Det militære utstyret som ble opprettet på grunnlag av konseptene fra forrige århundre har nærmet seg terskelen, utover hvilken gigantisk innsats og kostnader gir et utilstrekkelig lavt resultat. En av årsakene er en betydelig økning i energiforbruket til nye AME -anlegg. Er det en vei ut av dødvallen?
Ulike energityper (mekanisk, termisk, elektrisk, etc.) er etterspurt i alle stadier av kampbruk: rekognosering, informasjonsoverføring, behandling, bruk av våpen, beskyttelse mot fienden, manøver, etc. For tiden utføres generering på forhånd, og energi levert av MTO -tjenester. Men volumene og hastighetene som kreves av troppene begynner å bli til et selvforsynt mål og problem.
I Teslas fotspor
Situasjonen forverres av fremveksten av nye typer AME (elektromagnetiske kanoner, styrte energivåpen). Det blir mer og mer åpenbart at utviklingen av våpensystemet krever en endring av begrepene energiforsyning. Ellers er det umulig å realisere potensialet som ligger i nye design.
Denne trenden er bemerkelsesverdig. På den ene siden pågår en aktiv utvikling av fullt elektrisk og hybrid militært utstyr. På den annen side opprettes genereringssystemer og midler uten kostnader eller med reduserte kostnader for energibærere levert til troppene (solcellepaneler, vindturbiner, nye typer drivstoff). Samtidig forskes det grunnleggende (spesielt aktivt i USA og Japan) på trådløs overføring av energi over lange avstander, noe som synes å være det mest attraktive. Tanken er at en kraftig kilde (atomkraftverk, vannkraftverk, etc.) mater mottaksenhetene til våpen og militært utstyr gjennom luft (rom) -kanalen. Innføringen av en slik ordning ville nesten fullstendig eliminere behovet for å levere enorme mengder energi (drivstoff) til troppene, noe som radikalt øker deres kampberedskap og kampeffektivitet.
Muligheten for å overføre energi over en avstand uten ledninger ble først bevist og demonstrert ved eksperiment i Colorado Springs i 1899-1900 av Nikola Tesla. Den elektriske impulsen ble overført 40 kilometer. Imidlertid har det ikke vært mulig å gjenta et slikt eksperiment så langt.
I 1968 foreslo den amerikanske romforskeren Peter Glazer å plassere store solcellepaneler i geostasjonær bane, og energien de genererer (5-10 GW) skal overføres til Jorden av en fokusert mikrobølgestråle, konverteres til likestrøm eller vekselstrøm og distribueres til forbrukere …
Det nåværende utviklingsnivået for mikrobølgeovnelektronikk gjør det mulig å snakke om en ganske høy effektivitet for energioverføring med en slik stråle - 70–75 prosent. Men dette er fortsatt ganske vanskelig å gjennomføre. Det er nok å si at diameteren på sendeantennen skal være lik en kilometer, og bakkemottakeren skal være 10x13 kilometer stor for et område på 35 grader bredde. Derfor ble prosjektet glemt, men nylig, med tanke på de siste teknologiske fremskrittene, har forskning blitt gjenopptatt. Det utføres eksperimenter med trådløs overføring av energi ved hjelp av en laser.
Men vogntoget vårt …
Selv om fremgangen ikke er så signifikant med utviklingen av nye generasjonsmetoder og kraftoverføring, er de imponerende når det gjelder å lage helelektriske objekter. Det kan ikke sies at ideen om militær (og ikke bare) teknologi på dette grunnlaget er helt ny. Det ble gjort økonomisk og teknisk attraktivt av fremskritt i generering, lagring, transformasjon og distribusjon av elektrisitet, i kraftig solid state elektronikk, automatisering og kontroll. Helelektriske anlegg har mindre støy, høyere effektivitet, mulighet for rasjonell maktfordeling mellom forbrukere, høy miljøvennlighet og andre kvaliteter som gjør dem svært attraktive både på sivile og militære felt.
De første maskinene med elektrisk overføring dateres tilbake til begynnelsen av forrige århundre, da det amerikanske selskapet LeTourneau begynte å bruke en elektrisk stasjon på selvgående skrapere. Og siden 1954 har det blitt produsert unike supertunge terrengkjøretøyer, snøscootere, militære transportører-evakuatorer og flerseksjonstog som er utstyrt med alle ledende hjulpropeller drevet av en generator installert på hovedtraktorkjøretøyet (leder). For første gang i verdenspraksis begynte de å bruke kraftige kompakte elektriske motorer montert direkte i hjulnavene på en bil.
Det første sovjetiske aktive todelt seksjonstoget med en forenklet elektrisk kjøring av tilhengerhjulene ble utviklet i 1959. Men det var ikke mulig å oppnå fullstendig koordinering av arbeidet til alle drivhjul med energikilder. Videre utvikling av andre innenlandske foretak førte heller ikke til den forventede suksessen. Snublesten var problemet med å automatisere kontrollen av maskiner med elektrisk overføring: rasjonell fordeling av energistrømmer mellom noder, minimalt drivstofforbruk til den primære forbrenningsmotoren, optimale temperaturforhold med maksimal effektivitet, etc. Verken datakraften til datamaskinene på den tiden eller den tilhørende programvaren var nok.
Situasjonen har endret seg radikalt de siste årene, og ideen om fullt elektriske våpen og militært utstyr har kommet tilbake til et nytt kvalitativt nivå. Fremveksten av ubemannede kjøretøyer drev interessen enda mer. Elektrisk overføring gjør det lettere å lage helautomatiske kampmål kontrollert av radio eller gjennom en programmerbar enhet.
Under solen seiler
Den mest presserende implementeringen av konseptet om et helelektrisk anlegg bør anerkjennes innen marin teknologi. Det er flere årsaker:
høy lengde på kraftoverføringer (transmisjoner) for forskjellige formål, et stort utvalg av aktuatorer og energiomformere av forskjellige typer: mekanisk, termisk, hydraulisk og elektrisk;
et betydelig antall energiforbrukere: drivverk av propellaksler, artilleri og rakettskyttere, radarstasjoner og elektroniske krigsføringssystemer, andre mekanismer;
fremveksten av våpensystemer som krever høyt energiforbruk (rettet energivåpen og militært utstyr, elektromagnetiske våpen, etc.).
Grunnlaget for fullt elektriske skip er et enkelt (integrert) kraftsystem, som inkluderer høyspenningsgenerering og distribusjonsanlegg, kompakte moduler for akkumulering og konvertering, automatiserte kontrollsystemer med energiforbruk i forskjellige driftsmåter (full hastighet, kampbruk våpen, manøvrering osv.). Den mest illustrerende opplevelsen er det amerikanske programmet DDG 1000 og ødeleggeren Zumvolt bygget på det (https://vpk-news.ru/articles/17993). Dessverre fokuserte mange innenlandske medier på de tekniske og teknologiske feilene i dette prosjektet, og tok lesernes oppmerksomhet langt unna betydningen av skipets utvikling og til og med diskrediterte ideen noe.
DDG 1000 er et knutepunkt for de siste prestasjonene innen amerikansk vitenskap og teknologi innen våpenkomplekser og systemer. Men alle er integrert i skipet gjennom en forståelse av de karakteristiske trekkene ved operasjonen, stedet og rollen, idet det tas hensyn til evnen til ødeleggerens energi (Integrated Power System - IPS). Det sikrer forsyning av alle systemer og enheter, overvåker og kontrollerer driften. Overgangen til full elektrisk fremdrift gjorde det mulig å frigjøre betydelige mengder intern plass for plassering av ammunisjon, for å skape behagelige forhold for mannskapet. Damp, pneumatiske og hydrauliske drivverk av alle mekanismer er fullstendig erstattet av elektriske. Den totale effekten til kraftsystemet - ca 80 MW - er tilstrekkelig for installasjon av avanserte våpen (laser, mikrobølgeovn, elektromagnetiske våpen) uten vesentlig skade på ytelsen til andre forbrukere.
Skipet har en lav radarsignatur. Det effektive spredningsområdet (EPR) er nesten 50 ganger mindre enn forrige generasjons ødeleggere. Usynlig!
Kontrollen utføres gjennom et Total Ship Computing Environment (TSCE) med felles programvare og et "kommersielt" grensesnitt, som blant annet gir enkel vedlikehold og mannskapstrening. Overbygningen til ødeleggerne i Zumvolt-klassen er laget av komposittmaterialer.
Det er planlagt å installere propellmotorer ved hjelp av effekten av høy temperatur superledning og elektromagnetiske kanoner på det tredje skroget til en slik ødelegger. For å bruke railgun må skipet gi generasjon med en effekt på 10 til 25 MW, som allerede er oppnådd.
Du kan fortsette å liste opp innovasjonene som er brukt eller planlagt på dette skipet, men amerikanerne har allerede en neste generasjons offshore-plattform, som ingen andre land besitter. Så langt har bare det franske verftsselskapet DCNS kunngjort planer om å lage et helelektrisk kampskip Advansea innen 2025.
Når det gjelder undervannsteknologi, var hybrid eller helelektrisk strømforsyning opprinnelig en forutsetning for design, så det er ingen vits i å diskutere innovasjoner på dette området i detalj.
I sivil skipsbygging utvikles det også modeller som kan klare seg med solens energi. Tre konsepter er implementert: seilet med solbatterier plassert på dem gir fremdrift og strømforsyning, de er også plassert på skroget for bevegelse og utvinning av hydrogen fra vannet, den genererte energien brukes til å drive propellakselens elektriske motorer og lade batteriene.
Cruiseskipet Suntech VIP fra det australske skipsbyggingsselskapet Solar Sailor ble bygget i 2010 i henhold til det første konseptet. På den andre - Energy Observer katamaran, som for tiden forbereder å reise rundt i verden. Den tredje er den tyske planeten Solar Turanor, som ble lansert i 2010 og ble omgått i 2012. Den fullt elektriske ubemannede amerikanske båten Solar Voyager (5,5 meter lang og 0,76 bred) med solcellepaneler ble lansert i juni 2016 og ble testet. De jobber med lignende prosjekter i Japan, Holland, Italia og andre land. Dette er fortsatt eksotisk, men over tid vil det finne anvendelse i militær skipsbygging.
Bekymret "Sprout"
En annen type militært utstyr som er mest attraktivt for implementeringen av konseptet med et helelektrisk anlegg og innebærer introduksjon av et betydelig antall innovative produkter, er fly. Når det gjelder det militære feltet, er det fortsatt mer riktig å snakke om UAV.
Bemannede helelektriske kjøretøyer har så langt blitt utviklet som demonstratorer for avansert teknologi. I 2012 satte Long-ESA en hastighetsrekord for elektriske fly, og akselererte til 326 kilometer i timen under testen. Den sveitsiske Solar-Impulse kan fly på ubestemt tid fra solen (ved å bruke batterier som strømkilde). I 2015-2016 utførte den (med landinger) en flytur rundt kloden. Det eneste flyet som har blitt brukt til praktiske formål så langt er to-seters trening Airbus E-Fan. Det tyske selskapet Lilium Aviation har utviklet den helelektriske tiltrotoren Lilium Jet. Flytester fant sted i en ubemannet versjon.
Alle disse enhetene (i forhold til det militære feltet) kan betraktes som prototyper av rekognoseringsenheter på grunn av det lave støynivået, men ikke noe mer. Hovedproblemet med å lage bemannede elektriske fly er batteriernes utilstrekkelige kapasitet og de sterkt økende kravene til bæreevne på grunn av tilstedeværelsen av en person om bord. Noen luftfartsfirmaer jobber imidlertid allerede med hybridflyprosjekter. Spesielt blir dette gjort av EADS sammen med Rolls-Royce. De erklærte målene er å redusere mengden drivstoff som forbrukes, redusere skadelige utslipp til miljøet og redusere støy.
Når det gjelder droner, blant dem er det ganske mange helt elektriske, laget både i utlandet og i vårt land (om enn på importerte komponenter), og både fly- og helikopterordninger. De første verdensrekordene ble satt: Storbritannias soldrevne QinetiQ-Zephyr bodde i luften i to uker i 2010.
Søknad på det militære feltet har brede utsikter: overvåking, rekognosering og streikeaksjoner, målbetegnelse, etc. Generelt innebærer opprettelsen av slike fly løsning på mange innovative problemer, inkludert utvikling av høyfast komposittmaterialer, ultra-store batterier, små elektriske motorer med høy effektivitet, automatisk systemstyring.
Når det gjelder bakkebasert militært utstyr, her er hybridspekteret (en kombinasjon av en forbrenningsmotor, en elektrisk generator, energilagringsenheter, helelektriske stasjoner) og helt elektriske utbygginger ganske bredt, og innenlandske designere har også en viss suksess.
Men, som i de tidligere sakene, oppstår spørsmålet: hva er fordelene? Den elektriske girkassen gjør det mulig å optimalisere fremdriftsmodiene (hjul eller spor), trinnløst justere kjørehastigheten og trekkraften i et bredt område, og sikre etableringen av effektive antilås- og trekkontrollsystemer. Dette gjør det mulig å redusere kravene til førernes kvalifikasjoner og psykofysiske tilstand samtidig som de grunnleggende indikatorene for mobilitet økes.
Elektriske girkasser har høye egenskaper ved pålitelighet, produserbarhet, drift og reparasjon, kontrollfunksjoner. Reduserer støy, øker miljøvennligheten. Mulighet for strømforsyning av våpen og utstyr med høyt strømforbruk til radarstasjoner og elektroniske krigføringssystemer, elektrotermokjemiske eller EMP -våpen, etc. er lovende.
En av oppgavene er å lage kraftige trekkmotorer i liten størrelse. Den største suksessen med dette har blitt oppnådd i USA og Tyskland, hvor de er laget på grunnlag av permanente magneter ved bruk av sjeldne jordelementer (samarium, kobolt, etc.) med høy grad av magnetisme. Dette gjorde det mulig å redusere volum og vekt på elektriske maskiner betydelig, og forenkle kontrollen.
I Russland ble et kampkjøretøy på hjul med et hybridkraftverk og en elektrisk overføring basert på BTR-90 Rostok opprettet som et resultat av forskningsprosjektet Krymsk. Som rapportert viste en eksperimentell modell av en hybridpansret personellbærer signifikant bedre resultater på sjøforsøk med nesten halvannen gang mindre motoreffekt enn prototypen. Drivstoffområdet er halvannen ganger mer enn BTR-90.
Når det gjelder ubemannede (eksternt piloterte og robotiserte) helt elektriske objekter, har et stort utvalg av prøver av bakkevåpen og utstyr blitt opprettet i utlandet og i vårt land. Utviklingen deres fortsetter i et akselerert tempo, på grunn av behovene til troppene som utfører fiendtligheter i Afghanistan, Irak, Syria og andre regioner, så vel som interne behov. Vi har dette for å sikre aktivitetene til innenriksdepartementet, FSB, nasjonalgarden, nøddepartementet og andre avdelinger.
Konseptet med fullt elektriske eller hybrid AME -anlegg implementeres i alle avanserte land i verden. Den mest systematiske og praktiske - i USA, Tyskland, Frankrike, Storbritannia. Det er vitenskapelig og teknisk grunnlag for utvikling og produksjon av et bredt spekter av produkter, som i nær fremtid vil danne grunnlaget for et våpensystem bygget på fullt elektriske maskiner. Det vil gi en effektiv, omfattende bruk av våpen basert på nye fysiske prinsipper.
Designet av helelektriske gjenstander av militært utstyr er ikke en viss hyllest til mote. Dette er en av hovedretningene for dannelsen av fremtidens våpensystem. Fremveksten av nye metoder for å generere, overføre og forbruke energi, bruke den til å beseire fienden, vil vesentlig endre troppens evner, arten og innholdet i prosessen med deres logistiske og logistiske støtte. Det er alarmerende at det i vårt land og i Forsvaret fremdeles ikke er noen systematisk tilnærming til å bestemme listen, innholdet og resultatene av denne typen arbeid.
