Elektryczne marzenia

Dowódcy!

Wśród wielu nowych trendów i wymogów w nowoczesnych armiach nie brakuje jednej elektryzującej rzeczy: właściwie żadna współczesna eksperymentalna technologia nie może się obejść bez komputera.

Wydaje się to logiczne – żyjemy w końcu w epoce cyfrowej. Półprzewodnikowe układy elektroniczne, oczywiście, nie zawsze okazują się lepsze, o czym przekonali się Amerykanie w 1976 roku, kiedy to mieli okazję demontażu nowatorskiego wówczas myśliwca MiG-25. Wiele elektronicznych części tego samolotu bazowało na kolektorach próżniowych, dzięki czemu myśliwiec ten był wyjątkowo odporny na pola elektromagnetyczne, spowodowane eksplozjami jądrowymi.

W miarę postępującego usieciowienia świata i skracania czasów reakcji komputeryzacja systemów wojskowych stała się nieunikniona, a zapotrzebowanie na energię elektryczną rośnie coraz bardziej. Co za tym idzie, przy planowaniu przyszłej wojny należy brać pod uwagę takie wymagania.

Nie rozchodzi się bynajmniej o żaden nowy problem, jako że rosnące zużycie energii dotyczy zarówno żołnierzy, jak i ekspertów logistyki pracujących na użytek ostatnich wojen. Brak mocy nękał na przykład opancerzony wóz bojowy Bradley podczas wojny w Iraku oraz innych operacji, w których celem zapewnienia bezpieczeństwa operatorów i żołnierzy trzeba było użyć energochłonnych urządzeń elektronicznych, takich jak zagłuszaczy. Załoga często musiała wyłączać inne komponenty, aby działał zagłuszacz, co nie było idealnym rozwiązaniem. Oznacza to, iż duże znaczenie ma znaczne polepszenie zdolności produkcji energii elektrycznej pojazdów bojowych następnej generacji, i już teraz obserwujemy wzrost średniej mocy APU w przypadku większości oferowanych modernizacji.

Na tym zresztą nie koniec, ponieważ wspomniany wyżej trend elektryfikacji ma inny aspekt – mobilności elektrycznej (zastąpienie standardowego silnika spalinowego silnikiem hybrydowym lub elektrycznym). Na pierwszy rzut oka pomysł ten może wydawać się bezsensowny – bo niby jak zaadaptować stosunkowo nową, wykorzystywaną w samochodach elektrycznych technologię w czołgu i w ogóle dlaczego? Zagłębmy się w temat.

Po pierwsze, technologia samochodów elektrycznych absolutnie nie jest nowa. Jest wręcz bardzo stara, prawie tak samo stara jak samochód z silnikiem spalinowym. Wyjaśnienie jest proste – w porównaniu do silnika spalinowego napęd elektryczny w bazowej formie jest bardzo nieskomplikowany. Mowa jest o końcu XIX wieku – pewnie zgadujecie, że tego typu samochody należały wówczas do rzadkości i stanowiły wręcz osobliwość. Energia elektryczna z czasem trafiła do masowego transportu, głównie w postaci różnych napędów łączonych, takich jak benzynowo-elektryczny i dieslowo-elektryczny.

Układ dieslowo-elektryczny jest dość prosty. Silnik wysokoprężny zasila generator elektryczny, który z kolei zasila silniki elektryczne napędzające pojazd. Jego główną zaletą jest to, że teoretycznie obywa się bez skrzyni biegów i sprzęgła, jako że obroty silnika elektrycznego na minutę mogą być kontrolowane poprzez proste dostosowanie mocy. Minusem jest waga i rozmiar tego systemu, przez co ma on zastosowanie, zresztą do dziś, tylko w dużych platformach, takich jak statki morskie i lokomotywy.

Oczywiście wojsko, zawsze znające (lub finansujące) nowe technologie, nie pozostawało w tyle i pierwsze próby wykorzystania systemu benzynowo-elektrycznego lub dieslowo-elektrycznego miały miejsce już w czasie I wojny światowej. Łodzie podwodne napędzane silnikami dieslowo-elektrycznymi były standardem do momentu pojawienia się napędu jądrowego ze względu na fakt, że w przeciwieństwie do silnika spalinowego elektryczny nie potrzebuje powietrza do pracy.

Na ziemi sprawy przedstawiały się bardziej skomplikowanie. Z napędem tym przetestowano niektóre bardzo wczesne czołgi podczas I wojny światowej i nawet po wojnie. Wszystkie z nich borykały się z dużymi problemami zawodności i system uznano za niepraktyczny względem bardziej konwencjonalnych silników, choć potencjalna zdolność prostego odwrócenia biegunowości silnika elektrycznego w celu przesunięcia jednej lub obu gąsienic do tyłu stanowiłaby doskonałą cechę pojazdu gąsienicowego, umożliwiającą mu nie tylko na skręcanie na miejscu (neutralne sterowanie), lecz także bardzo szybkie cofanie.

„Złoty wiek” silników dieslowo-elektrycznych (pozwólmy sobie to tak nazwać) nastał w czasie II wojny światowej wraz z Ferdynandem Porsche, który zaprojektował kilka pojazdów z takim napędem, w tym masowo produkowany gigantyczny niszczyciel czołgów Ferdynand/Elefant i oczywiście mityczny superczołg Maus. Krótko mówiąc, nie poszło dobrze. Elefant psuł się notorycznie, wymagał ciągłej konserwacji, żarł paliwo i – choć ucieleśniał, podobnie jak Tiger, jeden z kultowych, przeraźliwych niemieckich pojazdów z okresu II wojny światowej – stanowił ślepy zaułek rozwoju. Fakt, że taka platforma trafiła do (względnie) masowej produkcji, był bardziej kwestią polityki i podziwu Hitlera dla Porsche niż zdrowego rozsądku. Zwycięzcy przetestowali platformę Elefant i stwierdzili jej wadliwość – faktycznie donikąd nie prowadziła.

Do końca XX wieku mobilność elektryczna ze względu na wysoką cenę i ograniczony zasięg takich pojazdów była praktycznie ograniczona do małych miast . Wraz z nastaniem XXI wieku zainwestowano masę pieniędzy w badania mobilności elektrycznej, częściowo z uwagi na ich praktyczność w mieście, ale głównie i bez względu na racjonalność z powodów związanych z ochroną środowiska. Wdrożenie mobilności elektrycznej na dużą skalę postrzegane jest po większości jako mało praktyczne rozwiązanie, nad których, z innych powodów, pracuje się zwłaszcza w Chinach i Europie.

Ale jak wygląda stanowisko wojska? Czy jest ono zainteresowane elektrycznymi pojazdami opancerzonymi?

Odpowiedź na to pytanie nie jest prosta i można ją z grubsza podsumować jako "być może". Prywatne przedsiębiorstwa, takie jak BAE, pracują już nad rozwiązaniami hybrydowymi lub testują rozwiązania hybrydowe zarówno w istniejących, jak i powstających pojazdach. Po odsianiu warstw korporacyjnych sloganów i haseł, to, co pozostaje, jest bez znaczenia lub ma mały potencjał poprawy względem obecnej generacji silników na paliwa kopalne. Potrzeba tu szerszej perspektywy, aby dostrzec znaczące różnice.

Jeśli chodzi o pojedyncze pojazdy, wojskowe silniki elektryczne, podobnie jak ich cywilne odpowiedniki, oferują:

• Lepszą reakcję
• Natychmiastowy skok mocy
• Potencjalną zdolność do bardzo szybkiego cofania
• Ulepszoną akustykę

Wszystko to kosztem potencjalnego zasięgu, ceny, niezawodności i problemów związanych z konserwacją. Co się tyczy zalet, czy słyszeliście o imprezie samochodowej, w której Tesla prześcignęłaby prawie każdy samochód sportowy? Ten sam motyw. Silniki elektryczne zapewniają niesamowite ilości natychmiastowej mocy, co w pojazdach gąsienicowych przełożyłoby się na znaczny wzrost zwrotności i przyspieszenia. Technologia wojskowa to technologia ekstremalna, odnośnie której już teraz oczekuje się maksimum osiągów w walce kosztem długości życia. W końcu jaki byłby pożytek z silnika, który może wytrzymać tysiące kilometrów, jeśli czołg zostanie zniszczony po kilku minutach walki? Zwrotność i moc od zawsze liczyły się w walce.

Inne zalety nie są tak duże, jak mogłoby się zdawać. Zdolność do jazdy z dużą prędkością na wstecznym biegu jest mało praktyczna, ponieważ kierowca często nie patrzy do tyłu. Kamery zdają co prawda egzamin, ale tak na serio nie można wymagać jazdy wstecz 50-tonowym czołgiem przez dłuższy okres czasu – taka akcja byłaby strasznie niebezpieczna dla załogi, pojazdu i, co najważniejsze, dla otoczenia.

Co się tyczy ulepszonej akustyki, oznacza ona, że pojazd zasilany prądem elektrycznym jest cichy. Stanowi to faktycznie dużą zaletę dla różnych lżejszych pojazdów kołowych, którym powierzono zadania zwiadowcze. Armia amerykańska nota bene eksperymentowała już z tego typu napędem hybrydowym. Z drugiej strony, cięższe pojazdy gąsienicowe, takie jak czołgi czy BWP praktycznie niwelują tę przewagę ze względu na inne wydawane dźwięki (brzęczenie gąsienic to BARDZO charakterystyczny dźwięk, który słychać z niezmiernie daleka), jak również wzbijany przez nie kurz i ich sygnatury cieplne. Istnieją różne sposoby ich redukcji (takie jak kamuflaże maskujące ciepło lub tłumiki dźwięku), ale nie zmienia to faktu, że pojazdy tego typu z natury nie są niewidoczne.

I są też wady.

Pierwsza i najbardziej oczywista to, jasna rzecz, potencjalnie ograniczony zasięg, choć nie jest to tak duży problem, jak mogłoby się wydawać – przynajmniej nie w przypadku BWP i czołgów. Mówimy w końcu o pojazdach, ważących od 30 do 50 ton. Kilka dodatkowych ton akumulatorów to może problem dla zwykłego samochodu, ale dla czołgu? Nie aż tak wielki. No i tu pojawiają się nowe wątki.

Pojemność nowoczesnych akumulatorów litowo-jonowych waha się między 250-300 Wh/kg. Weźmy dla przykładu nowoczesny 30-tonowy pojazd bojowy. Powiedzmy, że ma silnik o zużyciu mocy 300 kW. Załóżmy, że chcemy mieć taki sam zasięg, jaki ma BWP Bradley czyli około 400 km i że średnia prędkość takiego pojazdu wynosi 50 km/h. Innymi słowy, przejechanie jej trwa 8 godzin, co oznacza dostarczenie mu 300 kW na 8 godzin czyli 2400 kWh.

Przy zastosowaniu wartości 300 Wh/kg taka bateria musiałaby ważyć aż 8 ton. Jest to sporo i będzie jeszcze więcej przy zużyciu energii przez silniki czołgowe 1500 KM. Ci z was, którzy śledzą nowości dotyczące bojowych wozów opancerzonych, słyszeli o trendzie, polegającym na opracowywaniu nowych lekkich pancerzy o takich samych poziomach ochrony jak stare pojazdy. Przestano już natomiast dodawać coraz więcej płyt kompozytowych w czołgach. Wyposażenie już i tak ciężkiego czołgu w gigantyczną ciężką baterię kłóci się z tym trendem.

Dla porównania, Bradley (ze starym silnikiem Cummins) przewozi około 700 litrów oleju napędowego, co przekłada się na około 600 kg.

I, oczywiście, jest kwestia ulokowania takiej baterii. Zastąpić nimi wiele mniejszych zbiorników paliwa się nie da. Pojazdy bojowe muszą być dopasowane do dostępnych środków transportu i mają w związku z tym zwykle ograniczony rozmiar. Większy rozmiar odpada zatem jako rozwiązanie. Morał z tego taki, że w środku najprawdopodobniej zrobiłoby się jeszcze ciaśniej. To nie koniec negatywnych konsekwencji posiadania pojazdów zasilanych bateriami, ale poprzestaniemy na przytoczonych przykładach.

Przejdźmy do drugiego problemu – w jaki sposób można naładować tak ogromne baterie? Poza powolnym ładowaniem (ładowarka samochodowa o średniej mocy 22 kW ładowałaby kilka dni wyżej wymieniony 8-tonowy akumulator, najwyższej klasy ładowarki wojskowe osiągają moc 350 kW), istnieje oczywiście kwestia wytworzenia wystarczającej mocy do ładowania czegokolwiek (oczywiście poza zasilaniem samej bazy wojskowej).

Infrastruktura elektryczna jest notorycznie narażona, a w takich miejscach jak Afganistan wręcz jej brak, w związku z czym cała wymagana moc musiałaby być wytwarzana przez wojsko. Jedynym realnym rozwiązaniem byłoby wykorzystanie generatorów dieslowych. To z kolei oznacza, że często przywoływana zaleta pojazdów elektrycznych w wojsku – brak potrzeby przewożenia paliwa – jest po większości iluzoryczna. Nie oznacza to, że koszty paliwa nie stanowią problemu. W Afganistanie około 50 procent całej wojskowej zdolności transportowej stanowiły transporty paliwowe, a biorąc pod uwagę zagrożenia atakami i wymaganą ochronę transportu, koszt jednego litra wojskowego paliwa JP-8 wzrósł do 85 USD.

Więc czy naprawdę można by zaoszczędzić trochę paliwa?

Oszczędność paliwa w Bradleyu wynosi około 1,7 mil na galon, co przekłada się na 140 litrów paliwa na 100 km. Na dystansie 400 km pojazd zużywałby średnio około 560 litrów paliwa. Armia USA korzysta obecnie z szerokiej gamy generatorów dieslowych, w tym generatora 200 kW produkcji GMG. Załóżmy, że wyżej wymieniony hipotetyczny BWP, wymagający 2400 kWh do przemierzenia tej samej odległości, byłby ładowany ładowarką o mocy 200 kW, co przekłada się na 12 godzin ładowania (pomijając wszystkie straty systemowe).

Zużycie generatora przy pełnym obciążeniu 200 kW wynosi około 50 litrów paliwa na godzinę. Ładowanie pojazdu w takiej konfiguracji wymagałoby zatem 600 litrów paliwa, czyli więcej niż zużyłby sam Bradley. W rzeczywistości, gdyby powstała infrastruktura z dużymi generatorami, byłoby to mniej, ale koszty paliwa nadal stanowiłyby problem.

Są też inne okoliczności. Do kanistra można wlać trochę paliwa, ale energii elektrycznej nie da się łatwo transportować. Przy tych poziomach mocy, konserwacja i naprawa takich systemów nie może się odbyć w terenie – są potrzebni specjaliści i odpowiedni sprzęt.

Baterie wymagają też pewnych metali, takich jak lit i kobalt, które są nie tylko ograniczone, ale również trudne do wyprodukowania. Szczególnie problematyczny jest kobalt, wydobywany głównie w dość burzliwym obszarze świata (Demokratyczna Republika Konga), co nie do końca odpowiada strategicznym potrzebom zachodnich wojsk.

Co więcej, koszty rozwoju i nabywania takiej technologii byłyby również bardzo wysokie i nawet jeśli zaawansowane armie na całym świecie są przyzwyczajone do tego, że podatnicy płacą prawie każdy rachunek, politykom ciężko by było sprzedać taki program wyborcom.

A mimo wszystko chyba się to już się dzieje. Amerykański Departament Obrony obiecał uzyskiwać 25 procent zużywanej rocznie energii z odnawialnych źródeł. Brzmi to bardzo obiecująco, biorąc pod uwagę fakt, że rachunek za energię kosztuje około 20 miliardów dolarów rocznie, a samo zużycie energii elektrycznej równa się zużyciu połowy mniejszego kraju europejskiego.

Co się tyczy strony operacyjnej, wojsko amerykańskie już teraz mówi o swojej elektrycznej przyszłości, a niektórzy jego przedstawiciele przewidują, że do lat 30. niektóre brygady bojowe dzięki przyjęciu na uzbrojenie nowej generacji pojazdów bojowych, w tym NGCV, będą już w pełni elektryczne. Zmiana ta jest w dużej mierze uzasadniona potrzebą zmniejszenia zużycia paliwa przez wojsko w obliczu tego, że tylko jedna brygada bojowa (licząca około 4 tys. żołnierzy) zużywa aż 7500 litrów paliwa w ciągu dnia operacyjnego. Podczas gdy rozmieszczenie takich pojazdów na dużą skalę w najbliższej przyszłości jest mało prawdopodobne, wydaje się, że przyszłość armii amerykańskiej może być rzeczywiście elektryczna. Nie wiadomo, czy inne kraje pójdą w jej ślady.

W Armored Warfare macie już okazję prowadzić pojazd elektryczny Eksperymentalna, hipotetyczna wersja tureckiego czołgu podstawowego Altay stanowiła główną nagrodę w ostatniej kampanii Battle Path. Odznaczała się zaś m.in. unikalnym dźwiękiem napędu elektrycznego. Ci z was, którzy nie mieli okazji wypróbować tej maszyny, niech się nie martwią.

W bliskiej przyszłości do Armored Warfare wjedzie kolejny elektryczny, a właściwie hybrydowy pojazd. Czekajcie na wieści, które pojawią się już wkrótce, a tymczasem, jak zawsze:

Do zobaczenia na polu bitwy!