«Единый день экспертизы по анти-БПЛА»

Через тернии к водороду: создание новых армейских источников энергии зависит от российского госфинансирования и санкций США

Тема: ВПК, Прогресс, Статьи

В разработке технологий с использованием водородных топливных элементов Россия зависит от США. Такие выводы делают специалисты, анализируя процессы развития альтернативной энергетики в стране. При этом, пока гражданские разработки пробуксовывают из-за отсутствия системного госфинансирования опытно-конструкторских работ, Минобороны РФ аккуратно внедряет современные источники энергии в качестве элементов экипировки бойцов и в беспилотной технике.

Водородная энергетика прямо сейчас - альтернатива не только привычному ДВС, но и электродвигателю. Среди главных недостатков бензинового двигателя с гражданской точки зрения - токсичный выхлоп и постоянная потребность в непрерывно дорожающем топливе. Популяризацию электротранспорта тормозит относительно небольшой запас их хода, высокая стоимость аккумуляторных батарей и отсутствие развитой инфраструктуры по ремонту и обслуживанию.

Электрогенератор "Энерджин"

Экологичность, бесшумность и простая конструкция водородного двигателя делают его перспективным, как для гражданских, так и для военных целей. Различают два варианта водородных установок: агрегаты, функционирующие на основе топливных элементов, и водородные двигатели внутреннего сгорания.

Батарея на основе твердотопливных топливных элементов БТЭ-50К-Э

Двигатель внутреннего сгорания на водороде по своей конструкции не сильно отличается от обычного ДВС. Только в цилиндрах сгорает не бензин, а смесь воздуха и водорода. Однако специальных водородных заправок даже в передовых технологических странах пока мало. Поэтому разработан бивалентный двигатель, который может работать как на водородном топливе, так и на бензине. КПД у него, правда, ниже, чем у полностью водородного ДВС.

Сжиженный водород применяют в экспериментальных моделях самолетов. Криогенные системы намного сложней и дороже классических, для сжижения водорода требуется дорогое оборудование и значительные энергозатраты.

Источник энергии в кармане


Среди водородных технологий, наибольшее распространение в Вооруженных силах РФ получили носимые источники энергии. На форуме "Армия-2016" компания "ИнЭнерджи" презентовала портативный водородный электрогенератор "Энерджин". Он представляет собой автономный источник энергии, предназначенный для питания широкого спектра портативных устройств с потребляемой мощностью до 30 Вт.

Электрогенератор "Энерджин"

Изделие позволяет одновременно заряжать восемь аккумуляторов типа АА. Для стандартного военного комплекта предусмотрено два баллона, что соответствует энергоемкости 40 000 mAh при напряжении 5 В.

Комментировать объем взаимодействия с Минобороны по поставкам "Энерджин" в компании отказались.

Mil.Press Военное выяснило, что несколько лет назад в армии также тестировали носимый источник энергии, созданный разработчиками из BMPower. Это направление в компании продолжают развивать. Директор по технической поддержке и развитию технологий BMPower Сергей Шубенков рассказал, что совсем недавно компания презентовала военным устройство питания для РЛС и другой радиоэлектронной аппаратуры.

Источник энергии от BMPower

"Изделие от 1 до 4 кВт подойдет для любой мобильной техники. Военные проявили интерес. Они высказали идеи использования устройства в качестве замены дизель-генераторов", – пояснил Шубенков.

По словам разработчиков, их носимый источник энергии легкий, незаметный и работает в любых климатических условиях. Армейские чины, которым презентовали новинку, отказались от комментариев о результатах общения с BMPower. "Я не уполномочен об этом говорить. Безусловно, это очень перспективные технологии", – ответил Mil.Press Военное один из офицеров.
из архива компании BMPower

Внедрению водородных технологий мешает бюрократия, сообщил Сергей Шубенков. Можно сертифицировать продукт, вложить в него время и деньги, но остаться ни с чем. "Оборудование должно быть сертифицировано под военную приемку. Это деньги, это инвестиции со стороны компании, которая рискует многим, но не имеет гарантий", – подчеркнул Шубенков.

В данный момент BMPower заканчивает работу над компактным источником энергии, который боец будет носить с собой. Предполагается, что вес устройства составит 3-5 кг. В будущем разработчики обещают взяться за подводную робототехнику на водородных топливных элементах.

С водородным топливом в толще воды


Достоверных сведений о том, что подводная робототехника с водородными силовыми установками уже используется российскими военными, нет. О том, что такие технологии находятся в разработке, рассказали корреспонденту издания представители Фонда перспективных исследований (ФПИ). Задача фонда - содействовать научным исследованиям в интересах обороны.

Оператор управляет подводным аппаратом

В июне 2018 года в интервью "Интерфаксу" заместитель генерального директора ФПИ Игорь Денисов обмолвился о планах создать аппарат, который без всплытия и использования ядерной энергетики пройдет Северным морским путем, в том числе и подо льдами. Для того, чтобы аппарат смог выполнить такую задачу, его автономность должна составлять не менее 90 суток.

Замглавы ФПИ, не раскрывая деталей, обозначил высокую вероятность использования в новом аппарате водородного двигателя. Завершить первый этап создания самого аппарата планируется в 2019 году.

Практически все водородные разработки для подводной робототехники имеют гриф "секретно". Ими обычно занимаются профильные морские конструкторские бюро. Об этом Mil.Press Военное рассказал источник из отдела направления водородной энергетики одного из научных центров.

"У нас есть образцы водородных батарей для энергоустановок киловаттного и мегаваттного классов. Ждем заказов от проектантов подводных средств для внедрения этих разработок", – сказал он в беседе с корреспондентом Mil.Press. Среди изделий научного центра – топливный конвертер, который позволяет не возить на борту чистый водород, а вырабатывать его прямо в процессе эксплуатации.

Миниатюрный подводный автономный аппарат SwarmDiver, США

Источник утверждает, что использование водорода оправдано с точки зрения экологичности и высокой степени эффективности топлива. Сама установка не выделяет никаких вредных веществ. Препятствием для активного внедрения остается незаконченность технологий для промышленного производства и высокая стоимость. Эти два параметра собеседник Mil.Press Военное назвал взаимосвязанными.

По его словам, интерес военных к таким разработкам стабилен, но до заказов дело доходит далеко не всегда. В условиях жесткой экономии средств сложно довести опытно-конструкторские разработки до стадии коммерчески перспективного предложения. "Главная проблема - это очень небольшие и нерегулярные поступления средств. Здесь необходимо "сквозное" финансирование от разработки до внедрения", – резюмировал источник.

От опытных разработок до неба Сирии


Одной из трех стран, уже испытавших самолет на водородном топливе, стала КНР. Крылатая машина выполнена на базе двухместного электрического китайского планера RX1E. Силовая установка самолета способна выдавать мощность в 20 кВт. Этого достаточно для питания бортовых систем, электромотора и подзарядки аккумуляторов.

Самолет RX1E-A

Даже в этом случае о массовом производстве или поставках разработки для нужд китайской армии говорить рано. Специалистам еще предстоит поломать голову над тем, как сделать опытный образец более надёжным. Критики водородного самолета высказывали мнение, что при попадании осколка в фюзеляж водород может легко сдетонировать.

Президент Академии геополитических проблем Константин Сивков считает, что оптимальное решение в применении водородного топлива на военных самолетах еще не найдено. "Водородное топливо - не подарок. Его нужно держать в сжиженном виде или иметь специальные холодильные установки", – сказал собеседник Mil.Press Военное.

Другое мнение у заведующего лабораторией Института проблем химической физики РАН Юрия Добровольского. Он считает, что использование водородных двигателей в военной авиации не за горами. "Он (двигатель - ред.) бесшумный, не нагревается. Самолет сложнее обнаружить. При этом продолжительность полета такая же, как и на бензиновом двигателе", - рассказал Добровольский корреспонденту Mil.Press Военное.

Среди самых амбициозных авиационных проектов – участие России в создании сверхзвукового самолета на водородном топливе. Проект международный – помимо ЦИАМ, ЦАГИ, ЛИИ им. М.М. Громова и МФТИ над созданием высокоскоростного гражданского самолета HEXAFLY-INT работают представители Европейского космического агентства, Германского центра авиации и космонавтики, а также университета Сиднея. Целью проекта заявлено создание летательного аппарата на водородном топливе, способного достигать скорости порядка 7000–8000 км/ч, что позволит преодолеть расстояние от Москвы до Сиднея за три часа.

Проект самолета на криогенном топливе

Также ЦИАМ в 2019 году проведет летные испытания легкого двухместного водородного самолета на базе серийного российского летательного аппарата "Сигма-4". Водород для топливного элемента будет храниться под высоким давлением в композитном баллоне.

Сигма-4

Самолет оборудован электродвигателем максимальной мощностью 80 киловатт с жидкостной системой охлаждения. Он будет приводить тянущий воздушный винт. Питается электродвигатель от двух источников: литиевых аккумуляторных батарей и твердополимерного водородного топливного элемента. Оперативно прокомментировать Mil.Press Военное разработку представители института не смогли.

Достаточно активно водородные топливные элементы применяются при создании БПЛА для армий разных стран. В 2017 году американская компания Insitu провела испытания доработанной версии легкого разведывательного беспилотного летательного аппарата ScanEagle. Предыдущие версии ScanEagle из-за использования поршневого двигателя сильно шумели - противник замечал БПЛА с большого расстояния, что ограничивало его возможности.

БПЛА Scan Eagle

Доработанный беспилотник ScanEagle получил водородный топливный элемент, разработанный американской компанией Ballard Power Systems. Создатели сообщили, что во время испытаний зафиксировано существенное снижение уровня шума аппарата по сравнению с базовой версией ScanEagle.

По информации представителей компании Insitu, беспилотник может выполнять полеты на скорости до 148 км/час и находиться в воздухе круглые сутки. ScanEagle оснащен камерой высокого разрешения и тепловизором.

На международной конференции по робототехнике "РобоСектор-2017" специалисты из BMPower сравнили технические показатели своих водородо-воздушных топливных моторов с Li-Po аккумуляторами для беспилотных систем. Результаты следующие:

Таблица 1

Исходя из этих цифр, можно сделать выводы о преимуществах использования водородных топливных элементах в БПЛА. Применение в беспилотных летательных системах при замене Li-Ion аккумулятора тех же габаритов и веса увеличивает время пребывания в воздухе в пять и более раз. Бесшумность работы, отсутствие теплового следа, работа в широких диапазонах температур от -40 до +65 градусов Цельсия - все это представляется весомым преимуществом для использования в боевых условиях.

В 2016 году в Сирии прошли испытания российских беспилотников с водородными двигателями, сообщил источник Mil.Press Военное. По мнению экспертов, такие аппараты менее уязвимы для ракет с тепловыми головками самонаведения. Имея меньшую теплоотдачу, они не так заметны, соответственно вражеским системам сложнее засечь БПЛА.

"Вся сирийская кампания показывает, что российские военные используют инновационные технологии. Они пытаются на практике, в боевых условиях опробовать те решения, которые предлагаются отечественными промышленниками", – отметил эксперт по БПЛА Денис Федутинов. Собеседник издания добавил, что среди этих решений "те, которые не пошли в серию и не стоят на вооружении".

БПЛА "Форпост"

Вместе с тем, разработчики БПЛА на водородных топливных элементах отмечают, что развитию технологии сильно мешает отсутствие инфраструктуры. В частности, заправочных станций, необходимых для беспилотников с водородными топливными элементами. Из-за этого частные компании откладывают испытания подобных БПЛА на неопределенный срок.

Сказываются и проблемы с финансированием. По этой причине на форуме "Армия-2018" не покажут анонсированный самолет на водородном двигателе. Об этом рассказал разработчик проекта Юрий Добровольский.

Самолёт Boeing с силовой установкой на топливных элементах

"Практически все пришлось делать за свой счет, хотя деньги изначально выделялись. Финансирование пока не поступило", – сообщил заведующий лабораторией ИПХФ РАН.

По мнению Добровольского, материальные проблемы связаны с ротациями в российском Правительстве в 2018 году. "Даже те проекты, по которым деньги уже заложены, не двигаются с места", – рассказал он корреспонденту Mil.Press Военное.

Гибридного внедорожника цвета хаки на горизонте не видно


О разработках в области "сухопутной" водородной энергетики для военных публично заявляли в США. Компания Chevrolet по заказу инженерного центра исследований и разработки автобронетанковой техники американской армии создала автомобиль Colorado ZH2. Военные жаловались на то, что используемые в войсках внедорожники слишком шумные – работу двигателей было слышно издалека.

Chevrolet ZH2 Colorado

Создателей новой машины попросили решить эту проблему. Работа заняла менее года. Снаружи экспериментальный прототип ничем примечательным не отличается. Под капотом ZH2 установили электрический силовой агрегат, который питается от водородных топливных ячеек. Почти полная бесшумность хода делает новинку полезной для разведывательных подразделений.

Топливный элемент, способный выдавать мощность до 50 киловатт, по задумке разработчиков, можно использовать для энергоснабжения полевого лагеря, причем для этого даже не потребуются дополнительные стабилизаторы и инверторы. Сообщалось, что пикап передали на годичные испытания военным.

Потягаться с водородным Chevrolet могли бы российские производители. В сентябре 2017 года министерство обороны тестировало перспективную автотехнику в ходе марш-броска из Московской области на юг страны. В числе проходивших испытания автомобилей был УАЗ-236022-154 "ПРОФИ 1500". На базе этой полуторки производители вскоре сделали гибрид, представленный на международной промышленной выставке "Иннопром-2018" в Екатеринбурге.

Гибридный УАЗ на выставке Иннопром-2018

Гибридная установка обеспечивает движение автомобиля в трёх режимах: электрический, бензиновый и смешанный. Разработчики отметили, что благодаря гибридной силовой установке новый автомобиль стал динамичнее, в том числе при полной загрузке. Однако о водородной версии для военных речи пока не идёт.

"На текущий момент гибридный грузовик УАЗ представлен в единственном экземпляре. Автомобиль проходит все необходимые испытания, после которых планируется серийное производство", – рассказали редакции Mil.Press Военное в пресс-службе УАЗ. Информации о том, что данной моделью интересуются в министерстве обороны, на данный момент нет.

Взгляд в будущее


Военный эксперт Виктор Мураховский скептически относится к водородной энергетике из-за строгих требований армейских стандартов в отношении источников питания. "Вы не обойдете ряд требований, все это подвергается жесткой проверке. Я не вижу в среднесрочной перспективе массовое применение таких технологий в Вооруженных силах", – отметил Мураховский.

При этом в России уже долгое время действует технический комитет по водородным технологиям, который входит в Росстандарт. По мнению его председателя, Александра Раевского, в части водородных технологий страна отстала из-за "научного простоя" в 1990-е годы. "Мембрана, которая является ключевой составляющей двигателя на водородных топливных элементах, придумана американцами сорок лет назад. До сих пор подобную мембрану никто из других стран не может сделать. И наши в том числе", – сказал Раевский. Он предположил, что практически все отечественные агрегаты на водородных топливных элементах используют именно американскую мембрану. "Если вдруг за океаном наложат вето на ее использование, многие разработки могут сильно затормозиться", – считает председатель технического комитета.

Составляющие топливного элемента

Директор по технической поддержке и развитию технологий BMPower Сергей Шубенков назвал неизбежным использование водородных топливных элементов в военных целях. "В ведущих армиях мира это вовсю внедряется, причем сроки от разработки до постановки новинки на вооружение сокращаются. Конкуренция вынудит наших военных действовать быстрее, иначе рискуем отстать", – сказал Шубенков корреспонденту Mil.Press Военное.

Со сдержанным оптимизмом смотрит в будущее Юрий Добровольский. "В плане научных разработок по водородным топливным элементам мы не отстаем, а можем даже и перегнать западных конкурентов. Сложно сейчас оценивать рынок, так как он очень маленький", – отметил заведующий лабораторией ИПХФ РАН. Он добавил, что активность ФПИ в содействии перспективным научным исследованиям в интересах обороны недостаточна. "Они неохотно поддерживают новые перспективные решения, скорее дорабатывая то, что уже существует", – сказал собеседник Mil.Press Военное.

По мнению Добровольского, сроки внедрения водородной энергетики в Вооруженные силы целиком зависят от правительственной поддержки. Следовательно, появление в отечественной армии новинок с использованием водородных топливных элементов будет прямо пропорциональным политической воле руководства страны.