Разработки энергетических систем для пехоты
Солдаты подсоединяют кабели к вспомогательному распределительному центру энергоснабжения в Афганистане
Усилия по доставке все более технологичных систем в дислоцированные подразделения привели к увеличивающемуся потоку электрифицированных приложений, хлынувшему из боевых лабораторий на поле боя и способствующего тому, что стандартизация и унифицированность энергосистем уже не определяется только лишь коммерческими компонентами.
Целью Научно-исследовательского бронетанкового центра TARDEC американской армии является стимулирование промышленного партнерства касательно коммерциализации электрических военных технологий и поощрение унифицированности между оборонным и внутренним рынками. (Далее, электрические технологии – различные устройства и способы выработки электрической энергии)
Технологии литий-ионных и других продвинутых аккумуляторов начались, например, как инвестиции армии в технологические решения по аккумулированию для боевых машин. По заявлению TARDEC в настоящее время уровень компонентной унифицированности между военными и гражданскими грузовиками достигает 65 - 70%.
К 2020 году модернизация транспортных средств и разработка новых систем возглавят список капиталоемких оборонных инвестиций, при этом они все в большей степени будут интегрировать электрические технологии. Наземные боевые машины являются в НИОКР той категорией в которой их активно стремятся перевести с двигателей внутреннего сгорания (ICE) к гибридным (HEV) или полностью электрическим (EV) двигателям и трансмиссиям.
Приложения для построения сетевой структуры армии, как, например, перспективная программа сбора разведывательной информации американской армии - автоматизированная система сбора, обработки и распределения разведывательной информации DCGS-A (Distributed Common Ground System), армейский смартфон Joint Battle Command - Platforms (DCGS-A или Blue Force Tracking) или солдатская информационная система на базе планшета NETT WARRIOR, точно также потребуют постоянного развития электрических систем в соответствии с принципом оборонного финансирования "готовность по наилучшей цене".
Силовые передачи транспортных средств
Интегрированные силовые установки для военных наземных машин стали основным элементом проектов следующего поколения. Требования к перспективным машинам, например, требования к машинам по американским программам JLTV и GCV не только улучшили баллистическую защиту и защищенность шасси от СВУ, но улучшили эргономику экипажа и возможности оперативного управления. Эти компоненты в свою очередь требуют улучшенной ветроники (электроники транспортного средства). Способность выполнять в будущем свои задачи означает, что двигатели, трансмиссии и системы распределения мощности перспективных пехотных машин будут становиться все в большей степени электрическими.
Квадроцикл MV800 4 x 4 ATV от компании Polaris Industries
После установки в 2007 году двигателей модельного ряда PATRIOT, отличающихся электрическим прямым впрыском топлива, на свои квадроциклы MV800 4 x 4, компания Polaris Industries сосредоточилась на разработке гибридных электрических силовых агрегатов для своей линейки военных и спортивных внедорожников. Двигатель PATRIOT объемом 760 см3 и мощностью 40 л.с. был изначально разработан в сотрудничестве с австралийской фирмой Orbital и предназначался в качестве гибридной концепции, которая могла бы давать почти в два раза больше лошадиных сил по сравнению с традиционными дизельными двигателями. В двигателе PATRIOT применяется технология прямого искрового воспламенения, он работает не только на стандартных топливах STANAG и MIL-STD JP5, но также и на обычном бензине и обычном дизельном топливе американских стандартов.
Трансмиссия EX-DRIVE от компании QinetiQ
Согласно двухгодичному контракту стоимостью 449,9 миллиона долларов, выданному в 2011 году команде разработчиков BAE Systems и Northrop Grumman, компания QinetiQ поставит трансмиссионные системы E-X-DRIVE для той части этапа технологической разработки программы GCV за которую ответственна фирма BAE. QinetiQ является поставщиком базовой трансмиссионной технологии, базирующейся на ее гибридной электроприводной системе, для прототипа машины GCV. Основными особенностями системы E-X-DRIVE является исключение механической связи между двигателем, ходовой частью и трансмиссией за счет использования электрических подсистем. Это позволяет менять местами положение таких ключевых компонентов силового агрегата, как, например двигатель и трансмиссия. Отпадает необходимость в линейной схеме, повышается гибкость при выборе источников энергии и их размещении в шасси машины. Эти кон-фигурации также позволяют применять перспективные и нестандартных размеров топливные эле-менты, аккумуляторы и другие системы аккумулирования энергии.
Другим претендентом на проект GCV является команда, которую возглавляет компания General Dynamics в качестве основного подрядчика, и в которую входят ее партнеры Lockheed Martin, Detroit Diesel и Raytheon.
Широкая линейка военных аккумуляторов и тактических зарядных устройств от Bren-Tronics
HYBRIDRIVE от компании BAE Systems
Компания BAE Systems разработала свою собственную движительную систему HYBRIDRIVE на базе дизельного двигателя, генератора, электродвигателя и системы аккумулирования энергии. Они подсоединены к цифровой системе управления, которая подобно E-X-DRIVE, упрощает конструктивное решение по разъединению и позволяет размещать компоненты силовой цепи где угодно. Фактически, силовые установки HYBRIDRIVE полностью исключают такую систему как трансмиссия, как и в приводе Oshkosh PROPULSE (описан ниже) здесь задействована рекуперативная тормозная система, в которой сам приводной двигатель замедляет машину и одновременно часть подзаряда поставляет для системы аккумулирования энергии.
PROPULSE от Oshkosh
Привод PROPULSE, устанавливаемый на грузовые машины HEMTT A3 Oshkosh, имеет модульную схему гибридной силовой передачи, которая по отдельности подает энергию на специальные электродвигатели каждого дифференциала. Дизельный двигатель приводит в действие электрогенератор мощностью 335 кВт, который напрямую передает электроэнергию на колеса. Утверждается, что система исключает необходимость в гидротрансформаторе, трансмиссии, раз-даточной коробке и коленвале привода, и при этом имеет повышенное КПД и меньшее число движущихся частей.
APD (Autonomus Platform Demonstrator – автономная платформа-демонстратор)
Система Q-DRIVE от компании Quantum Fuel Systems Technologies представляет собой схожее решение, основанное на высокоэффективной сменной архитектуре силовой установки. Система Q-DRIVE также отличается своей модульностью, которая позволяет получать различные альтернативные схемы размещения компонентов в машине и менять конструкцию шасси. Прототип перспективной патрульной машины, финансируемый TARDEC и получивший обозначение CERV (Clandestine Extended Range Vehicle - автомобиль скрытого перемещения с увеличенным запасом хода), базируется на силовом приводе Q-DRIVE установленном на легкое, низкорасположенное шасси. Такая комбинация снижает акустические и радиолокационные сигнатуры, повышающие незаметность транспортного средства. В рамках более ранней программы по патрульной машине компания AeroVironment под руководством DARPA разработала прототип для американского корпуса морской пехоты.
CERV базируется на новом гибридном дизель-электрическом шасси. Дизельный двигатель объемом 1,4 литра совмещен с электродвигателем мощностью в 100 киловатт. Суммарный крутящий момент силового агрегата просто запредельный, почти 7000 Ньютонов на метр! Благодаря этому автомобиль может преодолевать 60-градусный подъем, а максимальная скорость багги составляет 130 км/ч. При этом расход топлива на 25% меньше расхода топлива аналогичной машины с обычным ДВС.
Joint Electric Tactical Vehicle (JETV)
Автомобиль скрытого перемещения с увеличенной дальностью CERV (Clandestine Extended Range Vehicle)
APD (Autonomus Platform Demonstrator – автономная платформа-демонстратор) - это полностью электрифицированный бронированный прототип наземного мобильного робота. Запланированы испытания обоих прототипов CERV и APD в новой армейской лаборатории мощности и энергии, которая открылась в апреле 2012 года, как часть так называемой инициативы GVSET (Ground Vehicle Systems Engineering and Technology - проектирование и технология систем наземных транспортных средств) проводимой бронетанковым центром TARDEC.
Компания Bren-Tronics – крупный производитель военных аккумуляторных батарей и зарядных устройств, который поставил свыше 1 000 000 литий-ионных батарей и 100 000 зарядных устройств армиям по всему миру. Компания является крупным игроком в этой области благодаря постоянным исследованиям и конструктивным модернизациям, она предоставляет солдатам самые современные технологии гарантирующие безопасность и наилучшие характеристики.
Литий-ионный аккумулятор BB-2590/U
С 1973 года компания Bren-Tronics устанавливает стандарты в сфере портативных устройств энергоснабжения, поставляемых в американские ВС. В качестве одного из производителей аккумуляторных систем компания поставляет вооруженным силам основные и вспомогательные аккумуляторы, переносные и возимые зарядные устройства военных стандартов, а также кабели, соединители и адаптеры. Она производит военные литий-ионные аккумуляторы BB-2590/U (см. фото) имеющие встроенную системную управляющую шину, которая упрощает подсоединение к базовому оборудованию.
Установленный на транспортное средство или в пеших порядках, источник энергии EMILY 2200 от SFC Energy работает бесшумно, надежно, продолжительное время, при этом нет необходимости вмешательства пользователя. Устройство на топливных элементах работает как генератор повышенной надежности и снабжает энергией независимо от погоды и климата мобильное оборудование, например средства связи, системы навигации и ночного видения и другие бортовые системы.
Топливный элемент SFC EMILY 2200
Вспомогательная электрическая энергия
Продвинутые концепции военных машин интегрируют выработку энергии и силовые компоненты в бортовые системы. Также в них предусматривается возможность использования вспомогательных источников энергии во время работы. Вспомогательные источники энергии обеспечивают дополнительную мощность не только для важной ветроники (бортовые системы автоматизации боевых и рабочих процессов боевых машин), информационного обмена в движении и многофункциональной информационно-управляющей системы, но также обеспечивают резервную мощность для систем защиты экипажа, включая системы пожаротушения. ОБТ MERKAVA 4, например, оборудован полностью электрифицированной башней, разработанной фирмой El-Op (дочерняя компания Elbit Systems), также как современной СУО и комплексом активную защиты TROPHY от Rafael. Он также отличается модернизированным дизельным двигателем V-12, что дает повышение мощности примерно на 25% по сравнению с предыдущими решениями.
Военные системы выработки и распределения энергии существуют самых разных размеров, форм и параметров, но все они играют важную роль в операциях защиты и обеспечения своих сил, как в стационарных, так и подвижных вариантах. Портативное вспомогательное оборудование вы-работки энергии (генераторные установки или ВСУ) стали критическим тактическим ресурсом в сетевых операциях, в сильной степени зависящих от небольших компьютеризированных тактических устройств и беспилотных воздушных, наземных и подводных аппаратов. Они также устанавливаются на подвижных наземных объектах, которые все больше становятся перегруженными переносными настольными компьютерами, серверами, маршрутизаторами, коммутационными устройствами и цифровыми средствами связи, они также обеспечивают предполетную энергетическую подготовку авиационных систем.
Конечно, не стоит забывать, что даже оцифрованные бойцы не могут бриться в темноте, и такое прозаичное применение как освещение, кондиционирование и отопление военных баз также является мощным стимулом поставки и развертывания в войсках энергетических установок.
Генераторные установки FEPS компании Rolls-Royce
Подразделение Distribution Generation Systems компании Rolls-Royce производит линейку тактических вспомогательных силовых установок созданных для удовлетворения потребностей будущих экспедиционных сил, действующих в тяжелых условиях, включая обслуживание поставок все увеличивающейся сложной электрической мощности для сетецентрических операций и защиты войск. Боевые переносные электрогенераторы от Rolls-Royce оптимизированы для использования в качестве ВСУ для тяжелых условий работы. В генераторных установках FEPS (Field Electric Power Source) этой компании применяется технология генератора переменного тока на постоянных магнитах. Эти генераторы с цифровым управлением вырабатывают энергию с регулируемой скоростью вращения, они могут работать в тяжелых внешних условиях, при экстремальных температурах и высотах. Эти генераторы также существенно снижают объем материально-технического снабжения или логистическую нагрузку.
Компания Dewey Electronics поставляет тактические дизель-генераторы для Минобороны США. В этих переносных генераторных установках совмещены дизельный двигатель, электрогенератор и технологии систем аккумулирования энергии; они имеют улучшенную акустическую, тепловую и электромагнитную защиту с целью снижения различного рода излучений в боевых условиях. Они также являются чрезвычайно легкими, компания Dewey называет свои тактические генераторы 2KVV самыми легкими переносными дизель-генераторами переменного и постоянно-го тока во всем военном имуществе США.
Генератор CRUX от Exelis
По сообщениям, генераторы CRUX (Create, Regulate, Utilize, eXport – создавать, регулировать, использовать, экспортировать) от Exelis работают непрерывно до 8 часов на менее чем одном баке дизельного топлива в суровых пустынных условиях. Сообщается, что расширенный модельный ряд подобных изделий представляет собой первые генераторные установки, которые снабжают военные машины количеством энергии буксируемого генератора при небольшой логистической нагрузке традиционного генератора переменного тока.
Компания G&M Power Plant, которая поставляет генераторные установки британскому Минобороны, производит энергетическое оборудование с выходной мощностью от 40 кВт до 2 МВт и поставляет стандартное и специализированное оборудование по спецификациям конечного потребителя.
Тактические аккумуляторы
Поскольку большая часть тактической энергии вырабатывается аккумуляторами, эта часть цепочки снабжения электроэнергией также является темой продолжающихся НИОКР проводимых поставщиками военного оборудования. Аккумуляторы также являются ключом к боевым действиям, включая тактических роботов и средства связи; их значение и использование может возрасти в таких программах по будущему солдату, как, например SOLDIER WARRIOR (SWAR) часть GSE (Ground Soldier Ensemble - программа по экипировке наземного солдата), где предлагаемые электрическое вооружение и робототехника, например экзоскелеты и роботизированные вьючные мулы наподобие концепции SEGMULE от QinetiQ USA (прежде инициатива компании Applied Perception для морской пехоты), могли бы сыграть важную роль в значительном повышении потенциала боевых возможностей отдельного пехотинца.
В то время как обсуждаются возможности будущих оборонительных систем транспортных средств, в которых используются электрическая броня и снижение сигнатур с помощью электрических полей, эти возможности (касательно энергопотребления) также могут быть вполне применимы на уровне пехотинца. Ведутся испытания прототипов солдатского экзоскелета, например американской системы HULC и французской HERCULE с электроприводом (первая тестируется для пехотного компонента американской программы GSE).
НИОКР следующего поколения включают разработку структурной аккумуляторной техноло-гии, например большие усилия в их разработку вкладывает компания BAE Systems. Как подразумевает ее название, структурная аккумуляторная технология встраивает аккумуляторную мощность прямо в архитектуру электрических и электронных систем. Может это покажется менее очевидным, но исследования по структурным аккумуляторам являются частью разработок по конструкционной броне, в которой микропроцессоры напрямую встроены в "умные" борта для обеспечения таких данных как мониторинг окружающих условий или обнаружения вторжения.
За счет интегрирования энергоснабжения от аккумуляторов с другими компонентами, эта технология обещает снижение общей массы систем и логистических ограничений при поставках войскам на передовую аккумуляторов, зарядных устройств и адаптеров. Находясь на ранних стадиях разработки, прототипы, тем не менее, уже позволили встроить структурные аккумуляторы, базирующиеся на том, что компания BAE описывает как "химия никелевых аккумуляторов" и работающие десятилетиями (в противоположность сроку службы литиевых аккумуляторов измеряющемуся годами), в такие композиционные материалы, как, например, углеволокно и стекло-пластик, где они работали в качестве источников энергии для БПЛА.
После окончания разработки такие аккумуляторы могут работать весь срок эксплуатации платформы при значительном снижении массы, функционировать в тандеме с солнечными батареями и совместно формировать единое самоподдерживающееся энергоснабжение для продвинутых солдатских систем и тактической робототехники. В ближайшем будущем, однако, высоковольтные 4 кВт батареи, первоначально разработанные компанией Saft для гибридных наземных пилотируемых машин от BAE для закрытой в настоящее время американской программы FCS, останутся в рамках ведущихся программ по электрическим машинам и солдатским технологиям.
Зарядное устройство военных аккумуляторов Bren-Tronics PP-8498/U
Компания Bren-Tronics, мировой производитель продвинутых переносных энергосистем для военных систем, используемых США, НАТО и правительственными структурами во всем мире, применяет современное инженерное проектирование, лучшие готовые компоненты и самые емкие топливные элементы. Эти дополнительные переносные зарядные системы очень востребованы, их носят солдаты по всему миру.
SFC Power Manager 3G
За счет объединения интеллектуальных энергетических решений JENNY 600S и SFC Power Manager 3G (на фото) от компании SFC Energy образуется высокоэффективная энергетическая система. JENNY плюс SFC Power Manager будут перезаряжать несколько аккумуляторов и запитывать силовое оборудование одновременно. Решение компании SFC создает энергосистему, которая имеет максимальную мощность и функциональную гибкость при минимальной массе.
Каким бы не было будущее, сегодняшние тактические батареи и зарядные устройства достаточно сложны, это четко дают понять программы по перезаряжаемым батареям управления по энергосистемам американской армии и программы под руководством офиса по энергосистемам корпуса морской пехоты. Публикуются расширенные руководства определяющие подробно работу, управление и уничтожение переносных солдатских энергосистем, зарядных аппаратов и адаптеров устройств для ключевых боевых систем, которые включают радиостанции SINCGARS, устройства ночного видения AN/PVS, ночные прицелы DRAGON и программируемые радиостанции AN/PRC (эти примеры кстати входят в стандартное снаряжение американской армии).
Армейская лаборатория энергоснабжения наземных систем (GSPEL)
Если прогнозы Пентагона о том, что одна треть всех боевых систем будет автоматическими к 2015 году, верны, тогда продолжающиеся инвестиции в разработку электрических технологий для питания и управления этими системами должны расти в геометрической прогрессии.
Перспективные военное оборудование и экипировка призванные удовлетворить нужды экспедиционных наземных сил, например Ground Soldier Ensemble (чей компонент SWAR играет важную роль в изучении потенциала интерфейса солдат-машина), будут становиться все более энергозатратными по мере развития будущих возможностей. Это привело к созданию новых организаций призванных удовлетворить подобные потребности.
Структура армейской лаборатории энергоснабжения наземных систем (GSPEL)
В апреле 2012 года Научно-исследовательский бронетанковый центр TARDEC открыл специализированное учреждение в Детройте. Основная функция армейской лаборатории энергоснабжения наземных систем GSPEL (Ground Systems Power and Energy Laboratory) – осуществлять надзор над разработкой и производством энергетических возможностей для пехотинца. Из восьми лабораторий этого комплекса самой важной является лаборатория PEVEL (Power and Energy Vehicle Environmental Laboratory), которая проводит полные исследования прототипов перспективных на-земных транспортных систем. Управление по экспедиционным энергосистемам американского корпуса морской пехоты является еще одной американской боевой лабораторией энергетических систем, тогда как инженерные войска сухопутных сил, которые участвуют в строительстве и восстановлении свыше 400 электрических подстанций в Афганистане и Ираке, представляют собой крупнейшего единого провайдера (крупнее всех остальных вместе взятых) электрической инфраструктуры для всего американского экспедиционного контингента.
В известной степени, старое изречение о том, что пехота двигается на своих животах до сих пор верно, за исключением того, что эта метафора сегодня не совсем применима к нижней части машины типа MRAP, которая оборудована бортовыми системами имеющими «неутолимую жажду» в электрической энергии.
Использованы материалы:
Military Technology
www.bren-tronics.com
www.qinetiq.com
www.qtww.com
Информация