Den militära utrustning som skapades på grundval av förra seklets koncept har närmat sig tröskeln, utöver vilken gigantiska ansträngningar och kostnader ger ett otillräckligt lågt resultat. En av anledningarna är en betydande ökning av energiförbrukningen för nya AME -anläggningar. Finns det en väg ut ur dödläget?
Olika typer av energi (mekanisk, termisk, elektrisk, etc.) är efterfrågade i alla skeden av stridsanvändning: spaning, informationsöverföring, bearbetning, användning av vapen, skydd från fienden, manöver, etc. För närvarande utförs generation i förväg och energi från MTO -tjänster. Men de volymer och hastigheter som trupperna kräver börjar bli till ett självförsörjande mål och problem.
I Teslas fotspår
Situationen förvärras av uppkomsten av nya typer av AME (elektromagnetiska vapen, riktade energivapen). Det blir mer och mer uppenbart att utvecklingen av vapensystemet kräver en förändring av begreppen energiförsörjning. Annars är det omöjligt att inse potentialen i nya mönster.
Denna trend är anmärkningsvärd. Å ena sidan pågår en aktiv utveckling av helt elektrisk och hybrid militär utrustning. Å andra sidan skapas genereringssystem och medel utan kostnader eller med minskade kostnader för energibärare som levereras till trupperna (solpaneler, vindkraftverk, nya typer av bränsle). Samtidigt bedrivs grundforskning (särskilt aktivt i USA och Japan) om trådlös överföring av energi över långa avstånd, vilket verkar vara det mest attraktiva. Tanken är att en kraftfull källa (kärnkraftverk, vattenkraftverk, etc.) matar de mottagande enheterna för vapen och militär utrustning genom luft (rymd) kanalen. Införandet av ett sådant system skulle nästan helt eliminera behovet av att leverera enorma mängder energi (bränsle) till trupperna, vilket radikalt ökar deras stridsberedskap och stridseffektivitet.
Möjligheten att överföra energi över en sträcka utan ledningar bevisades och demonstrerades först genom experiment i Colorado Springs 1899-1900 av Nikola Tesla. Den elektriska impulsen överfördes 40 kilometer. Det har dock inte varit möjligt att upprepa ett sådant experiment hittills.
År 1968 föreslog den amerikanska rymdforskaren Peter Glazer att placera stora solpaneler i geostationär omloppsbana, och energin som de genererar (5-10 GW) ska överföras till jorden av en fokuserad mikrovågsstråle, omvandlas till likström eller växelström och distribueras till konsumenter …
Den nuvarande utvecklingsnivån för mikrovågselektronik gör det möjligt att tala om en ganska hög effektivitet för energiöverföring med en sådan stråle - 70–75 procent. Men detta är fortfarande ganska svårt att genomföra. Det räcker med att säga att sändarantennens diameter ska vara lika med en kilometer och markmottagaren bör vara 10x13 kilometer stor för ett område på 35 grader. Därför glömdes projektet bort, men nyligen, med hänsyn till de senaste tekniska framstegen, har forskningen återupptagits. Experiment på trådlös överföring av energi med hjälp av en laser utförs.
Men vårt vägtåg …
Även om framstegen inte är så betydande med utvecklingen av nya metoder för produktion och kraftöverföring, är de imponerande när det gäller att skapa helelektriska objekt. Det kan inte sägas att tanken på militär (och inte bara) teknik på denna grund är helt ny. Det gjordes ekonomiskt och tekniskt attraktivt genom framsteg inom produktion, lagring, omvandling och distribution av elektricitet inom högeffekts solid state-elektronik, automatisering och styrning. Helelektriska anläggningar har mindre buller, högre effektivitet, möjlighet till rationell maktfördelning mellan konsumenter, hög miljövänlighet och andra kvaliteter som gör dem mycket attraktiva på både civila och militära områden.
De första maskinerna med elektrisk transmission går tillbaka till början av förra seklet, då det amerikanska företaget LeTourneau började använda en elektrisk drivning på självgående skrapor. Och sedan 1954 har unika supertunga terrängbilar, snöskotrar, militära transportörer-evakuerare och flertågstrafik som är utrustade med alla ledande hjulpropellrar som drivs av en generator installerad på huvudtraktorfordonet (ledaren) producerats. För första gången i världspraxis började de använda kraftfulla kompakta elmotorer monterade direkt i hjulnaven på en bil.
Det första sovjetiska aktiva tvådelade vägtåget med en förenklad elektrisk drivning av släpvagnshjulen utvecklades 1959. Men det var inte möjligt att uppnå fullständig samordning av arbetet på alla drivhjul med energikällor. Vidare utveckling av andra inhemska företag ledde inte heller till den förväntade framgången. Stötesten var problemet med att automatisera kontrollen av maskiner med elektrisk transmission: rationell fördelning av energiflöden mellan noder, minsta bränsleförbrukning för den primära förbränningsmotorn, optimala temperaturförhållanden med maximal effektivitet, etc. Varken datornas datorkraft av den tiden eller motsvarande programvara var tillräckligt.
Situationen har förändrats radikalt under de senaste åren och tanken på helt elektriska vapen och militär utrustning har återgått till en ny kvalitativ nivå. Framväxten av obemannade fordon väckte intresset ännu mer. Elektrisk överföring gör det lättare att skapa helautomatiska stridsmål som styrs av radio eller via en programmerbar enhet.
Under solen segla
Det mest brådskande genomförandet av konceptet med en helelektrisk anläggning bör erkännas inom marinteknik. Det finns flera anledningar:
hög längd av kraftöverföringar (transmissioner) för olika ändamål, ett stort utbud av ställdon och energiomvandlare av olika typer: mekaniska, termiska, hydrauliska och elektriska;
ett betydande antal energikonsumenter: drivningar av propelleraxlar, artilleri och raketskjutare, radarstationer och elektroniska krigföringssystem, andra mekanismer;
framväxten av vapensystem som kräver hög energiförbrukning (riktade energivapen och militär utrustning, elektromagnetiska vapen, etc.).
Grunden för helt elektriska fartyg är ett enda (integrerat) kraftsystem, som inkluderar högspänningsgenerering och distributionsanläggningar, kompakta moduler för ackumulering och konvertering, automatiserade styrsystem med energiförbrukning i olika driftsätt (full hastighet, stridsanvändning vapen, manövrering etc.). Den mest illustrativa upplevelsen är det amerikanska programmet DDG 1000 och förstöraren Zumvolt byggd på det (https://vpk-news.ru/articles/17993). Tyvärr fokuserade många inhemska medier på de tekniska och tekniska misslyckandena i detta projekt, vilket tog läsarnas uppmärksamhet långt bort från innebörden av fartygets utveckling och till och med diskrediterade idén något.
DDG 1000 är ett nav för de senaste prestationerna inom amerikansk vetenskap och teknik inom vapenkomplex och -system. Men alla är integrerade i fartyget genom en förståelse för de karakteristiska egenskaperna vid operationen, platsen och rollen, med hänsyn till förstörarens energi (Integrated Power System - IPS). Det säkerställer leverans av alla system och enheter, övervakar och styr deras drift. Övergången till full elektrisk framdrivning gjorde det möjligt att frigöra betydande volymer internt utrymme för placering av ammunition, för att skapa bekväma förhållanden för besättningen. Ånga, pneumatiska och hydrauliska drivenheter för alla mekanismer ersätts helt av elektriska. Elsystemets totala effekt - cirka 80 MW - är tillräcklig för installation av avancerade vapen (laser, mikrovågsugn, elektromagnetiska vapen) utan betydande skada på andra konsumenters prestanda.
Fartyget har en låg radarsignatur. Det effektiva spridningsområdet (EPR) är nästan 50 gånger mindre än för föregående generations förstörare. Osynlig!
Kontrollen utförs genom en Total Ship Computing Environment (TSCE) med gemensam programvara och ett "kommersiellt" gränssnitt, som bland annat ger enkel underhåll och utbildning av besättningen. Överbyggnaden av Zumvolt-klassens förstörare är gjord av kompositmaterial.
Det är planerat att installera propellermotorer med hjälp av högtemperatur supraledningsförmåga och elektromagnetiska vapen på det tredje skrovet på en sådan förstörare. För att använda järnvägspistolen måste fartyget ge en effekt på 10 till 25 MW, vilket redan har uppnåtts.
Du kan fortsätta att lista de innovationer som har tillämpats eller planeras på detta fartyg, men amerikanerna har redan en nästa generations offshore-plattform, som inget annat land besitter. Hittills har bara det franska skeppsbyggnadsföretaget DCNS meddelat planer på att skapa ett helelektriskt stridsfartyg Advansea år 2025.
När det gäller undervattenteknik var hybrid- eller helelektrisk strömförsörjning ursprungligen en förutsättning för dess design, så det är ingen idé att i detalj diskutera innovationer inom detta område.
Inom civil skeppsbyggnad utvecklas också modeller som kan nöja sig med solens energi. Tre koncept implementeras: seglet med solbatterier placerade på dem ger framdrivning och strömförsörjning, de placeras också på skrovet för förflyttning och utvinning av väte från vattnet, den genererade energin används för att driva propelleraxelns elektriska motorer och ladda batterierna.
Kryssningsfartyget Suntech VIP från det australiensiska skeppsbyggnadsföretaget Solar Sailor byggdes 2010 enligt det första konceptet. På den andra - Energy Observer katamaran, som för närvarande förbereder sig för att resa runt i världen. Den tredje är den tyska planeten Solar Turanor, som lanserades 2010 och kringgick 2012. Den helt elektriska obemannade amerikanska båten Solar Voyager (5,5 meter lång och 0,76 bred) med solpaneler lanserades i juni 2016 och testades. De arbetar med liknande projekt i Japan, Holland, Italien och andra länder. Detta är fortfarande exotiskt, men med tiden kommer det att tillämpas i militärt skeppsbyggande.
Blyg "Sprout"
En annan typ av militär utrustning som är mest attraktiv för genomförandet av konceptet med en helelektrisk anläggning och som innebär introduktion av ett betydande antal innovativa produkter är flygplan. När det gäller det militära området är det fortfarande mer korrekt att tala om UAV.
Bemannade helelektriska fordon har hittills utvecklats som demonstratorer av avancerad teknik. År 2012 satte Long-ESA ett hastighetsrekord för elektriska flygplan och accelererade till 326 kilometer i timmen under testet. Den schweiziska Solar-Impulse kan flyga på obestämd tid från solen (med batterier som strömkälla). Under 2015-2016 utförde den (med landningar) en flygning runt om i världen. Det enda flygplanet som har använts för praktiska ändamål hittills är Airbus E-Fan med två platser. Det tyska företaget Lilium Aviation har utvecklat den helelektriska tiltrotorn Lilium Jet. Flygtester genomfördes i en obemannad version.
Alla dessa enheter (i förhållande till det militära området) kan betraktas som prototyper av spaningsanordningar på grund av deras låga ljudnivå, men inget mer. Den största svårigheten att skapa bemannade elektriska flygplan är batteriernas otillräckliga kapacitet och de kraftigt ökande kraven på bärighet på grund av närvaron av en person ombord. Vissa luftfartsföretag arbetar dock redan med hybridflygprojekt. I synnerhet görs detta av EADS tillsammans med Rolls-Royce. De deklarerade målen är att minska mängden bränsle som förbrukas, minska skadliga utsläpp till miljön och minska buller.
När det gäller drönare, bland dem finns det ganska många helt elektriska, skapade både utomlands och i vårt land (om än på importerade komponenter), och både flygplan och helikoptersystem. De första världsrekorden slogs: Storbritanniens soldriven QinetiQ-Zephyr stannade i luften i två veckor 2010.
Ansökan på det militära området har stora utsikter: övervakning, spaning och strejkåtgärder, målbeteckning etc. I allmänhet innebär skapandet av sådana flygplan lösningar på många innovativa problem, inklusive utveckling av höghållfasta kompositmaterial, ultra-stora batterier, små elmotorer med hög effektivitet, automatiska systemhantering.
När det gäller markbaserad militär utrustning, här är hybridspektrumet (en kombination av en förbränningsmotor, en elektrisk generator, energilagringsenheter, helelektriska enheter) och helt elektriska utvecklingar ganska brett, och inhemska designers har också viss framgång.
Men som i de tidigare fallen uppstår frågan: vad är fördelarna? Den elektriska växellådan gör det möjligt att optimera framdrivningslägen (hjul eller spår), steglöst justera körhastigheten och dragkraften i ett brett område och säkerställa skapandet av effektiva låsningsfria och dragstyrningssystem. Detta gör det möjligt att minska kraven på förarnas kvalifikationer och psykofysiska tillstånd samtidigt som man ökar de grundläggande indikatorerna för rörlighet.
Elektriska transmissioner har höga egenskaper som tillförlitlighet, tillverkningsbarhet, drift och reparation, kontrollfunktioner. Minskar buller, ökar miljövänligheten. Möjlighet till strömförsörjning av vapen och utrustning med hög strömförbrukning från radarstationer och elektroniska krigssystem, elektrotermokemiska eller EMP -vapen, etc. är lovande.
En av uppgifterna är skapandet av kraftfulla små dragmotorer. Den största framgången i detta har uppnåtts i USA och Tyskland, där de är gjorda på basis av permanentmagneter med hjälp av sällsynta jordartsmetaller (samarium, kobolt, etc.) med en hög grad av magnetism. Detta gjorde det möjligt att avsevärt minska volymen och vikten av elektriska maskiner och underlätta kontrollen.
I Ryssland skapades ett krigsfordon på hjul med ett hybridkraftverk och en elektrisk transmission baserad på BTR-90 Rostok som ett resultat av forskningsprojektet Krymsk. Som rapporterats visade en experimentell modell av en hybridpansarbärare betydligt bättre resultat på havsförsök med en motoreffekt nästan en och en halv gånger mindre än prototypen. Bränsleintervallet är en och en halv gånger mer än BTR-90.
När det gäller obemannade (fjärrstyrda och robotiserade) helt elektriska föremål har ett stort antal prover av markvapen och utrustning skapats utomlands och i vårt land. Deras utveckling fortskrider i en accelererad takt, på grund av behoven hos trupperna som utövar fientligheter i Afghanistan, Irak, Syrien och andra regioner, liksom interna behov. Vi har detta för att säkerställa verksamheten inom inrikesministeriet, FSB, nationalgarden, ministeriet för nödsituationer och andra avdelningar.
Konceptet med helt elektriska eller hybrid AME -anläggningar implementeras i alla avancerade länder i världen. Det mest systematiska och praktiska - i USA, Tyskland, Frankrike, Storbritannien. Det finns vetenskapliga och tekniska förutsättningar för utveckling och produktion av ett brett utbud av produkter, som inom en snar framtid kommer att utgöra grunden för ett vapensystem byggt på helt elektriska maskiner. Det kommer att ge en effektiv och omfattande användning av vapen baserade på nya fysiska principer.
Designen av helelektriska föremål för militär utrustning är inte en viss hyllning till mode. Detta är en av huvudriktningarna för bildandet av framtidens vapensystem. Framväxten av nya metoder för att generera, överföra och konsumera energi, använda den för att besegra fienden kommer att avsevärt förändra truppernas kapacitet, arten och innehållet i processen för deras logistiska och logistiska stöd. Det är alarmerande att det i vårt land och Försvarsmakten fortfarande inte finns något systematiskt tillvägagångssätt för att fastställa listan, innehållet och resultaten av denna typ av arbete.
