Sự thật độ bền tháp pháo xe tăng IS3 huyền thoại của Liên Xô

Giới hạn của lớp giáp IS-3

Kết quả nghiên cứu được lưu trong các tài liệu kỹ thuật năm 1945 cho thấy một kết luận đáng chú ý: tháp pháo IS-3 không thể bảo đảm khả năng chống chịu hoàn toàn trước đạn xuyên giáp cỡ 88 mm bắn từ pháo KwK 43.

Đây là loại pháo từng được trang bị trên xe tăng Tiger II (King Tiger), được đánh giá là một trong những pháo tăng uy lực nhất của Đức trong Thế chiến II. Với vận tốc đầu nòng khoảng 1.000 m/giây, KwK 43 có khả năng xuyên phá rất lớn đối với các mục tiêu bọc thép ở cự ly chiến đấu thông thường.

Kết luận trên được đưa ra sau loạt thử nghiệm bắn đạn thật tại Nhà máy Uralmash cùng các nghiên cứu của Viện Nghiên cứu Giáp thép Liên Xô (TsNII-48). Báo cáo do tiến sĩ khoa học kỹ thuật Andrey Zavyalov ký xác nhận rằng, dù có khả năng bảo vệ rất cao, tháp pháo IS-3 vẫn tồn tại những khu vực có thể bị xuyên thủng khi đối mặt với đạn xuyên giáp 88 mm ở một số góc bắn nhất định.

Giáp quá cứng chưa chắc đã tốt hơn

Để xác định nguyên nhân, các kỹ sư Liên Xô thử nghiệm ba tháp pháo có độ cứng khác nhau, gồm loại giáp cứng cao, trung bình và thấp.

Kết quả cho thấy điều trái với suy nghĩ phổ biến: tăng độ cứng của thép không đồng nghĩa với khả năng chống đạn tốt hơn.

Theo báo cáo, khu vực dày khoảng 146-152 mm trên tháp pháo có độ cứng cao chỉ chịu được viên đạn 88 mm ở vận tốc khoảng 900 m/giây, tương đương phát bắn từ khoảng cách khoảng 1 km. Trong khi đó, khu vực có chiều dày tương đương nhưng sử dụng thép độ cứng trung bình vẫn có thể chống chịu khi viên đạn va chạm ở tốc độ khoảng 990 m/giây, tương ứng với cự ly chỉ khoảng 100 m.

Các kỹ sư giải thích rằng khi độ dày giáp vượt quá khoảng 100 mm, thép quá cứng sẽ trở nên giòn hơn. Dưới tác động của viên đạn có động năng rất lớn, lớp giáp dễ xuất hiện vết nứt hoặc bong các mảnh kim loại ở mặt trong, gây nguy hiểm cho kíp lái ngay cả khi đạn chưa xuyên hoàn toàn.

Ngược lại, giáp có độ cứng trung bình hoặc thấp hơn có tính dẻo cao hơn, có thể biến dạng để hấp thụ một phần động năng của viên đạn, từ đó hạn chế nứt gãy và giảm nguy cơ tạo mảnh văng bên trong khoang chiến đấu.

Tuy nhiên, ngay cả phương án tối ưu này cũng chưa đủ để bảo đảm khả năng miễn nhiễm hoàn toàn trước đạn 88 mm. Báo cáo kết luận các khu vực dày từ 90-150 mm ở phần trước tháp pháo vẫn có thể bị xuyên khi trúng đạn ở cự ly dưới khoảng 1 km.

Khi Liên Xô dùng “mô phỏng số” trước thời đại máy tính

Thay vì tiếp tục chế tạo rồi bắn thử hàng loạt tháp pháo mới, các nhà khoa học TsNII-48 quyết định áp dụng một phương pháp hoàn toàn khác: mô phỏng toán học.

Đây được xem là một trong những ví dụ đầu tiên về mô phỏng khả năng bảo vệ của xe tăng trong ngành công nghiệp quốc phòng Liên Xô.

Mục tiêu đặt ra không hề đơn giản. Khối lượng tháp pháo không được tăng thêm, nhưng khả năng chống đạn ở góc chính diện từ 0-90 độ phải được cải thiện.

Để giải bài toán này, các kỹ sư chia toàn bộ bề mặt tháp pháo thành khoảng 80 vùng nhỏ. Với mỗi vùng, họ xác định chính xác chiều dày giáp, góc nghiêng, diện tích hứng đạn và khả năng chống xuyên.

Do giáp đúc có chất lượng không đồng đều như giáp cán, chiều dày tính toán của từng khu vực còn được giảm 10% nhằm tạo hệ số an toàn.

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu xây dựng mô hình xác suất gồm ba yếu tố: khả năng viên đạn bắn trúng từng khu vực của tháp pháo, xác suất xuyên giáp nếu trúng và xác suất tổng thể khiến xe tăng mất khả năng chiến đấu.

Để mô phỏng độ tản mát của pháo KwK 43 ở cự ly chiến đấu phổ biến khoảng 500 m, các kỹ sư còn tính toán quỹ đạo, sai số theo phương ngang và phương đứng, sau đó kết hợp với hình dạng thực tế của tháp pháo để xây dựng mô hình “bắn thử trên giấy”.

Điều đáng chú ý là toàn bộ quá trình này được thực hiện hoàn toàn thủ công. Các bản vẽ trong suốt được đặt lên những lưới ô vuông nhỏ, sau đó kỹ sư đếm từng ô để xác định xác suất đạn rơi vào từng khu vực của tháp pháo. Kết quả cuối cùng là một “bản đồ điểm yếu” chi tiết, cho biết chính xác vùng nào đủ khả năng chống chịu và vùng nào cần tăng cường.

Muốn chống được KwK 43 phải tăng thêm nửa tấn giáp

Kết quả mô phỏng cho thấy nếu muốn toàn bộ mặt trước tháp pháo IS-3 đủ sức chống lại pháo KwK 43 trong mọi điều kiện tính toán, xe tăng sẽ cần bổ sung thêm ít nhất khoảng 500 kg giáp.

Đây là phương án không khả thi vì sẽ làm tăng đáng kể trọng lượng xe. Thay vào đó, các kỹ sư đề xuất phân bổ lại lượng thép sẵn có bằng cách giảm bớt độ dày ở phần sau tháp pháo – khu vực ít có nguy cơ bị bắn trúng hơn, để tăng cường cho mặt trước.

Điểm đáng chú ý là phương án này không làm thay đổi hình dáng bên ngoài hay các góc nghiêng vốn là ưu điểm của IS-3. Chỉ cấu trúc bên trong của khối giáp đúc được điều chỉnh nhằm tối ưu khả năng bảo vệ.

Những nghiên cứu này sau đó được tổng hợp trong tài liệu “Thay đổi kết cấu tháp pháo xe tăng IS-3 nhằm nâng cao độ tin cậy của khả năng bảo vệ giáp”, hiện vẫn được lưu giữ tại Kho lưu trữ Kinh tế Quốc gia Nga. Dù ra đời cách đây hơn 80 năm, công trình này vẫn được nhiều nhà nghiên cứu xem là một dấu mốc đáng chú ý trong quá trình ứng dụng mô phỏng toán học vào thiết kế xe tăng, đặt nền móng cho các phương pháp phân tích và tối ưu hóa giáp bảo vệ được sử dụng rộng rãi trong những thập niên sau đó.