Военната техника, създадена въз основа на концепциите от миналия век, се приближи до прага, отвъд който гигантските усилия и разходи дават неадекватно нисък резултат. Една от причините е значително увеличаване на консумацията на енергия на новите съоръжения за AME. Има ли изход от безизходицата?
Различни видове енергия (механична, топлинна, електрическа и др.) Се търсят на всички етапи от бойното използване: разузнаване, пренос на информация, обработка, използване на оръжия, защита от врага, маневри и др. В момента се извършва генериране предварително и енергията, доставена от услугите на MTO. Но изискваните от войските обеми и темпове започват да се превръщат в самодостатъчна цел и проблем.
По стъпките на Тесла
Ситуацията се влошава от появата на нови видове AME (електромагнитни оръжия, оръжия с насочена енергия). Става все по -очевидно, че развитието на оръжейната система изисква промяна в концепциите за доставка на енергия. В противен случай е невъзможно да се реализира потенциалът, заложен в новите дизайни.
Тази тенденция е забележителна. От една страна, тече активно развитие на напълно електрическо и хибридно военно оборудване. От друга страна, генериращите системи и средства се създават без разходи или с намалени разходи за енергийни превозвачи, доставени на войските (слънчеви панели, вятърни турбини, нови видове гориво). В същото време се провеждат фундаментални изследвания (особено активно в САЩ и Япония) за безжично предаване на енергия на дълги разстояния, което изглежда най -привлекателно. Идеята е, че мощен източник (атомна електроцентрала, водноелектрическа централа и др.) Захранва приемните устройства на оръжията и военното оборудване по въздушния (космически) канал. Въвеждането на такава схема почти напълно би премахнало необходимостта от доставяне на огромни количества енергия (гориво) на войските, коренно увеличавайки тяхната бойна готовност и бойна ефективност.
Възможността за предаване на енергия на разстояние без проводници е доказана и демонстрирана за първи път чрез експеримент в Колорадо Спрингс през 1899-1900 г. от Никола Тесла. Електрическият импулс се предава на 40 километра. Досега обаче не беше възможно да се повтори подобен експеримент.
През 1968 г. американският космически изследовател Питър Глейзър предлага да се поставят големи слънчеви панели в геостационарна орбита, а генерираната от тях енергия (5-10 GW) да се предава на Земята чрез фокусиран микровълнов лъч, да се преобразува в постоянен или променлив ток и да се разпределя към потребителите …….
Настоящото ниво на развитие на микровълновата електроника дава възможност да се говори за доста висока ефективност на пренос на енергия от такъв лъч - 70–75 процента. Но това все още е доста трудно за изпълнение. Достатъчно е да се каже, че диаметърът на предавателната антена трябва да бъде равен на километър, а наземният приемник трябва да е с размери 10x13 километра за площ на ширина 35 градуса. Затова проектът беше забравен, но наскоро, като се вземат предвид най -новите технологични постижения, изследванията бяха възобновени. Провеждат се експерименти за безжично предаване на енергия с помощта на лазер.
Но нашият автомобилен влак …
Докато напредъкът не е толкова значителен с развитието на нови методи за генериране и предаване на енергия, в областта на създаването на изцяло електрически обекти те са впечатляващи. Не може да се каже, че идеята за военна (и не само) технология на тази основа е абсолютно нова. Той беше направен икономически и технически привлекателен чрез напредъка в производството, съхранението, трансформацията и разпределението на електроенергия, в мощната твърдотелна електроника, автоматизацията и управлението. Изцяло електрическите съоръжения имат по-малко шум, по-висока ефективност, възможност за рационално разпределение на мощността между потребителите, висока екологичност и други качества, които ги правят много привлекателни както в гражданската, така и във военната сфера.
Първите машини с електрическо предаване датират от началото на миналия век, когато американската компания LeTourneau започва да използва електрическо задвижване върху самоходни стъргалки. И от 1954 г. насам се произвеждат уникални свръх тежки превозни средства с висока проходимост, моторни шейни, военни превозвачи-евакуатори и многосекционни пътни влакове, оборудвани с всички водещи колесни витла, задвижвани от генератор, монтиран на главния тракторен автомобил (лидер). За първи път в световната практика те започнаха да използват мощни компактни електродвигатели, монтирани директно в главините на колелата на автомобил.
Първият съветски активен двусекционен влак с опростено електрическо задвижване на колелата на ремаркето е разработен през 1959 г. Но не беше възможно да се постигне пълна координация на работата на всички задвижващи колела с източници на енергия. По -нататъшното развитие на други местни предприятия също не доведе до очаквания успех. Препъни камък беше проблемът с автоматизирането на управлението на машини с електрическо предаване: рационално разпределение на енергийните потоци между възлите, минимален разход на гориво на първичния двигател с вътрешно горене, оптимални температурни условия с максимална ефективност и т.н. Нито изчислителната мощност на компютрите от онова време, нито съответният софтуер беше достатъчен.
Ситуацията се промени коренно през последните години и идеята за напълно електрическо оръжие и военна техника се върна на ново качествено ниво. Появата на безпилотни превозни средства подхрани още повече интереса. Електрическото предаване улеснява създаването на напълно автоматизирани бойни цели, контролирани от радиото или чрез програмируемо устройство.
Плавайте под слънцето
Най-спешното прилагане на концепцията за изцяло електрическо съоръжение трябва да се признае във военноморските технологии. Има няколко причини:
голяма дължина на предавания на мощност (трансмисии) за различни цели, голям набор от задвижващи механизми и преобразуватели на енергия от различни видове: механични, термични, хидравлични и електрически;
значителен брой консуматори на енергия: задвижвания на гребни валове, артилерийски и ракетни установки, радарни станции и системи за електронна война, други механизми;
появата на оръжейни системи, изискващи висока консумация на енергия (насочени енергийни оръжия и военна техника, електромагнитни оръдия и др.).
Основата на напълно електрическите кораби е единна (интегрирана) електроенергийна система, която включва съоръжения за генериране и разпределение на високо напрежение, компактни модули за натрупването и преобразуването им, автоматизирани системи за управление с консумация на енергия в различни режими на работа (пълна скорост, бойна употреба) оръжия, маневриране и др.). Най-илюстративното преживяване е американската програма DDG 1000 и построеният върху нея разрушител Zumvolt (https://vpk-news.ru/articles/17993). За съжаление, много местни медии се фокусираха върху техническите и технологичните грешки на този проект, като отклониха вниманието на читателите далеч от смисъла на развитието на кораба и дори донякъде дискредитираха идеята.
DDG 1000 е център на най -новите постижения на американската наука и технологии в областта на оръжейните комплекси и системи. Но всички те са интегрирани в кораба чрез разбиране на характерните особености на експлоатацията, мястото и ролята, като се вземат предвид възможностите на енергията на разрушителя (Интегрирана енергийна система - IPS). Той осигурява захранването на всички системи и възли, следи и контролира тяхната работа. Преходът към пълно електрическо задвижване направи възможно освобождаването на значителни обеми вътрешно пространство за поставяне на боеприпаси, за създаване на комфортни условия за екипажа. Парни, пневматични и хидравлични задвижвания на всички механизми са напълно заменени с електрически. Общата мощност на електроенергийната система - около 80 MW - е достатъчна за инсталиране на модерни оръжия (лазерни, микровълнови, електромагнитни оръдия) без значителни щети за работата на други потребители.
Корабът има нисък радарен подпис. Ефективната зона на разсейване (EPR) е почти 50 пъти по -малка от тази на разрушителите от предишното поколение. Невидим!
Контролът се осъществява чрез Total Ship Computing Environment (TSCE) с общ софтуер и „търговски“интерфейс, който освен всичко друго осигурява лесна поддръжка и обучение на екипажа. Надстройката на разрушителите от клас Zumvolt е изработена от композитни материали.
Планира се монтиране на витлови двигатели, използващи ефекта на високотемпературна свръхпроводимост и електромагнитни оръдия върху третия корпус на такъв разрушител. За да използва релсовия пистолет, корабът трябва да осигури производство с мощност от 10 до 25 MW, което вече е постигнато.
Можете да продължите да изброявате нововъведенията, които са били приложени или планирани на този кораб, но американците вече имат офшорна платформа от следващо поколение, която никоя друга страна не притежава. Досега само френската корабостроителна компания DCNS обяви планове за създаване на изцяло електрически боен кораб Advansea до 2025 г.
По отношение на подводната технология, хибридното или изцяло електрическо захранване първоначално е било предпоставка за неговия дизайн, така че няма смисъл да се обсъждат подробно иновациите в тази област.
В гражданското корабостроене също се разработват модели, които могат да се справят с енергията на слънцето. Реализирани са три концепции: платното със слънчеви батерии, разположени върху тях, осигурява задвижване и захранване, те също са поставени върху корпуса за движение и извличане на водород от водата, генерираната енергия се използва за захранване на електродвигателите на вала на витлото и заредете батериите.
Круизният кораб Suntech VIP на австралийската корабостроителна компания Solar Sailor е построен през 2010 г. според първата концепция. На втория - катамаранът Energy Observer, който в момента се готви да обиколи света. Третият е германската планета Solar Turanor, изстрелян през 2010 г. и заобиколен през 2012 г. Изцяло електрическата безпилотна американска лодка Solar Voyager (с дължина 5,5 метра и ширина 0,76) със соларни панели беше пусната на пазара през юни 2016 г. и беше тествана. Те работят по подобни проекти в Япония, Холандия, Италия и други страни. Това все още е екзотика, но с времето ще намери приложение във военното корабостроене.
Плах "издънка"
Друг вид военна техника, който е най-атрактивен за изпълнението на концепцията за изцяло електрическо съоръжение и включва въвеждането на значителен брой иновативни продукти, са самолетите. По отношение на военното поле все пак е по -правилно да се говори за БЛА.
Пилотираните изцяло електрически превозни средства досега са били разработвани като демонстратори на напреднали технологии. През 2012 г. Long-ESA постави рекорд за скорост на електрически самолети, ускорявайки се до 326 километра в час по време на теста. Швейцарският Solar-Impulse може да лети неограничено от Слънцето (използвайки батерии като източник на енергия). През 2015-2016 г. той извърши (с кацания) полет по целия свят. Единственият самолет, използван досега за практически цели, е двуместният тренировъчен Airbus E-Fan. Германската компания Lilium Aviation е разработила изцяло електрически наклонен двигател Lilium Jet. Летните тестове се проведоха в безпилотна версия.
Всички тези устройства (по отношение на военното поле) могат да се разглеждат като прототипи на разузнавателни устройства поради ниското им ниво на шум, но нищо повече. Основната трудност при създаването на пилотирани електрически самолети е недостатъчният капацитет на батериите и рязко нарастващите изисквания за товароносимост поради присъствието на човек на борда. Някои авиационни фирми обаче вече работят по проекти за хибридни авиолинии. По-специално, това се прави от EADS заедно с Rolls-Royce. Декларираните цели са да се намали количеството изразходвано гориво, да се намалят вредните емисии в околната среда и да се намали шумът.
Що се отнася до дроновете, сред тях има немалко напълно електрически, създадени както в чужбина, така и у нас (макар и с вносни компоненти), както и схеми за самолети и хеликоптери. Поставени са първите световни рекорди: британският слънчев QinetiQ-Zephyr остана във въздуха две седмици през 2010 г.
Приложението във военната област има широки перспективи: наблюдение, разузнаване и удари, обозначаване на целите и т.н. Като цяло създаването на такива самолети включва решаването на много иновативни проблеми, включително разработването на високоякостни композитни материали, свръх големи батерии, малки електродвигатели с висока ефективност, автоматични системи. управление.
Що се отнася до наземното военно оборудване, тук спектърът от хибридни (комбинация от двигател с вътрешно горене, електрически генератор, устройства за съхранение на енергия, изцяло електрически задвижвания) и изцяло електрически разработки е доста широк и местните дизайнери също имат известен успех.
Но, както в предишните случаи, възниква въпросът: какви са предимствата? Електрическата трансмисия дава възможност да се оптимизират режимите на задвижване (колела или релси), плавно да се регулира скоростта на движение и тяговата сила в широк диапазон и да се гарантира създаването на ефективни системи против блокиране и сцепление. Това дава възможност да се намалят изискванията за квалификацията и психофизическото състояние на шофьорите, като същевременно се повишат основните показатели за мобилност.
Електрическите трансмисии имат високи характеристики на надеждност, технологичност, експлоатация и ремонт, възможности за контрол. Намалява шума, повишава екологичността. Възможността за захранване на оръжия и оборудване с висока консумация на енергия от радарни станции и системи за електронна война, електротермохимични или ЕМП пушки и др. Е обещаваща.
Една от задачите е създаването на мощни теглителни двигатели с малки размери. Най -голям успех в това са постигнали в САЩ и Германия, където те са направени на базата на постоянни магнити, използващи редкоземни елементи (самарий, кобалт и др.) С висока степен на магнетизъм. Това направи възможно значително намаляване на обема и теглото на електрическите машини и улесняване на управлението.
В Русия в резултат на изследователския проект в Кримск е създадена колесна бойна машина с хибридна електроцентрала и електрическа трансмисия на базата на BTR-90 Rostok. Както се съобщава, при морски изпитания с мощност на двигателя почти един и половина пъти по -малка от тази на прототипа, експериментален модел на хибриден бронетранспортьор показа значително по -добри резултати. Обхватът на горивото е един и половина пъти повече от този на BTR-90.
Що се отнася до безпилотни (дистанционно пилотирани и роботизирани) напълно електрически обекти, в чужбина и у нас е създадена огромна гама от образци от наземно оръжие и техника. Тяхното развитие протича с ускорени темпове, поради нуждите на войските, водещи военни действия в Афганистан, Ирак, Сирия и други региони, както и вътрешните нужди. Имаме това, за да осигурим дейността на Министерството на вътрешните работи, ФСБ, Националната гвардия, Министерството на извънредните ситуации и други ведомства.
Концепцията за напълно електрически или хибридни AME съоръжения се прилага във всички напреднали страни по света. Най -систематично и практично - в САЩ, Германия, Франция, Великобритания. Съществуват научни и технически основи за разработването и производството на широка гама продукти, които в близко бъдеще ще бъдат в основата на оръжейна система, изградена върху напълно електрически машини. Той ще осигури ефективно, всеобхватно използване на оръжия, основано на нови физически принципи.
Проектирането на изцяло електрически обекти на военно оборудване не е определен данък към модата. Това е едно от основните направления на формирането на оръжейната система на бъдещето. Появата на нови методи за генериране, прехвърляне и консумиране на енергия, нейното използване за побеждаване на противника значително ще промени способностите на войските, естеството и съдържанието на процеса на тяхната логистична и логистична подкрепа. Тревожно е, че у нас и въоръжените сили все още няма системен подход за определяне на списъка, съдържанието и резултатите от този вид работа.
