O equipamento militar criado com base nos conceitos do século passado se aproximou do limiar, para além do qual esforços e custos gigantescos dão um resultado insuficientemente baixo. Um dos motivos é um aumento significativo no consumo de energia das novas instalações do AME. Existe uma saída para o impasse?
Vários tipos de energia (mecânica, térmica, elétrica, etc.) são demandados em todas as fases do uso de combate: reconhecimento, transferência de informação, processamento, uso de armas, proteção contra o inimigo, manobra, etc. Atualmente, a geração é realizada antecipadamente, e energia fornecida por serviços MTO. Mas os volumes e taxas exigidos pelas tropas estão começando a se tornar uma meta e um problema autossuficiente.
Nos passos de Tesla
A situação é agravada pelo surgimento de novos tipos de AME (armas eletromagnéticas, armas de energia direcionada). Está se tornando cada vez mais óbvio que o desenvolvimento do sistema de armas requer uma mudança nos conceitos de suprimento de energia. Caso contrário, é impossível realizar o potencial estabelecido em novos projetos.
Essa tendência é notável. Por um lado, está em andamento um desenvolvimento ativo de equipamento militar totalmente elétrico e híbrido. Por outro lado, sistemas e meios geradores estão sendo criados sem custos ou com custos reduzidos de portadores de energia entregues às tropas (painéis solares, turbinas eólicas, novos tipos de combustível). Ao mesmo tempo, pesquisas fundamentais estão sendo conduzidas (especialmente ativamente nos EUA e no Japão) sobre a transmissão sem fio de energia em longas distâncias, que parece ser a mais atraente. A ideia é que uma fonte poderosa (usina nuclear, hidrelétrica, etc.) alimente os dispositivos receptores de armas e equipamentos militares por meio do canal aéreo (espacial). A introdução de tal esquema eliminaria quase completamente a necessidade de entregar grandes volumes de energia (combustível) às tropas, aumentando radicalmente sua prontidão e eficácia de combate.
A possibilidade de transmitir energia à distância sem fios foi primeiro provada e demonstrada por experimentos em Colorado Springs em 1899-1900 por Nikola Tesla. O impulso elétrico foi transmitido a 40 quilômetros. No entanto, não foi possível repetir tal experimento até agora.
Em 1968, o pesquisador espacial americano Peter Glazer propôs colocar grandes painéis solares em órbita geoestacionária, e a energia que eles geram (5-10 GW) para ser transmitida à Terra por um feixe de microondas focalizado, convertido em corrente contínua ou alternada e distribuída aos consumidores …
O nível atual de desenvolvimento da eletrônica de microondas torna possível falar de uma eficiência bastante alta de transferência de energia por esse feixe - 70-75 por cento. Mas isso ainda é muito difícil de implementar. Basta dizer que o diâmetro da antena transmissora deve ser igual a um quilômetro e o receptor terrestre deve ter 10x13 quilômetros de tamanho para uma área a uma latitude de 35 graus. Portanto, o projeto foi esquecido, mas recentemente, levando em consideração os últimos avanços tecnológicos, as pesquisas foram retomadas. Experimentos de transmissão sem fio de energia por laser estão sendo realizados.
Mas nosso trem rodoviário …
Embora o progresso não seja tão significativo com o desenvolvimento de novos métodos de geração e transmissão de energia, no campo da criação de objetos totalmente elétricos eles são impressionantes. Não se pode dizer que a ideia de tecnologia militar (e não apenas) nesta base seja absolutamente nova. Tornou-se econômica e tecnicamente atraente pelo progresso na geração, armazenamento, transformação e distribuição de energia elétrica, em eletrônica de estado sólido de alta potência, automação e controle. Instalações totalmente elétricas têm menos ruído, maior eficiência, possibilidade de distribuição racional de energia entre os consumidores, alta compatibilidade ambiental e outras qualidades que as tornam muito atraentes tanto no campo civil quanto no militar.
As primeiras máquinas com transmissão elétrica datam do início do século passado, quando a empresa americana LeTourneau passou a utilizar um acionamento elétrico em raspadores autopropelidos. E desde 1954, foram produzidos veículos superpesados todo-o-terreno, motos de neve, transportadores militares-evacuadores e trens rodoviários de várias seções equipados com todas as hélices das rodas principais acionadas por um gerador instalado no veículo trator principal (líder). Pela primeira vez na prática mundial, eles começaram a usar poderosos motores elétricos compactos montados diretamente nos cubos das rodas de um carro.
O primeiro trem rodoviário ativo soviético de duas seções com acionamento elétrico simplificado das rodas do trailer foi desenvolvido em 1959. Mas não foi possível conseguir uma coordenação completa do trabalho de todas as rodas motrizes com fontes de energia. Novos desenvolvimentos de outras empresas nacionais também não levaram ao sucesso esperado. O obstáculo era o problema de automatizar o controle das máquinas com transmissão elétrica: distribuição racional dos fluxos de energia entre os nós, consumo mínimo de combustível do motor primário de combustão interna, condições ideais de temperatura com eficiência máxima, etc. Nem o poder de computação dos computadores daquele tempo nem o software correspondente era suficiente.
A situação mudou radicalmente nos últimos anos e a ideia de armas totalmente elétricas e equipamento militar voltou a um novo nível qualitativo. O surgimento de veículos não tripulados despertou ainda mais interesse. A transmissão elétrica facilita a criação de alvos de combate totalmente automatizados, controlados por rádio ou por meio de um dispositivo programável.
Vela sob o sol
A implementação mais urgente do conceito de uma instalação totalmente elétrica deve ser reconhecida na tecnologia naval. Existem vários motivos:
alto comprimento de transmissões de potência (transmissões) para diversos fins, uma grande variedade de atuadores e conversores de energia de vários tipos: mecânicos, térmicos, hidráulicos e elétricos;
um número significativo de consumidores de energia: acionamentos de eixos de hélice, artilharia e lançadores de foguetes, estações de radar e sistemas de guerra eletrônicos, outros mecanismos;
o surgimento de sistemas de armas que requerem alto consumo de energia (armas de energia direcionada e equipamentos militares, armas eletromagnéticas, etc.).
A base de navios totalmente elétricos é um único sistema de energia (integrado), que inclui instalações de geração e distribuição de alta tensão, módulos compactos para sua acumulação e conversão, sistemas de controle automatizado com consumo de energia em vários modos de operação (velocidade total, uso de combate de armas, manobras, etc.). A experiência mais ilustrativa é o programa americano DDG 1000 e o destruidor Zumvolt construído sobre ele (https://vpk-news.ru/articles/17993). Infelizmente, muitos meios de comunicação nacionais se concentraram nas falhas técnicas e tecnológicas desse projeto, afastando a atenção do leitor do significado do desenvolvimento do navio e até mesmo desacreditando um pouco a ideia.
DDG 1000 é um centro das mais recentes conquistas da ciência e tecnologia americanas no campo de complexos e sistemas de armas. Mas todos eles são integrados ao navio por meio de um entendimento das características da operação, local e função, levando em consideração as capacidades de energia do destruidor (Integrated Power System - IPS). Assegura o abastecimento de todos os sistemas e unidades, monitoriza e controla o seu funcionamento. A transição para a propulsão elétrica plena permitiu liberar volumes significativos de espaço interno para a colocação de munições, criando condições confortáveis para a tripulação. Os acionamentos a vapor, pneumáticos e hidráulicos de todos os mecanismos são completamente substituídos por elétricos. A potência total do sistema de energia - cerca de 80 MW - é suficiente para a instalação de armas avançadas (laser, micro-ondas, pistolas eletromagnéticas) sem prejuízo significativo ao desempenho de outros consumidores.
O navio tem uma assinatura de radar baixa. A área de dissipação efetiva (EPR) é quase 50 vezes menor do que a dos destróieres da geração anterior. Invisível!
O controle é feito por meio de um Ambiente Total Ship Computing (TSCE) com software comum e interface "comercial", que, entre outras coisas, facilita a manutenção e o treinamento da tripulação. A superestrutura dos destróieres da classe Zumvolt é feita de materiais compostos.
Está planejada a instalação de motores de hélice usando o efeito da supercondutividade de alta temperatura e canhões eletromagnéticos no terceiro casco de tal destruidor. Para usar o railgun, o navio deve fornecer geração com potência de 10 a 25 MW, o que já foi alcançado.
Você pode continuar listando as inovações que foram aplicadas ou planejadas neste navio, mas os americanos já têm uma plataforma offshore de última geração, que nenhum outro país possui. Até agora, apenas a empresa de construção naval francesa DCNS anunciou planos para criar um navio de combate totalmente elétrico Advansea até 2025.
Com relação à tecnologia submarina, o fornecimento de energia híbrida ou totalmente elétrica foi originalmente um pré-requisito para seu projeto, portanto, não há por que discutir em detalhes as inovações nesta área.
Na construção naval civil, também estão sendo desenvolvidos modelos que podem se contentar com a energia do sol. Três conceitos são implementados: a vela com baterias solares localizadas nelas fornece a propulsão e fornecimento de energia, elas também são colocadas no casco para movimentação e extração do hidrogênio da água, a energia gerada é utilizada para acionar os motores elétricos do eixo da hélice e recarregue as baterias.
O navio de cruzeiro Suntech VIP da empresa australiana de construção naval Solar Sailor foi construído em 2010 de acordo com o primeiro conceito. No segundo - o catamarã Energy Observer, que atualmente se prepara para dar a volta ao mundo. O terceiro é o alemão Planet Solar Turanor, lançado em 2010 e circunavegado em 2012. O barco americano não tripulado totalmente elétrico Solar Voyager (5,5 metros de comprimento e 0,76 de largura) com painéis solares foi lançado em junho de 2016 e foi testado. Eles estão trabalhando em projetos semelhantes no Japão, Holanda, Itália e outros países. Isso ainda é exótico, mas com o tempo encontrará aplicação na construção naval militar.
Tímido "Broto"
Outro tipo de equipamento militar que mais atrai para a implementação do conceito de instalação totalmente elétrica e envolve a introdução de um número significativo de produtos inovadores são os aviões. No que diz respeito ao campo militar, é ainda mais correto falar em VANTs.
Os veículos totalmente elétricos tripulados têm sido desenvolvidos até agora como demonstradores de tecnologia avançada. Em 2012, o Long-ESA estabeleceu um recorde de velocidade para aeronaves elétricas, acelerando para 326 quilômetros por hora durante o teste. O Swiss Solar-Impulse pode voar indefinidamente do Sol (usando baterias como fonte de energia). Em 2015-2016, realizou (com aterragens) um voo à volta do globo. A única aeronave usada para fins práticos até agora é o Airbus E-Fan de treinamento de dois lugares. A empresa alemã Lilium Aviation desenvolveu o tiltrotor totalmente elétrico Lilium Jet. Os testes de vôo ocorreram em uma versão não tripulada.
Todos esses dispositivos (em relação ao campo militar) podem ser considerados protótipos de dispositivos de reconhecimento devido ao seu baixo nível de ruído, mas nada mais. A principal dificuldade na criação de aeronaves elétricas tripuladas é a capacidade insuficiente das baterias e os requisitos cada vez maiores de capacidade de carga devido à presença de uma pessoa a bordo. No entanto, algumas empresas de aviação já estão trabalhando em projetos de aviões híbridos. Em particular, isso está sendo feito pela EADS em conjunto com a Rolls-Royce. Os objetivos declarados são reduzir a quantidade de combustível consumido, reduzir as emissões prejudiciais ao meio ambiente e reduzir o ruído.
Quanto aos drones, entre eles existem alguns completamente elétricos, criados tanto no exterior como no nosso país (ainda que com componentes importados), e esquemas de aeronaves e helicópteros. Os primeiros recordes mundiais foram estabelecidos: o QinetiQ-Zephyr movido a energia solar da Grã-Bretanha permaneceu no ar por duas semanas em 2010.
A aplicação no campo militar tem amplas perspectivas: monitoramento, reconhecimento e ações de ataque, designação de alvos, etc. Em geral, a criação de tais aeronaves envolve a solução de muitos problemas inovadores, incluindo o desenvolvimento de materiais compósitos de alta resistência, ultra-grandes baterias, motores elétricos de pequeno porte com alta eficiência, sistemas automáticos.
Quanto ao equipamento militar terrestre, aqui o espectro de híbridos (uma combinação de um motor de combustão interna, um gerador elétrico, dispositivos de armazenamento de energia, acionamentos totalmente elétricos) e desenvolvimentos totalmente elétricos é bastante amplo, e os designers domésticos também têm algum sucesso.
Mas, como nos casos anteriores, surge a pergunta: quais são as vantagens? A transmissão elétrica permite otimizar os modos de propulsão (rodas ou esteiras), ajustar continuamente a velocidade de deslocamento e a força de tração em uma ampla faixa e garantir a criação de sistemas eficazes de antibloqueio e de controle de tração. Isto permite reduzir os requisitos de qualificação e estado psicofísico dos condutores, aumentando os indicadores básicos de mobilidade.
As transmissões elétricas têm altas características de confiabilidade, capacidade de fabricação, operação e reparo, capacidade de controle. Reduz o ruído, aumenta o respeito pelo meio ambiente. A possibilidade de fornecimento de energia de armas e equipamentos com alto consumo de energia de estações de radar e sistemas de guerra eletrônica, armas eletroquímicas ou EMP, etc. é promissora.
Uma das tarefas é a criação de potentes motores de tração de pequeno porte. O maior sucesso nisso tem sido alcançado nos EUA e na Alemanha, onde são feitos à base de ímãs permanentes usando elementos de terras raras (samário, cobalto, etc.) com alto grau de magnetismo. Isso permitiu reduzir significativamente o volume e o peso das máquinas elétricas e facilitar o controle.
Na Rússia, um veículo de combate com rodas com uma usina híbrida e uma transmissão elétrica baseada no BTR-90 Rostok foi criado como resultado do projeto de pesquisa Krymsk. Conforme relatado, em testes de mar com uma potência do motor quase uma vez e meia menor que a do protótipo, um modelo experimental de um veículo blindado híbrido apresentou resultados significativamente melhores. A autonomia de combustível é uma vez e meia maior que a do BTR-90.
Quanto aos objetos totalmente elétricos não tripulados (pilotados remotamente e robotizados), uma grande variedade de amostras de armas e equipamentos terrestres foi criada no exterior e em nosso país. Seu desenvolvimento está avançando em ritmo acelerado, devido às necessidades das tropas que conduzem as hostilidades no Afeganistão, Iraque, Síria e outras regiões, bem como às necessidades internas. Temos isso para garantir as atividades do Ministério de Assuntos Internos, FSB, Guarda Nacional, Ministério de Emergências e outros departamentos.
O conceito de instalações AME totalmente elétricas ou híbridas está sendo implementado em todos os países avançados do mundo. O mais sistemático e prático - nos EUA, Alemanha, França, Grã-Bretanha. Existem bases científicas e técnicas para o desenvolvimento e produção de uma vasta gama de produtos, que num futuro próximo constituirão a base de um sistema de armas construído em máquinas totalmente elétricas. Proporcionará um uso eficaz e abrangente de armas com base em novos princípios físicos.
O design de objetos totalmente elétricos de equipamentos militares não é uma homenagem à moda. Esta é uma das principais direções da formação do sistema de armas do futuro. O surgimento de novos métodos de geração, transferência e consumo de energia, utilizando-a para derrotar o inimigo, mudará significativamente as capacidades das tropas, a natureza e o conteúdo do processo de seu apoio logístico e logístico. É alarmante que em nosso país e nas Forças Armadas ainda não haja uma abordagem sistemática para determinar a lista, o conteúdo e os resultados desse tipo de trabalho.
