Jak zaspokoić „głód energii” wojska?

Artykuł sponsorowany

Trwająca od 2022 roku pełnoskalowa wojna na Ukrainie niesie ze sobą radykalny i skokowy wzrost zastosowania różnego rodzaju systemów elektronicznych, napędzanych energią elektryczną. Stosowane kilka lat temu z reguły na wyższych szczeblach latające bezzałogowce stają się bronią, która może i powinna być na wyposażeniu jeśli nie każdego żołnierza, to przynajmniej liczącej maksymalnie kilkunastu żołnierzy drużyny lub niewiele większego plutonu.

Podobnie jest, jeśli chodzi o środki łączności, na przykład radiostacje osobiste, ale też elektroniczne systemy obserwacyjne i kierowania ogniem, one również wymagają zasilania z baterii lub akumulatorów. Wszystkie one stają się coraz bardziej powszechne i stają się podstawowym wyposażeniem żołnierzy. Co za tym idzie, na umownej „linii frontu” trzeba zapewnić zasilanie w energię elektryczną. Nie jest przypadkiem, że jednym z najważniejszych elementów wyposażenia noszonych przez żołnierzy ukraińskich i rosyjskich na front są… baterie przeznaczone do zasilania bezzałogowców.

Można nawet postawić tezę, że zapotrzebowanie na energię elektryczną w Siłach Zbrojnych będzie jeszcze bardziej rosło. O ile dziś mamy już (i będziemy mieć w przyszłości) do czynienia z powszechnym stosowaniem latających bezzałogowców, to coraz popularniejsze stają się roboty lądowe, i część z nich (choć nie wszystkie) również ma być zasilana elektrycznie. Podobnie zaopatrzenia w energię wymagają naziemne systemy detekcyjne, służące choćby do wykrywania bezzałogowców, czy naruszeń chronionej strefy (perymetria, kamery).

Takie rozwiązania widoczne są dziś choćby na granicy wschodniej, ale w sytuacji bezpośredniego zagrożenia wojną będą musiały być stosowane szeroko i nie tylko w formie stacjonarnej (bo ta jest łatwa do wykrycia i zniszczenia) ale i mobilnej (przewoźnej). Co za tym idzie, powinny być dostosowane do działania nie tylko przy zasilaniu z sieci, ale i posiadać własne źródła zaopatrzenia w energię elektryczną. Zapotrzebowanie na energię generują także systemy przeznaczone do zapewnienia warunków życia żołnierzom czy wsparcia czynności związanych z ewakuacją medyczną. Równocześnie jednak generowanie energii wiąże się z niebezpieczeństwem wykrycia, na przykład przez drony wyposażone w systemy termowizyjne, nie mówiąc już o hałasie jaki mógłby pochodzić z generatorów.

Oczywiście zapotrzebowanie na energię elektryczną jest również widoczne na umownych tyłach, do zasilania systemów wsparcia, logistycznych czy dowodzenia. Wzrost zapotrzebowania na energię obserwowany jest również przy konwencjonalnych platformach bojowych, takich jak czołgi czy bojowe wozy piechoty. Dziś niemal standardem w nowoczesnych rozwiązaniach są pomocnicze jednostki napędowe (APU) – Auxillary Power Unit, pozwalające na zasilanie kluczowych systemów – celowniczych czy łączności, niezależnie od tego czy silnik o mocy kilkuset do nawet półtora tysiąca koni mechanicznych jest włączony czy nie.

Biorąc pod uwagę, że „głód energii” w siłach zbrojnych będzie rósł, niezbędne jest poszukiwanie nowych rozwiązań, które pozwolą na jego zaspokojenie. W ramach tych rozwiązań można wyróżnić również i te związane z odnawialnymi źródłami energii, oczywiście po dostosowaniu do funkcjonowania w warunkach polowych. Jedna z technologii, która daje szanse na dostarczenie energii do wojsk są opracowane w Polsce panele perowskitowe.

O ile o stosowaniu technologii OZE do zasilania wojsk mówi się od dłuższego czasu, to na przeszkodzie temu stoją charakterystyczne cechy większości stosowanych rozwiązań. Przykładowo, standardowe panele słoneczne są ciężkie, kruche i ze względu na wsporniki w konstrukcji są budowane głównie jako płaskie powierzchnie. Widać to np. w pojazdach napędzanych energią słoneczną, które muszą mieć na masce lub dachu wydzielone, niezasłonięte, poziome miejsca, co zaburza ich sylwetkę. Choć na Ukrainie obserwowano próby stosowania dronów z własnymi panelami solarnymi, to mimo wszystko ta technologia stosowana jest w ograniczonym stopniu, właśnie z uwagi na charakterystyczne cechy standardowych paneli słonecznych – utrudniające ich eksploatację. Nagrzewające się, eksponowane na światło prostokątne panele słoneczne mogą zostać łatwo wykryte… a skoro mogą zostać łatwo i wykryte, to mogą też zostać zniszczone.

Polska spółka Saule Technologies, założoną w 2014 r. przez Olgę Malinkiewicz  wynalazczynię metody nadruku perowskitów na folii, ma jednak opatentowaną technologię ogniw perowskitowych, która pozwala na znacznie bardziej elastyczne stosowanie energii generowanej ze słońca. W pewnym uproszczeniu technologia ta pozwala na nadrukowywanie ogniw „słonecznych” na elastyczną i wytrzymałą folię, co daje możliwość tworzenia niestandardowych kształtów. Zapewnia też wydajność zasilania, także przy słabym, sztucznym świetle oraz w złych warunkach atmosferycznych – np. mgle czy burzy piaskowej. Ponadto, „elastyczne” ogniwa cechuje dużą trwałość.

Co za tym idzie, ogniwa perowskitowe mogą być stosowane na przykład na pojazdach (w tym lądowych systemach bezzałogowych), dronach, czy elementach wyposażenia. Stosowanie ogniw perowskitowych mogłoby pozwolić na znaczne wydłużenie zasięgu i długotrwałości działania. Co nie mniej istotne, mogłoby też dać zasilanie rozmieszczonym „w polu”, w oddaleniu od wsparcia logistycznego systemom elektronicznym (np. działającym w ramach programu Tarcza Wschód).

Jak na razie na projekt ten wydano już ponad 270 milionów złotych (z czego ponad połowa pochodziła ze środków publicznych). Jednak by go zakończyć sukcesem, trzeba opracować i wdrożyć pełnoskalową linię produkcyjną oraz zachęcić użytkowników do zastosowania ogniw Saule w swoich rozwiązaniach.

Przemysł obronny (zarówno państwowy, jak i prywatny), rząd (w tym MON, ale też Ministerstwo Aktywów Państwowych) lub sektor finansowy mogłyby zaangażować się we wprowadzenie tej technologii do eksploatacji. Rozmowy na ten temat - pomiędzy Saule a kilkoma ministerstwami oraz Polską Grupą Zbrojeniową - już są planowane.

Zaangażowanie państwa mogłoby wyglądać w pewien sposób podobnie do schematu wprowadzania innowacyjnych technologii, jaki niedawno wdrożyło MON w zakresie technologii bezzałogowych. Przykładowo, jedną z opcji byłby zakup paneli perowskitowych jeszcze z pilotażowej linii produkcyjnej, jaka funkcjonuje w firmie Saule Technologies i integracja ich np. na wybranych bezzałogowcach, pojazdach, ale też systemach logistycznych (kontenery, namioty) i w wyposażeniu żołnierzy.

Eksploatacja „w polu”, nawet w warunkach poligonowych (testowych) zapewne dałaby doświadczenia pozwalające dostosować tę technologię do specyficznych potrzeb użytkownika wojskowego, a samemu użytkownikowi – zrozumieć jej atuty i ograniczenia i znaleźć zastosowanie. Równolegle należałoby prowadzić przygotowania do uruchomienia szerszej produkcji, zarówno na potrzeby wojskowe, jak i cywilne. Ogniwa perowskitowe będą mogły być stosowane także w przemyśle kosmicznym (poprzez instalację na powierzchni satelitów) oraz na platformach podwójnego zastosowania (drony, sterowce), w tym wykonujących loty na wysokościach powyżej 30 km. W wypadku systemów wojskowych mogłoby to doprowadzić do wielokrotnego wydłużenia czasu dyżurowania w powietrzu – a tym samym efektywnego użycia danego systemu bez potrzeby tankowania. Zasilanie w energię (czy paliwo) jest przecież jednym z czynników, które dziś ograniczają czas wykorzystania systemów powietrznych, więc stosowanie ogniw mogłoby stanowić tutaj duży atut.

Jeśli chodzi o samą technologię, to ogniwa Saule są wielokrotnie lżejsze od klasycznych paneli krzemowych (~0,3 kg/m² w porównaniu do 15 kg/m²) przy wydajności na poziomie 20–25%, pochłaniają promieniowanie w paśmie 300-900 nm (światło UV, widzialne i NIR) i są odporne na anomalie temperaturowe, mogąc pracować w temperaturze od -40°C do +85°C. Cechą charakterystyczną ogniw Saule jest ograniczona ilość generowanego ciepła, jest też możliwość zastosowania powłok antyrefleksyjnych i aktywnego, „inteligentnego” kamuflażu poprzez perowskitowe powłoki elektrochromowe.

Spółka Saule ma już pilotażową linię produkcyjną (m.in. z nowoczesnymi urządzeniami do osadzania na mokro i sucho) i jedno z najbardziej zaawansowanych laboratoriów optoelektronicznych w Europie. Jest to też posiadana w Polsce własność intelektualna, (a w tym sześć rodzin patentowych, z których dwie uzyskały patenty w różnych jurysdykcjach, wyłączną licencję na jedną rodzinę patentów, jeden znak towarowy oraz 111 zidentyfikowanych, zarejestrowanych tajemnic handlowych).

„Głód energii”, jakim charakteryzują się współczesne armie, niewątpliwie będzie się zwiększać i aby zaspokoić go potrzebne są nowoczesne technologie. Jednym z rozwiązań mogą być ogniwa perowskitowe. Oczywiście nie są one panaceum i – tak jak każdy element na polu walki – będą musiały być stosowane we współpracy z innymi systemami. Stanowią jednak jedną z ważnych technologii, która może też znaleźć zastosowanie w przemyśle cywilnym, w tym tak zaawansowanej branży, jak sektor kosmiczny. Aby jednak móc wdrożyć je do wojska, trzeba odpowiednich decyzji, integracji z systemami obronnymi, oraz finansowania produkcji.

współpraca Jakub Palowski

Artykuł sponsorowany