Что же представляют собой современные источники электропитания боевой техники? Какие проблемы возникают в связи с их созданием? Ответы на эти вопросы дают возможность познакомиться еще с одной стороной, участия физики в прогрессе военного дела: ведь теория электричества и ее практические приложения составляют обширную и весьма важную часть этой науки.
Основу единичного источника тока — электроагрегата — составляют первичный двигатель и генератор. Электроагрегаты обычно используются как самостоятельные источники тока в различных комплексах боевой техники или же устанавливаются на электростанциях. В качестве первичных двигателей применяют дизельные, карбюраторные и газотурбинные двигатели, снабженные необходимыми системами для их автономной и длительной работы в полевых условиях.
Серьезный отпечаток на конструкцию и качество электроагрегата накладывает его предназначение. Ведь одно дело — снабжать энергией неподвижный объект и другое — подвижный. Зарубежные специалисты относят создание источников тока для подвижной боевой техники к числу весьма сложных проблем. Считается, что они должны быть компактными и относительно легкими, способными надежно и длительно работать в полевых условиях зимой и летом, в пургу и дождь, в условиях, когда воздух насыщен пылью, при движении по грунтовым дорогам. По механической прочности и устойчивости к воздействию ударной волны они не должны уступать объекту, который питают током. В последнее время к подвижным электроагрегатам предъявляется дополнительное требование: способность работать на любом жидком топливе — керосине, бензине, дизельном и реактивном топливе, спирте, мазуте или смеси этих веществ.
Сейчас в зарубежных армиях электропитание подвижных объектов осуществляется либо от автономных передвижных электростанций, имеющих собственные транспортные средства, либо от электроагрегатов, расположенных на самом объекте и составляющих часть его, или, наконец, от установок с отбором мощности от базовых двигателей объекта. Примером обеспечения энергией передвижного объекта может служить электроснабжение американской батареи зенитных управляемых реактивных снарядов «Хоук», состоящей из двух огневых секций по три пусковые установки в каждой. Источником питания здесь служит электростанция, смонтированная на прицепах. Она включает пять электроагрегатов, причем один из них — резервный.
Питание большинства высокоманевренных передвижных объектов боевой техники осуществляется от электроагрегатов с карбюраторными, дизельными или газотурбинными двигателями. Зарубежные специалисты считают, что газовые турбины незаменимы на тех объектах, где время работы исчисляется минутами или часами и где быстрый запуск и готовность приема нагрузки решают все. В связи с этим в американской армии, например, газотурбоэлектрические агрегаты используются для питания пусковых установок оперативно-тактических ракет и зенитных комплексов. Так, на опытном подвижном зенитном комплексе реактивных снарядов «Маулер» использован газотурбоэлектрический агрегат переменного тока мощностью 60 квт.
Применение установок с отбором мощности от базовых двигателей на передвижных объектах боевой техники дает, как отмечалось в печати, выигрыш в весе, размерах и стоимости источника электропитания, поскольку один и тот же двигатель используется и для движения самого объекта, и для вращения генератора. Однако характеристики электроэнергии при этом получаются невысокими, в ряде случаев невозможно вырабатывать ток при движении. Поэтому подобные установки применяются на тех объектах, которые не требуют высокого качества электроэнергии и работают, как правило, на стоянке.
Чтобы обеспечить передвижные объекты одновременно и переменным и постоянным током, применяются отдельные электроагрегаты переменного и постоянного тока или используются, как и в зенитном комплексе «Хоук», электромашинные, а также полупроводниковые преобразователи тока. Переменный ток различной частоты позволяют получать преобразователи частоты.
Примером того, как внешне выглядит современная автономная передвижная электростанция, может служить изображенная на рис. 17 электростанция мощностью 675 квт на автомобильном шасси.
Стационарные военные объекты, в отличие от передвижных, обычно более энергоемки. Им нужны источники электропитания мощностью от нескольких сотен до тысяч киловатт. Например, только для работы радиолокационной станции целеуказания ракетной системы «Найк-Геркулес» требуется источник электроэнергии мощностью 1500 квт. Некоторые американские военные базы потребляют мощности в 6—10 тыс. квт и более.
Для электроснабжения стационарных военных объектов за рубежом иногда в качестве основных источников используются промышленные энергосистемы. На случай войны создается резерв из автономных источников электроэнергии. Так, американская радиолокационная станция целеуказания «Найк-Зевс» питается в мирное время от промышленной энергосистемы. Она имеет и собственную, автономную электростанцию, состоящую из девяти электроагрегатов мощностью по 1500 квт каждый. Часть из них находится в постоянной готовности к пуску и приему нагрузки на случай аварии или выхода из строя внешней сети.
Когда вблизи военного объекта отсутствует промышленная энергосистема, или мощность ее недостаточна, или, наконец, когда нужно обеспечить наивысшую надежность электропитания объекта, тогда используют автономные источники электроэнергии. На подземных стартовых площадках ракет «Атлас» каждая пусковая шахта имеет два дизель-электрических агрегата мощностью по 500 квт. Один агрегат поддерживает ракету в постоянной боевой готовности — мощность его достаточна для ее запуска. Второй находится в состоянии «горячего» резерва, т. е. готовности к запуску и приему нагрузки в течение 1–2 минут.
И еще одну проблему приходится решать военным специалистам-энергетикам. Дело в том, что большинство современных боевых комплексов требует надежного и бесперебойного электропитания. Способ решения этой задачи зависит от того, какой перерыв допустим в электроснабжении объекта. Если он составляет 1–2 минуты, применяют многоагрегатные автоматизированные электростанций. При остановке или аварии основного электроагрегата резервный запускается автоматически. Иногда резервирование делается многократным.
Когда объект допускает лишь весьма кратковременный перерыв в электроснабжении — секунды или даже доли секунды — или вообще не допускает перерыва электропитания, используют специальные электростанции бесперебойного или, как еще говорят, гарантированного питания. Они снабжаются электроагрегатами с накопителями энергии — инерционными маховиками или аккумуляторными батареями, которые и обеспечивают непрерывное электропитание объекта. На передвижных электростанциях бесперебойного питания обычно применяют электроагрегаты, имеющие два первичных двигателя (основной и резервный), электрический генератор, инерционный маховик и две управляемые муфты, поочередно подключающие двигатели к генератору.
Существуют и другие схемы электростанций бесперебойного питания. Есть стационарные электростанции, где применяются электроагрегаты с обратимыми электрическими машинами и инерционным маховиком (рис. 18). Здесь, когда потребители электроэнергии могут питаться от внешней сети, электрическая машина 1 работает в режиме электродвигателя и вращает маховик 2. При этом электромагнитная муфта 3 разомкнута. Если же напряжение в сети исчезает, автоматически запускается дизель 4, и электрическая машина начинает работать в режиме генератора — давать ток. Инерционный маховик в этом случае выполняет роль накопителя кинетической энергии, которая используется для поддержания скорости вращения генератора в период пуска дизеля.
На электростанциях бесперебойного питания с электродвигателями постоянного тока вместо инерционных маховиков применяют аккумуляторные батареи. В случае необходимости они питают электродвигатель, вращающий электрический генератор. Вообще говоря, электростанции бесперебойного питания — это довольно сложные автоматизированные устройства, способные длительно работать без обслуживающего персонала.