L'équipement militaire créé sur la base des concepts du siècle dernier a approché le seuil, au-delà duquel des efforts et des coûts gigantesques donnent un résultat insuffisamment bas. L'une des raisons est une augmentation significative de la consommation d'énergie des nouvelles installations AME. Existe-t-il un moyen de sortir de l'impasse ?
Divers types d'énergie (mécanique, thermique, électrique, etc.) sont sollicités à toutes les étapes d'utilisation au combat: reconnaissance, transfert d'informations, traitement, utilisation d'armes, protection de l'ennemi, manœuvre, etc. Actuellement, la génération est réalisée à l'avance et l'énergie fournie par les services du MTO. Mais les volumes et les cadences requis par les troupes commencent à devenir un objectif et un problème d'autosuffisance.
Sur les traces de Tesla
La situation est aggravée par l'émergence de nouveaux types d'AME (pistolets électromagnétiques, armes à énergie dirigée). Il devient de plus en plus évident que le développement du système d'armes nécessite un changement dans les concepts d'approvisionnement énergétique. Sinon, il est impossible de réaliser le potentiel des nouvelles conceptions.
Cette tendance est notable. D'une part, un développement actif d'équipements militaires entièrement électriques et hybrides est en cours. D'autre part, des systèmes et moyens de production sont créés sans frais ou avec des coûts réduits de vecteurs énergétiques livrés aux troupes (panneaux solaires, éoliennes, nouveaux types de carburant). Parallèlement, des recherches fondamentales sont menées (surtout activement aux USA et au Japon) sur la transmission sans fil d'énergie sur de longues distances, qui semble être la plus attractive. L'idée est qu'une source puissante (centrale nucléaire, centrale hydroélectrique, etc.) alimente les dispositifs de réception des armes et équipements militaires par le canal aérien (espace). L'introduction d'un tel système éliminerait presque complètement la nécessité de fournir d'énormes volumes d'énergie (carburant) aux troupes, augmentant radicalement leur préparation au combat et leur efficacité au combat.
La possibilité de transmettre de l'énergie sur une distance sans fil a été prouvée et démontrée pour la première fois par une expérience à Colorado Springs en 1899-1900 par Nikola Tesla. L'impulsion électrique a été transmise à 40 kilomètres. Cependant, il n'a pas été possible de répéter une telle expérience jusqu'à présent.
En 1968, le chercheur spatial américain Peter Glazer a proposé de placer de grands panneaux solaires en orbite géostationnaire, et l'énergie qu'ils génèrent (5-10 GW) soit transmise à la Terre par un faisceau de micro-ondes focalisé, converti en courant continu ou alternatif et distribué aux consommateurs. …
Le niveau actuel de développement de l'électronique micro-ondes permet de parler d'une efficacité de transfert d'énergie assez élevée par un tel faisceau - 70 à 75 %. Mais cela reste assez difficile à mettre en œuvre. Il suffit de dire que le diamètre de l'antenne émettrice doit être égal à un kilomètre et que le récepteur au sol doit mesurer 10x13 kilomètres pour une zone située à une latitude de 35 degrés. Le projet a donc été oublié, mais récemment, compte tenu des dernières avancées technologiques, les recherches ont repris. Des expériences de transmission sans fil d'énergie à l'aide d'un laser sont en cours.
Mais notre train routier…
Alors que les progrès ne sont pas si importants avec le développement de nouvelles méthodes de génération et de transmission d'énergie, dans le domaine de la création d'objets tout électriques, ils sont impressionnants. On ne peut pas dire que l'idée d'une technologie militaire (et pas seulement) sur cette base soit absolument nouvelle. Il a été rendu économiquement et techniquement attractif par les progrès de la production, du stockage, de la transformation et de la distribution de l'électricité, de l'électronique à semi-conducteurs de forte puissance, de l'automatisation et du contrôle. Les installations tout électriques ont moins de bruit, une efficacité plus élevée, la possibilité d'une répartition rationnelle de l'énergie entre les consommateurs, un respect de l'environnement élevé et d'autres qualités qui les rendent très attrayantes dans les domaines civils et militaires.
Les premières machines à transmission électrique remontent au début du siècle dernier, lorsque la société américaine LeTourneau a commencé à utiliser un entraînement électrique sur les décapeuses automotrices. Et depuis 1954, des véhicules tout-terrain super-lourds uniques, des motoneiges, des transporteurs-évacuateurs militaires et des trains routiers à sections multiples équipés de toutes les hélices de roue principales entraînées par un générateur installé sur le véhicule tracteur de tête (leader) ont été produits. Pour la première fois dans la pratique mondiale, ils ont commencé à utiliser de puissants moteurs électriques compacts montés directement dans les moyeux de roue d'une voiture.
Le premier train routier soviétique actif à deux sections avec un entraînement électrique simplifié des roues de la remorque a été développé en 1959. Mais il n'a pas été possible de réaliser une coordination complète du travail de toutes les roues motrices avec des sources d'énergie. Les développements ultérieurs d'autres entreprises nationales n'ont pas non plus conduit au succès escompté. La pierre d'achoppement était le problème de l'automatisation du contrôle des machines à transmission électrique: répartition rationnelle des flux d'énergie entre les nœuds, consommation minimale de carburant du moteur à combustion interne primaire, conditions de température optimales avec un rendement maximal, etc. Ni la puissance de calcul des calculateurs. de cette époque ni le logiciel correspondant n'était suffisant.
La situation a radicalement changé ces dernières années et l'idée d'armes et d'équipements militaires entièrement électriques est revenue à un nouveau niveau qualitatif. L'émergence des véhicules sans pilote a encore plus alimenté l'intérêt. La transmission électrique facilite la création de cibles de combat entièrement automatisées contrôlées par radio ou via un dispositif programmable.
Sous la voile du soleil
La mise en œuvre la plus urgente du concept d'installation entièrement électrique devrait être reconnue dans la technologie navale. Il y a plusieurs raisons:
grande longueur de transmissions de puissance (transmissions) à des fins diverses, une large gamme d'actionneurs et de convertisseurs d'énergie de divers types: mécaniques, thermiques, hydrauliques et électriques;
un nombre important de consommateurs d'énergie: entraînements d'arbres d'hélice, artillerie et lance-roquettes, stations radar et systèmes de guerre électronique, autres mécanismes;
l'émergence de systèmes d'armes à forte consommation énergétique (armes et équipements militaires à énergie dirigée, canons électromagnétiques, etc.).
La base des navires entièrement électriques est un système d'alimentation unique (intégré), qui comprend des installations de production et de distribution à haute tension, des modules compacts pour son accumulation et sa conversion, des systèmes de contrôle automatisés avec une consommation d'énergie dans divers modes de fonctionnement (pleine vitesse, utilisation au combat des armes, des manœuvres, etc.). L'expérience la plus illustrative est le programme américain DDG 1000 et le destroyer Zumvolt construit dessus (https://vpk-news.ru/articles/17993). Malheureusement, de nombreux médias nationaux se sont concentrés sur les échecs techniques et technologiques de ce projet, détournant l'attention des lecteurs du sens du développement du navire et discréditant même quelque peu l'idée.
DDG 1000 est une plaque tournante des dernières réalisations de la science et de la technologie américaines dans le domaine des complexes et systèmes d'armes. Mais tous sont intégrés au navire grâce à une compréhension des caractéristiques de l'opération, du lieu et du rôle, en tenant compte des capacités de l'énergie du destroyer (Integrated Power System - IPS). Il assure l'alimentation de tous les systèmes et unités, surveille et contrôle leur fonctionnement. Le passage à la propulsion tout électrique a permis de libérer d'importants volumes d'espace interne pour le placement des munitions, pour créer des conditions confortables pour l'équipage. Les entraînements à vapeur, pneumatiques et hydrauliques de tous les mécanismes sont complètement remplacés par des moteurs électriques. La puissance totale du système d'alimentation - environ 80 MW - est suffisante pour l'installation d'armes avancées (laser, micro-ondes, canons électromagnétiques) sans endommager significativement les performances des autres consommateurs.
Le navire a une faible signature radar. La zone de dissipation effective (EPR) est presque 50 fois inférieure à celle des destroyers de la génération précédente. Invisible!
Le contrôle est effectué via un Total Ship Computing Environment (TSCE) avec un logiciel commun et une interface "commerciale", qui, entre autres, facilitent la maintenance et la formation des équipages. La superstructure des destroyers de classe Zumvolt est faite de matériaux composites.
Il est prévu d'installer des moteurs à hélice utilisant l'effet de la supraconductivité à haute température et des canons électromagnétiques sur la troisième coque d'un tel destroyer. Pour utiliser le railgun, le navire doit fournir une production d'une puissance de 10 à 25 MW, ce qui a déjà été atteint.
Vous pouvez continuer à énumérer les innovations qui ont été appliquées ou sont prévues sur ce navire, mais les Américains disposent déjà d'une plateforme offshore de nouvelle génération, qu'aucun autre pays ne possède. Jusqu'à présent, seule la société française de construction navale DCNS a annoncé son intention de créer un navire de combat entièrement électrique Advansea d'ici 2025.
Concernant la technologie sous-marine, l'alimentation hybride ou tout électrique était à l'origine un préalable à sa conception, il ne sert donc à rien de discuter en détail des innovations dans ce domaine.
Dans la construction navale civile, on développe également des modèles qui peuvent se contenter de l'énergie du soleil. Trois concepts sont mis en œuvre: la voile avec des batteries solaires situées dessus assure la propulsion et l'alimentation électrique, elles sont également placées sur la coque pour le mouvement et l'extraction de l'hydrogène de l'eau, l'énergie générée est utilisée pour alimenter les moteurs électriques de l'arbre d'hélice et recharger les batteries.
Le navire de croisière Suntech VIP de la société de construction navale australienne Solar Sailor a été construit en 2010 selon le premier concept. Sur le second, le catamaran Energy Observer, qui s'apprête actuellement à faire le tour du monde. Le troisième est le German Planet Solar Turanor, lancé en 2010 et fait le tour du monde en 2012. Le bateau américain entièrement électrique sans pilote Solar Voyager (5,5 mètres de long et 0,76 de large) avec panneaux solaires a été mis à l'eau en juin 2016 et a été testé. Ils travaillent sur des projets similaires au Japon, aux Pays-Bas, en Italie et dans d'autres pays. C'est encore exotique, mais avec le temps, il trouvera une application dans la construction navale militaire.
Timide "Pousse"
Un autre type d'équipement militaire qui est le plus attrayant pour la mise en œuvre du concept d'installation tout électrique et implique l'introduction d'un nombre important de produits innovants est l'avion. En ce qui concerne le domaine militaire, il est encore plus juste de parler de drones.
Les véhicules entièrement électriques habités ont jusqu'à présent été développés en tant que démonstrateurs de technologies de pointe. En 2012, Long-ESA a établi un record de vitesse pour les avions électriques, accélérant à 326 kilomètres par heure pendant le test. Le Swiss Solar-Impulse peut voler indéfiniment à partir du Soleil (en utilisant des batteries comme source d'énergie). En 2015-2016, il a effectué (avec atterrissages) un vol autour du globe. Le seul avion utilisé à des fins pratiques à ce jour est l'Airbus E-Fan d'entraînement biplace. La société allemande Lilium Aviation a développé le tiltrotor tout électrique Lilium Jet. Les essais en vol ont eu lieu dans une version sans pilote.
Tous ces appareils (en rapport avec le domaine militaire) peuvent être considérés comme des prototypes d'appareils de reconnaissance en raison de leur faible niveau sonore, mais sans plus. La principale difficulté de la création d'avions électriques habités est la capacité insuffisante des batteries et les exigences en forte augmentation de capacité d'emport dues à la présence d'une personne à bord. Cependant, certaines entreprises aéronautiques travaillent déjà sur des projets d'avions de ligne hybrides. C'est notamment le cas d'EADS et de Rolls-Royce. Les objectifs déclarés sont de réduire la quantité de carburant consommée, de réduire les émissions nocives dans l'environnement et de réduire le bruit.
En ce qui concerne les drones, parmi eux, il en existe de nombreux entièrement électriques, créés à la fois à l'étranger et dans notre pays (bien que sur des composants importés), ainsi que des systèmes d'avions et d'hélicoptères. Les premiers records du monde ont été établis: le QinetiQ-Zephyr à énergie solaire britannique est resté en l'air pendant deux semaines en 2010.
L'application dans le domaine militaire a de larges perspectives: surveillance, actions de reconnaissance et de frappe, désignation de cibles, etc. De manière générale, la création de tels aéronefs implique la solution de nombreux problèmes innovants, dont le développement de matériaux composites à haute résistance, ultra-larges batteries, moteurs électriques de petite taille à haut rendement, gestion des systèmes automatiques.
En ce qui concerne les équipements militaires au sol, le spectre des développements hybrides (combinaison d'un moteur à combustion interne, d'un générateur électrique, de dispositifs de stockage d'énergie, d'entraînements entièrement électriques) et entièrement électriques est ici assez large, et les concepteurs nationaux ont également un certain succès..
Mais, comme dans les cas précédents, la question se pose: quels sont les avantages ? La transmission électrique permet d'optimiser les modes de propulsion (roues ou chenilles), d'ajuster en continu la vitesse de déplacement et la force de traction dans une large plage et d'assurer la création de systèmes antiblocage et antipatinage efficaces. Cela permet de réduire les exigences de qualification et d'état psychophysique des conducteurs tout en augmentant les indicateurs de base de la mobilité.
Les transmissions électriques ont des caractéristiques élevées de fiabilité, de fabrication, de fonctionnement et de réparation, de capacités de contrôle. Réduit le bruit, augmente le respect de l'environnement. La possibilité d'alimentation électrique d'armes et d'équipements à forte consommation d'énergie des stations radar et des systèmes de guerre électronique, des canons électrothermochimiques ou EMP, etc. est prometteuse.
L'une des tâches est la création de puissants moteurs de traction de petite taille. Le plus grand succès en la matière a été obtenu aux États-Unis et en Allemagne, où ils sont fabriqués à base d'aimants permanents utilisant des éléments de terres rares (samarium, cobalt, etc.) avec un degré de magnétisme élevé. Cela a permis de réduire considérablement le volume et le poids des machines électriques, et d'en faciliter le contrôle.
En Russie, un véhicule de combat à roues avec une centrale électrique hybride et une transmission électrique basée sur le BTR-90 Rostok a été créé à la suite du projet de recherche Krymsk. Comme indiqué, lors d'essais en mer avec une puissance moteur presque une fois et demie inférieure à celle du prototype, un modèle expérimental d'un véhicule blindé hybride de transport de troupes a montré des résultats nettement meilleurs. L'autonomie en carburant est une fois et demie supérieure à celle du BTR-90.
Quant aux objets entièrement électriques sans pilote (pilotés à distance et robotisés), une vaste gamme d'échantillons d'armes et d'équipements au sol a été créée à l'étranger et dans notre pays. Leur développement se déroule à un rythme accéléré, en raison des besoins des troupes menant les hostilités en Afghanistan, en Irak, en Syrie et dans d'autres régions, ainsi que des besoins internes. Nous l'avons pour assurer les activités du ministère de l'Intérieur, du FSB, de la Garde nationale, du ministère des Urgences et d'autres départements.
Le concept d'installations AME entièrement électriques ou hybrides est mis en œuvre dans tous les pays avancés du monde. Le plus systématique et pratique - aux États-Unis, en Allemagne, en France, en Grande-Bretagne. Il existe des bases scientifiques et techniques pour le développement et la production d'une large gamme de produits qui, dans un proche avenir, formeront la base d'un système d'armes construit sur des machines entièrement électriques. Il fournira une utilisation efficace et complète des armes basée sur de nouveaux principes physiques.
La conception d'objets tout électriques d'équipements militaires n'est pas un hommage certain à la mode. C'est l'une des directions principales de la formation du système d'armes du futur. L'émergence de nouvelles méthodes de génération, de transfert et de consommation d'énergie, son utilisation pour vaincre l'ennemi va considérablement modifier les capacités des troupes, la nature et le contenu du processus de leur soutien logistique et logistique. Il est alarmant de constater que dans notre pays et dans les forces armées, il n'y a toujours pas d'approche systématique pour déterminer la liste, le contenu et les résultats de ce type de travail.
