L'equipaggiamento militare creato sulla base dei concetti del secolo scorso si è avvicinato alla soglia, oltre la quale sforzi e costi giganteschi danno un risultato insufficientemente basso. Uno dei motivi è un aumento significativo del consumo energetico dei nuovi impianti AME. C'è una via d'uscita dall'impasse?
Vari tipi di energia (meccanica, termica, elettrica, ecc.) Sono richiesti in tutte le fasi dell'uso del combattimento: ricognizione, trasferimento di informazioni, elaborazione, uso di armi, protezione dal nemico, manovra, ecc. Attualmente viene effettuata la generazione in anticipo e l'energia fornita dai servizi MTO. Ma i volumi e le velocità richieste dalle truppe iniziano a trasformarsi in un obiettivo e un problema autosufficienti.
Sulle orme di Tesla
La situazione è aggravata dall'emergere di nuovi tipi di AME (pistole elettromagnetiche, armi a energia diretta). Sta diventando sempre più evidente che lo sviluppo del sistema d'arma richiede un cambiamento nei concetti di approvvigionamento energetico. In caso contrario, è impossibile realizzare il potenziale previsto nei nuovi progetti.
Questa tendenza è degna di nota. Da un lato, è in corso uno sviluppo attivo di attrezzature militari completamente elettriche e ibride. D'altra parte, si creano sistemi e mezzi di generazione senza costi o con costi ridotti di vettori energetici consegnati alle truppe (pannelli solari, turbine eoliche, nuovi tipi di carburante). Allo stesso tempo, viene condotta una ricerca fondamentale (soprattutto attivamente negli Stati Uniti e in Giappone) sulla trasmissione wireless di energia su lunghe distanze, che sembra essere la più attraente. L'idea è che una fonte potente (centrale nucleare, centrale idroelettrica, ecc.) Alimenti i dispositivi riceventi delle armi e dell'equipaggiamento militare attraverso il canale aereo (spaziale). L'introduzione di un tale schema eliminerebbe quasi completamente la necessità di fornire enormi volumi di energia (carburante) alle truppe, aumentando radicalmente la loro prontezza ed efficacia al combattimento.
La possibilità di trasmettere energia a distanza senza fili è stata dimostrata e dimostrata per la prima volta da un esperimento a Colorado Springs nel 1899-1900 da Nikola Tesla. L'impulso elettrico è stato trasmesso a 40 chilometri. Tuttavia, finora non è stato possibile ripetere un simile esperimento.
Nel 1968, il ricercatore spaziale americano Peter Glazer propose di posizionare grandi pannelli solari in orbita geostazionaria e l'energia che generano (5-10 GW) da trasmettere alla Terra da un raggio di microonde focalizzato, convertita in corrente continua o alternata e distribuita ai consumatori. …
L'attuale livello di sviluppo dell'elettronica a microonde consente di parlare di un'efficienza piuttosto elevata del trasferimento di energia da parte di un tale raggio - 70-75%. Ma questo è ancora abbastanza difficile da implementare. Basti dire che il diametro dell'antenna trasmittente dovrebbe essere pari a un chilometro e il ricevitore di terra dovrebbe avere una dimensione di 10x13 chilometri per un'area a una latitudine di 35 gradi. Pertanto, il progetto è stato dimenticato, ma recentemente, tenendo conto degli ultimi progressi tecnologici, la ricerca è stata ripresa. Sono in corso esperimenti sulla trasmissione wireless di energia tramite laser.
Ma il nostro autotreno…
Sebbene i progressi non siano così significativi con lo sviluppo di nuovi metodi di generazione e trasmissione di energia, nel campo della creazione di oggetti completamente elettrici sono impressionanti. Non si può dire che l'idea di tecnologia militare (e non solo) su questa base sia assolutamente nuova. È stato reso economicamente e tecnicamente attraente dai progressi nella generazione, stoccaggio, trasformazione e distribuzione dell'elettricità, nell'elettronica a stato solido ad alta potenza, nell'automazione e nel controllo. Gli impianti completamente elettrici hanno meno rumore, maggiore efficienza, possibilità di distribuzione razionale dell'energia tra i consumatori, elevata compatibilità ambientale e altre qualità che li rendono molto appetibili sia in campo civile che militare.
Le prime macchine con trasmissione elettrica risalgono all'inizio del secolo scorso, quando l'azienda americana LeTourneau iniziò ad utilizzare la trazione elettrica sui raschiatori semoventi. E dal 1954, sono stati prodotti veicoli fuoristrada super pesanti unici, motoslitte, trasportatori militari-evacuatori e autotreni multisezione dotati di tutte le eliche principali azionate da un generatore installato sul veicolo principale del trattore (leader). Per la prima volta nella pratica mondiale, hanno iniziato a utilizzare potenti motori elettrici compatti montati direttamente nei mozzi delle ruote di un'auto.
Il primo autotreno sovietico attivo a due sezioni con un azionamento elettrico semplificato delle ruote del rimorchio è stato sviluppato nel 1959. Ma non è stato possibile ottenere un coordinamento completo del lavoro di tutte le ruote motrici con le fonti di energia. Anche ulteriori sviluppi di altre imprese nazionali non hanno portato al successo previsto. Lo scoglio era il problema dell'automazione del controllo delle macchine con trasmissione elettrica: distribuzione razionale dei flussi di energia tra i nodi, consumo minimo di carburante del motore primario a combustione interna, condizioni di temperatura ottimali con la massima efficienza, ecc. Né la potenza di calcolo dei computer di quel tempo né il software corrispondente era sufficiente.
La situazione è radicalmente cambiata negli ultimi anni e l'idea di armi ed equipaggiamenti militari completamente elettrici è tornata ad un nuovo livello qualitativo. L'emergere di veicoli senza pilota ha alimentato ancora di più l'interesse. La trasmissione elettrica semplifica la creazione di bersagli di combattimento completamente automatizzati controllati via radio o tramite un dispositivo programmabile.
Sotto il sole naviga
L'attuazione più urgente del concetto di un impianto completamente elettrico dovrebbe essere riconosciuta nella tecnologia navale. Ci sono diversi motivi:
elevata lunghezza delle trasmissioni di potenza (trasmissioni) per vari scopi, una vasta gamma di attuatori e convertitori di energia di vario tipo: meccanici, termici, idraulici ed elettrici;
un numero significativo di consumatori di energia: azionamenti di alberi di trasmissione, artiglieria e lanciarazzi, stazioni radar e sistemi di guerra elettronica, altri meccanismi;
l'emergere di sistemi d'arma che richiedono un elevato consumo di energia (armi a energia diretta e attrezzature militari, pistole elettromagnetiche, ecc.).
La base delle navi completamente elettriche è un unico sistema di alimentazione (integrato), che comprende impianti di generazione e distribuzione ad alta tensione, moduli compatti per l'accumulo e la conversione, sistemi di controllo automatizzati con consumo di energia in varie modalità operative (massima velocità, uso in combattimento di armi, manovre, ecc.). L'esperienza più illustrativa è il programma americano DDG 1000 e il cacciatorpediniere Zumvolt costruito su di esso (https://vpk-news.ru/articles/17993). Sfortunatamente, molti media nazionali si sono concentrati sui fallimenti tecnici e tecnologici di questo progetto, distogliendo l'attenzione dei lettori dal significato dello sviluppo della nave e persino screditando in qualche modo l'idea.
DDG 1000 è un fulcro delle ultime conquiste della scienza e della tecnologia americana nel campo dei complessi e dei sistemi di armi. Ma tutti sono integrati nella nave attraverso la comprensione delle caratteristiche dell'operazione, del luogo e del ruolo, tenendo conto delle capacità dell'energia del cacciatorpediniere (Integrated Power System - IPS). Assicura la fornitura di tutti i sistemi e unità, monitora e controlla il loro funzionamento. Il passaggio alla propulsione completamente elettrica ha permesso di liberare notevoli volumi di spazio interno per il posizionamento delle munizioni, per creare condizioni confortevoli per l'equipaggio. Gli azionamenti a vapore, pneumatici e idraulici di tutti i meccanismi sono completamente sostituiti da quelli elettrici. La potenza totale del sistema di alimentazione - circa 80 MW - è sufficiente per l'installazione di armi avanzate (laser, microonde, cannoni elettromagnetici) senza danni significativi alle prestazioni di altri consumatori.
La nave ha un'impronta radar bassa. L'area di dissipazione effettiva (EPR) è quasi 50 volte inferiore a quella dei cacciatorpediniere della generazione precedente. Invisibile!
Il controllo viene effettuato attraverso un Total Ship Computing Environment (TSCE) con software comune e un'interfaccia "commerciale", che, tra l'altro, fornisce facilità di manutenzione e formazione dell'equipaggio. La sovrastruttura dei cacciatorpediniere di classe Zumvolt è realizzata in materiali compositi.
Si prevede di installare motori dell'elica utilizzando l'effetto della superconduttività ad alta temperatura e dei cannoni elettromagnetici sul terzo scafo di un tale cacciatorpediniere. Per utilizzare il cannone, la nave deve fornire una generazione con una potenza da 10 a 25 MW, che è già stata raggiunta.
Puoi continuare a elencare le innovazioni che sono state applicate o sono previste su questa nave, ma gli americani hanno già una piattaforma offshore di nuova generazione, che nessun altro Paese possiede. Finora, solo la società di costruzioni navali francese DCNS ha annunciato l'intenzione di creare una nave da combattimento completamente elettrica Advansea entro il 2025.
Per quanto riguarda la tecnologia sottomarina, l'alimentazione ibrida o completamente elettrica era originariamente un prerequisito per la sua progettazione, quindi non ha senso discutere in dettaglio delle innovazioni in questo settore.
Anche nella cantieristica civile si stanno sviluppando modelli che possano accontentarsi dell'energia del sole. Vengono implementati tre concetti: la vela con batterie solari posizionate su di esse fornisce la propulsione e l'alimentazione, inoltre sono posizionati sullo scafo per il movimento e l'estrazione dell'idrogeno dall'acqua, l'energia generata viene utilizzata per alimentare i motori elettrici dell'albero di trasmissione e ricaricare le batterie.
La nave da crociera Suntech VIP della società di costruzioni navali australiana Solar Sailor è stata costruita nel 2010 secondo il primo concetto. Sul secondo - il catamarano Energy Observer, che si sta attualmente preparando a viaggiare in tutto il mondo. Il terzo è il Pianeta Solare Turanor tedesco, lanciato nel 2010 e circumnavigato nel 2012. La barca americana senza equipaggio completamente elettrica Solar Voyager (5,5 metri di lunghezza e 0,76 di larghezza) con pannelli solari è stata varata nel giugno 2016 ed è stata testata. Stanno lavorando a progetti simili in Giappone, Olanda, Italia e altri paesi. Questo è ancora esotico, ma nel tempo troverà applicazione nella costruzione navale militare.
timido "germoglio"
Un altro tipo di equipaggiamento militare che è più attraente per l'implementazione del concetto di una struttura completamente elettrica e prevede l'introduzione di un numero significativo di prodotti innovativi è l'aereo. Per quanto riguarda il campo militare, è ancora più corretto parlare di UAV.
I veicoli completamente elettrici con equipaggio sono stati finora sviluppati come dimostratori di tecnologia avanzata. Nel 2012, Long-ESA ha stabilito un record di velocità per gli aerei elettrici, accelerando a 326 chilometri all'ora durante il test. Lo Swiss Solar-Impulse può volare indefinitamente dal Sole (usando batterie come fonte di alimentazione). Nel 2015-2016 ha effettuato (con atterraggi) un volo intorno al globo. L'unico aereo utilizzato per scopi pratici finora è l'Airbus E-Fan da addestramento a due posti. La società tedesca Lilium Aviation ha sviluppato il convertiplano completamente elettrico Lilium Jet. I test di volo si sono svolti in una versione senza equipaggio.
Tutti questi dispositivi (in relazione al campo militare) possono essere considerati come prototipi di dispositivi da ricognizione per il loro basso livello di rumore, ma niente di più. La principale difficoltà nella creazione di velivoli elettrici con equipaggio è la capacità insufficiente delle batterie e i requisiti in forte aumento per la capacità di carico dovuti alla presenza di una persona a bordo. Tuttavia, alcune aziende aeronautiche stanno già lavorando a progetti di aerei di linea ibridi. In particolare, questo viene fatto da EADS insieme a Rolls-Royce. Gli obiettivi dichiarati sono ridurre la quantità di carburante consumato, ridurre le emissioni nocive nell'ambiente e ridurre il rumore.
Per quanto riguarda i droni, tra questi ce ne sono alcuni completamente elettrici, creati sia all'estero che nel nostro paese (seppur su componenti importati), e schemi sia di aerei che di elicotteri. I primi record mondiali sono stati stabiliti: il QinetiQ-Zephyr a energia solare della Gran Bretagna è rimasto in volo per due settimane nel 2010.
L'applicazione in campo militare ha ampie prospettive: monitoraggio, ricognizione e azioni di attacco, designazione di obiettivi, ecc. In generale, la creazione di tali velivoli comporta la soluzione di molti problemi innovativi, incluso lo sviluppo di materiali compositi ad alta resistenza, ultra-grandi batterie, motori elettrici di piccola taglia ad alta efficienza, sistemi automatici di gestione.
Per quanto riguarda le attrezzature militari terrestri, qui lo spettro di sviluppi ibridi (una combinazione di un motore a combustione interna, un generatore elettrico, dispositivi di accumulo di energia, azionamenti completamente elettrici) e completamente elettrici è piuttosto ampio, e anche i progettisti domestici hanno un certo successo.
Ma, come nei casi precedenti, sorge spontanea la domanda: quali sono i vantaggi? La trasmissione elettrica consente di ottimizzare le modalità di propulsione (ruote o cingoli), regolare in modo continuo la velocità di marcia e la forza di trazione in un'ampia gamma e garantire la creazione di efficaci sistemi di antibloccaggio e di controllo della trazione. Ciò consente di ridurre i requisiti per le qualifiche e lo stato psicofisico dei conducenti aumentando gli indicatori di base della mobilità.
Le trasmissioni elettriche hanno elevate caratteristiche di affidabilità, producibilità, funzionamento e riparazione, capacità di controllo. Riduce il rumore, aumenta la compatibilità ambientale. Promettente è la possibilità di alimentazione di armi e attrezzature ad alto consumo di stazioni radar e sistemi di guerra elettronica, cannoni elettrotermochimici o EMP, ecc.
Uno dei compiti è la creazione di potenti motori di trazione di piccole dimensioni. Il maggior successo in questo è stato ottenuto negli Stati Uniti e in Germania, dove sono realizzati sulla base di magneti permanenti utilizzando elementi di terre rare (samario, cobalto, ecc.) Con un alto grado di magnetismo. Ciò ha permesso di ridurre significativamente il volume e il peso delle macchine elettriche e di facilitare il controllo.
In Russia, come risultato del progetto di ricerca Krymsk, è stato creato un veicolo da combattimento a ruote con una centrale elettrica ibrida e una trasmissione elettrica basata sul BTR-90 Rostok. Come riportato, nelle prove in mare con una potenza del motore quasi una volta e mezza inferiore a quella del prototipo, un modello sperimentale di un veicolo corazzato ibrido ha mostrato risultati significativamente migliori. L'autonomia è una volta e mezza superiore a quella del BTR-90.
Per quanto riguarda gli oggetti completamente elettrici senza pilota (pilotati e robotizzati a distanza), è stata creata una vasta gamma di campioni di armi ed equipaggiamenti di terra all'estero e nel nostro paese. Il loro sviluppo sta procedendo a un ritmo accelerato, a causa delle esigenze delle truppe che conducono le ostilità in Afghanistan, Iraq, Siria e altre regioni, nonché delle esigenze interne. Abbiamo questo per garantire le attività del Ministero degli Affari Interni, dell'FSB, della Guardia Nazionale, del Ministero delle Emergenze e di altri dipartimenti.
Il concetto di strutture AME completamente elettriche o ibride viene implementato in tutti i paesi avanzati del mondo. Il più sistematico e pratico - negli Stati Uniti, in Germania, in Francia, in Gran Bretagna. Esistono basi scientifiche e tecniche per lo sviluppo e la produzione di una vasta gamma di prodotti, che nel prossimo futuro costituiranno la base di un sistema d'arma costruito su macchine completamente elettriche. Fornirà un uso efficace e completo delle armi basato su nuovi principi fisici.
Il design di oggetti completamente elettrici di equipaggiamento militare non è un certo tributo alla moda. Questa è una delle direzioni principali della formazione del sistema di armi del futuro. L'emergere di nuovi metodi per generare, trasferire e consumare energia, utilizzandola per sconfiggere il nemico cambierà in modo significativo le capacità delle truppe, la natura e il contenuto del processo del loro supporto logistico e logistico. È allarmante che nel nostro paese e nelle forze armate non vi sia ancora un approccio sistematico per determinare l'elenco, il contenuto e i risultati di questo tipo di lavoro.
