الطاقة الهجينة و الكهربائية الكاملة للمركبات المدرعة

تتغير أساليب العمليات العسكرية باستمرار ، مما يتطلب معدات عسكرية للتكيف مع الظروف الجديدة في ساحة المعركة. من بين الاتجاهات الحالية الحاجة إلى إعادة التشكيل المرن flexible reconfiguration  للعتاد في ظل ظروف الحرب غير النظامية irregular warfare ، والقدرة على مواجهة الأسلحة التي يستخدمها المتمردون مثل الأجهزة المتفجرة المرتجلة والألغام المضادة للدبابات ، كما القدرة على العمل في المناطق الحضرية urban areas .فالجيوش تريد اليوم أن تكون مركباتها القتالية متحركة وسريعة في ظل هذه التحديات .

و نتيجة لذلك ، تستخدم في العديد من العمليات العسكرية الحديثة مركبات مدرعة خفيفة ومتوسطة يتم تحديثها باستمرار. ومن الأمثلة على مثل هذه التحديثات , هيكل بدن مقاوم للألغام على شكل حرف V ، وتحسين عام في قدرة بقائية الطاقم ، وتقليل عيوب المركبات المدولبة من خلال استخدام نظام مركزي لتضخيم/نفخ الإطارات CTIS ، وتحسين انظمة الاتصالات كما انظمة الوعي الظرفي.

يثير استخدام محركات الأقراص الهجينة hybrid drives في المركبات المدرعة الخفيفة العديد من الأسئلة ، أهمها متى ستستخدم الجيوش هذه المركبات بشكل كبير وما إذا كانت ستفعل ذلك على الإطلاق. بعد كل شيء ، يمكن استخدام هذه المحركات لمعالجة مشاكل استهلاك الوقود والحركية. الميزة الحاسمة للمحركات الهجينة hybrid والكهربائية electric هي كونها أكثر هدوءا بكثير من محركات الديزل diesel والجازولين/بنزين السيارات gasoline التقليدية ، والتي قد تكون حاسمة بالنسبة للمناورات المتخفية covert manoeuvres في العمليات القتالية. ميزة أخرى مهمة هي القدرة على تشغيل أجهزة الاستشعار الكثيفة الطاقة energy-intensive sensors دون الحاجة إلى تشغيل محرك الديزل.

في رأي الخبراء هناك العديد من السمات الرئيسية لوحدات الطاقة الكهربائية. التي تشمل الكفاءة والموثوقية العالية ، على النقيض من الوحدات الميكانيكية ، فضلا عن انخفاض استهلاك الوقود وزيادة خفة حركة المركبة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن إمكانية استبدال المحرك بمصادر الطاقة الكهربائية والأجزاء الميكانيكية الثابتة - مع الكابلات المرنة flexible cables - يفتح المجال لمزيد من تعديل تصميم المركبة حسب الحاجة لذالك .

تواجه المركبات المدرعة اليوم عددا من التحديات التي يمكن حلها مع إدخال المحركات الكهربائية. فأولا وقبل كل شيء ، نقطة الضعف في هذه المركبات هي عمود المحرك الميكانيكي mechanical shaft المسؤول عن قيادة العجلات. فيجب أن يشتغل على طول أرضية المركبة vehicle floor مما يحد من حماية الجسم السفلي. والواقع أن الاحصائيات تبين ان معظم الوفيات في العراق وأفغانستان نجمت عن انفجار عبوات ناسفة على جانب الطريق. 

من العوائق الأخرى ايضا ,عائق تركيب التكنولوجيا الحديثة في المركبة , فالمركبات التقليدية تتكيف بشكل سيئ مع العدد المتزايد من أجهزة الاستشعار والأنظمة المستهلكة للطاقة التي تخلق أعباء كهربائية جديدة.

المحرك الهجين أو الكهربائي بالكامل

يجب حل هذه المشاكل عن طريق المركبات ذات الدفع الهجين أو الكهربائي. إن استبدال العناصر الميكانيكية بأنظمة كهربائية أكثر مرونة وأخف وزنا سيجعل المركبات أكثر حركة ويسمح بترتيب أفضل للدروع. بالإضافة إلى ذلك ، لا يتطلب المحرك الكهربائي عمود محرك ميكانيكيا ، مما يسمح بتغيير التصميم لتوفير حماية أفضل ضد الأجهزة المتفجرة المرتجلة IED.

ينظر إلى المحرك الكهربائي على أنه عنصر أساسي للإدخال المستقبلي future introduction لأجهزة الاستشعار و الإلكترونيات المعقدة في المركبات القتالية ؛ سيكون مرتبطا عضويا بهذه الأنظمة أكثر من الأنظمة الميكانيكية وسيبسط تكامل تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي AI technology . سيسمح ذلك بإنشاء مركبات قتالية "ذكية" ، مما سيضمن وعيا ظرفيا situational awareness أفضل كما استجابة افضل للتهديدات الواردة.

تم إجراء أول اختبار عام للتكنولوجيا الهجينة في عام 2005 عندما أعلن المركز الوطني للسيارات NAC في الجيش الأمريكي و BAE Systems عن تطوير أول مركبة مجنزرة مدرعة كهربائية هجينة ، متمثلة في نموذج أولي بزنة 15 طن من المركبة M-113 مع محرك هجين. في ذلك الوقت ، تم استخدام بطارية لتلبية متطلبات الطاقة قصيرة المدى للتسارع والتوجيه والقيادة الشاقة. بحيث يتم تشغيل المركبة بواسطة حزمة بطارية إضافية. في ذلك الوقت ، كان على النموذج الأولي أن يخضع لسلسلة من الاختبارات لإثبات قابليته للبقاء وتفوقه في القتال.

أبدى البنتاغون Pentagon اهتماما كبيرا بالمركبات الهجينة ,الطاقة الشمسية , ومصادر الطاقة النظيفة الأخرى. بالنسبة لوزارة الدفاع الأمريكية ، فإن بناء جيل جديد من المركبات القتالية الهجينة سيمثل قدرة توفير أموال قيمة للموازنة في عصر تشديد tightening سياسات الميزانية.

التطويرات الأولى

في عام 2012 ، كانت هناك تقارير في الولايات المتحدة حول تطوير أول مركبات قتال مشاة مدرعة بمحرك هجين. تضمن المشروع الذي يقاد من شركتي BAE Systems و Northrop Grumman ، استخدام محرك MTU883 الهجين الكهربائي كمحرك ديزل رئيسي ، باستخدام ناقل الحركة الهجين الكهربائي قدرة 1100 كيلووات من الشركة المصنعة البريطانية QinetiQ. في ذلك الوقت ، تم تقدير أنه يمكن تقليل استهلاك الوقود بنسبة 10-20 ٪ اعتمادا على نوع التضاريس التشغيلية operational terrain . 

و تم استهلاك حوالي 17.5 لترا من الوقود في الساعة عند الدروان البطيء idling، اي أقل ب 20 لترا باستخدام المحرك التقليدي.

في ذلك الوقت ، بدأت شركة BAE Systems و Northrop Grumman  تطوير مركبات IFV في إطار مشروع مركبات القتال الأرضية GCV. بالإضافة إلى مزايا محرك الأقراص الهجين - أي التصميم البسيط والوزن المنخفض - كان للمشروع عدد من المزايا الأخرى أيضا ، بما في ذلك ديناميكيات أفضل وحماية أفضل. ومع ذلك ، كان العيب هو تكلفة المشروع ، والتي كانت خمسة أضعاف تكلفة M2 Bradley IFV التي تخدم في الجيش الأمريكي.

يستمر البحث بشأن أحدث أنظمة القيادة الكهربائية للمركبات المدرعة والروبوتية المستقبلية. و لكن حتى الآن ، فإن البطاريات الكهربائية غير قادرة على إنتاج المستوى المطلوب من الطاقة اللازمة لدفع دبابة زنة 60 طنا.

يعتقد أندرو هولاند Andrew Holland ، مدير برنامج مشروع الأمن الأمريكي ASP ، المتمثل في مركز أبحاث يقع مقره في واشنطن ، أن أحدث التطورات في تكنولوجيا البطاريات battery technology تجعل من الممكن اعتبار المركبات المدرعة الكهربائية والهجينة الخفيفة متاحة للجيش. في السنوات الأخيرة ، يقول إن التقنيات الحديثة حققت قفزة إلى الأمام. أصبحت البطاريات أرخص وأفضل وأخف وزنا - وهذا يحدث أسرع بكثير مما كان متوقعا في السابق. حتما ، ستكون عملية الشحن charging process أيضا أسرع بكثير ، مما سيقضي على مشكلة المركبات العسكرية على المستوى التكتيكي tactical level ( الإمداد ).

في المستقبل ، سيجلب التخلص من المحرك الرئيسي main engine عددا من الفوائد للجيش ، مثل استخدام محرك كهربائي واحد لكل عجلة electric motor per wheel لتوزيع الوزن بشكل أفضل والحفاظ على الحركة عند فشل أحد المحركات. توفر المحركات الكهربائية أيضا عزم دوران torque أعلى بكثير من محرك الديزل أو الجازولين عند الحاجة لذالك.

بحث متقدم باستمرار

واليوم ، تم إطلاق برامج على مستويات مختلفة لتطوير وتقديم أنواع جديدة من المركبات المدرعة الخفيفة. 

و هذه هي البرامج والمبادرات الوطنية التي أدخلتها شركات الدفاع الخاصة. 

فتم تصميم مشروع أمريكي بارز بعنوان "الجيل التالي من المركبات القتالية" (NGCV) لتحل محل IFV الرئيسية في الجيش الأمريكي ، المتمثلة في M2 Bradley. مع أخذ المتطلبات العسكرية في الاعتبار ، يتضمن المشروع طاقما من فردين مع مساحة لستة جنود على متن المركبة كما حركية عالية يتم توفيرها بواسطة محرك قوة 1000 حصان ، إلى جانب حماية سلبية و نشطة ومحطة سلاح ريموتي التحكم بمدفع أوتوماتيكي 50 ملم.

يركز المشروع بشكل رئيسي على استخدام التقنيات والمواد الحديثة. على وجه الخصوص ، يفكر المصممون في الطاقة البديلة alternative energy لمركبات NGCV الخاصة بهم ، المتضمنة لوحدات الطاقة الهجينة والكهربائية. عنصر آخر ضروري و هو تقليل الضوضاء noise reduction بفضل المحرك و البطارية الكهربائيين للتحكم في أنظمة المركبة دون الحاجة إلى تشغيل المحرك. وسيتيح ذلك نشر deployed المركبة في مجموعة أوسع من المهام.

ولذلك ، سيكون التركيز الرئيسي في تحديث المركبات الجديدة على ادخال المزيد من الهندسة الكهربائية الحديثة. وفقا لشروط عقد البرنامج ، سيتم تشغيل هذه المعدات بحلول نهاية عام 2022 واختبارها في عام 2023.

في عام 2017 ، بدأ الكيان الصهيوني اختبارات ميدانية مع مصدر طاقة هجين جديد للدبابات والمدرعات. تضمن ذلك بطاريات الليثيوم أيون lithium-ion batteries المتقدمة القابلة لإعادة الشحن التي طورتها شركة Epsilor-Electric Fuel بالتعاون مع وزارة الدفاع الصهيونية لدعم دبابات Merkava الصهيونية بالإضافة إلى معظم الدبابات القتال الرئيسي والمركبات المدرعة في جميع أنحاء العالم. وفقا للمطورين ، ستتمكن البطاريات من العمل بقدرة عالية لمدة 12 ساعة دون إعادة شحنها. سيسمح ذلك بالقيام بالعمليات الليلية دون الحاجة إلى تشغيل المحركات الرئيسية ، أي لتنفيذ ما يسمى بمهام "الساعة الصامتة Silent Watch" بأنظمة مراقبة واستهداف واتصالات متعطشة للطاقة. هذا يقلل بشكل كبير من احتمال أن يتم اكتشاف ومهاجمة المركبات من قبل العدو.

تعمل المملكة المتحدة أيضا على تطوير أنظمة القيادة الكهربائية للدبابات المستقبلية. أطلق مختبر علوم وتكنولوجيا الدفاع (DSTL) ، وهو ما يعادل وكالة البحوث العسكرية الأمريكية DARPA ، مشروعا للمركبات الكهربائية بقيمة 4.1 مليون دولار أمريكي. و وفقا لقائد الأركان ، السير مارك كارلتون سميث Sir Mark Carleton-Smith ، يمكن أن يكون الأسطول الحالي من المركبات العسكرية هو الجيل الأخير الذي يعمل على الوقود الأحفوري fossil fuel. يعتقد أننا قد نشهد نهاية المركبات القتالية التي تعمل بالوقود التقليدي.

في عام 2010 ، قررت الولايات المتحدة أن جيشها بحاجة إلى مركبة قتالية جد خفيفة الوزن (ULCV). في ذلك الوقت ، عين مكتب وزارة الدفاع و وكالة DARPA , مركز الأبحاث والتطوير والهندسة للدبابات ذاتية الدفع (TARDEC) كهيئة تنفيذية لبرنامج المركبات القتالية الجد خفيفة الوزن . هذا أدى إلى إنشاء نموذج أولي لمحرك هجين. هذه المركبة ستجهز  بمحرك ديزل توربو  بوكسر سوبارو Subaru boxer turbo diesel engine بقوة 175 حصان . و أنظمة الجر Traction Systems الأمريكية Remy-410HVH  وهي محركات جر عالية الحرارة HT تعمل على تدوير العجلات التي تقود مولد generator وعاكس inverter الطور phase من الفئة UQM-200  .

قامت TARDEC ، مع العديد من شركات الدفاع الأمريكية ، ببناء واختبار ثلاث نماذج أولية ULV.و تلقت وحدة الطاقة الهجينة الخاصة بهذه المركبات تقييم واسع wide appraisal . 

يسمح هذا النظام ، الذي يتكون من محرك ديزل ومحركين كهربائيين ، بأداء تشغيلي عالي ويوفر المستوى المطلوب من الاستدامة. ترك المحركان الكهربائيان الصغيران نسبيا , مساحة كافية للشكل السفلي bottom shape الفريد المقاوم للألغام بدون نقاط ضعف. إلى جانب ذلك ، تحتفظ المركبة أيضا بالقدرة على الحركة في حالة فشل أحد المحركات. يشير مستوى تطوير ULCV ،و ما يقابله من مستوى تطوير المركبات القتالية المصفحة والثقيلة الهجينة ، إلى أنه من المرجح أن تظهر هذه المعدات في الجيش في وقت أبكر من الأنواع الجديدة الأخرى من المعدات العسكرية.

وفقا لمدونة مجلة الدفاع العسكرية military magazine defence ، يقوم باحثون من مركز أنظمة المركبات الأرضية (GVSC) التابع لقيادة تطوير القدرات القتالية للجيش الأمريكي مع  مختبر أبحاث الجيش الأمريكي بتطوير مركبات قتالية ، متضمنة ل MBT ( دبابات معركة رئيسية) و IFV ( مركبات قتال مشاة ) ، تشتغل بخلايا وقود الهيدروجين hydrogen fuel cells. لا ينتج نظام خلية وقود الهيدروجين أي دخان أو ضوضاء أو رائحة ، ويضم عددا من المزايا الصوتية والحرارية ، بالإضافة إلى عزم الدوران العالي. 

خلايا الوقود الجديدة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من محركات الاحتراق الداخلي internal combustion.

في النهاية يعد النظام الهجين هو الحل الأكثر واقعية و الذي قد يظهر في الجيش ( الأمريكي او الجيوش الأخرى ) في المستقبل القريب ، نظرا لأن التخلص التام من محركات الديزل أو الغازولين لن يكون مطروحا على الطاولة في أي وقت قريب بالنسبة للمركبات العسكرية العاملة في المعركة. المعيق الاكبر يتمثل في الدرجة الأولى في الخدمات اللوجستية. فهنا المعيار الرئيسي هو الوقت اللازم لملئ خزان الوقود بشكل كامل بالمقارنة مع الشحن الكامل لبطارية مركبة حديثة . على أي حال ، توقف الجميع منذ فترة طويلة الآن عند نقطة ان الجر الكهربائي electro traction يمثل تقنية ذات مستقبل واعد. والسؤال الرئيسي اليوم هو متى سيتم استخدامه في المعدات العسكرية.

المصدر