Die auf der Grundlage der Konzepte des letzten Jahrhunderts geschaffene militärische Ausrüstung hat sich der Schwelle genähert, jenseits derer gigantische Anstrengungen und Kosten zu einem unzureichend niedrigen Ergebnis führen. Einer der Gründe ist ein deutlicher Anstieg des Energieverbrauchs neuer AME-Anlagen. Gibt es einen Ausweg aus der Sackgasse?
In allen Phasen des Kampfeinsatzes werden verschiedene Energiearten (mechanisch, thermisch, elektrisch usw.) benötigt: Aufklärung, Informationsübertragung, Verarbeitung, Waffeneinsatz, Schutz vor dem Feind, Manöver usw. Derzeit wird die Erzeugung durchgeführt im Voraus und Energie, die von MTO-Diensten geliefert wird. Aber die von den Truppen benötigten Mengen und Raten beginnen sich zu einem autarken Ziel und Problem zu entwickeln.
Auf den Spuren Teslas
Die Situation wird durch das Aufkommen neuer Arten von AME (elektromagnetische Kanonen, gerichtete Energiewaffen) verschärft. Es wird immer deutlicher, dass die Entwicklung des Waffensystems eine Änderung der Konzepte der Energieversorgung erfordert. Andernfalls ist es unmöglich, das Potenzial, das in neuen Designs steckt, zu realisieren.
Dieser Trend ist bemerkenswert. Einerseits ist eine aktive Entwicklung vollelektrischer und hybrider militärischer Ausrüstung im Gange. Andererseits werden Erzeugungsanlagen und -mittel ohne Kosten oder mit reduzierten Kosten der an die Truppen gelieferten Energieträger (Sonnenkollektoren, Windkraftanlagen, neue Brennstoffe) geschaffen. Gleichzeitig wird (insbesondere aktiv in den USA und Japan) Grundlagenforschung zur drahtlosen Energieübertragung über große Distanzen betrieben, die am attraktivsten erscheint. Die Idee ist, dass eine leistungsstarke Quelle (Atomkraftwerk, Wasserkraftwerk usw.) die Empfangsgeräte der Waffen und militärischen Ausrüstung durch den Luft-(Weltraum-)Kanal speist. Die Einführung eines solchen Schemas würde die Notwendigkeit, riesige Mengen an Energie (Treibstoff) an die Truppen zu liefern, fast vollständig eliminieren und ihre Kampfbereitschaft und Kampfeffektivität radikal erhöhen.
Die Möglichkeit, Energie über eine Entfernung ohne Kabel zu übertragen, wurde erstmals 1899-1900 durch ein Experiment in Colorado Springs von Nikola Tesla bewiesen und demonstriert. Der elektrische Impuls wurde 40 Kilometer weit übertragen. Ein solches Experiment konnte jedoch bisher nicht wiederholt werden.
1968 schlug der amerikanische Weltraumforscher Peter Glazer vor, große Sonnenkollektoren in einer geostationären Umlaufbahn zu platzieren und die von ihnen erzeugte Energie (5-10 GW) durch einen fokussierten Mikrowellenstrahl zur Erde zu übertragen, in Gleich- oder Wechselstrom umzuwandeln und an die Verbraucher zu verteilen … …
Der aktuelle Entwicklungsstand der Mikrowellenelektronik ermöglicht es, von einer ziemlich hohen Effizienz der Energieübertragung durch einen solchen Strahl zu sprechen - 70-75 Prozent. Aber das ist noch recht schwer umzusetzen. Es genügt zu sagen, dass der Durchmesser der Sendeantenne einem Kilometer und der Bodenempfänger eine Größe von 10x13 Kilometern für ein Gebiet auf einem Breitengrad von 35 Grad haben sollte. Daher wurde das Projekt vergessen, aber vor kurzem wurde die Forschung unter Berücksichtigung der neuesten technologischen Fortschritte wieder aufgenommen. Experimente zur drahtlosen Energieübertragung mittels Laser werden durchgeführt.
Aber unser Roadtrain …
Während die Fortschritte bei der Entwicklung neuer Erzeugungs- und Energieübertragungsmethoden nicht so groß sind, sind sie im Bereich der Herstellung vollelektrischer Objekte beeindruckend. Es kann nicht gesagt werden, dass die Idee der militärischen (und nicht nur) Technologie auf dieser Grundlage absolut neu ist. Wirtschaftlich und technisch attraktiv wurde es durch Fortschritte bei der Stromerzeugung, -speicherung, -umwandlung und -verteilung, in der Hochleistungs-Festkörperelektronik, Automatisierung und Steuerung. Vollelektrische Anlagen haben weniger Lärm, höhere Effizienz, die Möglichkeit einer rationellen Energieverteilung zwischen den Verbrauchern, eine hohe Umweltfreundlichkeit und andere Eigenschaften, die sie sowohl im zivilen als auch im militärischen Bereich sehr attraktiv machen.
Die ersten Maschinen mit Elektroantrieb stammen aus dem Anfang des letzten Jahrhunderts, als das amerikanische Unternehmen LeTourneau begann, selbstfahrende Abstreifer mit Elektroantrieb zu betreiben. Und seit 1954 werden einzigartige superschwere Geländewagen, Schneemobile, Militärtransporter-Evakuatoren und mehrteilige Straßenzüge hergestellt, die mit allen Leitradpropellern ausgestattet sind, die von einem Generator angetrieben werden, der auf dem Kopfzugfahrzeug (Leader) installiert ist. Zum ersten Mal in der Weltpraxis begannen sie, leistungsstarke kompakte Elektromotoren zu verwenden, die direkt in die Radnaben eines Autos eingebaut wurden.
1959 wurde der erste sowjetische aktive zweiteilige Straßenzug mit vereinfachtem Elektroantrieb der Anhängerräder entwickelt. Eine vollständige Abstimmung der Arbeit aller Antriebsräder mit Energiequellen war jedoch nicht möglich. Auch Weiterentwicklungen anderer inländischer Unternehmen führten nicht zum erwarteten Erfolg. Stolperstein war das Problem der Automatisierung der Steuerung von Maschinen mit Elektroantrieb: rationelle Verteilung der Energieflüsse zwischen den Knoten, minimaler Kraftstoffverbrauch des primären Verbrennungsmotors, optimale Temperaturbedingungen bei maximaler Effizienz usw. Weder die Rechenleistung der Rechner Damals reichte noch die entsprechende Software.
Die Situation hat sich in den letzten Jahren radikal verändert und die Idee vollelektrischer Waffen und militärischer Ausrüstung ist auf ein neues qualitatives Niveau zurückgekehrt. Das Aufkommen unbemannter Fahrzeuge weckte das Interesse noch mehr. Die elektrische Übertragung erleichtert die Erstellung vollautomatischer Kampfziele, die per Funk oder über ein programmierbares Gerät gesteuert werden.
Unter dem Sonnensegel
Die dringendste Umsetzung des Konzepts einer vollelektrischen Anlage sollte in der Marinetechnik anerkannt werden. Es gibt verschiedene Gründe:
große Länge von Kraftübertragungen (Getriebe) für verschiedene Zwecke, eine große Auswahl an Aktoren und Energiewandlern verschiedener Art: mechanisch, thermisch, hydraulisch und elektrisch;
eine bedeutende Anzahl von Energieverbrauchern: Antriebe von Propellerwellen, Artillerie- und Raketenwerfer, Radarstationen und elektronische Kampfsysteme, andere Mechanismen;
das Aufkommen von Waffensystemen, die einen hohen Energieverbrauch erfordern (gerichtete Energiewaffen und militärische Ausrüstung, elektromagnetische Waffen usw.).
Die Basis vollelektrischer Schiffe ist ein einziges (integriertes) Energiesystem, das Hochspannungserzeugungs- und -verteilungsanlagen, kompakte Module für deren Akkumulation und Umwandlung, automatisierte Steuerungssysteme mit Energieverbrauch in verschiedenen Betriebsarten (Vollgeschwindigkeit, Kampfeinsatz) umfasst von Waffen, Manövrieren usw.). Das anschaulichste Erlebnis ist das amerikanische Programm DDG 1000 und der darauf aufbauende Zerstörer Zumvolt (https://vpk-news.ru/articles/17993). Leider konzentrierten sich viele inländische Medien auf die technischen und technologischen Fehler dieses Projekts, lenkten die Aufmerksamkeit der Leser weit von der Bedeutung der Schiffsentwicklung ab und diskreditierten die Idee sogar etwas.
DDG 1000 ist ein Zentrum der neuesten Errungenschaften der amerikanischen Wissenschaft und Technologie im Bereich Waffenkomplexe und -systeme. Aber alle sind in das Schiff integriert durch ein Verständnis der charakteristischen Merkmale des Betriebs, des Ortes und der Rolle unter Berücksichtigung der Fähigkeiten der Zerstörerenergie (Integrated Power System - IPS). Es stellt die Versorgung aller Anlagen und Aggregate sicher, überwacht und steuert deren Betrieb. Der Übergang zum vollelektrischen Antrieb ermöglichte es, erhebliche Mengen an Innenraum für die Platzierung von Munition freizugeben, um komfortable Bedingungen für die Besatzung zu schaffen. Dampf-, pneumatische und hydraulische Antriebe aller Mechanismen werden komplett durch elektrische ersetzt. Die Gesamtleistung des Stromsystems - etwa 80 MW - reicht für die Installation fortschrittlicher Waffen (Laser, Mikrowelle, elektromagnetische Waffen) aus, ohne die Leistung anderer Verbraucher erheblich zu beeinträchtigen.
Das Schiff hat eine niedrige Radarsignatur. Die effektive Ableitungsfläche (EPR) ist fast 50-mal kleiner als die der Zerstörer der vorherigen Generation. Unsichtbar!
Die Steuerung erfolgt über eine Total Ship Computing Environment (TSCE) mit gemeinsamer Software und einer „kommerziellen“Schnittstelle, die unter anderem Wartungsfreundlichkeit und Crew-Training ermöglicht. Der Aufbau der Zerstörer der Zumvolt-Klasse besteht aus Verbundwerkstoffen.
Es ist geplant, Propellermotoren mit der Wirkung von Hochtemperatur-Supraleitung und elektromagnetischen Kanonen am dritten Rumpf eines solchen Zerstörers zu installieren. Für den Einsatz der Railgun muss das Schiff eine Leistung von 10 bis 25 MW erbringen, was bereits erreicht wurde.
Die Innovationen, die auf diesem Schiff umgesetzt wurden oder geplant sind, kann man weiter aufzählen, aber die Amerikaner verfügen bereits über eine Offshore-Plattform der nächsten Generation, die kein anderes Land besitzt. Bisher hat nur das französische Schiffbauunternehmen DCNS Pläne angekündigt, bis 2025 ein vollelektrisches Kampfschiff Advansea zu bauen.
In Bezug auf die Unterwassertechnologie war ursprünglich eine hybride oder vollelektrische Stromversorgung Voraussetzung für deren Design, daher macht es keinen Sinn, Innovationen in diesem Bereich im Detail zu diskutieren.
Auch im zivilen Schiffbau werden Modelle entwickelt, die mit der Energie der Sonne auskommen. Drei Konzepte werden umgesetzt: Das Segel mit darauf befindlichen Solarbatterien sorgt für Antrieb und Energieversorgung, sie werden auch auf dem Rumpf zur Bewegung und Gewinnung von Wasserstoff aus dem Wasser platziert, die erzeugte Energie wird zum Antrieb der Propellerwellen-Elektromotoren verwendet und laden Sie die Batterien auf.
Das Kreuzfahrtschiff Suntech VIP des australischen Schiffbauunternehmens Solar Sailor wurde 2010 nach dem ersten Konzept gebaut. Auf der zweiten - dem Katamaran Energy Observer, der sich derzeit auf eine Reise um die Welt vorbereitet. Der dritte ist der deutsche Planet Solar Turanor, der 2010 gestartet und 2012 umrundet wurde. Das vollelektrische unbemannte amerikanische Boot Solar Voyager (5,5 Meter lang und 0,76 breit) mit Sonnenkollektoren wurde im Juni 2016 vom Stapel gelassen und getestet. Sie arbeiten an ähnlichen Projekten in Japan, Holland, Italien und anderen Ländern. Das ist noch exotisch, wird aber im Laufe der Zeit im militärischen Schiffbau Anwendung finden.
Schüchterner "Spross"
Eine andere Art militärischer Ausrüstung, die für die Umsetzung des Konzepts einer vollelektrischen Anlage am attraktivsten ist und die Einführung einer erheblichen Anzahl innovativer Produkte erfordert, sind Flugzeuge. Im militärischen Bereich ist es noch richtiger, von UAVs zu sprechen.
Bisher wurden bemannte vollelektrische Fahrzeuge als Demonstratoren fortschrittlicher Technologie entwickelt. Im Jahr 2012 stellte Long-ESA einen Geschwindigkeitsrekord für Elektroflugzeuge auf und beschleunigte während des Tests auf 326 Stundenkilometer. Der Swiss Solar-Impulse kann unbegrenzt von der Sonne fliegen (mit Batterien als Stromquelle). In den Jahren 2015-2016 führte es (mit Landungen) einen Flug um den Globus durch. Das einzige praktisch genutzte Flugzeug ist bisher der zweisitzige Trainingsflugzeug Airbus E-Fan. Das deutsche Unternehmen Lilium Aviation hat den vollelektrischen Tiltrotor Lilium Jet entwickelt. Flugtests fanden in einer unbemannten Version statt.
Alle diese Geräte (bezogen auf den militärischen Bereich) können aufgrund ihres geringen Geräuschpegels als Prototypen von Aufklärungsgeräten angesehen werden, mehr aber nicht. Die Hauptschwierigkeit bei der Entwicklung bemannter Elektroflugzeuge ist die unzureichende Kapazität der Batterien und die stark steigenden Anforderungen an die Tragfähigkeit durch die Anwesenheit einer Person an Bord. Einige Luftfahrtunternehmen arbeiten jedoch bereits an Hybrid-Airliner-Projekten. Dies geschieht insbesondere von EADS gemeinsam mit Rolls-Royce. Erklärte Ziele sind die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs, die Reduzierung schädlicher Emissionen in die Umwelt und die Reduzierung von Lärm.
Was Drohnen angeht, gibt es unter ihnen einige vollständig elektrische Drohnen, die sowohl im Ausland als auch in unserem Land (wenn auch auf importierten Komponenten) hergestellt wurden, sowie Flugzeug- und Hubschrauberprogramme. Die ersten Weltrekorde wurden aufgestellt: Großbritanniens solarbetriebener QinetiQ-Zephyr blieb 2010 zwei Wochen in der Luft.
Die Anwendung im militärischen Bereich hat breite Perspektiven: Überwachung, Aufklärung und Angriffsaktionen, Zielbestimmung usw. Im Allgemeinen beinhaltet die Entwicklung solcher Flugzeuge die Lösung vieler innovativer Probleme, einschließlich der Entwicklung von hochfesten Verbundwerkstoffen, ultragroßen Batterien, kleine Elektromotoren mit hohem Wirkungsgrad, automatische Systeme.
Bei bodengebundener Militärausrüstung ist hier das Spektrum von Hybrid (Kombination aus Verbrennungsmotor, elektrischem Generator, Energiespeichern, vollelektrischen Antrieben) bis hin zu rein elektrischen Entwicklungen recht breit gefächert und auch einheimische Konstrukteure haben einige Erfolge vorzuweisen.
Aber wie in den vorherigen Fällen stellt sich die Frage: Was sind die Vorteile? Das elektrische Getriebe ermöglicht die Optimierung der Antriebsarten (Räder oder Raupen), die stufenlose Anpassung von Fahrgeschwindigkeit und Zugkraft in einem weiten Bereich und die Schaffung effektiver Antiblockier- und Antriebsschlupfregelungssysteme. Dies ermöglicht es, die Anforderungen an die Qualifikation und den psychophysischen Zustand der Fahrer zu reduzieren und gleichzeitig die Basisindikatoren der Mobilität zu erhöhen.
Elektrische Getriebe haben hohe Eigenschaften in Bezug auf Zuverlässigkeit, Herstellbarkeit, Betrieb und Reparatur, Steuerungsfähigkeiten. Reduziert Lärm, erhöht die Umweltfreundlichkeit. Die Möglichkeit der Stromversorgung von Waffen und Ausrüstung mit hohem Stromverbrauch von Radarstationen und elektronischen Kampfsystemen, elektrothermochemischen oder EMP-Geschützen usw. ist vielversprechend.
Eine der Aufgaben besteht darin, leistungsstarke Traktionsmotoren kleiner Baugröße zu schaffen. Der größte Erfolg wurde dabei in den USA und Deutschland erzielt, wo sie auf Basis von Permanentmagneten unter Verwendung von Seltenerdelementen (Samarium, Kobalt etc.) mit hohem Magnetismus hergestellt werden. Dadurch konnten Volumen und Gewicht elektrischer Maschinen deutlich reduziert und die Steuerung erleichtert werden.
In Russland entstand als Ergebnis des Forschungsprojekts Krymsk ein Radkampffahrzeug mit Hybridkraftwerk und Elektrogetriebe auf Basis des BTR-90 Rostok. Wie berichtet, zeigte ein Versuchsmodell eines hybriden Schützenpanzers bei Seeversuchen mit einer Motorleistung, die fast eineinhalb Mal geringer war als die des Prototyps, deutlich bessere Ergebnisse. Die Kraftstoffreichweite ist eineinhalb Mal größer als die des BTR-90.
Was unbemannte (ferngesteuerte und robotisierte) vollständig elektrische Objekte angeht, wurde im Ausland und in unserem Land eine große Auswahl an Bodenwaffen und -ausrüstungsmustern erstellt. Ihre Entwicklung schreitet aufgrund der Bedürfnisse der Truppen, die Feindseligkeiten in Afghanistan, Irak, Syrien und anderen Regionen führen, sowie aufgrund interner Bedürfnisse beschleunigt voran. Wir haben dies, um die Aktivitäten des Innenministeriums, des FSB, der Nationalgarde, des Ministeriums für Notfälle und anderer Abteilungen sicherzustellen.
Das Konzept der vollelektrischen oder hybriden AME-Anlagen wird in allen fortgeschrittenen Ländern der Welt umgesetzt. Am systematischsten und praktischsten - in den USA, Deutschland, Frankreich, Großbritannien. Es gibt wissenschaftlich-technische Grundlagen für die Entwicklung und Produktion einer breiten Produktpalette, die in naher Zukunft die Basis für ein Waffensystem auf Basis vollelektrischer Maschinen bilden wird. Es wird einen effektiven und umfassenden Waffeneinsatz auf der Grundlage neuer physikalischer Prinzipien ermöglichen.
Das Design von vollelektrischen Objekten militärischer Ausrüstung ist keine gewisse Hommage an die Mode. Dies ist eine der Hauptrichtungen bei der Bildung des Waffensystems der Zukunft. Das Aufkommen neuer Methoden zur Erzeugung, Übertragung und zum Verbrauch von Energie, um den Feind zu besiegen, wird die Fähigkeiten der Truppen, die Art und den Inhalt des Prozesses ihrer logistischen und logistischen Unterstützung erheblich verändern. Es ist alarmierend, dass es in unserem Land und in der Bundeswehr noch immer keinen systematischen Ansatz gibt, um Liste, Inhalt und Ergebnisse dieser Art von Arbeit zu ermitteln.
