Chiến dịch tấn công của Mỹ và Israel vào Iran, đánh dấu lần đầu tiên sử dụng bom Massive Ordnance Penetrator (MOP), một quả bom khổng lồ nặng 30.000 pound mà chỉ máy bay ném bom tàng hình B-2 mới có thể mang theo. Do đó, Mỹ được coi là quốc gia duy nhất có khả năng phá hủy các cơ sở hạt nhân ngầm của Iran. Nhưng cho đến nay, trong cuộc chạy đua vũ trang thầm lặng giữa bê tông và bom, bê tông đang chiếm ưu thế. Ví dụ, vào cuối những năm 2000, có tin đồn về một hầm trú ẩn ở Iran bị trúng bom xuyên hầm. Quả bom đã không xuyên thủng được - và vẫn nằm kẹt trong bề mặt hầm, có lẽ cho đến khi những người bên trong gọi đội xử lý bom đến. Thay vì phá vỡ lớp bê tông, quả bom đã bất ngờ bị chặn lại. Lý do không khó đoán: Iran là quốc gia dẫn đầu trong công nghệ bê tông siêu hiệu năng (UHPC), và những tiến bộ mới nhất về bê tông của họ rõ ràng là quá mạnh đối với các loại bom xuyên hầm tiêu chuẩn.
Không quân Mỹ giới thiệu quả bom xuyên hầm hiện đại đầu tiên vào năm 1985. Bom thông thường có vỏ thép mỏng chứa đầy thuốc nổ, trong khi bom xuyên hầm có hình dạng thon gọn hơn, vỏ dày hơn và ít thuốc nổ hơn. Thiết kế này tập trung toàn bộ trọng lượng vào một diện tích nhỏ hơn, khiến nó giống như một chiếc dùi đục hơn là một chiếc búa, nhờ đó quả bom có thể xuyên thủng bê tông hoặc đào sâu xuống đất để tấn công các mục tiêu chôn sâu.
Mặc dù các loại bom đa năng từ những năm 1990 vẫn được sử dụng cho đến ngày nay, nhưng bom xuyên hầm đã phải trải qua nhiều thế hệ nâng cấp. Đầu những năm 2000, Không quân Hoa Kỳ thậm chí còn phát triển một loại thép đặc biệt cho mục đích này, được gọi là thép Eglin, với sự hợp tác của chuyên gia thép Ellwood National Forge Company. Thép Eglin là loại thép có hàm lượng cacbon thấp, niken thấp, chứa một lượng nhỏ vonfram, crom, mangan, silic và các nguyên tố khác, mỗi nguyên tố đều đóng góp một đặc tính mong muốn cho toàn bộ cấu trúc.
Thép Eglin là tiêu chuẩn vàng cho bom xuyên hầm, mặc dù trong những năm gần đây nó đã được bổ sung bởi loại thép USAF-96 mới, có hiệu suất tương tự nhưng dễ sản xuất và gia công hơn. Các nhà khoa học vật liệu phân biệt giữa hai đặc tính độ dẻo dai và độ cứng, và chính sự cân bằng giữa chúng là động lực thúc đẩy cuộc chạy đua vũ trang trong lĩnh vực chế tạo vũ khí và áo giáp. Ví dụ, khi một viên đạn chì mềm bắn trúng áo giáp Kevlar, viên đạn sẽ bị biến dạng và vỡ vụn, mất năng lượng vì thiếu độ cứng. Tuy nhiên, nếu viên đạn được bọc thép cứng, thì áo giáp Kevlar sẽ bị xuyên thủng. Giải pháp khắc phục là làm cho áo giáp cứng hơn bằng cách thêm tấm gốm siêu cứng làm từ vật liệu như cacbua bo. Những tấm gốm này cứng đến mức đạn bọc thép sẽ vỡ vụn khi va chạm. Điều này dẫn đến việc chế tạo loại đạn xuyên giáp đặc biệt có đầu bằng vonfram cứng. Khi những viên đạn này bắn trúng tấm gốm, tấm gốm sẽ vỡ vụn trong một quá trình gọi là phá vỡ giòn. Phil Purnell, Tiến sĩ, chuyên gia về công nghệ bê tông tại Đại học Leeds giải thích: “Cuộc chạy đua vũ trang xuyên hầm cũng tương tự, nhưng trong khi bên tấn công có lợi thế về thép, thì bên phòng thủ lại dựa trên bê tông, điều này ngay từ đầu đã mang một nhược điểm cố hữu. Bê tông vốn dĩ giòn. Nó chịu được lực ép tốt, chứ không chịu được lực kéo giãn.
Điểm yếu nằm ở khả năng chịu lực kéo và độ bền của nó”. Purnell lưu ý mặc dù một số loại bê tông hiện đại thực sự mạnh hơn nhôm, nhưng tính giòn lại là điểm yếu chí mạng của nó, và nó sẽ bị vỡ vụn. Tuy nhiên, điều này đã thay đổi với sự ra đời của loại bê tông được gọi là UHPC. Trước đây, cường độ chịu kéo 5.000 pound/inch vuông (psi) là đủ để bê tông được xếp loại là “cường độ cao”, với loại tốt nhất có thể đạt tới 10.000 psi. Loại UHPC mới có thể chịu được 40.000 psi hoặc hơn.
Tiến sĩ Stephanie Barnett thuộc Đại học Portsmouth ở Anh nói: “Độ bền cao hơn đạt được bằng cách biến bê tông thành vật liệu composite bằng cách thêm thép hoặc các sợi khác. Các sợi này giữ cho bê tông liên kết với nhau và ngăn chặn sự lan rộng của các vết nứt, loại bỏ tính giòn. Thay vì có một vài vết nứt lớn trên một tấm bê tông, bạn sẽ có rất nhiều vết nứt nhỏ hơn. Các sợi giúp tăng năng lượng phá vỡ”.
Năng lượng phá vỡ được định nghĩa là lượng năng lượng cần thiết để làm vỡ một vật liệu. Bê tông hấp thụ động năng của vật thể phóng vào khi nó bị vỡ, làm chậm tốc độ và ngăn không cho nó xuyên thủng. Tất nhiên, các nhà nghiên cứu đã và đang thử nghiệm để tìm ra hỗn hợp sợi tối ưu cho bê tông siêu hiệu năng (UHPC). Càng nhiều càng tốt, nhưng cũng có giới hạn. Purnell nói: “Vấn đề là nếu bạn cho vào nhiều hơn khoảng 1% sợi thép, nó bắt đầu vón cục lại. Mẹo hay là làm thế nào để trộn nhiều hơn 1% sợi vào bê tông”. Nhiều nhóm nghiên cứu trên khắp thế giới đã và đang nghiên cứu những kỹ thuật để trộn sợi thành công. Phần lớn công việc này do quân đội thực hiện, nhưng như Barnett lưu ý, quân đội đôi khi đến hỏi các nhà nghiên cứu dân sự nhưng không bao giờ nói gì về công việc của chính họ.
Trong lĩnh vực bê tông chịu va đập - một lĩnh vực ít được quan tâm trong công trình dân dụng - họ có thể đi trước đồng nghiệp dân sự rất xa. Năm 2012, Không quân Hoa Kỳ (USAF) khởi động một dự án đánh giá những thách thức do hầm trú ẩn làm bằng bê tông siêu bền (UHPC) gây ra. Cuối cùng, Không quân Hoa Kỳ tự phát triển phiên bản UHPC của riêng mình, được đặt tên một cách thích hợp là bê tông cường độ cao Eglin, để phục vụ cho quá trình thử nghiệm. Mặc dù kết quả nghiên cứu của Không quân Hoa Kỳ được giữ bí mật, một nghiên cứu công khai của Trung Quốc đã so sánh bê tông cường độ cao thông thường với bê tông siêu cường độ cao (UHPC) được gia cường bằng sợi.
Đạn xuyên thủng các mục tiêu bê tông cốt thép, nhưng các mục tiêu UHPC chỉ bị nứt nhẹ, và đạn “hoặc găm vào hoặc bật ra” khỏi các mục tiêu này. Không quân Hoa Kỳ lo ngại ngay cả những quả bom 5.000 pound của họ cũng không đủ; và vào năm 2011, họ đã nhận được bom Massive Ordnance Penetrator (MOP). Loại bom này thậm chí còn lớn hơn cả bom Massive Ordnance Air Blast (MOAB, hay “mẹ của mọi quả bom”) nổi tiếng nặng 21.000 pound, được thiết kế để phá hủy những hầm trú ẩn sâu và kiên cố nhất bằng năng lượng động học tuyệt đối. MOP là loại bom lớn nhất mà người ta có thể mang lên máy bay - chỉ có máy bay ném bom chiến lược B-2 Spirit mới có khả năng mang được - vì vậy các loại vũ khí nhỏ hơn 2.000 và 5.000 pound vẫn sẽ cần phải thực hiện phần lớn công việc chống lại các mục tiêu nhỏ hơn.
Sau khi nghiên cứu cụ thể, Không quân đã nâng cấp MOP. Sau đó, họ lại nâng cấp thêm một lần nữa. Đến năm 2018, nó đã trải qua lần nâng cấp thứ tư. Các loại vũ khí nhỏ hơn cũng được nâng cấp tương tự. Tiến sĩ Gregory Vartanov, thuộc Tập đoàn Phát triển Vật liệu Tiên tiến có trụ sở tại Toronto, cho rằng UHPC cao cấp đơn giản là quá mạnh đối với các loại bom được chế tạo bằng thép hiện có. “Các đầu đạn xuyên phá với vỏ nguyên khối được làm từ các vật liệu như… thép Eglin… không thể xuyên thủng boong-ke làm từ UHPC”, Vartanov lưu ý trong một bài báo đăng tháng 2/2021 trên tạp chí Aerospace & Defense Technology, dựa trên công thức xuyên phá mã nguồn mở. Nhưng câu chuyện chưa kết thúc ở đó. UHPC rất tốt. Nhưng biện pháp bảo vệ tốt hơn nữa hiện đang được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.
Nghiên cứu gần đây của Trung Quốc mô tả về bê tông composite xi măng phân cấp chức năng (FGCC), được tạo ra bằng cách xếp lớp các loại bê tông hiệu năng cao khác nhau với các đặc tính khác nhau. Lớp ngoài mỏng là bê tông siêu cứng UHPC cốt liệu; bên dưới lớp này là một lớp dày bê tông UHPC cốt sợi hỗn hợp được tối ưu hóa để chống nứt. Cuối cùng, có một lớp bê tông UHPC cốt sợi thép bền chắc. Như Purnell giải thích, mỗi lớp có một tác dụng khác nhau. Purnell bình luận: “Bạn có lớp ngoài cứng để làm hỏng vật thể bay, sau đó là lớp dày có khối lượng để hấp thụ năng lượng của nó, và lớp trong cùng có tác dụng giữ lại các mảnh vỡ. Lớp chống vỡ vụn bên trong này đảm bảo rằng nếu bê tông bị nứt, sẽ không có mảnh vỡ nào (hay “vỡ vụn”) xuyên vào hầm trú ẩn bên trong”. Theo nghiên cứu của Trung Quốc công bố năm 2021, FGCC có khả năng chống xuyên thủng và nổ tốt hơn nhiều so với UHPC: “độ sâu xuyên thủng, diện tích miệng hố và thiệt hại do xuyên thủng đã giảm đáng kể nhờ hiệu ứng hiệp đồng của các sợi cường độ cao và cốt liệu thô”. Barnett cho biết bà đã nghiên cứu một khái niệm tương tự, và kỹ thuật xếp lớp vật liệu có tính chất khác nhau này có thể hiệu quả hơn bất kỳ vật liệu đơn lẻ nào. Nghiên cứu mới nhất này tiếp nối ít nhất 4 năm nghiên cứu của Trung Quốc về bê tông nhiều lớp, đặc biệt tập trung vào khả năng hấp thụ va đập và vụ nổ. Có thể dự đoán rằng việc xây dựng các hầm trú ẩn mới sẽ vô cùng khó khăn. Việc chế tạo bom xuyên hầm lớn hơn và mạnh hơn là rất hạn chế, nhưng vẫn còn những cách tiếp cận khác.
Cuộc chạy đua vũ trang có thể không tiếp tục theo con đường cũ mà sẽ rẽ sang một hướng khác. “Vũ khí siêu thanh mang đến một phương thức tấn công tiềm năng mới chống lại hầm trú ẩn kiên cố”, Justin Bronk thuộc Viện nghiên cứu quốc phòng RUSI của Anh cho biết. Tên lửa siêu thanh là những tên lửa di chuyển trong khí quyển với tốc độ vượt quá Mach 5. Được trang bị đầu xuyên bằng vonfram, chúng có thể hoạt động như “những mũi tên từ Chúa”, xuyên thủng bê tông nhiều lớp như đạn xuyên giáp. Không có đầu đạn nổ, những vũ khí này gây sát thương chỉ bằng động năng.
Bronk cũng lưu ý không phải lúc nào cũng cần phải phá hủy hoàn toàn một hầm trú ẩn. Bạn có thể làm hư hại các lối vào, vô hiệu hóa ăng-ten và cắt đứt liên lạc với hầm chỉ huy bằng cách tấn công vào đúng vị trí. Về mặt quân sự, nó cũng chẳng khác gì một hố sâu, ngay cả khi những người bên trong không bị thương.
