在过去的几代人中,步兵军官的主要需求是弹药、额外的一双干袜子和足够的野外水。但是今天的士兵需要大量的电力来管理日常运营,从为基于三星的 Nett Warrior 系统供电的电池,该系统连接士兵到保持指挥所和作战中心运行的电力。
随着陆军转向在战场上使用电动汽车并权衡其设施和基地的各种电源,这些需求将在未来十年内增长。毕竟,陆军的新气候战略设想了一个更少依赖燃料而更多依赖电力的战场。它设想到 2035 年部署混合电动战术车辆,到 2050 年转向全电动战术车辆。为了实现这一目标,陆军正在准备其首个作战能源战略,预计将在今年年底完成。
该计划的重点是准备服务使用一系列能源,从可再生能源到化石燃料再到东道国电网的电力——这些变化可能预示着陆军如何花费数十亿美元的采购和研究预算的方式发生巨大变化。换句话说,该服务想要绘制出如何在整个战场的作战中管理和分配电力,并正在考虑各种可以加强后勤尾部的技术——从更持久、更轻的电池到拖车大小的充电器再到微电网。
能源:
作战能源战略旨在评估从武器到野战厨房的单个士兵和能源用户,为了帮助建设所需的基础设施,陆军正在迅速开发技术,以实现广泛电气化的战场。陆军未来司令部负责能源的 Elise Joseph 表示,与柴油发电机相比,该服务已经部署了能够提供更好燃油效率、系统可靠性和部件互操作性的发电机。在其气候战略中,陆军呼吁通过部署带有移动微电网系统和电池存储的发电机来创建更灵活的电源。约瑟夫说,该服务希望使这种能力在战场上可用。通用汽车防务公司正在建造陆军步兵小队车辆,该车辆已经部署到陆军部队。它采用了 ISV,并将其变成了全电动概念车,向陆军展示了可能的领域。
陆军的 C5ISR 中心也在研究移动微电网,包括将车辆变成自己的微电网,然后可以在战场上为士兵电池充电。该中心正在开发“士兵电力基础设施”,并试验可穿戴太阳能电池板和便携式燃料电池。它还采用了背包的概念,该背包利用移动的士兵穿着它产生的弹跳产生的能量。这些进步将在战场上创造新的移动电源。另一个重点领域是电池标准化,因为大量的电池造成了严重的物流问题。“有很多不同种类的电池,所以你需要为每一种电池单独充电,而且你让士兵随身携带所有这些电池,”她说。“我们正在开发中考虑这一点,并试图推动一些标准的外形尺寸。”
据该实验室网络负责人布赖恩·库克中校称,隶属于陆军未来司令部的陆军应用实验室正在结束一项为期八周的与工业界的合作,重点是远征力量的维持技术。该计划专门研究了如何从四个不同的角度在严峻的环境中为士兵供电:电源管理、分配、发电和维持。库克指出,去年的一个类似项目从科罗拉多州的一家公司产生了一个战术战场充电概念。充电器有一个集装箱那么大,大致相当于一个可以装在半挂卡车后部的小房间。“我们正试图将其缩小为更小的外形尺寸,以便您可以将其连接到不同的地面平台,”他说。
为士兵供电:
该服务还希望确保士兵有能力运行关键系统。Program Executive Office Soldier 地面士兵系统产品经理 Denny Dresch 上校表示,部队需要可靠的电力来使用 Nett Warrior 等现有设备以及即将推出的集成视觉增强系统等系统,该系统被认为是下一代态势感知工具。
例如,Nett Warrior 依靠电池供电,要么通过它插入的无线电电池,要么通过称为保形可穿戴电池的外部电池。根据德雷施的说法,CWB 可为士兵提供 18-24 小时的电力。这比收音机电池提供的六到八小时要长得多。电池大小与小型笔记本电脑相当,重约 2.5 磅。
“当你看着明天的战场,看看士兵正在发生的事情时,计算能力将会更强,我们插入他或她的设备将会更多,而这一切都将需要更多的力量,”德雷施说。他的团队正在考虑如何改进锂离子电池;他说,一种选择是使用硅阳极技术,目前陆军科技部门正在评估这一举措。Dresch 说,陆军还开发了一种通用电池充电器,安装并集成在车辆的电源系统中,以便 CWB 可以在旅途中充电。
他还在推进 Power on the Move 计划,旨在为 Bradley 步兵战车或 Stryker 战车的部队车厢配备充电站。9 月,在加利福尼亚的罗伯茨营,对布拉德利的能力进行了评估;陆军计划于 8 月在华盛顿州的 Lewis-McChord 联合基地使用 Stryker 进行试验。德雷施说,陆军在开发系统时要求工业界专注于使用更少能源的产品。“我们最终会遇到一个问题,物理学、科学和数学只能在此时和地点的电池技术有多好方面走这么远,”他说。“正是我们的行业合作伙伴将这些能力带给我们的战士,让他们也非常清楚他们对我们施加的能量消耗。”
工业的作用:
随着陆军的气候计划现已公开,国防和能源部门正在寻找商机。
奥什科什最近宣布开发了联合轻型战术车辆的混合版本。开发微电网的公司——比如施耐德电气,它建造了一个为海军陆战队米拉马尔空军基地提供动力的微电网——对陆军推动在设施和现场使用该技术表现出兴趣。Plasan North America 一直在推销全地形电动任务模块 - 或 ATeMM - 其总裁 John Cavedo 表示,这是一个解决各种电力能力和物流问题的单一平台。
该功能看起来像一辆拖车,但该模块不是从牵引它的车辆中吸取动力,而是提供动力,基本上将连接的车辆转换为混合动力车辆。该系统还可以在指挥所补充发电机电力,并作为可穿戴电池的大规模移动充电站。陆军邀请 Plasan 在佐治亚州本宁堡的陆军远征战士实验中展示 ATeMM 作为排电池充电器,该实验于 3 月结束。卡夫多说,但如果没有一份解决作战能源物流问题并为工业提供明确方向的陆军文件,这项技术的前进道路就很模糊。他认为,陆军“没有考虑到将所有这些不同的能力整合到一个包中,因为它编写需求的方式”。
近年来,一些行业高管表示担心,陆军没有准备好在没有更广泛基础设施的情况下依赖电力。曾在奥巴马政府担任运营能源助理国防部长、现任生态圈咨询公司总裁的莎朗·伯克 (Sharon Burke) 表示,她看到的证据表明,工业界认识到陆军对不同能源选择的兴趣。在去年的美国陆军协会年会上,她注意到整个展厅里都有锂离子电池。“如果这些供应商不认为有兴趣,你就不会在 AUSA 看到这种设备,”Burke 说。“你肯定会看到人们正在寻找的东西,但他们错了。但在这种情况下,我认为他们没有错。”
陆军也在权衡商业技术是否提供了前进的道路。几年前,美国陆军作战能力发展司令部的地面车辆系统中心见证了商用汽车制造商开始投资电气化。该司令部的电力和能源团队在美国各地设立了一系列电气化论坛,询问公司是否专注于如何在严峻的环境中充电,该中心主任迈克尔卡迪厄说。“行业没有举手。他们并没有说,'我正在考虑它,'”他在最近的一次采访中告诉国防新闻。但是“大约在过去的九个月里,我们看到了重大转变。”行业“来到谈判桌前与我们接触,说……他们拥有 [他们] 认为是独特产品或能力的东西,它开始解决或获得战术充电。”
Cadieux 表示,这种转变可能是由于美国对电动汽车的兴趣和销量增加。他指出,与此同时,越来越多的公司正在研究电池化学和密度,这将影响汽车的充电方式。卡迪厄斯说,陆军已经在整合防怠速功能,这可以节省战场上的电力,并使车辆能够在不燃烧燃料的情况下运行通信设备等系统。地面车辆系统中心本月在联合轻型战术车辆上展示了其战术车辆电气化套件,旨在节省 20% 的燃料并减少 50% 的发动机运行时间。根据该中心最近的一份声明,该套件允许车辆在没有发动机的情况下运行重要系统。
但是,在转向电动汽车服务方面,电池能量密度和战术充电仍然具有挑战性。“当你获得某些混合配置时,你不必解决这个差距,”Cadieux 说。“或者它没有那么大的差距。”
在今年秋天的 Project Convergence 上,陆军年度试验新兴和未来能力的演习可能会参加,用于地面车辆的混合动力原型。也有可能出现的是可以进入安静模式的混合发电机以及不同的电池解决方案。