Các thiết bị quân sự được tạo ra trên cơ sở các khái niệm của thế kỷ trước đã tiến gần đến ngưỡng, vượt quá mức mà những nỗ lực và chi phí khổng lồ mang lại kết quả thấp đến mức không đáng có. Một trong những lý do là sự gia tăng đáng kể mức tiêu thụ năng lượng của các cơ sở AME mới. Có cách nào thoát khỏi sự bế tắc không?
Các loại năng lượng khác nhau (cơ, nhiệt, điện, v.v.) đều có nhu cầu ở tất cả các giai đoạn sử dụng chiến đấu: trinh sát, chuyển giao thông tin, xử lý, sử dụng vũ khí, bảo vệ khỏi kẻ thù, cơ động, v.v. Hiện nay, việc phát trước, và năng lượng được cung cấp bởi các dịch vụ MTO. Nhưng khối lượng và tỷ lệ yêu cầu của quân đội đang bắt đầu biến thành một mục tiêu và vấn đề tự cung tự cấp.
Theo bước chân của Tesla
Tình hình càng trở nên trầm trọng hơn do sự xuất hiện của các loại AME mới (súng điện từ, vũ khí năng lượng định hướng). Ngày càng rõ ràng hơn rằng sự phát triển của hệ thống vũ khí đòi hỏi sự thay đổi trong các khái niệm về cung cấp năng lượng. Nếu không, không thể nhận ra tiềm năng được đặt ra trong các thiết kế mới.
Xu hướng này là đáng chú ý. Một mặt, sự phát triển tích cực của các thiết bị quân sự hoàn toàn bằng điện và hybrid đang được tiến hành. Mặt khác, các hệ thống và phương tiện phát điện đang được tạo ra mà không tốn chi phí hoặc giảm chi phí của các tàu vận chuyển năng lượng được giao cho quân đội (tấm pin mặt trời, tuabin gió, các loại nhiên liệu mới). Đồng thời, nghiên cứu cơ bản đang được tiến hành (đặc biệt tích cực ở Hoa Kỳ và Nhật Bản) về truyền năng lượng không dây trên khoảng cách xa, có vẻ là hấp dẫn nhất. Ý tưởng là một nguồn mạnh (nhà máy điện hạt nhân, nhà máy thủy điện, v.v.) cung cấp cho các thiết bị nhận vũ khí và thiết bị quân sự thông qua kênh hàng không (không gian). Sự ra đời của một kế hoạch như vậy sẽ gần như loại bỏ hoàn toàn nhu cầu cung cấp một lượng lớn năng lượng (nhiên liệu) cho quân đội, làm tăng hoàn toàn khả năng sẵn sàng chiến đấu và hiệu quả chiến đấu của họ.
Khả năng truyền năng lượng trên một khoảng cách mà không cần dây dẫn lần đầu tiên được chứng minh và chứng minh bằng thí nghiệm ở Colorado Springs vào năm 1899-1900 bởi Nikola Tesla. Xung điện được truyền đi 40 km. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa thể lặp lại một thí nghiệm như vậy.
Năm 1968, nhà nghiên cứu không gian người Mỹ Peter Glazer đề xuất đặt các tấm pin mặt trời lớn trên quỹ đạo địa tĩnh và năng lượng chúng tạo ra (5-10 GW) sẽ được truyền tới Trái đất bằng một chùm vi ba hội tụ, được chuyển đổi thành dòng điện một chiều hoặc xoay chiều và phân phối đến người tiêu dùng. …
Mức độ phát triển hiện nay của điện tử vi sóng có thể nói đến hiệu suất truyền năng lượng khá cao của một chùm tia như vậy - 70–75 phần trăm. Nhưng điều này vẫn khá khó thực hiện. Chỉ cần nói rằng đường kính của ăng-ten phát phải bằng một km và máy thu mặt đất phải có kích thước 10x13 km cho một khu vực ở vĩ độ 35 độ. Do đó, dự án đã bị lãng quên, nhưng gần đây, có tính đến những tiến bộ công nghệ mới nhất, nghiên cứu đã được tiếp tục. Các thí nghiệm về truyền năng lượng không dây bằng tia laser đang được thực hiện.
Nhưng chuyến tàu đường bộ của chúng ta …
Mặc dù sự phát triển của các phương pháp sản xuất và truyền tải điện năng mới là không đáng kể, nhưng trong lĩnh vực tạo ra các vật thể hoàn toàn bằng điện, chúng rất ấn tượng. Không thể nói rằng ý tưởng về công nghệ quân sự (và không chỉ) trên cơ sở này là hoàn toàn mới. Nó đã trở nên hấp dẫn về mặt kinh tế và kỹ thuật nhờ tiến bộ trong sản xuất, lưu trữ, biến đổi và phân phối điện, trong điện tử thể rắn công suất cao, tự động hóa và điều khiển. Các thiết bị điện hoàn toàn có ít tiếng ồn hơn, hiệu suất cao hơn, khả năng phân phối điện hợp lý giữa các hộ tiêu thụ, tính thân thiện với môi trường cao và các phẩm chất khác khiến chúng trở nên rất hấp dẫn trong cả lĩnh vực dân dụng và quân sự.
Những chiếc máy đầu tiên có hệ thống truyền động điện ra đời từ đầu thế kỷ trước, khi công ty LeTourneau của Mỹ bắt đầu sử dụng hệ thống truyền động điện trên máy nạo tự hành. Và kể từ năm 1954, các loại xe địa hình siêu trường siêu trọng, xe trượt tuyết, vận tải quân sự-sơ tán và tàu hỏa đường nhiều đoạn được trang bị tất cả các chân vịt dẫn động bằng máy phát điện lắp trên xe đầu kéo (đầu tàu) đã được sản xuất. Lần đầu tiên trong thực tế thế giới, họ bắt đầu sử dụng động cơ điện nhỏ gọn mạnh mẽ gắn trực tiếp vào trục bánh xe của ô tô.
Đoàn tàu đường bộ hai đoạn hoạt động đầu tiên của Liên Xô với hệ thống truyền động đơn giản bằng điện của các bánh xe kéo được phát triển vào năm 1959. Nhưng không thể đạt được sự phối hợp hoàn toàn công việc của tất cả các bánh lái với các nguồn năng lượng. Những bước phát triển tiếp theo của các doanh nghiệp trong nước khác cũng không mang lại thành công như mong đợi. Trở ngại là vấn đề tự động hóa điều khiển máy móc truyền điện: phân phối hợp lý dòng năng lượng giữa các nút, mức tiêu thụ nhiên liệu tối thiểu của động cơ đốt trong sơ cấp, điều kiện nhiệt độ tối ưu với hiệu suất tối đa, v.v. Khả năng tính toán của máy tính cũng không. thời gian đó cũng không phải phần mềm tương ứng là đủ.
Tình hình đã thay đổi hoàn toàn trong những năm gần đây và ý tưởng về vũ khí và thiết bị quân sự chạy hoàn toàn bằng điện đã trở lại một cấp độ chất lượng mới. Sự xuất hiện của các phương tiện không người lái càng làm tăng thêm sự quan tâm. Truyền tải điện giúp việc tạo ra các mục tiêu chiến đấu hoàn toàn tự động được điều khiển bằng radio hoặc thông qua một thiết bị lập trình dễ dàng hơn.
Dưới cánh buồm mặt trời
Việc triển khai cấp bách nhất của khái niệm về một cơ sở hoàn toàn bằng điện cần được công nhận trong công nghệ hải quân. Có một số lý do:
chiều dài truyền lực (truyền lực) cao cho nhiều mục đích khác nhau, nhiều loại thiết bị truyền động và bộ chuyển đổi năng lượng thuộc nhiều loại: cơ, nhiệt, thủy lực và điện;
một số lượng đáng kể các công trình tiêu thụ năng lượng: bộ truyền động của trục chân vịt, bệ phóng pháo và tên lửa, đài radar và hệ thống tác chiến điện tử, các cơ cấu khác;
sự xuất hiện của các hệ thống vũ khí đòi hỏi tiêu thụ năng lượng cao (vũ khí năng lượng định hướng và thiết bị quân sự, súng điện từ, v.v.).
Cơ sở của tàu điện hoàn toàn là một hệ thống điện đơn lẻ (tích hợp), bao gồm các cơ sở sản xuất và phân phối điện áp cao, các mô-đun nhỏ gọn để tích lũy và chuyển đổi nó, hệ thống điều khiển tự động tiêu thụ năng lượng ở các chế độ hoạt động khác nhau (tốc độ tối đa, sử dụng chiến đấu vũ khí, điều động, v.v.). Trải nghiệm minh họa nhất là chương trình DDG 1000 của Mỹ và tàu khu trục Zumvolt được xây dựng trên nó (https://vpk-news.ru/articles/17993). Thật không may, nhiều phương tiện truyền thông trong nước tập trung vào những lỗi kỹ thuật và công nghệ của dự án này, khiến độc giả chú ý đến ý nghĩa của sự phát triển của con tàu và thậm chí có phần làm mất uy tín ý tưởng.
DDG 1000 là nơi tập trung những thành tựu mới nhất của khoa học và công nghệ Mỹ trong lĩnh vực tổ hợp và hệ thống vũ khí. Nhưng tất cả chúng đều được tích hợp vào con tàu thông qua sự hiểu biết về các tính năng đặc trưng của hoạt động, vị trí và vai trò, có tính đến khả năng năng lượng của tàu khu trục (Hệ thống điện tích hợp - IPS). Nó đảm bảo cung cấp cho tất cả các hệ thống và đơn vị, giám sát và kiểm soát hoạt động của chúng. Việc chuyển đổi sang động cơ đẩy hoàn toàn bằng điện giúp giải phóng một lượng đáng kể không gian bên trong để bố trí đạn, tạo điều kiện thoải mái cho phi hành đoàn. Truyền động hơi, khí nén và thủy lực của tất cả các cơ cấu được thay thế hoàn toàn bằng điện. Tổng công suất của hệ thống điện - khoảng 80 MW - đủ để lắp đặt các loại vũ khí tiên tiến (laser, vi ba, súng điện từ) mà không gây thiệt hại đáng kể đến hoạt động của các hộ tiêu thụ khác.
Con tàu có dấu hiệu radar thấp. Diện tích tiêu tán hiệu quả (EPR) ít hơn gần 50 lần so với các tàu khu trục thế hệ trước. Vô hình!
Việc kiểm soát được thực hiện thông qua Môi trường Điện toán Toàn diện trên tàu (TSCE) với phần mềm thông dụng và giao diện "thương mại", cùng với những thứ khác, giúp dễ dàng bảo trì và đào tạo thủy thủ đoàn. Cấu trúc thượng tầng của các tàu khu trục lớp Zumvolt được làm bằng vật liệu composite.
Người ta có kế hoạch lắp đặt các động cơ cánh quạt sử dụng hiệu ứng của hiện tượng siêu dẫn nhiệt độ cao và súng điện từ trên thân tàu thứ ba của một tàu khu trục như vậy. Để sử dụng railgun, con tàu phải cung cấp nguồn điện từ 10 đến 25 MW, đã đạt được.
Bạn có thể tiếp tục liệt kê những cải tiến đã được áp dụng hoặc được lên kế hoạch trên con tàu này, nhưng người Mỹ đã có một nền tảng xa bờ thế hệ tiếp theo mà không quốc gia nào khác sở hữu. Cho đến nay, mới chỉ có công ty đóng tàu Pháp DCNS công bố kế hoạch chế tạo tàu chiến đấu chạy hoàn toàn bằng điện Advansea vào năm 2025.
Liên quan đến công nghệ dưới biển, nguồn điện hybrid hoặc toàn điện ban đầu là điều kiện tiên quyết trong thiết kế của nó, vì vậy không có ích gì khi thảo luận chi tiết về những đổi mới trong lĩnh vực này.
Trong đóng tàu dân dụng, các mô hình cũng đang được phát triển có thể làm được với năng lượng của mặt trời. Ba khái niệm được thực hiện: cánh buồm với pin mặt trời đặt trên đó cung cấp động cơ đẩy và cung cấp năng lượng, chúng cũng được đặt trên thân tàu để chuyển động và khai thác hydro từ nước, năng lượng được tạo ra được sử dụng để cung cấp năng lượng cho động cơ điện trục chân vịt và sạc lại pin.
Tàu du lịch Suntech VIP của công ty đóng tàu Úc Solar Sailor được đóng vào năm 2010 theo ý tưởng đầu tiên. Thứ hai - chiếc catamaran của Người quan sát năng lượng, hiện đang chuẩn bị đi vòng quanh thế giới. Thứ ba là Hành tinh Mặt trời Turanor của Đức, được phóng vào năm 2010 và đi vòng quanh năm 2012. Con thuyền không người lái chạy hoàn toàn bằng điện của Mỹ Solar Voyager (dài 5,5 m và rộng 0,76) với các tấm pin mặt trời đã được hạ thủy vào tháng 6 năm 2016 và đã được thử nghiệm. Họ đang thực hiện các dự án tương tự ở Nhật Bản, Hà Lan, Ý và các nước khác. Điều này vẫn còn kỳ lạ, nhưng theo thời gian nó sẽ được ứng dụng trong đóng tàu quân sự.
"Mầm" rụt rè
Một loại thiết bị quân sự khác hấp dẫn nhất để thực hiện khái niệm cơ sở hoàn toàn bằng điện và liên quan đến việc giới thiệu một số lượng đáng kể các sản phẩm sáng tạo là máy bay. Đối với lĩnh vực quân sự, nói về UAV vẫn đúng hơn.
Cho đến nay, các phương tiện chạy điện hoàn toàn có người lái đã được phát triển như một minh chứng của công nghệ tiên tiến. Năm 2012, Long-ESA đã lập kỷ lục tốc độ cho máy bay điện, tăng tốc lên 326 km / h trong quá trình thử nghiệm. Solar-Impulse của Thụy Sĩ có thể bay vô thời hạn từ Mặt trời (sử dụng pin làm nguồn điện). Vào năm 2015-2016, nó đã thực hiện (có hạ cánh) một chuyến bay vòng quanh thế giới. Máy bay duy nhất được sử dụng cho mục đích thực tế cho đến nay là Airbus E-Fan huấn luyện hai chỗ ngồi. Công ty Lilium Aviation của Đức đã phát triển động cơ nghiêng chạy hoàn toàn bằng điện Lilium Jet. Các cuộc thử nghiệm bay đã diễn ra trong một phiên bản không người lái.
Tất cả những thiết bị này (liên quan đến lĩnh vực quân sự) có thể được coi là nguyên mẫu của thiết bị trinh sát do độ ồn thấp của chúng, nhưng không có gì hơn. Khó khăn chính trong việc tạo ra máy bay điện có người lái là không đủ dung lượng pin và yêu cầu tăng mạnh về khả năng chuyên chở do sự hiện diện của một người trên máy bay. Tuy nhiên, một số công ty hàng không đã và đang làm việc với các dự án máy bay hybrid. Đặc biệt, điều này đang được thực hiện bởi EADS cùng với Rolls-Royce. Các mục tiêu được tuyên bố là giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ, giảm lượng khí thải độc hại ra môi trường và giảm tiếng ồn.
Đối với máy bay không người lái, trong số đó có khá nhiều máy bay chạy hoàn toàn bằng điện, được tạo ra ở cả nước ngoài và trong nước ta (mặc dù trên các linh kiện nhập khẩu), và cả máy bay và máy bay trực thăng. Kỷ lục thế giới đầu tiên được thiết lập: QinetiQ-Zephyr chạy bằng năng lượng mặt trời của Anh ở trên không trong hai tuần vào năm 2010.
Ứng dụng trong lĩnh vực quân sự có triển vọng rộng rãi: giám sát, trinh sát và hành động tấn công, chỉ định mục tiêu, v.v. ắc quy, động cơ điện cỡ nhỏ hiệu suất cao, hệ thống tự động.
Đối với thiết bị quân sự trên mặt đất, ở đây phổ hybrid (kết hợp giữa động cơ đốt trong, máy phát điện, thiết bị lưu trữ năng lượng, truyền động hoàn toàn bằng điện) và sự phát triển hoàn toàn bằng điện là khá rộng rãi, và các nhà thiết kế trong nước cũng đã đạt được một số thành công..
Nhưng, như những trường hợp trước, câu hỏi đặt ra: những lợi thế là gì? Hệ truyền động điện giúp tối ưu hóa các chế độ đẩy (bánh xe hoặc đường ray), điều chỉnh vô cấp tốc độ di chuyển và lực kéo trong một phạm vi rộng, đồng thời đảm bảo tạo ra các hệ thống chống bó cứng và kiểm soát lực kéo hiệu quả. Điều này giúp giảm yêu cầu về trình độ và trạng thái tâm sinh lý của người lái xe đồng thời tăng các chỉ số cơ bản về khả năng vận động.
Truyền động điện có các đặc tính cao về độ tin cậy, khả năng chế tạo, khả năng vận hành và sửa chữa, khả năng điều khiển. Giảm tiếng ồn, tăng tính thân thiện với môi trường. Khả năng cung cấp năng lượng cho các loại vũ khí và thiết bị tiêu thụ điện năng cao của các trạm radar và hệ thống tác chiến điện tử, điện hóa hoặc súng EMP, v.v. là đầy hứa hẹn.
Một trong những nhiệm vụ là tạo ra các động cơ sức kéo cỡ nhỏ mạnh mẽ. Thành công lớn nhất trong lĩnh vực này đã đạt được ở Mỹ và Đức, nơi chúng được sản xuất trên cơ sở nam châm vĩnh cửu sử dụng các nguyên tố đất hiếm (samari, coban, v.v.) có từ tính cao. Điều này làm cho nó có thể giảm đáng kể khối lượng và trọng lượng của máy điện, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc điều khiển.
Ở Nga, một phương tiện chiến đấu bánh lốp có nhà máy điện hybrid và hệ thống truyền động điện dựa trên BTR-90 Rostok đã được tạo ra là kết quả của dự án nghiên cứu Krymsk. Như đã báo cáo, trong các cuộc thử nghiệm trên biển với công suất động cơ ít hơn gần một lần rưỡi so với nguyên mẫu, một mô hình thử nghiệm của một tàu sân bay bọc thép lai cho kết quả tốt hơn đáng kể. Phạm vi nhiên liệu nhiều hơn một lần rưỡi so với BTR-90.
Đối với các vật thể điện hoàn toàn không người lái (được điều khiển từ xa và được rô bốt hóa), một loạt các mẫu vũ khí và thiết bị mặt đất đã được tạo ra ở nước ngoài và ở nước ta. Quá trình phát triển của chúng đang diễn ra với tốc độ nhanh chóng, do nhu cầu của quân đội tiến hành các cuộc chiến ở Afghanistan, Iraq, Syria và các khu vực khác, cũng như nhu cầu nội bộ. Chúng tôi có điều này để đảm bảo các hoạt động của Bộ Nội vụ, FSB, Vệ binh Quốc gia, Bộ Tình trạng khẩn cấp và các bộ phận khác.
Khái niệm về các cơ sở AME hoàn toàn bằng điện hoặc hybrid đang được thực hiện ở tất cả các nước tiên tiến trên thế giới. Hệ thống và thiết thực nhất - ở Mỹ, Đức, Pháp, Anh. Có cơ sở khoa học và kỹ thuật để phát triển và sản xuất nhiều loại sản phẩm, trong tương lai gần sẽ hình thành cơ sở của một hệ thống vũ khí được chế tạo trên máy móc hoàn toàn bằng điện. Nó sẽ cung cấp cách sử dụng vũ khí hiệu quả, toàn diện dựa trên các nguyên tắc vật lý mới.
Thiết kế của các vật dụng hoàn toàn bằng điện của thiết bị quân sự không phải là một cống hiến nhất định cho thời trang. Đây là một trong những hướng chính của sự hình thành hệ thống vũ khí của tương lai. Sự xuất hiện của các phương pháp tạo, chuyển và tiêu hao năng lượng mới, sử dụng nó để đánh bại kẻ thù sẽ làm thay đổi đáng kể khả năng của quân đội, bản chất và nội dung của quá trình hỗ trợ hậu cần và hậu cần của chúng. Điều đáng báo động là ở nước ta và các lực lượng vũ trang vẫn chưa có cách tiếp cận có hệ thống để xác định danh mục, nội dung và kết quả của loại công việc này.
