Автоматические ударные роботы: наброски проекта
Оказалось не так-то просто подобрать фотографию к своей экстравагантной идее. Но, в общем, то, что я замыслил, больше всего похоже на РСЗО Т-85, разработанную в Таиланде, только корпус из бетона, вместо гусениц — шнеки, а вместо пусковой установки — манипулятор с кассетой, снаряженной реактивными снарядами
В скучную пору коронавирусной эпидемии о чем еще можно поразмышлять, как не о будущих войнах и вооружения, для них предназначенного? Никакие болезни не остановят этого древнейшего занятия человечества, а раз так, то и новые идеи в сфере вооружений тоже пригодятся.
Автоматические ударные роботы — это мой концепт, который складывался по кусочкам в течение нескольких лет. Он резко отличается от того, что обычно предлагается в военной робототехнике, и отличается вот чем. Напомню свою мысль, уже не раз высказанную, что оружие одним концом связано с тактикой боя, а другим концом связано с промышленностью. Эта мысль годится и для анализа, например, в статье про БМП-1, когда нужно было выявить тактику, под которую эта машина создавалась. Она же годится и для создания концептов новой боевой техники.
Чаще всего техника и вооружение проектируются с тактического конца. Это хорошо всем известное стремление получить технику с более высокими тактико-техническими характеристиками. Военные выдвигают требования по ТТХ, а конструкторы и промышленность должны исхитриться это изготовить. Это одна из наиболее веских причин торможения развития боевой техники, когда пожелания военных выходят за рамки реализуемого в металле или же когда требования противоречивы и не хватает изобретательности их совместить в разработке.
Но можно ведь технику создавать и с промышленного конца. Делается образец, который промышленность может производить легко и просто, поточно, с приемлемыми характеристиками, не обязательно выдающимися. Типичным представителем такого рода изделий является пистолет-пулемет STEN, в котором основным требованием была простота конструкции и производства. Не самый лучший был это пистолет-пулемет, но произвели его порядочно.
Вот и автоматические ударные роботы можно конструировать таким же способом, от простоты производства. Простота производства позволяет выпускать такие машины поточно и наводнить ими ТВД. Цель — массовость. Массовость автоматических и автономных роботов диктует довольно простую тактику. Это или просто навалиться всей массой и уничтожить противника за счет резкого превосходства в численности, или же просто бить его без остановки, пока противник не будет уничтожен или не побежит. В оперативно-тактическом смысле это реализация лозунга: «Воевать не людьми, а железом», а в стратегическом смысле это прямой размен промышленного потенциала на мобилизационный потенциал противника. К автоматическим ударным роботам нужна полностью или высоко автоматизированная промышленность, и тогда можно воевать и повалить противника с несопоставимо большим мобилизационным потенциалом, например, такую страну, как Китай.
Я не стану подробно излагать всю цепочку размышлений, приведшую к этому концепту, а сразу изложу ее суть. Автоматический ударный робот представляет собой полностью автономную безэкипажную машину, способную самостоятельно двигаться, находить цели и обстреливать их, пополнять боезапас и дозаправляться. То есть, помимо чисто боевых задач, робот должен уметь выполнять ряд транспортных и снабженческих функций, которые тоже являются частью боевых действий.
Снаряд
Главное в любой боевой машине — это то, чем она поражает противника, то есть снаряд. Снаряд должен быть одновременно максимально прост по конструкции и эффективен. Таким критериям отвечает только один тип боеприпасов — реактивный снаряд. После некоторых раздумий и сравнений я принял в качестве боеприпаса 107-мм реактивный снаряд «Тип 75». Китайский образец, очевидно, произошел от немецких реактивных снарядов времен войны, только китайские конструкторы уменьшили его в размерах и калибре, сделав более компактным и удобным. Для него не требуется пусковой установки и тем более сложного в изготовлении орудийного ствола.
Прототип снаряда — 107-мм реактивный снаряд «Тип 63». Проще придумать вряд ли возможно
Теперь улучшения этого боеприпаса. Металл для боевой части и камеры сгорания — к черту. И то, и другое должно быть из бетона или силикальцита. Бетонные трубы соответствующего диаметра около 100 мм и длиной до 4 метров изготовляются на автоматизированных линиях, к примеру, СМА-256. По аналогичной схеме можно создать автоматическую машину для формовки конических головных частей. Из бетона можно сделать и шайбу-сопло, и соединение головной части с камерой сгорания, так что во всем снаряде может быть только одна металлическая деталь — гнездо для взрывателя, размером чуть больше гайки.
Поиски наиболее технологичного ракетного топлива и взрывчатки привели меня к интересному варианту — аммонийдинитрамиду. Он может использоваться и как взрывчатка, ненамного уступающая тротилу, и как компонент ракетного топлива. Есть интересный шведский патент 2005 года, в котором даны рецептуры жидких одноосновных ракетных топлив. Например: 61% аммонийдинитрамида, 11,3% этанола и 27,7% воды или 62% аммонийдинитрамида, 12,5% этиленгликоля и 25,4% воды. Думается, что добавкой полиэтиленгликоля можно сделать это жидкое ракетное топливо твердым или гелеобразным, что позволит применять его в реактивных снарядах.
Аммонийдинитрамид плавится при 92 градусах С, что позволяет заливать его в боевую часть как тротил. К тому же процесс производства позволяет получать это вещество в смеси с аммиачной селитрой, то есть готовое смесевое взрывчатое вещество.
Использовать одно и то же вещество в качестве взрывчатки и окислителя топлива — это большое технологическое преимущество, упрощающее весь цикл производства боеприпаса.
Бетонный шнекоход
Для снаряда нужна машина, которая будет их перевозить и будет ими стрелять. Что это такое? Во-первых, это шнекоход, как наиболее проходимый и пригодный для всякого бездорожья вид техники. Шнекоход также позволяет максимально упростить конструкцию шасси: четыре подшипника и трансмиссия с передачей на два шнека. Проще вряд ли можно придумать.
Во-вторых, корпус машины — бетонный или силикальцитный, армированный арматурой. Одна часть его представляет собой своего рода «мыльницу», в которую ставятся закладные детали для установки шнеков, трансмиссии, опоры для двигателя и другого оборудования, а также соединительные элементы. Это, по сути дела, лодка, создающая плавучесть машины. Верхняя часть корпуса — это блочные защитно-ограждающие конструкции, тоже из армированного бетона или силикальцита, соединяемые закладными деталями с нижней частью корпуса и «замоноличиваемые» с ним. Технология взята из блочного домостроения. Они защищают машину от огня противника. В целом защита не является абсолютным приоритетом; разбитую машину можно разобрать и использовать годные части для ремонта или постройки новой.
В-третьих, компоновка. Двигатель, трансмиссия и генератор тока — в нижней части кормы, топливный бак в корпусе между шнеками (он не обязательно должен быть стальным, это может быть просто выемка в нижней части корпуса, закрытая сверху плитой и герметизированная полимером), компьютер в передней части корпуса, защищенный стальным корпусом и защитно-ограждающими конструкциями, наиболее толстыми в лобовой части и передней части корпуса. Здесь же аккумулятор. Отсек для снарядов — по центру в верхней части корпуса, в котором снаряды уложены плотным штабелем.
Двигатель — роторный, в котором роль поршней играет вращающийся внутри цилиндра особой формы трехгранный ротор. Хорошая идея немецких конструкторов Вальтера Фройде и Феликса Ванкеля. Это самый компактный и мощный двигатель внутреннего сгорания. Современные модели при объеме 1,3 литра дают 250 «лошадей», что вполне достаточно для ударного робота.
Роторный двигатель — чудо немецкой техники
Двигатель очень приемистый, за счет того, что выдает мощность в течение трех четвертей оборота вала. В нем гораздо меньше деталей, чем в поршневом двигателе, а задачу обработки сложного цилиндра можно решить автоматизированным обрабатывающим комплексом или литьем под давлением, если цилиндр делать из силумина.
Такой двигатель может работать на бензине или на этиловом спирте, что более предпочтительно. Одно и то же вещество в качестве моторного топлива и компонента ракетного топлива — важное технологическое преимущество.
Как это стреляет?
Весьма просто. Снаряды упаковываются в кассеты, сваренные из стальных полос, по четыре снаряда в кассете. Вес снаряженной кассеты около 100 кг. Снаряды выпускаются из этой кассеты, которая является одновременно направляющими для них.
Кассеты поднимаются из боеукладки специальным манипулятором, по конструкции аналогичным промышленным манипуляторам.
Промышленный манипулятор за работой. Их не делают для условий боя, но манипуляторы не так трудно адаптировать к этому. Он может быть полностью электрическим, а также может быть защищен броневым кожухом
Этот манипулятор должен поднимать снаряженную кассету, обеспечивать устойчивость при пуске, быть защищенным от воздействия реактивной струи, а также повреждений пулями и осколками. Степень свободы манипулятора должна быть такова, чтобы без затруднений взять из отсека боеприпасов любую кассету, а также, после отстрела снарядов, отвести кассету за пределы габарита машины и сбросить ее на землю. Также манипулятор должен иметь достаточный вылет за пределы габарита машины, чтобы иметь возможность перегрузить кассеты из другой машины или грузовика, а также из штабеля на земле. Наведение по азимуту и углу возвышения осуществляется изменением положения манипулятора, для чего он оснащается поворотными механизмами. Это позволит стрелять снарядами прямой наводкой, по настильной или навесной траектории.
Если огонь противника сбил или повредил манипулятор, машина может выступать в качестве транспортной машины, раздающей кассеты со снарядами другим роботам.
Управление, навигация и прицеливание
Автономный ударный робот управляется автоматически, в автономном режиме. Основа управления — цифровая карта театра военных действий, заранее составленная и загруженная в память машины. Карта составляется по данным дистанционного зондирования Земли, на ней обозначены районы, доступные для движения машин, а также основные характеризующие доступные районы данные: дороги и полосы для движения, их протяженность, направление и ширина, уклоны дорог и местности, основные препятствия и т.п. данные. При построении маршрута робот в первую очередь использует данные электронной карты.
Типичный пример электронной карты — трехмерная модель рельефа. Роботу не нужно тратить вычислительные мощности на построение визуализации, он прекрасно обойдется базой цифровых данных
Робот также оснащается гирокомпасом для определения азимута движения, датчиками угла тангажа и крена, системой позиционирования либо по спутниковому сигналу, либо до триангуляции направления на радиомаяки. Дополнительная система навигации — счисление пути, которая на земле будет довольно точной. Для непосредственного наблюдения обстановки движения — лазерные дальномеры поиска препятствий и измерения габаритов проезда в лобовой и кормовой части машины.
Для прицеливания используется матричный тепловизор с разрешением, позволяющим классифицировать цели по температуре (человек, машина с работающим двигателем, вспышка выстрела), а также датчики инфракрасного излучения для обнаружения целей вблизи. Также можно установить акустическую систему для обнаружения места выстрела. Для прицеливания могут использоваться внешние команды целеуказания, которые передаются по радиоканалу короткими сообщениями, например, тактический номер машины или подразделения, код команды, координаты и тип цели.
Для связи между машинами и распознавания своих используется инфракрасный лазер-дальномер. Свои машины распознаются с помощью отражателей (что нужно для поддержания интервалов движения и боевого порядка), а также сканированием тактического штрих или QR-кода, нанесенного на борта машины.
Ограничусь лишь кратким описанием основной ударной машины, без особенного углубления в технические детали. Но это не весь концепт, конечно. Он включает в себя еще ряд идей, связанных с автоматическим производством машин, боеприпасов, топлива, автоматического транспорта от автоматических заводов к ТВД, а также авиационной разведки и прикрытия, также автоматических.
Боевых роботов должно быть очень много. Как правило, они должны действовать лавой, сметая противника огнем. Потери не имеют значения; сколько бы противник ни выбил или ни повредил роботов, им на смену придут другие и повторят атаку, вплоть до того момента, когда от противника ничего не останется.
Неатомные подводные лодки с анаэробными энергетическими установками
ДЭПЛ типа «Сорю»
В этой статье речь пойдет о субмаринах с анаэробными или воздухонезависимыми энергетическими установками (ВНЭУ). ВНЭУ – это весьма широкий класс различных двигателей, конструкторских решений, видов топлива. Отличает его от двигательных установок ПЛ 3-го поколения возможность гораздо дольше находиться в подводном положении, что значительно увеличивает скрытность такой подлодки и затрудняет ее обнаружение противолодочной авиацией. Подлодки предыдущего поколения, например, ДЭПЛ проекта 636 «Варшавянка» должны раз в 3-4 дня подниматься к поверхности, включать дизельные двигатели и подзаряжать аккумуляторные батареи. Современные подлодки с ВНЭУ могут находиться под водой неделями.
Рассмотрим основные конструкторские решения, которые применяются при строительстве таких субмарин
Двигатель Стирлинга
Двигатель Стирлинга – тепловая машина, в которой рабочее тело в виде газа или жидкости движется в замкнутом объеме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела, с извлечением энергии из возникающего при этом изменения давления. Обычно в роли рабочего тела выступает воздух, но также используются водород и гелий.
Недостатки.
1. Громоздкость и материалоемкость: у двигателя Стирлинга рабочее тело требуется охлаждать, и это приводит к существенному увеличению массогабаритных показателей силовой установки за счёт увеличенных радиаторов.
2. Для получения характеристик, сравнимых с характеристиками ДВС, приходится применять высокие давления (свыше 100 атм) и особые виды рабочего тела – водород, гелий.
3. Тепло подводится не к рабочему телу непосредственно, а только через стенки теплообменников. Стенки имеют ограниченную теплопроводность, из-за чего КПД оказывается ниже, чем можно было ожидать. Горячий теплообменник работает в очень напряжённых условиях теплопередачи и при очень высоких давлениях, что требует применения высококачественных и дорогостоящих материалов. Создание теплообменника, который удовлетворял бы противоречивым требованиям, — весьма нетривиальная задача. Чем больше площадь теплообмена, тем больше потери тепла. При этом растёт размер теплообменника и объём рабочего тела, не участвующий в работе. Поскольку источник тепла расположен снаружи, двигатель медленно откликается на изменение теплового потока, подводимого к цилиндру, и не сразу может выдать нужную мощность при запуске.
4. Для быстрого изменения мощности двигателя используются способы, отличные от применяемых в ДВС: буферная ёмкость изменяемого объёма, изменение среднего давления рабочего тела в камерах, изменение фазного угла между рабочим поршнем и вытеснителем. В последнем случае отклик двигателя на управляющее действие водителя является почти мгновенным.
Достоинства.
1. Простота конструкции — конструкция двигателя очень проста, он не требует дополнительных систем, таких как газораспределительный механизм. Он запускается самостоятельно и не нуждается в стартере. Его характеристики позволяют избавиться от коробки передач.
2. Увеличенный ресурс — простота конструкции, отсутствие многих «нежных» узлов позволяет «стирлингу» обеспечить небывалый для других двигателей запас работоспособности в десятки и сотни тысяч часов непрерывной работы.
3. Экономичность — для утилизации некоторых видов тепловой энергии, особенно при небольшой разнице температур, «стирлинги» часто оказываются самыми эффективными видами двигателей.
4. Низкий уровень шума – «стирлинг» не имеет выхлопа из цилиндров, а это значит, что уровень его шума гораздо меньше, чем у поршневых двигателей внутреннего сгорания.
ДЭПЛ типа «Готланд»
В подлодках с двигателями Стирлинга используется стандартное дизельное топливо и жидкий кислород в качестве окислителя. Пионерами в создании ВНЭУ со «стирлингами» стали шведы. Их подводные лодки типа «Готланд» стали первыми серийными субмаринами с подобными двигателями. Надо сказать, что «стирлинги» уступают современным дизелям по мощности, поэтому их используют как дополнение к классической дизель-электрической силовой установке. Тем не менее, это «дополнение» позволяет ПЛ типа «Готланд» находиться под водой до 20 суток. Скорость на «стирлинге» – 5 узлов. Кроме шведских субмарин двигатели Стирлинга применяются на японских ПЛ типа «Сорю».
Электрохимические генераторы
Еще один тип ВНЭУ – это ЭХГ. Электрохимический генератор создан на базе топливных элементов. По сути, это аккумуляторная батарея с постоянной подзарядкой. Принцип работы энергетической установки с электрохимическим генератором тот же, что и 150 лет назад, когда англичанин Уильям Роберт Гров случайно обнаружил при электролизе, что две платиновые полоски, обдуваемые – одна кислородом, а другая – водородом, помещенные в водный раствор серной кислоты, дают ток. В результате реакции, кроме электрического тока, образовывались тепло и вода. При этом энергетическое превращение происходит бесшумно, а единственным побочным продуктом реакции является дистиллированная вода, которой достаточно легко найти применение на подводной лодке.
По критериям эффективности и безопасности водород решили держать в связанном состоянии в форме металлогидрида (специальный сплав металла в соединении с водородом), а кислород – в сжиженном виде в специальных емкостях между легким и прочным корпусами подлодки. Между водородным и кислородным катодами находятся полимерные электролитные мембраны протонного обмена, выполняющие функцию электролита.
ДЭПЛ тип 212
ВНЭУ с ЭХГ нашли применение на немецких субмаринах типа 212. Несмотря на очевидные преимущества разработанной установки на топливных элементах, она не обеспечивает требуемые оперативно-тактические характеристики подводной лодки океанского класса, прежде всего в части, касающейся выполнения скоростных маневров при преследовании цели или уклонении от атаки противника. Поэтому подводные лодки оснащаются комбинированной двигательной установкой, в которой для движения на высоких скоростях под водой используются аккумуляторные батареи или топливные элементы, а для плавания в надводном положении – традиционный дизель-генератор, применяемый также для подзарядки аккумуляторных батарей. Электрохимический генератор, состоящий из девяти модулей топливных элементов, имеет суммарную мощность 400 л. с. и обеспечивает движение лодки в подводном положении со скоростью 3 узла в течение 20 суток с показателями шумности ниже уровня естественных шумов моря.
Совсем недавно успехов в создании ВНЭУ достигли испанцы на ПЛ типа S-80. Они также использовали ЭХГ в качестве анаэробной вспомогательной установки, однако пошли по пути получения водорода из этанола в результате его разложения. Кислород хранится в жидком виде в специальном резервуаре. Длительность пребывания субмарины под водой достигает 15 суток.
Парогенераторная анаэробная энергетическая установка
ДЭПЛ типа «Скорпена»
Французские инженеры создали парогенераторную анаэробную установку MESMA (Module d’Energie Sous-Marine Autonome) — автономный энергетический модуль для субмарин. В работе MESMA используется принцип цикла Ранкина, который состоит из процессов нагревания жидкости, ее испарения и перегрева пара, адиабатного расширения пара и его конденсации. Установка создана на основе паровой турбины, работающей по замкнутому циклу. В качестве горючего используется этанол, окислитель — жидкий кислород. Этанол поступает в камеру сгорания, в которую также поступает кислород уже в газообразном состоянии. Температура горения смеси спирта и кислорода может достигать более 700° С. Продукты сгорания этанола — вода и углекислый газ, высокое давление выделяемого углекислого газа (до 60 атмосфер) позволяет легко его удалять за борт без применения компрессора на глубинах до 600 м.
Срок службы камеры сгорания определен в 30 лет. Таким образом, она используется в течение всего срока эксплуатации подводной лодки.
Теплообменник камеры сгорания разогревает парогенератор, изготовленный из никелевых сплавов. Разогретый пар приводит в действие малошумный высокооборотный турбогенератор переменного тока.
Отработанный пар поступает в никель-алюминий-бронзовый конденсатор, который также является охладителем второго контура. Конденсатор охлаждается проточной забортной водой. Полученный конденсат возвращается в парогенератор. Общее количество воды в системе «парогенератор-конденсатор» — около 500 л. Скорость вращения паровой турбины до 10 тыс. об/мин. Номинальная выходная мощность генератора не менее 200 кВт.
Мощность установки MESMA позволяет развивать субмаринам проекта «Скорпена» подводный ход в 4 узла, при длительности плавания около 250 часов. Для достижения более высоких скоростей используются традиционные аккумуляторные батареи.
Литийионные аккумуляторы
Пятого марта 2020 года японцы спустили на воду 11-ю подлодку проекта «Сорю», однако эта субмарина имеет существенное отличие от других ПЛ этого типа – на ней установлены литийионные аккумуляторные батареи.
За счет использования литийионных аккумуляторов японцы смогли отказаться от использования на новой субмарине как двигателей Стирлинга, так и традиционных свинцово-кислотных батарей.
Литийионные батареи обеспечивают такой ПЛ длительность подводного хода сопоставимую с другими ВНЭУ, а большая емкость новых батарей позволяет субмарине достигать подводной скорости в 20 узлов.
ВНЭУ в российском ВМФ
Макет субмарины проекта 750Б
Конечно же, главный для нас вопрос – это положение с анаэробными двигателями для ПЛ в России. Как обстоят наши дела? К сожалению, наши разработчики пока не достигли успеха в создании ВНЭУ. Первой отечественной ДЭПЛ с ВНЭУ должна была стать субмарина проекта 677 «Лада», но дело не заладилось. Тем не менее, работы по созданию ВНЭУ продолжаются и в 2019 году открыта новая ОКР по данной теме.
В создании ВНЭУ принимают участие ЦКБ «Рубин» – разрабатывающее анаэробную установку на основе ЭХГ и КБ «Малахит», работающее над созданием анаэробного газотурбинного двигателя замкнутого цикла.
Разработка «Малахита» – это единый газотурбинный двигатель, который можно использовать как в надводном, так и в подводном положении. В надводном положении для движения используется атмосферный воздух. Под водой происходит подача окислителя из сосуда Дьюара, где содержится жидкий кислород. Выделяемая турбиной газовая смесь очищается и замораживается, ничего не выделяя наружу. Таким образом, скорость подводного хода без использования аккумулятора (только от ВНЭУ) превышает 10 узлов. «Малахит» разрабатывает не только двигатель, но и ПЛ. Проект имеет шифр П-750Б. Проектируемая подлодка имеет 1450 тонн надводного водоизмещения, экипаж в 18-20 человек, глубину погружения до 300 м, максимальную скорость хода в 18 узлов. Подлодка может иметь на вооружении торпеды, мины и даже крылатые ракеты «Калибр».
Заключение
Осталось ответить на вопрос: почему российский ВМФ нуждается в подлодках с ВНЭУ? По существу, современные ВНЭУ имеют ряд недостатков: малая мощность, что заставляет использовать их вместе с традиционной дизель-электрической энергетической установкой, как следствие – малая скорость подводного хода на ВНЭУ (не относится к ДЭПЛ с литий – ионными аккумуляторами), высокая стоимость, необходимость сооружения на ВМБ специальной инфраструктуры.
И всё же достоинства превосходят недостатки. Главное из них – высокая скрытность и затруднение обнаружения такой ПЛ противолодочной авиацией. Для нас это очень актуально, ведь, например, Япония имеет около сотни современных противолодочных самолетов. Другое достоинство – очень малый уровень шума, зачастую меньший, чем фоновый шум моря. И наконец, как бы дорога ни была субмарина с ВНЭУ, она всё равно дешевле атомной. Кроме того, подлодки с ВНЭУ активно применяются во флотах наших потенциальных противников: Германии, Турции, Японии. В случае конфликта нашим подводникам придётся противостоять более совершенным ПЛ. И если не разрабатывать современных двигателей с ВНЭУ, то технологический разрыв, имеющий место сейчас, со временем станет непреодолимой пропастью.
Свежие комментарии