Sprzęt wojskowy stworzony na podstawie koncepcji ubiegłego wieku zbliżył się do progu, powyżej którego gigantyczne wysiłki i koszty dają nieadekwatnie niski wynik. Jednym z powodów jest znaczny wzrost energochłonności nowych obiektów AME. Czy istnieje wyjście z impasu?
Różne rodzaje energii (mechaniczna, cieplna, elektryczna itp.) są poszukiwane na wszystkich etapach użycia bojowego: rozpoznanie, przekazywanie informacji, przetwarzanie, użycie broni, ochrona przed wrogiem, manewr itp. Obecnie prowadzona jest generacja z góry oraz energię dostarczoną przez usługi MTO. Ale ilości i stawki wymagane przez wojska zaczynają przekształcać się w samowystarczalny cel i problem.
Śladami Tesli
Sytuację pogarsza pojawienie się nowych rodzajów AME (działa elektromagnetyczne, broń skierowana energia). Coraz bardziej oczywiste staje się, że rozwój systemu uzbrojenia wymaga zmiany koncepcji zaopatrzenia w energię. W przeciwnym razie nie da się zrealizować potencjału drzemiącego w nowych projektach.
Ten trend jest godny uwagi. Z jednej strony trwa aktywny rozwój w pełni elektrycznego i hybrydowego sprzętu wojskowego. Z drugiej strony, systemy i środki wytwórcze powstają bez kosztów lub przy obniżonych kosztach nośników energii dostarczanych do wojsk (panele słoneczne, turbiny wiatrowe, nowe rodzaje paliwa). Jednocześnie prowadzone są badania podstawowe (szczególnie aktywnie w USA i Japonii) nad bezprzewodową transmisją energii na duże odległości, co wydaje się być najatrakcyjniejsze. Chodzi o to, aby potężne źródło (elektrownia jądrowa, elektrownia wodna itp.) zasilało urządzenia odbiorcze broni i sprzętu wojskowego kanałem powietrznym (kosmicznym). Wprowadzenie takiego schematu prawie całkowicie wyeliminowałoby konieczność dostarczania wojskom ogromnych ilości energii (paliwa), radykalnie zwiększając ich gotowość bojową i skuteczność bojową.
Możliwość przesyłania energii na odległość bez przewodów została po raz pierwszy udowodniona i zademonstrowana eksperymentem w Colorado Springs w latach 1899-1900 przez Nikolę Teslę. Impuls elektryczny został przesłany 40 kilometrów. Jednak do tej pory nie udało się powtórzyć takiego eksperymentu.
W 1968 roku amerykański badacz przestrzeni kosmicznej Peter Glazer zaproponował umieszczenie dużych paneli słonecznych na orbicie geostacjonarnej, a wytwarzana przez nie energia (5-10 GW) miała być przesyłana na Ziemię za pomocą skupionej wiązki mikrofalowej, przekształcana w prąd stały lub zmienny i rozprowadzana do konsumentów …
Obecny poziom rozwoju elektroniki mikrofalowej pozwala mówić o dość wysokiej wydajności przenoszenia energii przez taką wiązkę - 70–75 procent. Ale nadal jest to dość trudne do wdrożenia. Wystarczy powiedzieć, że średnica anteny nadawczej powinna być równa kilometrowi, a odbiornik naziemny powinien mieć wymiary 10x13 kilometrów dla obszaru o szerokości geograficznej 35 stopni. Dlatego o projekcie zapomniano, ale ostatnio, biorąc pod uwagę najnowsze osiągnięcia technologiczne, wznowiono badania. Prowadzone są eksperymenty nad bezprzewodową transmisją energii za pomocą lasera.
Ale nasz pociąg drogowy…
O ile postęp nie jest tak duży w rozwoju nowych metod wytwarzania i przesyłu energii, o tyle w dziedzinie tworzenia obiektów całkowicie elektrycznych robią wrażenie. Nie można powiedzieć, że idea technologii wojskowej (i nie tylko) na tej podstawie jest zupełnie nowa. Uatrakcyjnił ją ekonomicznie i technicznie postęp w wytwarzaniu, magazynowaniu, przetwarzaniu i dystrybucji energii elektrycznej, elektronice półprzewodnikowej dużej mocy, automatyce i sterowaniu. Obiekty całkowicie elektryczne charakteryzują się mniejszym hałasem, wyższą wydajnością, możliwością racjonalnego rozdziału energii pomiędzy odbiorców, wysoką przyjaznością dla środowiska i innymi cechami, które czynią je bardzo atrakcyjnymi zarówno w dziedzinie cywilnej, jak i wojskowej.
Pierwsze maszyny z przekładnią elektryczną datuje się na początek ubiegłego wieku, kiedy to amerykańska firma LeTourneau zaczęła stosować napęd elektryczny w samobieżnych zgarniaczach. A od 1954 roku produkowane są unikalne superciężkie pojazdy terenowe, skutery śnieżne, wojskowe transportery-ewakuatory oraz wielosekcyjne pociągi drogowe wyposażone we wszystkie śruby napędowe napędzane przez generator zainstalowany na ciągniku czołowym (lider). Po raz pierwszy w światowej praktyce zaczęto używać potężnych kompaktowych silników elektrycznych montowanych bezpośrednio w piastach kół samochodu.
Pierwszy radziecki czynny dwusekcyjny pociąg drogowy z uproszczonym napędem elektrycznym kół przyczepy został opracowany w 1959 roku. Nie udało się jednak osiągnąć pełnej koordynacji pracy wszystkich kół napędowych ze źródłami energii. Dalszy rozwój innych krajowych przedsiębiorstw również nie doprowadził do oczekiwanego sukcesu. Problemem był problem zautomatyzowania sterowania maszynami z przekładnią elektryczną: racjonalny rozdział przepływów energii między węzłami, minimalne zużycie paliwa pierwotnego silnika spalinowego, optymalne warunki temperaturowe przy maksymalnej wydajności itp. Ani moc obliczeniowa komputerów tego czasu ani odpowiednie oprogramowanie nie wystarczyło.
W ostatnich latach sytuacja radykalnie się zmieniła, a idea w pełni elektrycznej broni i sprzętu wojskowego wróciła na nowy poziom jakościowy. Pojawienie się pojazdów bezzałogowych jeszcze bardziej podsyciło zainteresowanie. Transmisja elektryczna ułatwia tworzenie w pełni zautomatyzowanych celów bojowych sterowanych drogą radiową lub poprzez programowalne urządzenie.
Pod słońcem żaglem
Najpilniejsze wdrożenie koncepcji obiektu całkowicie elektrycznego powinno być uznane w technice morskiej. Jest kilka powodów:
duża długość przekładni (przekładni) o różnym przeznaczeniu, szeroka gama siłowników i przekształtników energii różnego typu: mechanicznych, termicznych, hydraulicznych i elektrycznych;
znaczna liczba odbiorców energii: napędy wałów śrubowych, wyrzutnie artyleryjskie i rakietowe, stacje radarowe i systemy walki elektronicznej, inne mechanizmy;
pojawienie się systemów uzbrojenia wymagających wysokiego zużycia energii (ukierunkowana broń energetyczna i sprzęt wojskowy, działa elektromagnetyczne itp.).
Podstawą w pełni elektrycznych statków jest pojedynczy (zintegrowany) system zasilania, który obejmuje obiekty wytwarzania i dystrybucji wysokiego napięcia, kompaktowe moduły do jego akumulacji i konwersji, zautomatyzowane systemy sterowania z zużyciem energii w różnych trybach pracy (pełna prędkość, użycie bojowe broni, manewrowania itp.). Najbardziej ilustrującym doświadczeniem jest amerykański program DDG 1000 i zbudowany na nim niszczyciel Zumvolt (https://vpk-news.ru/articles/17993). Niestety wiele krajowych mediów skupiło się na technicznych i technologicznych niepowodzeniach tego projektu, odwracając uwagę czytelników od sensu rozwoju statku, a nawet nieco dyskredytując pomysł.
DDG 1000 to centrum najnowszych osiągnięć amerykańskiej nauki i techniki w dziedzinie kompleksów i systemów uzbrojenia. Ale wszystkie one są zintegrowane ze statkiem poprzez zrozumienie charakterystycznych cech operacji, miejsca i roli, z uwzględnieniem możliwości energii niszczyciela (Integrated Power System - IPS). Zapewnia zasilanie wszystkich systemów i jednostek, monitoruje i steruje ich pracą. Przejście na pełny napęd elektryczny pozwoliło uwolnić znaczne ilości przestrzeni wewnętrznej na umieszczenie amunicji, aby stworzyć komfortowe warunki dla załogi. Napędy parowe, pneumatyczne i hydrauliczne wszystkich mechanizmów zostały całkowicie zastąpione elektrycznymi. Całkowita moc systemu elektroenergetycznego - około 80 MW - wystarcza na instalację zaawansowanej broni (laser, mikrofala, pistolety elektromagnetyczne) bez znacznego uszkodzenia wydajności innych odbiorców.
Statek ma niską sygnaturę radarową. Efektywny obszar rozpraszania (EPR) jest prawie 50 razy mniejszy niż w niszczycielach poprzedniej generacji. Niewidzialny!
Sterowanie odbywa się za pośrednictwem Total Ship Computing Environment (TSCE) ze wspólnym oprogramowaniem i „komercyjnym” interfejsem, które między innymi zapewniają łatwość konserwacji i szkolenia załogi. Nadbudówka niszczycieli klasy Zumvolt wykonana jest z materiałów kompozytowych.
Planuje się zainstalowanie silników śmigłowych wykorzystujących efekt nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego i dział elektromagnetycznych na trzecim kadłubie takiego niszczyciela. Aby korzystać z działka szynowego, statek musi zapewnić generację o mocy od 10 do 25 MW, co już zostało osiągnięte.
Można nadal wymieniać innowacje, które zostały zastosowane lub są planowane na tym statku, ale Amerykanie mają już platformę offshore nowej generacji, której nie posiada żaden inny kraj. Jak dotąd tylko francuska firma stoczniowa DCNS ogłosiła plany stworzenia całkowicie elektrycznego okrętu bojowego Advansea do 2025 roku.
Jeśli chodzi o technologię podwodną, początkowo warunkiem jej projektowania było hybrydowe lub całkowicie elektryczne zasilanie, więc nie ma sensu szczegółowo omawiać innowacji w tej dziedzinie.
W cywilnym przemyśle stoczniowym opracowywane są również modele, które mogą poradzić sobie z energią słoneczną. Realizowane są trzy koncepcje: żagiel z umieszczonymi na nim bateriami słonecznymi zapewnia napęd i zasilanie, umieszczane są również na kadłubie w celu przemieszczania i wydobywania wodoru z wody, wytworzona energia jest wykorzystywana do zasilania silników elektrycznych wału śrubowego oraz naładować baterie.
Statek wycieczkowy Suntech VIP australijskiej firmy stoczniowej Solar Sailor został zbudowany w 2010 roku według pierwszej koncepcji. Na drugim – katamaran Energy Observer, który właśnie przygotowuje się do podróży dookoła świata. Trzecią jest niemiecka Planeta Solar Turanor, wystrzelona w 2010 roku i opłynięta w 2012 roku. W pełni elektryczna bezzałogowa amerykańska łódź Solar Voyager (długość 5,5 metra i szerokość 0,76) z panelami słonecznymi została zwodowana w czerwcu 2016 roku i została przetestowana. Pracują nad podobnymi projektami w Japonii, Holandii, Włoszech i innych krajach. To wciąż egzotyczne, ale z czasem znajdzie zastosowanie w wojskowym przemyśle stoczniowym.
Nieśmiały „Kiełek”
Innym rodzajem sprzętu wojskowego, który jest najbardziej atrakcyjny dla realizacji koncepcji obiektu całkowicie elektrycznego i wiąże się z wprowadzeniem znacznej liczby innowacyjnych produktów, są samoloty. W odniesieniu do pola wojskowego jeszcze bardziej słuszne jest mówienie o bezzałogowcach.
Załogowe pojazdy całkowicie elektryczne były dotychczas opracowywane jako demonstratory zaawansowanej technologii. W 2012 roku Long-ESA ustanowiła rekord prędkości samolotu elektrycznego, przyspieszając podczas testu do 326 kilometrów na godzinę. Szwajcarski Solar-Impulse może latać w nieskończoność od Słońca (używając baterii jako źródła zasilania). W latach 2015-2016 wykonał (z lądowaniami) lot dookoła globu. Jak dotąd jedynym samolotem wykorzystywanym do celów praktycznych jest dwumiejscowy szkoleniowy Airbus E-Fan. Niemiecka firma Lilium Aviation opracowała całkowicie elektryczny tiltrotor Lilium Jet. Testy w locie odbyły się w wersji bezzałogowej.
Wszystkie te urządzenia (w odniesieniu do pola wojskowego) można uznać za prototypy urządzeń rozpoznawczych ze względu na niski poziom hałasu, ale nic więcej. Główną trudnością w tworzeniu załogowych samolotów elektrycznych jest niewystarczająca pojemność akumulatorów i gwałtownie rosnące wymagania dotyczące ładowności spowodowane obecnością osoby na pokładzie. Jednak niektóre firmy lotnicze już pracują nad projektami hybrydowych samolotów pasażerskich. W szczególności robi to EADS wraz z Rolls-Roycem. Deklarowane cele to zmniejszenie ilości zużywanego paliwa, ograniczenie szkodliwych emisji do środowiska oraz redukcja hałasu.
Jeśli chodzi o drony, wśród nich jest sporo całkowicie elektrycznych, tworzonych zarówno za granicą, jak i w naszym kraju (choć na importowanych komponentach), a także schematy samolotów i śmigłowców. Ustanowiono pierwsze światowe rekordy: zasilany energią słoneczną brytyjski QinetiQ-Zephyr unosił się w powietrzu przez dwa tygodnie w 2010 roku.
Zastosowanie na polu wojskowym ma szerokie perspektywy: monitoring, działania rozpoznawcze i uderzeniowe, wyznaczanie celów itp. Generalnie tworzenie takich samolotów wiąże się z rozwiązaniem wielu innowacyjnych problemów, w tym opracowaniem wysokowytrzymałych materiałów kompozytowych, ultra-dużych akumulatory, małe silniki elektryczne o wysokiej sprawności, systemy automatyczne, zarządzanie.
Jeśli chodzi o naziemny sprzęt wojskowy, tutaj spektrum rozwiązań hybrydowych (połączenie silnika spalinowego, generatora elektrycznego, magazynów energii, napędów całkowicie elektrycznych) i całkowicie elektrycznych jest dość szerokie, a projektanci krajowi również odnoszą sukcesy.
Ale, podobnie jak w poprzednich przypadkach, pojawia się pytanie: jakie są zalety? Skrzynia elektryczna umożliwia optymalizację trybów napędu (koła lub gąsienice), bezstopniową regulację prędkości jazdy i siły uciągu w szerokim zakresie oraz stworzenie skutecznych systemów przeciwblokujących i kontroli trakcji. Pozwala to na obniżenie wymagań dotyczących kwalifikacji i stanu psychofizycznego kierowców przy jednoczesnym zwiększeniu podstawowych wskaźników mobilności.
Przekładnie elektryczne charakteryzują się wysoką niezawodnością, możliwościami produkcyjnymi, obsługą i naprawą, możliwościami sterowania. Zmniejsza hałas, zwiększa przyjazność dla środowiska. Obiecująca jest możliwość zasilania broni i sprzętu o dużym poborze mocy przez stacje radiolokacyjne i systemy walki elektronicznej, działka elektrotermochemiczne, EMP itp.
Jednym z zadań jest stworzenie potężnych małych silników trakcyjnych. Największy sukces w tym zakresie osiągnięto w USA i Niemczech, gdzie wykonuje się je na bazie magnesów trwałych z wykorzystaniem pierwiastków ziem rzadkich (samarium, kobalt itp.) o wysokim stopniu magnetyzmu. Umożliwiło to znaczne zmniejszenie objętości i masy maszyn elektrycznych oraz ułatwienie sterowania.
W Rosji w wyniku projektu badawczego Krymsk powstał kołowy wóz bojowy z napędem hybrydowym i przekładnią elektryczną na bazie BTR-90 Rostok. Jak informowaliśmy, podczas prób morskich z silnikiem o mocy prawie półtora raza mniejszej niż prototyp, znacznie lepsze wyniki wykazał eksperymentalny model hybrydowego transportera opancerzonego. Zasięg paliwa jest półtora raza większy niż w BTR-90.
Jeśli chodzi o bezzałogowe (zdalnie pilotowane i zrobotyzowane) całkowicie elektryczne obiekty, za granicą i w naszym kraju powstała ogromna gama próbek broni naziemnej i sprzętu. Ich rozwój postępuje w przyspieszonym tempie, ze względu na potrzeby wojsk prowadzących działania wojenne w Afganistanie, Iraku, Syrii i innych regionach oraz potrzeby wewnętrzne. Mamy to do zapewnienia działań Ministerstwa Spraw Wewnętrznych, FSB, Gwardii Narodowej, Ministerstwa Sytuacji Nadzwyczajnych i innych departamentów.
Koncepcja w pełni elektrycznych lub hybrydowych obiektów AME jest wdrażana we wszystkich rozwiniętych krajach świata. Najbardziej systematyczne i praktyczne – w USA, Niemczech, Francji, Wielkiej Brytanii. Istnieją naukowe i techniczne podstawy do rozwoju i produkcji szerokiej gamy produktów, które w niedalekiej przyszłości stanowić będą podstawę systemu uzbrojenia zbudowanego na maszynach w pełni elektrycznych. Zapewni efektywne, wszechstronne użycie broni oparte na nowych zasadach fizycznych.
Projektowanie całkowicie elektrycznych obiektów sprzętu wojskowego nie jest pewnym hołdem dla mody. Jest to jeden z głównych kierunków tworzenia systemu uzbrojenia przyszłości. Pojawienie się nowych metod wytwarzania, przesyłania i zużywania energii, wykorzystania jej do pokonania wroga, znacząco zmieni możliwości wojsk, charakter i treść procesu ich wsparcia logistycznego i logistycznego. Niepokojące jest to, że w naszym kraju iw Siłach Zbrojnych wciąż nie ma systematycznego podejścia do ustalania listy, treści i wyników tego rodzaju prac.
