Στο σύγχρονο πεδίο μάχης, η ισχύς ενός οπλικού συστήματος δεν μετριέται πλέον μόνο σε ίππους, ταχύτητα, εμβέλεια ή εκρηκτικό φορτίο. Μετριέται όλο και περισσότερο σε κιλοβάτ. Καθώς ραντάρ, παρεμβολείς, αισθητήρες, υπολογιστές αποστολής, συστήματα αυτοπροστασίας και ήδη και όπλα κατευθυνόμενης ενέργειας, όλα διεκδικούν συνεχώς μεγαλύτερα αποθέματα ρεύματος, σε βαθμό που να καθορίζουν αποφασιστικά και το ίδιο το οπλοσύστημα, που πρέπει να έχει την απαραίτητη υποδομή και το χώρο για την παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος.
Ακόμη, για μια πολεμική πλατφόρμα δεν είναι πάντα αρκετό να διαθέτει την όποια ζητούμενη ηλεκτρική ενέργεια. Πρέπει να μπορεί αυτή να παραδώσει την απαιτούμενη ισχύ τη στιγμή της εμπλοκής (οπότε χρειάζεται και κάποιο σύστημα αποθήκευσης της ηλεκτρικής ισχύος) ενώ πολύ σημαντική είναι και η παράμετρος ψύξης των ηλεκτρικών κυκλωμάτων και συσκευών. Έτσι το ζήτημα γίνεται όλο και πιο σύνθετο παράγοντας πολλές φορές ένα φαύλο κύκλο βάρους-όγκου-απόδοσης που δεν μπορεί να αντιμετωπιστεί.
Το F-35 και το κόστος της υπερβολικής θερμότητας
Χαρακτηριστικότερο παράδειγμα είναι το F-35. Το μαχητικό διαθέτει δύο κανάλια κύριας ηλεκτρικής παραγωγής των 80 kW, δηλαδή συνολική ονομαστική ικανότητα 160 kW στα 270 Volt συνεχούς ρεύματος. Το σύστημα αυτό ήταν εντυπωσιακό όταν σχεδιάστηκε, αλλά μεγάλο μέρος της ισχύος δεσμεύεται από τις βασικές λειτουργίες του αεροσκάφους: μηχανισμοί ελέγχου πτήσης, αντλίες καυσίμου, υπολογιστές, αισθητήρες, επικοινωνίες και σύστημα ηλεκτρονικού πολέμου.
Το πρόβλημα δεν περιορίζεται στην παραγωγή ηλεκτρισμού. Τα ηλεκτρονικά μετατρέπουν μεγάλο μέρος της ισχύος που καταναλώνουν σε θερμότητα. Σύμφωνα με έκθεση του αμερικανικού Government Accountability Office, το υφιστάμενο σύστημα ψύξης του F-35 είναι ήδη υπερφορτωμένο. Για να ανταποκριθεί, απαιτεί πρόσθετη απόληψη ισχύος και παροχή αέρα από τον κινητήρα, αναγκάζοντάς τον να λειτουργεί πέρα από τις αρχικές σχεδιαστικές παραμέτρους του, άρα με μεγαλύτερη φθορά σε βάθος χρόνου, ανάγκη για πιο συχνή συντήρηση και με υψηλότερο κόστος από ότι είχε προβλεφθεί μιας και χρειάζεται περισσότερα ανταλλακτικά και επιθεωρήσεις.
Αυτό δεν σημαίνει ότι το F-35 πετά συνεχώς με μετάκαυση για να τροφοδοτεί τα ηλεκτρονικά του, όπως αναφέρεται ορισμένες φορές. Σημαίνει ότι ο κινητήρας επιβαρύνεται περισσότερο από όσο είχε προβλεφθεί για την παραγωγή ισχύος και την ψύξη. Το GAO εκτιμά ότι η πρόσθετη φθορά μπορεί να αυξήσει κατά περίπου 38 δισ. δολάρια το κόστος συντήρησης του στόλου.
Επίσης η σημερινή ικανότητα ψύξης του συστήματος κινείται περίπου στα 30 kW. Για τις μελλοντικές διαμορφώσεις Block 4, με νέο ραντάρ, ισχυρότερους υπολογιστές και πρόσθετες δυνατότητες ηλεκτρονικού πολέμου, ο στόχος έχει αυξηθεί στα 62 έως 80 kW, καθώς όλες αυτές οι λειτουργίες απαιτούν συνεχή και ισχυρή λειτουργία απαγωγής θερμότητας.
Οι παρεμβολείς και τα ελληνικά F-16 Viper
Η πρόκληση είναι ιδιαίτερα έντονη και στα αερομεταφερόμενα συστήματα ηλεκτρονικού πολέμου. Ένας σύγχρονος παρεμβολέας πρέπει να εντοπίζει, να ταξινομεί και να αντιμετωπίζει ραντάρ που μεταβάλλουν συνεχώς συχνότητα, κυματομορφή και τρόπο λειτουργίας. Η ψηφιακή μνήμη ραδιοσυχνοτήτων επιτρέπει τη δημιουργία πειστικών ψευδών επιστροφών, αλλά απαιτεί ισχυρούς επεξεργαστές και πομπούς υψηλής ισχύος.
Όσο αυξάνεται η ισχύς εκπομπής, τόσο βελτιώνεται η δυνατότητα του παρεμβολέα να επηρεάσει ένα εχθρικό ραντάρ από μεγαλύτερη απόσταση. Αυξάνονται όμως ταυτόχρονα η κατανάλωση ενέργειας, η θερμότητα και οι ανάγκες ψύξης του συστήματος. Οπότε σε ένα μονοκινητήριο μαχητικό με μικρή άτρακτο, όπως το F-16, κάθε κιλοβάτ έχει σημασία.
Το ζήτημα αφορά άμεσα την Ελλάδα, η οποία εξετάζει να αγοράσει ένα νέο ολοκληρωμένο σύστημα αυτοπροστασίας για τα F-16 Viper. Μεταξύ των λύσεων που έχουν συνδεθεί με την ελληνική απαίτηση περιλαμβάνονται το AN/ALQ-254 Viper Shield της L3Harris, το AN/ALQ-257 IVEWS της Northrop Grumman και άλλες προτάσεις ολοκληρωμένου ηλεκτρονικού πολέμου.
Τα F-16C/D διαθέτουν κύρια γεννήτρια ονομαστικής ισχύος 60 kVA, έναντι 40 kVA στα πρώτα F-16A/B. Υπάρχει επίσης εφεδρική γεννήτρια 10 kVA. Αλλά δεν μπορεί να γίνει άθροιση καθώς οι εφεδρικές πηγές προορίζονται για τη διατήρηση κρίσιμων λειτουργιών σε περίπτωση βλάβης, όχι για την τροφοδοσία πρόσθετων συστημάτων στην κανονική λειτουργία. Επίσης ούτε τα 60 kVA της κύριας γεννήτριας είναι πλήρως διαθέσιμα για το σύστημα ηλεκτρονικού πολέμου. Καθώς ήδη τροφοδοτούν τα χειριστήρια πτήσης, τα όργανα, τις αντλίες, τις επικοινωνίες, το Link 16, τις οθόνες, τους υπολογιστές και το ραντάρ APG-83 AESA. Το τελευταίο σχεδιάστηκε ειδικά ώστε να χωρέσει μέσα στα υφιστάμενα όρια ισχύος και ψύξης του F-16.
Η μέγιστη κατανάλωση των διαφόρων προτεινόμενων συστημάτων ηλεκτρονικού πολέμου για το F-16 δεν έχουν δημοσιοποιηθεί. Αλλά σαφώς δεν πρέπει να αξιολογείται μόνο ποιος παρεμβολέας είναι ισχυρότερος, αλλά ποιος μπορεί να ενσωματωθεί στο αεροσκάφος, να παραμένει λειτουργικός στο μέγιστο της απόδοσης του, χωρίς να υποβαθμίσει τη λειτουργία του ραντάρ, χωρίς να υπερφορτώσει το σύστημα ψύξης και κυρίως να μπορεί να λειτουργεί αδιάλλειπτα για όσο χρόνο απαιτηθεί σε μια αποστολή.
FDI και MEKO: δύο γενιές πλοίων, δύο διαφορετικές απαιτήσεις σε ρεύμα
Στα πολεμικά πλοία, τα διαθέσιμα μεγέθη είναι πολύ μεγαλύτερα, αλλά το πρόβλημα παραμένει. Η ελληνική φρεγάτα FDI HN διαθέτει τέσσερις κύριους κινητήρες diesel σε διάταξη CODAD, με συνολική ισχύ πρόωσης περίπου 32 MW. Τα 32 MW, όμως, μεταδίδονται μηχανικά στους άξονες και δεν αποτελούν ηλεκτρική ισχύ διαθέσιμη στο δίκτυο του πλοίου.
Η ακριβής εγκατεστημένη ηλεκτροπαραγωγική ισχύς των FDI δεν αναφέρεται στις τεχνικές προδιαγραφές της Naval Group αλλά γνωρίζουμε πως το σκάφος διαθέτει 6 γεννήτριες και μια εφεδρική. Η FDI πάντως έχει σχεδιαστεί εξαρχής γύρω από το πλήρως ψηφιακό ολοκληρωμένο ιστό PSIM και το Sea Fire, ένα ραντάρ AESA τεσσάρων σταθερών επιφανειών. Διαθέτει επίσης συστήματα ηλεκτρονικού πολέμου, σόναρ, επικοινωνίες, όπλα, ένα μεγάλο δίκτυο διαμεταγωγής δεδομένων, διπλή υποδομή υπολογιστικού κέντρου για λόγους ασφαλείας και τελικά εκτεταμένες ανάγκες ψύξης.
Η σχεδίαση είναι σαφώς περισσότερο προσανατολισμένη σε μεγάλα ηλεκτρικά φορτία από ό,τι οι παλαιότερες φρεγάτες. Αυτό δεν σημαίνει όμως αυτομάτως ότι διαθέτει αρκετό πλεόνασμα για λέιζερ εκατοντάδων κιλοβάτ. Η προσθήκη ενός τέτοιου όπλου θα απαιτούσε επιβεβαιωμένη εφεδρεία παραγωγής, μετατροπείς ισχύος, νέα καλωδίωση, αποθήκευση ενέργειας για στιγμιαία φορτία και πρόσθετη ψύξη.
Στις ελληνικές MEKO 200HN, κλάσης Ύδρα, οι οποίες σχεδιάστηκαν τη δεκαετία του 1980, η πρόωσή τους αποδίδει περίπου 45 MW μέσω δύο αεριοστροβίλων LM2500 ή περίπου 7,5 MW μέσω των δύο κινητήρων diesel. Και εδώ πρόκειται για μηχανική ισχύ πρόωσης, όχι για ηλεκτρική παραγωγή.
Επίσης υπάρχουν 4 ηλεκτρογεννήτριες, οπότε και εδώ το απόθεμα ηλεκτρικής ισχύος θα αξιοποιηθεί για την επικείμενη αναβάθμιση τους, καθώς θα γίνει εγκατάσταση νέου ραντάρ, σύγχρονου συστήματος μάχης, επικοινωνιών και ηλεκτρονικού πολέμου. Γι’ αυτό ο εκσυγχρονισμός ενός παλαιού πλοίου δεν είναι απλώς αντικατάσταση συστημάτων. Μπορεί να απαιτεί νέες γεννήτριες, μετατροπείς, πίνακες διανομής, καλωδιώσεις και αναβάθμιση των μονάδων ψύξης.
Η σύγκριση με νεότερα πλοία δείχνει την τάση για όλο και “περισσότερο ρεύμα”. Οι γαλλικές FREMM διαθέτουν τέσσερις ηλεκτρογεννήτριες περίπου 2,2 MW η καθεμία, συνολικά 8,8 MW, επειδή χρησιμοποιούν και ηλεκτρικούς κινητήρες για την οικονομική πρόωση. Τα νεότερα γερμανικά πλοία κλάσης F125 διαθέτουν τέσσερις γεννήτριες των 2,9 MW, συνολικής ισχύος 11,6 MW. Ενω κορυφαίο παράδειγμα είναι η κλάση των αμερικανικών αντιτορπιλικών Zumwalt, που σχεδιάστηκαν εξαρχής ως “ηλεκτρικό πλοίο”, με ολοκληρωμένη ηλεκτρική πρόωση και συνολική παραγωγή περίπου 78 MW. Κάτι όμως που πληρώθηκε πολύ ακριβά καθώς το κόστος δημιουργίας, ελέγχου και συντήρησης του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας του σκάφους έφθασε σε δυσθεώρατο ύψος.
Leopard 2A8: μόλις 20 kW με τον κινητήρα σβηστό
Στα τεθωρακισμένα τα μεγέθη είναι πολύ μικρότερα. Ο κύριος κινητήρας του Leopard 2A8 αποδίδει περίπου 1.100 kW μηχανικής ισχύος, αλλά το σημαντικότερο μέγεθος για τα ηλεκτρονικά του είναι η βοηθητική μονάδα ισχύος. Στη νεότερη διαμόρφωση υπάρχει τέτοια, απόδοσης κάπου 20 kW, έναντι 17 kW σε ορισμένα Leopard 2A7V και ακόμη λιγότερο σε παλαιότερες εκδόσεις.
Τα 20 kW επιτρέπουν τη λειτουργία των αισθητήρων, των επικοινωνιών και άλλων συστημάτων με σβηστό τον κύριο κινητήρα, περιορίζοντας την κατανάλωση, τον θόρυβο και το θερμικό ίχνος. Δεν αποτελούν όμως μεγάλο απόθεμα. Το Leopard 2A8 ενσωματώνει το ενεργό σύστημα προστασίας Trophy, με τέσσερα ραντάρ, υπολογιστές και εκτοξευτές αντιμέτρων, καθώς και νέες κάμερες, θερμικά σκοπευτικά, σύστημα διοίκησης και κλιματισμό. Οπότε αν προστεθεί ένας ισχυρός ευρυζωνικός παρεμβολέας κατά drones, το περιθώριο ηλεκτρικής επάρκειας περιορίζεται ή και εξαφανίζεται. Ετσι διεθνώς γίνεται συζήτηση για προσθήκη εξτρά γεννητριων ρεύματος σε παλαιότερα άρματα, ώστε να υπάρχει επάρκεια ισχύος για λειτουργία σε ακινησία, χωρίς χρήση του κυρίως κινητήρα, ή για να τροφοδοτούνται οι παρεμβολείς drones που τείνουν να γίνουν βασικός εξοπλισμός. Εδώ αξιοσημείωτη δουλειά κάνει η δική μας Intracom Defenσe, που αναπτύσσει τέτοιες λύσεις, π.χ. με το σύστημα βοηθητικής ισχύος GENAIRCON για άρματα μάχης και τεθωρακισμένα όπως και την οικογένεια γεννητριών HEPS για υποστήριξη ανάπτυξης στο πεδίο.
Λέιζερ, ραντάρ και η μάχη των μεγαβάτ
Οι απαιτήσεις για περισσότερο ηλεκτρική ισχύ γίνονται ακόμη πιο εμφανείς στα λέιζερ. Εκεί συστήματα 30 έως 50 kW είναι κατάλληλα κυρίως για μικρά drones. Για πυραύλους cruise και ανθεκτικότερους στόχους εξετάζονται επίπεδα 150 έως 300 kW, ενώ η αντιμετώπιση βαλλιστικών ή υπερηχητικών απειλών οδηγεί τη συζήτηση προς το ένα μεγαβάτ. Και εδώ η ηλεκτρική κατανάλωση είναι μεγαλύτερη από την ονομαστική ισχύ της δέσμης. Με απόδοση, για παράδειγμα, 30% έως 40%, ένα λέιζερ 300 kW μπορεί να απαιτεί ηλεκτρική είσοδο 750 kW έως 1 MW. Τα υπόλοιπα 450 έως 700 kW μετατρέπονται κυρίως σε θερμότητα. Οπότε ένα πλοίο που θέλει να ενσωματώσει ένα σύγχρονο λέιζερ υψηλής ισχύος, μπορεί να βρεθεί μπροστά σε απαίτηση για κοντά ένα μεγαβάτ ισχύος συν το σύστημα μπαταριών που θα αποθηκεύει ενέργεια για τις αιχμές κατανάλωσης, ουσιαστικά την κάθε “βόλη”. Εξτρά γεννήτριες και μπαταρίες με την σειρά τους απαιτούν ισχυρά κυκλώματα διαχείρισης ηλεκτρικής ενέργειας και βέβαια ψύξη βιομηχανικής κλίμακας.
Αντίστοιχα, τα νέα ραντάρ AESA απορροφούν σημαντικά φορτία. Στα αντιτορπιλικά Arleigh Burke Flight III, η ηλεκτρική παραγωγή αυξήθηκε σε τρεις γεννήτριες των 4 MW, συνολικά 12 MW, κυρίως για να υποστηριχθεί το ισχυρότερο ραντάρ AN/SPY-6. Παρ’ όλα αυτά, στελέχη του αμερικανικού Ναυτικού έχουν προειδοποιήσει ότι η προσθήκη λέιζερ μεγάλης ισχύος θα απαιτούσε είτε αφαίρεση άλλων φορτίων είτε εξαιρετικά επιθετική διαχείριση ενέργειας.
Συνεχώς η ηλεκτρική ισχύς εξελίσσεται, σε μορφή «πυρομαχικού». Όποιος διαθέτει επαρκή παραγωγή, αποθήκευση, διανομή και ψύξη μπορεί να εντοπίζει νωρίτερα, να παρεμβάλλει ισχυρότερα και να πραγματοποιεί διαδοχικές εμπλοκές. Όποιος δεν διαθέτει, θα αναγκάζεται να επιλέγει ποιο σύστημα θα παραμείνει ενεργό.
Για τα μελλοντικά οπλικά συστήματα, η ενεργειακή εφεδρεία πρέπει πλέον να σχεδιάζεται όπως το βάρος, ο χώρος και η ευστάθεια. Στους πολέμους της επόμενης δεκαετίας, το κρίσιμο ερώτημα δεν θα είναι μόνο πόσα όπλα φέρει μια πλατφόρμα, αλλά πόσα κιλοβάτ μπορεί να παράγει, να διαθέσει και να ψύξει — και για πόσο χρόνο μπορεί να κρατήσει τα όπλα της ηλεκτρικά και θερμικά «ζωντανά».
