lửa.

Khác với radar sử dụng sóng vô tuyến, lidar phát các xung laser về phía mục tiêu và thu nhận ánh sáng phản xạ để xác định khoảng cách cũng như vị trí của vật thể.

Điểm khác biệt của công nghệ đơn photon nằm ở khả năng phát hiện những tín hiệu ánh sáng cực yếu. Về nguyên lý, hệ thống có thể ghi nhận tín hiệu phản xạ ngay cả khi số lượng photon quay trở lại cảm biến rất nhỏ.

Đây là yếu tố có ý nghĩa đối với việc phát hiện các mục tiêu có khả năng giảm tín hiệu phản xạ radar, chẳng hạn như tiêm kích tàng hình F-35 của Mỹ.

Trong mô phỏng, nhóm nghiên cứu sử dụng hệ thống laser hoạt động ở bước sóng 1.064 nanomet, năng lượng mỗi xung đạt 1 millijoule và thấu kính có đường kính 100 mm.

Các thông số này được lựa chọn nhằm nghiên cứu khả năng thu nhỏ thiết bị để phù hợp với những giới hạn về không gian, trọng lượng và nguồn điện của tên lửa.

Nhóm nghiên cứu cũng đưa các yếu tố môi trường vào mô hình tính toán, bao gồm khả năng truyền ánh sáng trong khí quyển, ánh sáng nền của bầu trời và nhiễu phát sinh từ thiết bị dò.

Theo dữ liệu được cung cấp, mô phỏng cho thấy hệ thống có khả năng phát hiện mục tiêu từ khoảng cách 38,2 dặm, tương đương khoảng 61,5 km, trong điều kiện ban đêm.

Tuy nhiên, đây mới là kết quả mô phỏng trên máy tính, chưa phải kết quả thử nghiệm thực địa đối với một chiếc F-35 đang hoạt động.

Bài toán kỹ thuật khi tích hợp cảm biến laser vào tên lửa

Một trong những thách thức của hệ thống lidar đơn photon là thời gian phục hồi của bộ dò sau mỗi lần ghi nhận tín hiệu.

Khi cảm biến phát hiện một photon, thiết bị cần một khoảng thời gian ngắn để trở lại trạng thái sẵn sàng trước khi tiếp nhận tín hiệu tiếp theo.

Khoảng thời gian này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng ghi nhận tín hiệu liên tục, nhất là khi mục tiêu di chuyển và lượng ánh sáng phản xạ thay đổi.

Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã dành sự quan tâm cho đặc tính phục hồi của bộ dò trong quá trình xây dựng mô hình.

Bên cạnh đó, việc triển khai lidar trên tên lửa đặt ra yêu cầu cao về kích thước và khả năng vận hành của hệ thống quang học.

Không giống các thiết bị quan sát được lắp đặt trên mặt đất hoặc phương tiện có không gian lớn, đầu dò tên lửa phải hoạt động trong điều kiện hạn chế về nguồn điện, kích thước và khối lượng.

Các yếu tố như rung động, nhiệt độ, tốc độ di chuyển và khả năng duy trì tín hiệu khi mục tiêu thay đổi vị trí cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành thực tế.

Việc sử dụng thấu kính đường kính 100 mm trong mô phỏng cho thấy nhóm nghiên cứu đang xem xét một cấu hình quang học tương đối nhỏ, phù hợp với định hướng phát triển cảm biến tích hợp.

Tuy nhiên, các thông tin hiện có chưa đủ để xác định liệu cấu hình này có đáp ứng được toàn bộ yêu cầu của một hệ thống dẫn đường tên lửa trong điều kiện chiến đấu hay không.

Công nghệ lidar đơn photon sử dụng cảm biến có độ nhạy cao để thu nhận những tín hiệu ánh sáng phản xạ rất yếu.

Liệu lidar có thể vô hiệu hóa khả năng tàng hình của F-35?

F-35 là dòng máy bay chiến đấu thế hệ thứ năm do tập đoàn quốc phòng Lockheed Martin của Mỹ phát triển. Máy bay sử dụng thiết kế khí động học, vật liệu và các giải pháp kỹ thuật nhằm giảm khả năng bị phát hiện, đặc biệt trước các hệ thống radar.

Tuy nhiên, khả năng tàng hình không đồng nghĩa với việc máy bay hoàn toàn không thể bị phát hiện.

Radar, cảm biến hồng ngoại và hệ thống quang điện khai thác những đặc tính vật lý khác nhau của mục tiêu. Vì vậy, một máy bay có khả năng giảm tín hiệu radar vẫn có thể để lại các dấu hiệu mà những loại cảm biến khác có thể ghi nhận trong điều kiện phù hợp.

Lidar đơn photon được nghiên cứu theo nguyên lý này. Thay vì chỉ dựa vào tín hiệu radar, hệ thống chủ động phát ánh sáng laser và tìm kiếm tín hiệu phản xạ từ mục tiêu.

Nếu công nghệ được phát triển thành công, cảm biến lidar có thể bổ sung một nguồn dữ liệu cho các hệ thống phát hiện và theo dõi mục tiêu trên không. Dù vậy, công nghệ này vẫn phải đối mặt với những giới hạn vật lý.

Laser có thể chịu ảnh hưởng của mây, sương mù, mưa, bụi và các điều kiện khí quyển khác. Khả năng thu nhận tín hiệu cũng phụ thuộc vào khoảng cách, đặc điểm bề mặt mục tiêu, góc quan sát và mức độ nhiễu ánh sáng.

Ngoài ra, một hệ thống phát hiện mục tiêu ở khoảng cách xa chưa chắc có thể duy trì khả năng theo dõi liên tục với độ chính xác cần thiết cho hoạt động dẫn đường.

Do đó, kết quả mô phỏng chưa đủ để kết luận lidar đơn photon có thể vô hiệu hóa công nghệ tàng hình của F-35 hoặc thay thế hoàn toàn những phương thức phát hiện hiện nay.

Mở thêm hướng nghiên cứu cho hệ thống cảm biến thế hệ mới

Nghiên cứu của Trung Quốc phản ánh tiềm năng ứng dụng của công nghệ cảm biến quang học có độ nhạy cao trong lĩnh vực hàng không và quốc phòng.

Về mặt kỹ thuật, lidar đơn photon có thể trở thành một thành phần trong hệ thống cảm biến kết hợp, nơi radar, thiết bị hồng ngoại và cảm biến quang học cung cấp các nguồn dữ liệu khác nhau để hỗ trợ nhận diện mục tiêu.

Cách tiếp cận này có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào một phương thức phát hiện duy nhất, đồng thời tạo điều kiện đối chiếu dữ liệu giữa nhiều loại cảm biến.

Ngoài lĩnh vực quốc phòng, những nghiên cứu về lidar đơn photon còn có ý nghĩa đối với công nghệ đo đạc khoảng cách, lập bản đồ ba chiều, quan sát từ xa và các hệ thống tự động cần phát hiện tín hiệu ánh sáng yếu.

Tại Việt Nam, nguyên lý cảm biến quang học độ nhạy cao cũng là lĩnh vực có thể được quan tâm trong nghiên cứu điện tử, quang tử, thiết bị đo lường và hệ thống quan sát thông minh. Tuy nhiên, khả năng ứng dụng cụ thể phụ thuộc vào năng lực chế tạo, chi phí thiết bị và yêu cầu kỹ thuật của từng lĩnh vực.

Đối với nghiên cứu của Trung Quốc, các kết quả mô phỏng hiện mới cung cấp cơ sở để đánh giá tính khả thi về mặt lý thuyết. Những thử nghiệm trong môi trường thực tế sẽ cần thiết để xác định độ tin cậy, giới hạn phát hiện và khả năng tích hợp của hệ thống.

Khoảng cách từ một mô hình mô phỏng đến một thiết bị có thể triển khai trên thực tế vẫn phụ thuộc vào quá trình phát triển phần cứng, kiểm chứng và đánh giá trong những điều kiện vận hành khác nhau.