- Współczesne pojazdy bojowe ewoluują w zaawansowane platformy z rozbudowanymi systemami elektronicznymi.
- Rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną wynika z integracji systemów C4ISR, aktywnych systemów ochrony i przyszłej broni kierowanej energii.
- Rozwiązania takie jak pomocnicze jednostki mocy (APU) i zaawansowane akumulatory litowo-jonowe stają się kluczowe dla zasilania pojazdów.
- Jak zarządzanie energią, magazynowanie i redukcja sygnatury cieplnej wpływają na skuteczność bojową?
Ewolucja to potrzeba napędzana energią elektryczną
Kiedyś pojazdy bojowe polegały w większym stopniu na sile ognia i manewrowości, które związane były przede wszystkim z uzbrojeniem i napędem pojazdu. Dziś większe znaczenie zdobyły coraz bardziej rozbudowane systemy elektroniczne. Pierwszą rewolucją było szerokie stosowanie napędów elektrycznych w wieżach oraz stabilizacji uzbrojenia. Ale to był dopiero początek.
Początek XXI wieku to rosnące zapotrzebowanie na energię napędzane jest nowymi rozwiązaniami. Systemy optyczne w obserwacji i celownikach zastąpiły multispektralne sensory optoelektroniczne, działające w świetle widzialnym i podczerwieni. Po nich nadeszła integracja kluczowych systemów misyjnych, takich jak dowodzenie, kontrola, wymiana danych, komputery pokładowe, wywiad, nadzór i rozpoznanie (C4ISR).
Dziś dołączają do nich systemy aktywnej ochrony (APS), zakłócające nadajniki przeciwdronowe i przyszłościowa broń kierowanej energii (DEWs), taka jak lasery i mikrofale. Ewolucja ta to nie tylko techniczny postęp, ale strategiczny imperatyw. Wyścig zbrojeń na siłę ognia zastąpiła walka o precyzję, szybką wymianę danych i aktywną ochronę. Wszystkie te potrzeby łączy jedno – rosnące zużycie energii elektrycznej.
Potrzeby na miarę XXI wieku
Tradycyjne układy elektryczne pojazdów bojowych, projektowane z myślą o podstawowych funkcjach, takich jak oświetlenie czy łączność radiowa, są niewystarczające dla dzisiejszych potrzeb. Przykładem problemu jest system aktywnej ochrony Trophy, stosowany na czołgach M1 Abrams który wymaga tak dużej ilości energii, że bojowy wóz piechoty M2A3 Bradley nie jest w stanie go zasilić. Jest obciążony nowymi sensorami i systemami pokładowymi, których nie przewidziano projektując ten pojazd.
i
Broń energii skierowanej, taka jak lasery, uznawane za idealne rozwiązanie np. w zakresie zwalczania bezzałogowców i amunicji krążąca, wznosi zapotrzebowanie na energię na całkiem inny poziom. Testowany przez U.S. Army na pojeździe Stryker system laserowy High Energy Laser-Mobile Demonstrator (HEL-MD) ma obecnie o mocy 50 kW, ale docelowo osiągnąć ma moc 100 kW. Takie systemy wymagają ogromnych, krótkotrwałych impulsów mocy, co stawia przed projektantami zupełnie nowe wyzwania. Szczególnie, że w tym zastosowaniu liczy się nie tylko moc, ale też czas ładowania pomiędzy impulsami, czyli mówiąc krótko – szybkostrzelność.
Problem główny - zasilanie
W odpowiedzi na ten rosnący popyt na moc, przemysł obronny wdraża szereg rozwiązań inżynieryjnych. Jednym z nich jest Auxiliary Power Unit (APU), czyli pomocnicze źródło mocy, przydatne szczególnie podczas postoju, gdy silnik pojazdu nie zasila instalacji. APU to po prostu niewielki silnik z generatorem elektrycznym. Umożliwia on pracę wszystkich systemów pojazdu w trybie „cichym” – bez uruchamiania głównego silnika, ale też może zaspokoić zwiększone zapotrzebowanie na moc dodając swoje możliwości do generatora połączonego z napędem.
Pozwala to na długotrwałą, cichą obserwację, redukując sygnaturę akustyczną i termiczną pojazdu, a także znacznie zmniejszając zużycie paliwa. Nowe generatory, takie jak te zastosowane w modernizacji czołgu M1A2 SEPv3, które trafiły już do Wojska Polskiego. Zapewniają one 50% więcej mocy w tej samej przestrzeni fizycznej, co ich starsze odpowiedniki, przy zachowaniu wydajności w całym zakresie pracy silnika.
Urządzenia tego typ są szczególnie istotne dla pojazdów, które powinny zachować skrytość na stanowisku, a jednocześnie maksymalne możliwości operacyjne. Na przykład haubice samobieżne Krab korzystają z nowoczesnych rozwiązań krajowych, agregatów firmy Radiotechnika Marketing, które zapewniają im stałe zasilanie systemów o relatywnie niskiej emisji . Nie tylko takich jak łączność i system kierowania ogniem, ale również mechanizmy obrotu wieży i elewacji haubicy. Pozwala to na prowadzenie ognia gdy napęd główny jest wyłączony.
i
Szczególnie istotne są wydajne agregaty APU w przypadku pojazdów wyposażonych w rozbudowane systemy łączności, sensorów czy inne wysokoenergochłonne systemy, jak stanowiska dowodzenia, wozy rozpoznawcze, stacje radarowe i przeciwlotnicze czy systemy walki elektronicznej.
Magazynowanie i przesyłanie
Równie istotne jak źródła zasilania i ich rozwój, są postępy w dziedzinie magazynowania i dystrybucji energii. Obecnie większość sił zbrojnych stara się zastąpić stare typy akumulatorów na takie, które mogą zapewnić pracę w trybie „silent watch”, czyli oczekiwania i obserwacji, przez 8-10 godzin.
Wymaga to zastosowania zaawansowanych akumulatorów i poprawę wydajności instalacji elektrycznych. M.in. dlatego baterie litowo-jonowe są rozważane jako zamienniki starszych akumulatorów ołowiowo-kwasowych, oferując znacznie lepszą gęstość energetyczną i dłuższą żywotność (ponad 4,000 cykli w porównaniu do 300-500). Oczywiście nie zamyka to tematu optymalizacji i magazynowania.
Rozwój inteligentnych systemów zarządzania energią (PMS) pozwala na scentralizowaną kontrolę nad generowaniem, przechowywaniem i dystrybucją mocy, optymalizując jej zużycie i zapobiegając awariom. Nie należy też zapominać o instalacjach elektrycznych w rozumieniu okablowania, rozprowadzenia mocy i interferencji.
Wzajemnego oddziaływanie na siebie przesyłu dużych mocy generują znaczne zakłócenia elektromagnetyczne (EMI), co wymaga użycia cięższych i większych, odpowiednio ekranowanych kabli i złączy, aby nie zakłócać wrażliwej elektroniki, jak systemy łączności. Jest to też związane z ograniczaniem emisji elektromagnetycznej całego pojazdu, co wpływa bezpośrednio na jego wykrywalność.
Kolejne kolosalne wyzwanie to efektywne zarządzanie ciepłem, które jest produktem ubocznym przetwarzania i dystrybucji energii. Mówiąc krótko – jak chłodzić systemy elektroniczne i elektryczne pojazdu, jednocześnie nie zwiększając jego sygnatury termicznej. Jest ona obecnie jednym z kluczowych sposobów wykrywania i identyfikacji pojazdów.
Jak widać, zdolność pojazdów opancerzonych do generowania, przechowywania i zarządzania ogromnymi ilościami energii, stały się dzisiaj równie istotne dla ich skuteczności bojowej jak siła ognia czy opancerzenie. Stąd z jednej strony pojawianie się coraz częściej takich koncepcji, jak niedawno opisywane na naszych łamach napędy hybrydowe w zastosowaniach wojskowych. Druga kwestia, to większe zwracanie uwagi na jakość sposób rozprowadzenia i ekranowania wiązek kabli i agregatów wewnątrz pojazdu w sposób, który zapewnia tak zwaną kompatybilność elektromagnetyczną. Czym ona jest i jakie ma znaczenie, dowiecie się państwo już niebawem z kolejnego artykułu na łamach Portalu Obronnego.
Polecamy też materiał przygotowany przez nasz zespół podczas wizyty w zakładach Radiotechnika Marketing pod Wrocławiem, gdzie mogliśmy m.in. zobaczyć testy napędów hybrydowych czy produkcję wiązek kablowych i światłowodowych. Poniżej znajdą państwo krótką relację wideo z garścią interesujących informacji o badaniach, produkcji i przyszłości rozwijanych tam rozwiązań.
