L'equipament militar creat sobre la base dels conceptes del segle passat s'ha apropat al llindar, més enllà del qual esforços i costos gegantins donen un resultat insuficientment baix. Un dels motius és un augment significatiu del consum energètic de les noves instal·lacions AME. Hi ha una sortida al carreró sense sortida?
Es requereixen diversos tipus d’energia (mecànica, tèrmica, elèctrica, etc.) en totes les etapes de l’ús del combat: reconeixement, transferència d’informació, processament, ús d’armes, protecció contra l’enemic, maniobra, etc. Actualment, la generació es du a terme per endavant i l’energia subministrada pels serveis MTO. Però els volums i les taxes requerides per les tropes comencen a convertir-se en un objectiu i un problema autosuficients.
Segons els passos de Tesla
La situació s’agreuja amb l’aparició de nous tipus d’AME (armes electromagnètiques, armes d’energia dirigida). Cada cop és més evident que el desenvolupament del sistema d’armes requereix un canvi en els conceptes de subministrament d’energia. En cas contrari, és impossible adonar-se del potencial establert en els nous dissenys.
Aquesta tendència és destacable. D'una banda, s'està desenvolupant activament equipament militar totalment elèctric i híbrid. D’altra banda, s’estan creant sistemes i mitjans generadors sense costos o amb costos reduïts dels subministradors d’energia lliurats a les tropes (plaques solars, aerogeneradors, nous tipus de combustible). Al mateix temps, s’està duent a terme una investigació fonamental (especialment activament als EUA i al Japó) sobre la transmissió sense fils d’energia a llargues distàncies, que sembla ser la més atractiva. La idea és que una font poderosa (central nuclear, central hidroelèctrica, etc.) alimenti els dispositius receptors de les armes i l'equipament militar a través del canal d'aire (espacial). La introducció d'aquest esquema eliminaria gairebé completament la necessitat de subministrar enormes volums d'energia (combustible) a les tropes, augmentant radicalment la seva preparació al combat i l'eficàcia del combat.
La possibilitat de transmetre energia a distància sense cables va ser demostrada i demostrada per primera vegada mitjançant un experiment a Colorado Springs el 1899-1900 per Nikola Tesla. L'impuls elèctric es va transmetre 40 quilòmetres. Tot i això, fins ara no s’ha pogut repetir aquest experiment.
El 1968, l’investigador espacial nord-americà Peter Glazer va proposar col·locar grans plaques solars en òrbita geoestacionària i l’energia que generen (5-10 GW) per ser transmesa a la Terra per un feix de microones focalitzat, convertit en corrent continu o altern i distribuït als consumidors …
El nivell actual de desenvolupament de l’electrònica de microones permet parlar d’una eficiència força elevada de la transferència d’energia per aquest feix (70-75 per cent). Però això encara és bastant difícil d’implementar. N’hi ha prou amb dir que el diàmetre de l’antena transmissora hauria de ser igual a un quilòmetre i que el receptor de terra hauria de tenir una mida de 10x13 quilòmetres per a una àrea de 35 graus de latitud. Per tant, el projecte es va oblidar, però recentment, tenint en compte els darrers avenços tecnològics, la investigació s’ha reprès. S'estan duent a terme experiments sobre transmissió sense fils d'energia mitjançant un làser.
Però el nostre tren de carretera …
Tot i que el progrés no és tan significatiu amb el desenvolupament de nous mètodes de generació i transmissió d'energia, en el camp de la creació d'objectes totalment elèctrics són impressionants. No es pot dir que la idea de la tecnologia militar (i no només) sobre aquesta base sigui absolutament nova. Es va fer econòmicament i tècnicament atractiva gràcies al progrés en la generació, emmagatzematge, transformació i distribució d'electricitat, en electrònica d'estat sòlid d'alta potència, automatització i control. Les instal·lacions totalment elèctriques tenen menys soroll, una major eficiència, la possibilitat d’una distribució racional de l’energia entre els consumidors, una gran compatibilitat amb el medi ambient i altres qualitats que les fan molt atractives tant en els àmbits civil com militar.
Les primeres màquines amb transmissió elèctrica es remunten a principis del segle passat, quan l’empresa nord-americana LeTourneau va començar a utilitzar una transmissió elèctrica en rascadors autopropulsats. I des de 1954 s’han produït vehicles tot terreny súper pesats, motos de neu, transportadors-evacuadors militars i trens de carretera de diverses seccions equipats amb totes les hèlixs de rodes principals accionades per un generador instal·lat al vehicle tractor principal (líder). Per primera vegada a la pràctica mundial, van començar a utilitzar potents motors elèctrics compactes muntats directament als cubs de les rodes d’un cotxe.
El primer tren soviètic actiu de dues seccions amb una acció elèctrica simplificada de les rodes del remolc es va desenvolupar el 1959. Però no va ser possible aconseguir una coordinació completa del treball de totes les rodes motrius amb les fonts d'energia. L'evolució d'altres empreses nacionals tampoc no va conduir a l'èxit esperat. L’escull va ser el problema de l’automatització del control de les màquines amb transmissió elèctrica: distribució racional dels fluxos d’energia entre nodes, consum mínim de combustible del motor de combustió interna primari, condicions òptimes de temperatura amb la màxima eficiència, etc. Tampoc la potència informàtica dels ordinadors. d’aquella època ni el programari corresponent era suficient.
La situació ha canviat radicalment en els darrers anys i la idea d’armes i equipament militar totalment elèctrics ha tornat a un nou nivell qualitatiu. L’aparició de vehicles no tripulats va alimentar encara més l’interès. La transmissió elèctrica facilita la creació d’objectius de combat totalment automatitzats controlats per ràdio o mitjançant un dispositiu programable.
Vela sota el sol
La tecnologia naval hauria de reconèixer la implementació més urgent del concepte d’instal·lació totalment elèctrica. Hi ha diversos motius:
transmissions de potència de gran durada (transmissions) per a diversos usos, una àmplia gamma d'actuadors i convertidors d'energia de diversos tipus: mecànics, tèrmics, hidràulics i elèctrics;
un nombre important de consumidors d’energia: accionaments d’eixos d’hèlix, llançadors d’artilleria i coets, estacions de radar i sistemes de guerra electrònics, altres mecanismes;
l’aparició de sistemes d’armes que requereixen un elevat consum d’energia (armes d’energia dirigida i equipament militar, armes electromagnètiques, etc.).
La base dels vaixells totalment elèctrics és un sistema d’energia únic (integrat), que inclou instal·lacions de generació i distribució d’alta tensió, mòduls compactes per a la seva acumulació i conversió, sistemes de control automatitzat amb consum d’energia en diversos modes d’operació (velocitat màxima, ús en combat) d’armes, maniobres, etc.). L’experiència més il·lustrativa és el programa americà DDG 1000 i el destructor Zumvolt construït sobre ell (https://vpk-news.ru/articles/17993). Malauradament, molts mitjans nacionals es van centrar en els fracassos tècnics i tecnològics d’aquest projecte, allunyant l’atenció dels lectors del significat del desenvolupament del vaixell i fins i tot desacreditant una mica la idea.
DDG 1000 és un centre dels darrers èxits de la ciència i la tecnologia nord-americana en el camp dels complexos i sistemes d’armament. Però tots ells s’integren al vaixell mitjançant la comprensió dels trets característics de l’operació, el lloc i el paper, tenint en compte les capacitats de l’energia del destructor (Sistema d’alimentació integrat - IPS). Assegura el subministrament de tots els sistemes i unitats, supervisa i controla el seu funcionament. La transició a la propulsió totalment elèctrica va permetre alliberar importants volums d’espai intern per a la col·locació de municions, per crear unes condicions confortables per a la tripulació. Els accionaments de vapor, pneumàtics i hidràulics de tots els mecanismes se substitueixen completament per altres d’elèctrics. La potència total del sistema d’energia (uns 80 MW) és suficient per a la instal·lació d’armes avançades (làser, microones, pistoles electromagnètiques) sense danys significatius en el rendiment d’altres consumidors.
El vaixell té una signatura radar baixa. L'àrea de dissipació efectiva (EPR) és gairebé 50 vegades menor que la dels destructors de la generació anterior. Invisible!
El control es duu a terme mitjançant un Total Ship Computing Environment (TSCE) amb un programari comú i una interfície "comercial" que, entre altres coses, facilita el manteniment i la formació de la tripulació. La superestructura dels destructors de la classe Zumvolt està feta de materials compostos.
Està previst instal·lar motors d'hèlix utilitzant l'efecte de la superconductivitat a alta temperatura i les pistoles electromagnètiques al tercer casc d'aquest destructor. Per utilitzar la pistola de ferrocarril, el vaixell ha de proporcionar una generació amb una potència de 10 a 25 MW, que ja s’ha aconseguit.
Podeu continuar enumerant les innovacions aplicades o previstes en aquest vaixell, però els nord-americans ja tenen una plataforma offshore de nova generació, que cap altre país posseeix. Fins ara, només l’empresa francesa de construcció naval DCNS ha anunciat plans per crear un vaixell de combat exclusivament elèctric Advansea el 2025.
Pel que fa a la tecnologia submarina, l’alimentació híbrida o totalment elèctrica era originalment un requisit previ per al seu disseny, de manera que no té sentit discutir detalladament les innovacions en aquesta àrea.
En la construcció naval civil, també s’estan desenvolupant models que poden conformar-se amb l’energia del sol. S’implementen tres conceptes: la vela amb bateries solars situades a sobre proporciona la propulsió i l’alimentació, també es col·loquen al casc per al moviment i extracció de l’hidrogen de l’aigua, l’energia generada s’utilitza per alimentar els motors elèctrics de l’eix de l’hèlix i recarregueu les piles.
El vaixell de creuers Suntech VIP de l’empresa australiana de construcció naval Solar Sailor es va construir el 2010 segons el primer concepte. El segon, el catamarà Energy Observer, que actualment es prepara per viatjar arreu del món. El tercer és el planeta alemany Solar Turanor, llançat el 2010 i circumnavegat el 2012. El vaixell nord-americà totalment elèctric no tripulat Solar Voyager (5,5 metres d'eslora i 0,76 d'amplada) amb plaques solars es va llançar el juny del 2016 i es va provar. Treballen en projectes similars al Japó, Holanda, Itàlia i altres països. Això encara és exòtic, però amb el pas del temps anirà trobant aplicació en la construcció naval militar.
Tímid "brot"
Un altre tipus d’equipament militar que resulta més atractiu per a la implementació del concepte d’instal·lació totalment elèctrica i que implica la introducció d’un nombre important de productes innovadors són els avions. Pel que fa al camp militar, encara és més correcte parlar de vehicles UAV.
Els vehicles totalment elèctrics tripulats s’han desenvolupat fins ara com a demostradors de tecnologia avançada. El 2012, Long-ESA va establir un rècord de velocitat per a avions elèctrics, que va accelerar a 326 quilòmetres per hora durant la prova. El Swiss Impulse Solar pot volar indefinidament des del Sol (utilitzant les bateries com a font d’energia). El 2015-2016 va realitzar (amb aterratges) un vol arreu del món. L’únic avió utilitzat fins ara amb finalitats pràctiques és la formació de dos seients Airbus E-Fan. L’empresa alemanya Lilium Aviation ha desenvolupat el tiltrotor totalment elèctric Lilium Jet. Les proves de vol es van fer en versió no tripulada.
Tots aquests dispositius (en relació amb el camp militar) es poden considerar com a prototips de dispositius de reconeixement pel seu baix nivell de soroll, però res més. La principal dificultat per crear avions elèctrics tripulats és la capacitat insuficient de les bateries i els requisits de capacitat de càrrega que augmenten bruscament a causa de la presència d’una persona a bord. Tot i això, algunes empreses d’aviació ja estan treballant en projectes d’avions de línia híbrids. En particular, EADS ho fa juntament amb Rolls-Royce. Els objectius declarats són reduir la quantitat de combustible consumit, reduir les emissions nocives al medi ambient i reduir el soroll.
Pel que fa als avions no tripulats, n’hi ha uns quants de completament elèctrics, creats tant a l’estranger com al nostre país (encara que en components importats), i tant d’avions com d’helicòpters. Es van establir els primers rècords mundials: el QinetiQ-Zephyr, amb energia solar britànica, va romandre a l'aire durant dues setmanes el 2010.
L’aplicació en el camp militar té grans perspectives: accions de vigilància, reconeixement i atac, designació d’objectius, etc. bateries, motors elèctrics de petites dimensions amb alta eficiència, sistemes automàtics de gestió.
Pel que fa a l’equipament militar terrestre, aquí l’espectre d’híbrids (una combinació d’un motor de combustió interna, un generador elèctric, dispositius d’emmagatzematge d’energia, accionaments totalment elèctrics) i desenvolupaments totalment elèctrics és força ampli i els dissenyadors nacionals també tenen cert èxit..
Però, com en els casos anteriors, sorgeix la pregunta: quins avantatges hi ha? La transmissió elèctrica permet optimitzar els modes de propulsió (rodes o pistes), ajustar de manera continuada la velocitat de desplaçament i la força de tracció en un ampli ventall i garantir la creació de sistemes antiblocatge i control de tracció efectius. Això permet reduir els requisits per a la qualificació i l’estat psicofísic dels conductors i augmentar els indicadors bàsics de mobilitat.
Les transmissions elèctriques tenen altes característiques de fiabilitat, fabricabilitat, operació i reparació, capacitats de control. Redueix el soroll, augmenta la compatibilitat amb el medi ambient. És prometedora la possibilitat de subministrament elèctric d’armes i equips amb un elevat consum d’energia d’estacions de radar i sistemes de guerra electrònica, armes electrotermoquímiques o EMP, etc.
Una de les tasques és la creació de potents motors de tracció de mida petita. El major èxit en això s’ha aconseguit als Estats Units i Alemanya, on es fabriquen a partir d’imants permanents amb elements de terres rares (samari, cobalt, etc.) amb un alt grau de magnetisme. Això va permetre reduir significativament el volum i el pes de les màquines elèctriques i facilitar el control.
A Rússia, es va crear un vehicle de combat amb rodes amb una central elèctrica híbrida i una transmissió elèctrica basada en el BTR-90 Rostok arran del projecte de recerca de Krymsk. Segons es va informar, en proves marítimes amb una potència del motor gairebé una vegada i mitja inferior a la del prototip, un model experimental de portaavions blindat híbrid va mostrar resultats significativament millors. La gamma de combustible és una vegada i mitja més que la del BTR-90.
Pel que fa als objectes completament elèctrics no tripulats (pilotats i robotitzats de forma remota), s’ha creat una gran varietat de mostres d’armes terrestres i equips a l’estranger i al nostre país. El seu desenvolupament avança a un ritme accelerat, a causa de les necessitats de les tropes que realitzen hostilitats a l’Afganistan, l’Iraq, Síria i altres regions, així com les necessitats internes. Ho tenim per garantir les activitats del Ministeri de l'Interior, el FSB, la Guàrdia Nacional, el Ministeri d'Emergències i altres departaments.
El concepte d’instal·lacions AME totalment elèctriques o híbrides s’està implementant a tots els països avançats del món. El més sistemàtic i pràctic: als EUA, Alemanya, França, Gran Bretanya. Hi ha bases científiques i tècniques per al desenvolupament i la producció d’una àmplia gamma de productes, que en un futur proper constituiran la base d’un sistema d’armes construït sobre màquines totalment elèctriques. Proporcionarà un ús efectiu i complet d’armes basat en nous principis físics.
El disseny d’objectes totalment elèctrics d’equipament militar no és un cert homenatge a la moda. Aquesta és una de les principals direccions de la formació del sistema d’armes del futur. L’aparició de nous mètodes de generació, transferència i consum d’energia que l’utilitzen per derrotar l’enemic canviarà significativament les capacitats de les tropes, la naturalesa i el contingut del procés del seu suport logístic i logístic. És alarmant que al nostre país i a les Forces Armades encara no hi hagi cap enfocament sistemàtic per determinar la llista, el contingut i els resultats d’aquest tipus de treballs.
