Армия США «зеленеет»: альтернативная энергетика на службе Пентагона

Альтернативными источниками энергии занялись компетентные и серьезные парни из DARPA, Агентства по передовым оборонным научно-исследовательским разработкам США. Движет учеными отнюдь не желание остановить планетарное потепление.

О каких бы бесконтактных войнах мы ни говорили, кончает их всегда пехотинец. А вот вооружение пехотинца — его винтовка — ничем особенно хорошим по сравнению с оружием конца XIX века не отличается. Даже наоборот, какой-нибудь Mauser 98k, с которым кайзеровская армия прошла Первую, а гитлеровская — Вторую мировую войну, хоть и не мог стрелять очередями, в отличие от голливудско-пентагоновской M16, имел куда большую дальность стрельбы и убойность пули.

Сейчас до дуэли дело не дойдёт — солдат более современной армии вызовет поддержку тяжёлого оружия: от пулемёта до гаубицы, а то и авиации, которые размажут противника до того, как он успеет пострелять вволю. И увидит высокотехнологичный солдат своего врага раньше благодаря приборам ночного видения, которые обеспечили в 1982 году при высадке на Фолкленды британским бойцам решительное превосходство над аргентинцами — им выпала участь забиваемых…

Вот только проблема: как говаривал один «зелёный берет» времён вьетнамской войны, в джунглях розеток нет. А они нужны, очень нужны. Энергию едят радиостанции, а приёмопередатчик нынче у каждого солдата. Приборам ночного видения энергия нужна для того, чтобы размножить достигшие объектива кванты или перевести их из инфракрасного в видимый, а значит, более высокоэнергетичный спектр. Энергоёмки цифровые приёмники  GPS-сигнала, позволяющие бойцу ориентироваться на местности, а командиру подразделения видеть их расположение.

В городской жизни мы решаем эту проблему применением аккумуляторов, но зарядка их в полевых условиях превращается в сложную проблему. Хорошо, если рядом есть  HUMVEE — универсальный джип, снабжённый генератором для зарядки аккумуляторов подразделения. А если дело происходит в джунглях, в горах? Современная армия, действующая в непривычной обстановке, может утратить своё информационное превосходство.

Именно поэтому специалисты DARPA и обратились к такой, казалось бы, мирной и экологичной теме, как альтернативная энергетика. Основывающаяся не на гигантских танкерах, трубопроводах, заправщиках, а на возобновляемых источниках энергии — ветре, солнце, биотопливе. Для военных нужд принципиально не то, что эти источники возобновляемы (может, кто и размышляет о том, как воевать, когда нефть иссякнет, но до штабов и конструкторских бюро такие философствования не доходят), а то, что они достаточно равномерно распределены по потенциальным театрам боевых действий, то бишь по поверхности планеты.

Как бы привычны ни стали в нулевые годы леса ветрогенераторов, урчащих над дюнами Балтики, над меловыми утёсами Северного моря и над известняками Средиземноморья, они да переливающиеся всеми цветами радуги фотоэлементные пластины на крышах шикарных вилл — пока игрушки богатенькой Европы. Вроде тех гибридных авто, которые калифорнийские экозвёзды покупают своим горничным и секретаршам, сами разъезжая на двенадцатицилиндровых джипах.

У альтернативных возобновляемых источников энергии есть один недостаток — они малоконцентрированны. На планете их много, но они размазаны по ней уж очень тонким слоем. Эффективность тепловых электростанций, снабжающих жилую и промышленную инфраструктуры энергией, обеспечивается гигантской концентрацией газа в трубопроводах, мазута в цистернах, угля в эшелонах. А ветер, если вдруг сконцентрируется, усилится, станет уже не движущей силой, а причиной катастрофы — не радовались же капитаны клиперов, если даже попутный ветер достигал десятка баллов. И пока солнечная энергетика не будет вынесена за пределы планеты, концентраторы лучей будут инженерными кунштюками вроде зеркал Архимеда, которыми он жёг римские корабли. Одним из главных преимуществ технологии — ростом эффективности за счёт увеличения мощности агрегата — воспользоваться в альтернативной энергетике не удаётся.

Но есть преимущество другое — дешевизна даже самой сложной, но массово производимой продукции. Пример этого — компьютер, посредством которого вы читаете эти строки. А ещё есть сетевой подход. Выполнение работы не одним гигантским агрегатом, а связанными в многомерные сети крохотными стандартными устройствами, работающими по стандартным протоколам. И вот каждое такое устройство потребляет сравнительно немного энергии. Которую вполне могут дать и альтернативные источники энергии, работающие на подножном корме.

Когда капитан Гобято при обороне Порт-Артура впервые применил стрельбу с закрытых позиций, команды с наблюдательного пункта к орудиям передавались по живой цепочке перекликающихся солдат. Индустриальная эпоха породила гигантские радиостанции с огромными антенными полями, способные донести до войск приказ даже в условиях ядерной войны, протолкнуть его даже сквозь толщу вод до погружённых субмарин. Информационные технологии возвращаются к эдаким «живым цепочкам». Информация может циркулировать от одной носимой рации к другой, каждая из которых потребляет весьма скромное количество энергии.

Они-то как раз и могут дать альтернативные источники. Прежде всего — топливные элементы, служащие для электрохимической генерации тока. Примерно так, как это делают гальванические батареи или аккумуляторы. Только в гальванических батареях запас химического вещества, служащего для генерации энергии, закладывается при их производстве, а в аккумуляторах он порождается электрохимическими реакциями при зарядке.

В топливные же элементы горючее и окислитель подаются как в тепловую машину: или непрерывно, как в турбину, или порциями, как в топку архаичного паровоза. На топливные элементы не распространяются ограничения термодинамического цикла Карно (актуальные для всех тепловых машин), и поэтому их КПД может быть весьма высок, до 80%. У них нет движущихся частей, вибраций, шумов — только электрохимические реакции окисления и восстановления, создающие соответственно на аноде и катоде отрицательный и положительный заряды, которые при подключении нагрузки порождают ток.

Топливные элементы известны довольно давно. Английский юрист и физик-любитель Уильям Роберт Гров открыл их в 1839 году. Основоположник физической химии сын рижского бочкаря Вильгельм Оствальд в 1894 году предложил использовать их для более эффективного, не стесняемого началами термодинамики преобразования энергии в электричество. В 1960-е топливные элементы были доведены до железа для нужд космической техники. Но были они крайне дороги, работали на водороде и кислороде (зато выход — вода, которую пили астронавты) и использовали платиновые электроды. Нефтяные кризисы ХХ века породили устройства на атмосферном воздухе и с более деш ёвыми электродами.

Теперь DARPA привлекает достижения современной технологии для следующего этапа их развития. Паровые игрушки знали и в античной Александрии, но паровая машина появилась, когда в Англии сумели пригнать поршень к цилиндру так точно, что между ними еле проходил стёртый пенс. А в наши дни культовые нанотехнологии нужны для того, чтобы, превратив электроды в губку с тончайшими порами, увеличить площадь реакции. Чем электрод «лохмаче», тем элемент эффективнее.

На удобно хранящихся (в отличие от водорода) спиртах топливным элементам да ёт возможность работать протонопроницаемая мембрана. Электроны она задерживает: представьте решето, через которое падают вниз большие частицы и в котором застревают мелкие. В топливных элементах без мембраны используются свойства течения жидкостей в микроканалах, тут уже не только протоны, но и куда более крупные ионы. Применяются и ферменты: почти как в организмах самих солдат. Они ведь, в сущности, тоже работают как топливные элементы — на пайковой еде и дармовом воздухе.

Другой альтернативный источник энергии, интересный военным, — солнечные батареи. DARPA старается адаптировать их к полевым условиям. Фотоэлементы вполне могут зарядить за день аккумуляторы прибора ночного видения или маленького приёмопередатчика. Они, конечно, менее всего нуждаются в снабжении — их обеспечивает силой солнце, «всемирный пролетарий». Но зато они зависят от времени суток, широты и погоды. Впрочем, в автоматических сетевых сенсорах, раскидываемых по полю боя, своё применение фотоэлементы явно найдут.

И наконец, биотопливо. Хотя и говорят о производстве его в кондициях авиационного керосина JP-8, танки и штурмовики на него вряд ли перейдут — слишком высоки требования к безопасности пилотируемой техники. Но на подходе боевые роботы, которым предстоит заменить пехотинца. Но вот представить какую-то разновидность полевого заводика для производства древесного спирта («ведь если б водку гнали бы не из опилок»), который станут пить топливные элементы боевых роботов, уже вполне можно.

Источник: «Частный корреспондент»