El equipo militar creado sobre la base de los conceptos del siglo pasado se ha acercado al umbral, más allá del cual esfuerzos y costos gigantescos dan un resultado inadecuadamente bajo. Una de las razones es un aumento significativo en el consumo de energía de las nuevas instalaciones de AME. ¿Hay alguna forma de salir del estancamiento?
Se demandan varios tipos de energía (mecánica, térmica, eléctrica, etc.) en todas las etapas del uso del combate: reconocimiento, transferencia de información, procesamiento, uso de armas, protección del enemigo, maniobra, etc. Actualmente, la generación se realiza por adelantado, y la energía proporcionada por los servicios de MTO. Pero los volúmenes y tasas requeridas por las tropas comienzan a convertirse en un objetivo y un problema autosuficiente.
Tras las huellas de Tesla
La situación se ve agravada por la aparición de nuevos tipos de AME (armas electromagnéticas, armas de energía dirigida). Cada vez es más evidente que el desarrollo del sistema de armas requiere un cambio en los conceptos de suministro de energía. De lo contrario, es imposible aprovechar el potencial de los nuevos diseños.
Esta tendencia es digna de mención. Por un lado, está en marcha un desarrollo activo de equipamiento militar híbrido y totalmente eléctrico. Por otro lado, se están creando sistemas y medios de generación sin costo o con costos reducidos de portadores de energía entregados a las tropas (paneles solares, aerogeneradores, nuevos tipos de combustible). Al mismo tiempo, se está llevando a cabo una investigación fundamental (especialmente activa en los EE. UU. Y Japón) sobre la transmisión inalámbrica de energía a largas distancias, que parece ser la más atractiva. La idea es que una fuente poderosa (central nuclear, central hidroeléctrica, etc.) alimente los dispositivos receptores de las armas y equipos militares a través del canal aéreo (espacial). La introducción de tal esquema eliminaría casi por completo la necesidad de entregar grandes volúmenes de energía (combustible) a las tropas, aumentando radicalmente su preparación para el combate y su efectividad en el combate.
La posibilidad de transmitir energía a distancia sin cables fue probada y demostrada por primera vez mediante un experimento en Colorado Springs en 1899-1900 por Nikola Tesla. El impulso eléctrico se transmitió a 40 kilómetros. Sin embargo, hasta ahora no ha sido posible repetir tal experimento.
En 1968, el investigador espacial estadounidense Peter Glazer propuso colocar grandes paneles solares en órbita geoestacionaria, y la energía que generan (5-10 GW) para ser transmitida a la Tierra por un haz de microondas enfocado, convertido en corriente continua o alterna y distribuida a los consumidores. …
El nivel actual de desarrollo de la electrónica de microondas permite hablar de una eficiencia bastante alta de transferencia de energía por dicho haz: 70-75 por ciento. Pero esto todavía es bastante difícil de implementar. Baste decir que el diámetro de la antena transmisora debe ser igual a un kilómetro, y el receptor terrestre debe tener un tamaño de 10x13 kilómetros para un área en una latitud de 35 grados. Por tanto, el proyecto fue olvidado, pero recientemente, teniendo en cuenta los últimos avances tecnológicos, se ha retomado la investigación. Se están llevando a cabo experimentos sobre la transmisión inalámbrica de energía mediante láser.
Pero nuestro tren de carretera …
Si bien el progreso no es tan significativo con el desarrollo de nuevos métodos de generación y transmisión de energía, en el campo de la creación de objetos totalmente eléctricos son impresionantes. No se puede decir que la idea de tecnología militar (y no solo) sobre esta base sea absolutamente nueva. Se hizo económica y técnicamente atractiva por los avances en la generación, almacenamiento, transformación y distribución de electricidad, en electrónica de estado sólido de alta potencia, automatización y control. Las instalaciones totalmente eléctricas tienen menos ruido, mayor eficiencia, posibilidad de distribución racional de energía entre consumidores, alto respeto al medio ambiente y otras cualidades que las hacen muy atractivas tanto en el ámbito civil como militar.
Las primeras máquinas con transmisión eléctrica se remontan a principios del siglo pasado, cuando la empresa estadounidense LeTourneau comenzó a utilizar un propulsor eléctrico en raspadores autopropulsados. Y desde 1954, se han producido vehículos todoterreno superpesados únicos, motos de nieve, transportadores-evacuadores militares y trenes de carretera de múltiples secciones equipados con todas las hélices de ruedas principales impulsadas por un generador instalado en el vehículo tractor de cabeza (líder). Por primera vez en la práctica mundial, comenzaron a utilizar potentes motores eléctricos compactos montados directamente en los cubos de las ruedas de un automóvil.
El primer tren de carretera activo soviético de dos secciones con un accionamiento eléctrico simplificado de las ruedas del remolque se desarrolló en 1959. Pero no fue posible lograr una coordinación completa del trabajo de todas las ruedas motrices con las fuentes de energía. Los nuevos desarrollos de otras empresas nacionales tampoco llevaron al éxito esperado. El escollo fue el problema de la automatización del control de máquinas con transmisión eléctrica: distribución racional de los flujos de energía entre nodos, mínimo consumo de combustible del motor de combustión interna primaria, condiciones óptimas de temperatura con máxima eficiencia, etc. Tampoco la potencia de cálculo de los ordenadores de ese tiempo ni el software correspondiente fue suficiente.
La situación ha cambiado radicalmente en los últimos años y la idea de armas y equipos militares totalmente eléctricos ha vuelto a un nuevo nivel cualitativo. La aparición de vehículos no tripulados avivó aún más el interés. La transmisión eléctrica facilita la creación de objetivos de combate totalmente automatizados controlados por radio o mediante un dispositivo programable.
Bajo la vela del sol
La implementación más urgente del concepto de una instalación totalmente eléctrica debe reconocerse en la tecnología naval. Hay varias razones:
transmisiones de potencia de gran longitud (transmisiones) para diversos fines, una amplia gama de actuadores y convertidores de energía de varios tipos: mecánicos, térmicos, hidráulicos y eléctricos;
un número significativo de consumidores de energía: accionamientos de ejes de hélice, lanzacohetes y artillería, estaciones de radar y sistemas de guerra electrónica, otros mecanismos;
la aparición de sistemas de armas que requieren un alto consumo de energía (armas de energía dirigida y equipo militar, armas electromagnéticas, etc.).
La base de los barcos totalmente eléctricos es un sistema de energía único (integrado), que incluye instalaciones de generación y distribución de alto voltaje, módulos compactos para su acumulación y conversión, sistemas de control automatizados con consumo de energía en varios modos de operación (velocidad máxima, uso de combate de armas, maniobras, etc.). La experiencia más ilustrativa es el programa estadounidense DDG 1000 y el destructor Zumvolt construido sobre él (https://vpk-news.ru/articles/17993). Lamentablemente, muchos medios nacionales se centraron en las fallas técnicas y tecnológicas de este proyecto, alejando la atención de los lectores del significado del desarrollo del barco e incluso desacreditando un poco la idea.
DDG 1000 es un centro de los últimos logros de la ciencia y la tecnología estadounidenses en el campo de los complejos y sistemas de armas. Pero todos ellos se integran en la nave mediante la comprensión de los rasgos característicos de la operación, lugar y rol, teniendo en cuenta las capacidades de la energía del destructor (Integrated Power System - IPS). Asegura el suministro de todos los sistemas y unidades, monitorea y controla su funcionamiento. La transición a la propulsión eléctrica completa permitió liberar volúmenes significativos de espacio interno para la colocación de municiones, a fin de crear condiciones cómodas para la tripulación. Los accionamientos de vapor, neumáticos e hidráulicos de todos los mecanismos se sustituyen por completo por los eléctricos. La potencia total del sistema de energía, alrededor de 80 MW, es suficiente para la instalación de armas avanzadas (láser, microondas, pistolas electromagnéticas) sin dañar significativamente el rendimiento de otros consumidores.
El barco tiene una firma de radar baja. El área de disipación efectiva (EPR) es casi 50 veces menor que la de los destructores de la generación anterior. ¡Invisible!
El control se realiza a través de un Total Ship Computing Environment (TSCE) con software común y una interfaz "comercial", que, entre otras cosas, facilita el mantenimiento y la formación de la tripulación. La superestructura de los destructores de la clase Zumvolt está hecha de materiales compuestos.
Está previsto instalar motores de hélice utilizando el efecto de superconductividad de alta temperatura y cañones electromagnéticos en el tercer casco de dicho destructor. Para utilizar el cañón de riel, el barco debe proporcionar generación con una potencia de 10 a 25 MW, lo que ya se ha logrado.
Puede continuar enumerando las innovaciones que se han aplicado o están planeadas en este barco, pero los estadounidenses ya tienen una plataforma costa afuera de próxima generación, que ningún otro país posee. Hasta ahora, solo la empresa francesa de construcción naval DCNS ha anunciado planes para crear un barco de combate totalmente eléctrico Advansea para 2025.
Con respecto a la tecnología submarina, el suministro de energía híbrida o totalmente eléctrica fue originalmente un requisito previo para su diseño, por lo que no tiene sentido discutir las innovaciones en esta área en detalle.
En la construcción naval civil, también se están desarrollando modelos que pueden arreglárselas con la energía del sol. Se implementan tres conceptos: la vela con baterías solares ubicadas en ellas proporciona la propulsión y suministro de energía, también se colocan en el casco para el movimiento y extracción del hidrógeno del agua, la energía generada se utiliza para alimentar los motores eléctricos del eje de la hélice y Recargue las baterías.
El crucero Suntech VIP de la empresa de construcción naval australiana Solar Sailor fue construido en 2010 según el primer concepto. En el segundo, el catamarán Energy Observer, que actualmente se está preparando para viajar alrededor del mundo. El tercero es el Planeta Solar alemán Turanor, lanzado en 2010 y circunnavegado en 2012. El barco estadounidense no tripulado totalmente eléctrico Solar Voyager (5,5 metros de largo y 0,76 de ancho) con paneles solares se lanzó en junio de 2016 y se probó. Están trabajando en proyectos similares en Japón, Holanda, Italia y otros países. Esto sigue siendo exótico, pero con el tiempo encontrará aplicación en la construcción naval militar.
"Brote" tímido
Otro tipo de equipamiento militar que resulta más atractivo para la implementación del concepto de instalación totalmente eléctrica e implica la introducción de un número significativo de productos innovadores es el avión. En lo que respecta al ámbito militar, es aún más correcto hablar de UAV.
Los vehículos totalmente eléctricos tripulados se han desarrollado hasta ahora como demostradores de tecnología avanzada. En 2012, Long-ESA estableció un récord de velocidad para aviones eléctricos, acelerando a 326 kilómetros por hora durante la prueba. El Swiss Solar-Impulse puede volar indefinidamente desde el Sol (usando baterías como fuente de energía). En 2015-2016, realizó (con aterrizajes) un vuelo alrededor del mundo. El único avión utilizado con fines prácticos hasta ahora es el Airbus E-Fan de entrenamiento de dos asientos. La empresa alemana Lilium Aviation ha desarrollado el rotor basculante totalmente eléctrico Lilium Jet. Las pruebas de vuelo se llevaron a cabo en una versión no tripulada.
Todos estos dispositivos (en relación al campo militar) pueden considerarse como prototipos de dispositivos de reconocimiento por su bajo nivel de ruido, pero nada más. La principal dificultad para crear aviones eléctricos tripulados es la capacidad insuficiente de las baterías y los requisitos cada vez mayores de capacidad de carga debido a la presencia de una persona a bordo. Sin embargo, algunas empresas de aviación ya están trabajando en proyectos de aviones híbridos. En particular, esto lo está haciendo EADS junto con Rolls-Royce. Los objetivos declarados son reducir la cantidad de combustible consumido, reducir las emisiones nocivas al medio ambiente y reducir el ruido.
En cuanto a los drones, entre ellos hay bastantes completamente eléctricos, creados tanto en el exterior como en nuestro país (aunque con componentes importados), y esquemas tanto de aviones como de helicópteros. Se establecieron los primeros récords mundiales: el QinetiQ-Zephyr británico de energía solar permaneció en el aire durante dos semanas en 2010.
La aplicación en el campo militar tiene amplias perspectivas: monitoreo, reconocimiento y acciones de ataque, designación de objetivos, etc. En general, la creación de tales aviones implica la solución de muchos problemas innovadores, incluido el desarrollo de materiales compuestos de alta resistencia, ultra grandes baterías, motores eléctricos de pequeño tamaño y alta eficiencia, sistemas automáticos.
En cuanto a los equipos militares terrestres, aquí el espectro de desarrollos híbridos (una combinación de un motor de combustión interna, un generador eléctrico, dispositivos de almacenamiento de energía, accionamientos totalmente eléctricos) y completamente eléctricos es bastante amplio, y los diseñadores nacionales también tienen cierto éxito..
Pero, como en los casos anteriores, surge la pregunta: ¿cuáles son las ventajas? La transmisión eléctrica permite optimizar los modos de propulsión (ruedas o orugas), ajustar continuamente la velocidad de desplazamiento y la fuerza de tracción en un amplio rango y garantizar la creación de sistemas efectivos de control de tracción y antibloqueo. Esto permite reducir los requisitos de cualificación y estado psicofísico de los conductores al tiempo que aumenta los indicadores básicos de movilidad.
Las transmisiones eléctricas tienen altas características de confiabilidad, capacidad de fabricación, operación y reparación, capacidades de control. Reduce el ruido, aumenta el respeto al medio ambiente. La posibilidad de suministro de energía de armas y equipos con alto consumo de energía de estaciones de radar y sistemas de guerra electrónica, armas electrotermoquímicas o EMP, etc. es prometedora.
Una de las tareas es la creación de potentes motores de tracción de pequeño tamaño. El mayor éxito en esto se ha logrado en los EE. UU. Y Alemania, donde se fabrican a base de imanes permanentes que utilizan elementos de tierras raras (samario, cobalto, etc.) con un alto grado de magnetismo. Esto permitió reducir significativamente el volumen y el peso de las máquinas eléctricas y facilitar el control.
En Rusia, como resultado del proyecto de investigación Krymsk, se creó un vehículo de combate con ruedas con una planta de energía híbrida y una transmisión eléctrica basada en el BTR-90 Rostok. Como se informó, en las pruebas en el mar con una potencia de motor casi una vez y media menor que la del prototipo, un modelo experimental de un vehículo blindado híbrido mostró resultados significativamente mejores. El rango de combustible es una vez y media más que el del BTR-90.
En cuanto a los objetos completamente eléctricos no tripulados (piloteados a distancia y robotizados), se ha creado una amplia gama de muestras de armas y equipos terrestres en el extranjero y en nuestro país. Su desarrollo avanza a un ritmo acelerado, debido a las necesidades de las tropas que conducen las hostilidades en Afganistán, Irak, Siria y otras regiones, así como a las necesidades internas. Tenemos esto para garantizar las actividades del Ministerio del Interior, el FSB, la Guardia Nacional, el Ministerio de Emergencias y otros departamentos.
El concepto de instalaciones AME totalmente eléctricas o híbridas se está implementando en todos los países avanzados del mundo. El más sistemático y práctico: en los EE. UU., Alemania, Francia, Gran Bretaña. Existen bases científicas y técnicas para el desarrollo y la producción de una amplia gama de productos, que en un futuro próximo formarán la base de un sistema de armas construido sobre máquinas totalmente eléctricas. Proporcionará un uso eficaz y completo de las armas basado en nuevos principios físicos.
El diseño de objetos totalmente eléctricos de equipos militares no es un cierto tributo a la moda. Esta es una de las principales direcciones de la formación del sistema de armas del futuro. La aparición de nuevos métodos de generación, transferencia y consumo de energía, utilizándola para derrotar al enemigo, cambiará significativamente las capacidades de las tropas, la naturaleza y el contenido del proceso de su apoyo logístico y logístico. Es alarmante que en nuestro país y en las Fuerzas Armadas aún no exista un enfoque sistemático para determinar la lista, el contenido y los resultados de este tipo de trabajos.
