Echipamentul militar creat pe baza conceptelor secolului trecut s-a apropiat de prag, dincolo de care eforturile și costurile gigantice dau un rezultat inadecvat scăzut. Unul dintre motive este creșterea semnificativă a consumului de energie al noilor instalații AME. Există o ieșire din impas?
Diverse tipuri de energie (mecanică, termică, electrică etc.) sunt solicitate în toate etapele de utilizare a luptei: recunoaștere, transfer de informații, procesare, utilizare a armelor, protecție împotriva inamicului, manevră etc. În prezent, generarea se realizează în avans și energia livrată de serviciile MTO. Dar volumele și ratele necesare trupelor încep să se transforme într-un scop și o problemă autosuficiente.
Pe urmele lui Tesla
Situația este agravată de apariția de noi tipuri de AME (arme electromagnetice, arme cu energie direcționată). Devine din ce în ce mai evident că dezvoltarea sistemului de arme necesită o schimbare a conceptelor de aprovizionare cu energie. În caz contrar, este imposibil să realizăm potențialul stabilit în noile modele.
Această tendință este de remarcat. Pe de o parte, este în curs de dezvoltare activă echipamentul militar complet electric și hibrid. Pe de altă parte, sistemele și mijloacele de generare sunt create fără costuri sau cu costuri reduse ale transportatorilor de energie livrați trupelor (panouri solare, turbine eoliene, noi tipuri de combustibil). În același timp, se desfășoară cercetări fundamentale (în special activ în SUA și Japonia) cu privire la transmisia fără fir a energiei pe distanțe mari, care pare a fi cea mai atractivă. Ideea este că o sursă puternică (centrală nucleară, centrală hidroelectrică etc.) alimentează dispozitivele de recepție ale armelor și echipamentelor militare prin canalul aerian (spațial). Introducerea unui astfel de sistem ar elimina aproape complet necesitatea de a furniza trupe volume imense de energie (combustibil), sporind radical pregătirea și eficacitatea lor în luptă.
Posibilitatea de a transmite energie la distanță fără fire a fost prima dată demonstrată și demonstrată prin experimentul din Colorado Springs în 1899-1900 de Nikola Tesla. Impulsul electric a fost transmis 40 de kilometri. Cu toate acestea, nu a fost posibilă repetarea unui astfel de experiment până acum.
În 1968, cercetătorul spațial american Peter Glazer a propus amplasarea panourilor solare mari pe orbita geostaționară, iar energia pe care o generează (5-10 GW) să fie transmisă pe Pământ printr-un fascicul de microunde focalizat, transformat în curent continuu sau alternativ și distribuit consumatorilor …
Nivelul actual de dezvoltare a electronicii cu microunde face posibilă vorbirea despre o eficiență destul de ridicată a transferului de energie printr-un astfel de fascicul - 70-75 la sută. Dar acest lucru este încă destul de dificil de implementat. Este suficient să spunem că diametrul antenei de transmisie ar trebui să fie egal cu un kilometru, iar receptorul la sol ar trebui să aibă dimensiunea de 10x13 kilometri pentru o zonă la o latitudine de 35 de grade. Prin urmare, proiectul a fost uitat, dar recent, ținând cont de ultimele progrese tehnologice, cercetările au fost reluate. Se efectuează experimente privind transmisia fără fir a energiei folosind un laser.
Dar trenul nostru rutier …
Deși progresul nu este atât de semnificativ odată cu dezvoltarea de noi metode de generare și transmitere a puterii, în domeniul creării de obiecte complet electrice, acestea sunt impresionante. Nu se poate spune că ideea tehnologiei militare (și nu numai) pe această bază este absolut nouă. A fost făcut atractiv din punct de vedere economic și tehnic prin progresul în generarea, stocarea, transformarea și distribuția energiei electrice, în electronică de înaltă putere, automatizare și control în stare solidă. Instalațiile complet electrice au mai puțin zgomot, o eficiență mai mare, posibilitatea unei distribuții raționale a energiei între consumatori, un grad ridicat de respectare a mediului și alte calități care le fac foarte atractive atât în domeniul civil, cât și în cel militar.
Primele mașini cu transmisie electrică datează de la începutul secolului trecut, când compania americană LeTourneau a început să folosească o unitate electrică pe răzuitoare autopropulsate. Și încă din 1954, au fost produse vehicule de teren unice super-grele, snowmobile, transportoare-evacuatoare militare și trenuri rutiere cu mai multe secțiuni, echipate cu toate elicele de roți de conducere acționate de un generator instalat pe vehiculul tractor principal (lider). Pentru prima dată în practica mondială, au început să folosească motoare electrice compacte puternice montate direct în butucii roților unei mașini.
Primul tren rutier sovietic activ în două secțiuni, cu o acționare electrică simplificată a roților remorcii, a fost dezvoltat în 1959. Dar nu a fost posibil să se realizeze o coordonare completă a muncii tuturor roților motoare cu sursele de energie. Evoluțiile ulterioare ale altor întreprinderi interne nu au dus, de asemenea, la succesul scontat. Obstacolul a fost problema automatizării controlului mașinilor cu transmisie electrică: distribuție rațională a fluxurilor de energie între noduri, consum minim de combustibil al motorului cu ardere internă primară, condiții optime de temperatură cu randament maxim etc. Nici puterea de calcul a computerelor de atunci și nici software-ul corespunzător nu era suficient.
Situația s-a schimbat radical în ultimii ani și ideea armelor complet electrice și a echipamentului militar a revenit la un nou nivel calitativ. Apariția vehiculelor fără pilot a alimentat și mai mult interesul. Transmisia electrică facilitează crearea unor ținte de luptă complet automatizate controlate prin radio sau printr-un dispozitiv programabil.
Sub soare naviga
Cea mai urgentă implementare a conceptului de instalație complet electrică ar trebui să fie recunoscută în tehnologia navală. Există mai multe motive:
lungimi mari de transmisii de putere (transmisii) pentru diverse scopuri, o gamă largă de actuatoare și convertoare de energie de diferite tipuri: mecanice, termice, hidraulice și electrice;
un număr semnificativ de consumatori de energie: acționări ale arborilor de elice, lansatoare de artilerie și rachete, stații radar și sisteme de război electronic, alte mecanisme;
apariția sistemelor de arme care necesită un consum ridicat de energie (arme cu energie direcționată și echipamente militare, arme electromagnetice etc.).
Baza navelor complet electrice este un sistem de alimentare unic (integrat), care include facilități de generare și distribuție de înaltă tensiune, module compacte pentru acumulare și conversie, sisteme automate de control cu consum de energie în diferite moduri de operare (viteză maximă, utilizare în luptă) de arme, manevre etc.). Cea mai ilustrativă experiență este programul american DDG 1000 și distrugătorul Zumvolt construit pe acesta (https://vpk-news.ru/articles/17993). Din păcate, multe mass-media interne s-au concentrat asupra eșecurilor tehnice și tehnologice ale acestui proiect, ducând atenția cititorilor departe de semnificația dezvoltării navei și chiar discreditând oarecum ideea.
DDG 1000 este un centru al ultimelor realizări ale științei și tehnologiei americane în domeniul complexelor și sistemelor de arme. Dar toate acestea sunt integrate în navă printr-o înțelegere a trăsăturilor caracteristice ale operațiunii, locului și rolului, ținând cont de capacitățile energiei distrugătoare (Sistem integrat de alimentare - IPS). Asigură furnizarea tuturor sistemelor și unităților, monitorizează și controlează funcționarea acestora. Trecerea la propulsie electrică completă a făcut posibilă eliberarea unor volume semnificative de spațiu intern pentru plasarea muniției, pentru a crea condiții confortabile pentru echipaj. Acționările cu abur, pneumatice și hidraulice ale tuturor mecanismelor sunt complet înlocuite cu cele electrice. Puterea totală a sistemului de alimentare - aproximativ 80 MW - este suficientă pentru instalarea de arme avansate (laser, cuptor cu microunde, pistoale electromagnetice) fără a afecta semnificativ performanța altor consumatori.
Nava are o semnătură radar redusă. Zona de disipare efectivă (EPR) este de aproape 50 de ori mai mică decât cea a distrugătorilor din generația anterioară. Invizibil!
Controlul se realizează printr-un Total Ship Computing Environment (TSCE) cu software comun și o interfață „comercială”, care, printre altele, asigură ușurința întreținerii și instruirea echipajului. Suprastructura distrugătoarelor din clasa Zumvolt este realizată din materiale compozite.
Este planificată instalarea motoarelor cu elice folosind efectul superconductivității la temperaturi ridicate și a pistolelor electromagnetice pe a treia corp de corp a unui astfel de distrugător. Pentru a utiliza arma feroviară, nava trebuie să furnizeze o generație cu o putere de 10-25 MW, care a fost deja atinsă.
Puteți continua să enumerați inovațiile care au fost aplicate sau sunt planificate pe această navă, dar americanii au deja o platformă offshore de nouă generație, pe care nicio altă țară nu o deține. Până în prezent, doar compania franceză de construcții navale DCNS a anunțat planurile de a crea o navă de luptă complet electrică Advansea până în 2025.
În ceea ce privește tehnologia submarină, alimentarea hibridă sau complet electrică a fost inițial o condiție prealabilă pentru proiectarea sa, deci nu are rost să discutăm inovațiile în acest domeniu în detaliu.
În construcția navală civilă se dezvoltă și modele care se pot conforma cu energia soarelui. Sunt puse în aplicare trei concepte: vela cu baterii solare amplasate pe ele asigură propulsia și alimentarea cu energie electrică, sunt plasate, de asemenea, pe corp pentru mișcarea și extragerea hidrogenului din apă, energia generată este utilizată pentru alimentarea motoarelor electrice ale arborelui elicei și reîncărcați bateriile.
Nava de croazieră Suntech VIP a companiei australiene de construcții navale Solar Sailor a fost construită în 2010 conform primului concept. Pe al doilea - catamaranul Energy Observer, care se pregătește în prezent să călătorească în jurul lumii. A treia este Planeta Germană Solar Turanor, lansată în 2010 și înconjurată în 2012. Barca americană complet electrică fără pilot Solar Voyager (5,5 metri lungime și 0,76 lățime) cu panouri solare a fost lansată în iunie 2016 și a fost testată. Ei lucrează la proiecte similare în Japonia, Olanda, Italia și alte țări. Acest lucru este încă exotic, dar în timp va găsi aplicații în construcția navală militară.
Timid "Sprout"
Un alt tip de echipament militar care este cel mai atractiv pentru punerea în aplicare a conceptului de instalație complet electrică și implică introducerea unui număr semnificativ de produse inovatoare sunt avioanele. În ceea ce privește domeniul militar, este încă mai corect să vorbim despre UAV-uri.
Până în prezent, vehiculele complet echipate cu echipaj uman au fost dezvoltate ca demonstranți ai tehnologiei avansate. În 2012, Long-ESA a stabilit un record de viteză pentru avioanele electrice, accelerând la 326 de kilometri pe oră în timpul testului. Solar-Impulse elvețian poate zbura la nesfârșit de la Soare (folosind baterii ca sursă de energie). În 2015-2016, a efectuat (cu aterizări) un zbor pe tot globul. Singura aeronavă utilizată în scopuri practice până în prezent este antrenamentul cu două locuri Airbus E-Fan. Compania germană Lilium Aviation a dezvoltat tiltrotorul complet electric Lilium Jet. Testele de zbor au avut loc într-o versiune fără pilot.
Toate aceste dispozitive (în raport cu domeniul militar) pot fi considerate prototipuri de dispozitive de recunoaștere datorită nivelului lor redus de zgomot, dar nimic mai mult. Principala dificultate în crearea avioanelor electrice cu echipaj este capacitatea insuficientă a bateriilor și cerințele în creștere bruscă pentru capacitatea de încărcare datorită prezenței unei persoane la bord. Cu toate acestea, unele firme de aviație lucrează deja la proiecte de avioane hibride. În special, acest lucru este realizat de EADS împreună cu Rolls-Royce. Obiectivele declarate sunt reducerea cantității de combustibil consumat, reducerea emisiilor nocive în mediu și reducerea zgomotului.
În ceea ce privește dronele, printre ele există destul de multe electrice complet, create atât în străinătate, cât și în țara noastră (deși pe componente importate), și atât pentru schemele de avioane, cât și pentru elicoptere. Au fost stabilite primele recorduri mondiale: QinetiQ-Zephyr cu energie solară din Marea Britanie a rămas în aer două săptămâni în 2010.
Aplicarea în domeniul militar are perspective largi: acțiuni de monitorizare, recunoaștere și grevă, desemnarea țintei etc. În general, crearea unor astfel de aeronave implică soluționarea multor probleme inovatoare, inclusiv dezvoltarea materialelor compozite de înaltă rezistență, ultra-mari baterii, motoare electrice de dimensiuni mici, cu eficiență ridicată, sisteme automate.
În ceea ce privește echipamentul militar de la sol, aici spectrul hibrid (o combinație între un motor cu ardere internă, un generator electric, dispozitive de stocare a energiei, acționări complet electrice) și dezvoltarea complet electrică este destul de larg, iar proiectanții interni au, de asemenea, un anumit succes..
Dar, ca și în cazurile anterioare, se pune întrebarea: care sunt avantajele? Transmisia electrică face posibilă optimizarea modurilor de propulsie (roți sau șenile), reglarea continuă a vitezei de deplasare și a forței de tracțiune într-o gamă largă și asigurarea creării unor sisteme eficiente de blocare și control al tracțiunii. Acest lucru face posibilă reducerea cerințelor pentru calificările și starea psihofizică a șoferilor, sporind în același timp indicatorii de bază ai mobilității.
Transmisiile electrice au caracteristici ridicate de fiabilitate, productivitate, funcționare și reparații, capacități de control. Reduce zgomotul, crește respectarea mediului. Posibilitatea alimentării cu energie a armelor și echipamentelor cu consum ridicat de energie a stațiilor radar și a sistemelor de război electronic, a armelor electrotermochimice sau EMP etc. este promițătoare.
Una dintre sarcini este crearea de motoare puternice de tracțiune de dimensiuni mici. Cel mai mare succes în acest sens a fost obținut în SUA și Germania, unde sunt realizate pe baza magneților permanenți utilizând elemente din pământuri rare (samariu, cobalt etc.) cu un grad ridicat de magnetism. Acest lucru a făcut posibilă reducerea semnificativă a volumului și greutății mașinilor electrice și facilitarea controlului.
În Rusia, a fost creat un vehicul de luptă cu roți, cu o centrală electrică hibridă și o transmisie electrică bazată pe BTR-90 Rostok, ca urmare a proiectului de cercetare Krymsk. După cum sa raportat, la probele maritime cu o putere a motorului de aproape o dată și jumătate mai mică decât cea a prototipului, un model experimental al unui transportor blindat hibrid a prezentat rezultate semnificativ mai bune. Gama de combustibil este de o dată și jumătate mai mare decât cea a modelului BTR-90.
În ceea ce privește obiectele complet electrice fără pilot (pilotate și robotizate de la distanță), o gamă largă de probe de arme și echipamente terestre a fost creată în străinătate și în țara noastră. Dezvoltarea lor se desfășoară într-un ritm accelerat, din cauza nevoilor trupelor care conduc ostilități în Afganistan, Irak, Siria și alte regiuni, precum și a nevoilor interne. Avem acest lucru pentru a asigura activitățile Ministerului Afacerilor Interne, FSB, Gărzii Naționale, Ministerului Urgențelor și altor departamente.
Conceptul de instalații AME complet electrice sau hibride este implementat în toate țările avansate ale lumii. Cele mai sistematice și practice - în SUA, Germania, Franța, Marea Britanie. Există baze științifice și tehnice pentru dezvoltarea și producția unei game largi de produse, care în viitorul apropiat vor constitui baza unui sistem de arme construit pe mașini complet electrice. Acesta va asigura o utilizare eficientă și cuprinzătoare a armelor bazate pe noi principii fizice.
Proiectarea obiectelor complet electrice ale echipamentelor militare nu reprezintă un anumit tribut adus modei. Aceasta este una dintre direcțiile principale ale formării sistemului de arme al viitorului. Apariția de noi metode de generare, transfer și consum de energie, folosind-o pentru a învinge inamicul va schimba semnificativ capacitățile trupelor, natura și conținutul procesului de sprijin logistic și logistic al acestora. Este alarmant faptul că în țara noastră și în Forțele Armate nu există încă o abordare sistematică pentru a determina lista, conținutul și rezultatele acestui tip de muncă.
