坦克:局部突破,想说“全电动”不容易
当前,各国对传统推进动力坦克的研发、改进与挖潜仍在继续。与此同时,作为新概念坦克——全电坦克日益成为研发的重点。
这种新概念坦克和以前的电传动坦克有所不同,它的火力、机动和防护都以电能为基础,即不仅动力上采用电力推进方式,而且武器装备也将高度依赖电能,包括使用电磁装甲、电磁炮、电热炮等进行防护和作战。
如果按以前对电传动坦克的定义,即只从动力上采用电力推进方式来判定,那么,在第一次世界大战期间,就已有“电动坦克”投入战场。它就是法国的“圣沙蒙”重型坦克。
这种重达20多吨的坦克,动力源是一台90马力的四缸汽油机,通过克罗切特-考拉度电传动系统驱动主动轮,带动履带板向前开进。
此后,多国在电传动坦克研制方面作过尝试,包括英国的TOG重型坦克,美国T1E1重型坦克,德国“虎”P重型坦克、“鼠”超重型坦克以及苏联IS-6重型坦克等。只不过,这些尝试几乎都因电传动技术不够成熟归于失败。
德国的费迪南/象式重型坦克歼击车可谓这个时期硕果仅存的“电动坦克”。它曾参加库尔斯克战役,击毁过对手的不少坦克。但是,超过60吨的体重,加上传动系统方面的问题,使它在与重型坦克一起冲锋时“情况”不断。
在此之后,相关探索并未停止。冷战期间,美国曾经为M113装甲车和AAV7两栖装甲车换装过新型电传动装置,德国也在“黄鼠狼”步兵战车上安装过使用永磁电机的电传动系统。
进入上世纪90年代,随着发电机、电动机研发领域出现明显进步,一些国家提出“全电坦克”的概念,开始以此为基础研发下一代新型坦克。如美国联合防务公司设计研发的转型技术演示车TTD、德国马克公司推出的LLX型装甲车等,瑞典、法国、南非等国家也先后展开相关研发。
南非的“大山猫”装甲侦察车通过换装德国提供的永磁电机和使用混合镍电池,从机械传动装置改装为电传动装置,重量减轻1.8吨多,最大行程增加了400千米。这反映出,新型电传动系统已经在一些方面取得新突破。
除了动力系统上的电动化外,电磁炮、电磁装甲等新兴武器装备的研制也在紧锣密鼓地进行。当前,一些国家已研制出电磁炮样炮,据称可用于新型坦克。
但是,无论是电磁炮、电磁装甲,都需要消耗大量电能,储电装置体积过于庞大,仍将是坦克“全电动化”研制过程中需长期面对的难题。
战机:“多电”方兴,“全电”研发之路仍然漫长
和战舰的动力系统有混合推进和全电推进之分类似,飞机其实也有多电飞机和全电飞机之分。
一般来说,多电飞机上使用的主要功率是电功率,但也不排除使用少量其他功率。换句话说,多电飞机主要依靠电力飞行,但也不排除使用部分其他能源。它最重要的特征是大量采用机电作动器,用电力驱动代替了机上的液压、气压、机械系统和飞机附件传动机匣。
上世纪80年代中期,美国先行组织开展对多电飞机技术的研究。研究涉及到发电、配电、电力管理、电防冰、电刹车、电力作动和发动机等多个方面。目前,相关研究成果已逐渐得到应用,F-35战斗机也因此成为具有一定代表性的多电战机。
广义上的全电飞机则是指以完整的电气系统取代液压、气动和机械系统的飞机,其飞行控制和机载系统所需功率全部由飞机中央供电系统提供。从发展进程来看,多电飞机可视为全电飞机发展的一个过渡阶段。当前,“多电”方兴未艾,而“全电”相关技术还不够成熟,其研发之路仍然漫长。
不过,全电战机的影子已在一些试验飞机上闪现,如2019年底美国在阿姆斯特朗飞行研究中心展示的X-57飞机,就纯粹以燃料电池、太阳能电池为动力源。作为一款全电动载人飞机,其所用的锂离子电池模块已完成飞行条件下的测试,电动机也已经通过验收。但在此之前,其锂离子电池在热失控试验中遭遇严重失败,以至于相关方不得不重新设计电池模块。
而一些以太阳能电池为动力的中大型无人机,要具备夜间持久飞行的能力,也必须先过研发关,即要能研究出可储存足够能量的高储能光电池阵列。
由此来看,即使是狭义上的全电战机,打造起来也绝非易事。从这个层面来看,无论是广义还是狭义上的“全电”战机,其研发之路仍将漫长而艰难。