מפת הדרכים לאגירת אנרגיה בכלי רכב משוריינים מתקדמים

כלי הרק"מ החדשים יתבססו, כפי הנראה, על מערכת הינע היברידית חסכונית ועתירת הספק, המשלבת גנרטור דיזל לייצור אנרגיה, עם מנועים חשמליים קטנים יחסית ומבוזרים, להנעת הכלי

Photo by Cpl. Yoav Pinus, IDF Spokesperson's Unit - https://www.flickr.com/photos/idfonline/25149494117/in/dateposted/

 

שדה הקרב היבשתי השתנה לעין ערוך בעשור האחרון, והרבה יותר מכך השתנו התחזיות לעשורים הבאים. המהפכה בעניינים צבאיים, בדגש על דיגיטציה ורשתיות, חודרת לצבאות העולם וסוחפת את צבא היבשה במלוא עוזה, בעודה הופכת את החיילים, הרכב והרק"מ, ואף את המוצבים והימ"חים, למערכות אלקטרוניות מורכבות ומקושרות רשתית. ומה שהופך לאלקטרוני ומקושר, צריך אנרגיה.

מאמר זה עוסק בשינוים ובתחזיות לשינוי בצרכי האנרגיה של הרכב הקרבי הקל והמשוריין (רק"מ) ומנסה לשרטט מפת דרכים למגמות ההווה והעתיד הקרוב בתחום זה.

טנקים ונגמ"שים נדרשים כיום להציג רמת ניידות טקטית ואופרטיבית גבוהה, כושר תמרון משופר, טווח פעילות רחב ויכולת שהיה סטטית ממושכת בשדה הקרב, יכולות לשנע ולהפעיל ציוד אלקטרואופטי מתוחכם ומטע"דים ייעודיים אחרים, ולספק רמת הגנה גבוהה במיוחד לצוות. כתוצאה מכך, נדרשים כלי הרק"מ לשאת ולהפעיל מערכות שו"ב, תקשורת, תצפית, מכ"מים, מיגון אקטיבי, מיזוג אויר ועוד.

לכלי הרק"מ המתקדמים נוספו מערכות לחימה נוספות (כדוגמת משגרי טילים), מערכות הדמיה וסיוע בנהיגה, מערכות הגנה אקטיבית, הטעיה ושיבוש, מערכות מיזוג אויר עוצמתיות, מערכת שו"ב וניהול קרב ועוד. כל אלה צורכות אנרגיה רבה. בנוסף, הכלים המשוריינים גם צריכים לספק את צרכי האנרגיה של יחידות חי"ר נסמכות, להן מגוון רחב של מערכות אלקטרוניות נישאות אדם, כך שהרק"מ הוא גם סבל החי"ר, המזווה, מחסן התחמושת ומחסן האנרגיה של אותן יחידות חי"ר. הכלים הללו צריכים גם להתמודד עם אתגרי תדלוק לוגיסטיים מסובכים ועם דרישה לצמצום צריכת הדלק (או הגדלת טווח הפעולה) שלהם.

כלל החידושים והשינויים מעמידים בפני עולם הרק"מ ארבעה אתגרים מרכזיים:

  • הקצאת משקל ונפח נמוכה יותר לצרכי ההינע של הכלים
  • דרישה להקטנת החתימה הלוגיסטית של התדלוק
  • שהיה סטטית ממושכת והפעלה של מערכות הלחימה באופן שקט ותוך הפחתת החתימה הטרמית
  • עליה בביקוש לאספקת חשמל למערכות אלקטרוניות אינטגרליות וחיצוניות

משמעות הדבר היא, שהכלים הללו זקוקים למקורות אנרגיה יעילים וחזקים הרבה יותר עבור הכלי עצמו, הצוות שעליו ויחידות סמוכות ונסמכות.

כלים קלים וקטנים יותר

כלי הרק"מ החדשים נדרשים להיות קטנים וקלים יותר. הכלים החדשים יונעו באמצעות  מנועי בעירה פנימית קטנים יותר. יתרה מכך, למרות גודלו הקטן יותר של המנוע, דרישות האנרגיה מהכלים המשוריינים רק עולות והם נדרשים לספק חשמל למספר גדל של מערכות ולתמוך בצרכים האנרגטיים של יחידות הפועלות בסמוך.

בנוסף, בכדי לבצע משימות משמר שקט ממושכות, נדרשים הכלים להפעיל את כלל מערכות הלחימה שלהם במנוע כבוי למשך שעות ארוכות, כדי להוריד את החתימה האקוסטיות והטרמית שלו.

מצברי הרק"מ הוותיקים מתבססים על טכנולוגיה של עופרת חומצה. זו פותחה לפני כ-150 שנה (הרבה לפני המצאת האוטומוביל ומלחמת העולם הראשונה במהלכה הומצא הטנק) ועברה את השינוי הטכנולוגי המשמעותי האחרון לקראת סוף מלחמת וייטנאם (או לישראלים שבינינו - סביב מלחמת יום כיפור). בעשורים האחרונים נסמכים מרבית כלי הרק"מ המערביים על מצברי עופרת חומצה סטנדרטים בגודל המכונה 6T או NATO SANDARD. מצברים אלה מכילים כ-1 קוט"ש אנרגיה אפקטיבית ושוקלים כ-40 ק"ג ליחידה. לעומתם, סוללת 6T חדשה המבוססת על טכנולוגיית ליתיום-יון, שוקלת כ-25 ק"ג, והקיבול שלה הוא 4.18 קוט"ש באותם התנאים.

סוללות אלה יאפשרו להאריך במידה ניכרת את פרק הזמן של משימות משמר שקט. בחישוב גס, ניתן להגדיל את זמני המשמר השקט של טנק פי 4: מכ-4-5 שעות הזכורות לנו מ"מארב ארטישוק" של ימי רצועת הביטחון בדרום לבנון, שלאחריו צריך היה נהג הטנק להניע את מנוע הדיזל, למשמר שקט של לילה מזרח תיכוני חורפי בן 14 שעות. כל זאת, תוך שימוש בנפח הקיים של תאי המצברים, ובנוסף, תוך חיסכון של עוד כ-35% במשקל המצברים הכולל.

בעשר האחרון יזמו משרדי הגנה וצבאות אחדים – הבולט שבהם הוא צבא ארה"ב ומפקדת פיתוח הטנקים שלו (TARDEC), אבל פרויקט דומה קיים גם במנהלת פיתוח הטנק במשרד הביטחון הישראלי (מנת"ק) - מספר פרוייקטי פיתוח בשיתוף חברות המתמחות בסוללות ליתיום. בפרויקטים אלה מפותחים מצברים תחליפיים  המסוגלים לאחסן אנרגיה בקיבול גדול פי 4 מן המצברים המסורתיים. בנוסף, מצברים אלה מתוכננים לפעול למשך 1,000 מחזורי טעינה, בעוד מצברים נוספים, בטכנולוגיית ליתיום פחות אנרגטית, מסוגלים להגיע אף ל-5,000 מחזורי טעינה ופריקה.

משמעות הדברים היא לא פחות ממהפכנית לא רק בהיבטי היכולת המבצעית – כאמור, רק"מ המצויד במצברי ליתיום מסוגל לבצע משימת משמר שקט ארוכה פי 4 מאשר לפני עשור – אלא גם בהיבט השרשרת הלוגיסטית: חטיבת שריון או חירמ"כ אינה נדרשת עוד לשאת עמה מלאי מצברים עצום וכבד אל מעבר לים רק כדי לעמוד בדרישות הטיפולים התקופתיים, כי המצברים המתקדמים מספיקים ל-5 עד 10 שנות עבודה. כיום ניתן לקחת אל זירת הלחימה מספר מצומצם של חלפים, בעוד את מרבית המצברים ניתן להחליף רק בתום תקופת הלחימה כשהכלים חוזרים לימ"ח במדינת האם.

תופעה מרכזית אחרת המעצימה את חילופי הדורות בעולם האנרגיה לרכב היא המרוץ של תעשיית הרכב לכיוון הרכב החשמלי שיוכל להשלים נסיעה של 400 ק"מ בין טעינות, ולהתחרות במחיר במכונית משפחתית מונעת במנוע בערה. או במילה אחת – טסלה.

לא רבים בברנז'ה הביטחונית יודעים, אבל מרבית תעשיות הרכב הגדולות פיתחו בשנים האחרונות שיתופי פעולה אסטרטגיים כה מרכזיים עם  תעשיית סוללות הליתיום, עד שניתן לומר כי חברות הרכב הפכו לחברות לייצור סוללות ליתיום, שאחת האפליקציות המרכזיות שלהן היא מכונית. כך נוהגות טסלה אבל גם ג'נרל מוטורס, קבוצת רנו-ניסן, קבוצת פולקסוואגן, קבוצת CNH (פיאט קרייזלר) ועוד. בהיותה מנוע כלכלי משמעותי בהרבה מתעשיית הרק"מ הנישתית, דוחפת תעשיית הרכב את צפיפות האנרגיה למעלה ואת מחירי סוללות הליתיום כלפי מטה. לפני עשור היה מחירה של סוללה אזרחית פשוטה בקיבול 1 קוט"ש – כ-1,000$, בעוד כיום מחיר זה נמוך מ-200$. בשנים הקרובות צפוי המחיר לרדת לפחות מ-100$.

טכנולוגיית הליתיום המתקדמת הגיעה כעת לדרגת בשלות, המאפשרת את המעבר משלב האימוץ הראשוני להטמעה רחבת היקף. מצברי הליתיום משתלבים הן בתכניות רק"מ חדש שהותנעו בעקבות סיום מלחמות עירק ואפגניסטאן, כדוגמת תכניות ההתעצמות של ארה"ב, קנדה, אוסטרליה, דנמרק, גרמניה, צרפת, בריטניה ואיטליה, והן בתכניות השבחה של כלי רק"מ ותיקים, המתקיימים בעשרות מדינות נוספות. צה"ל, כדוגמה, הוא אחד המתקדמים בעולם הן בפיתוח רק"מ והן בפיתוח מקורות אנרגיה לרק"מ. נראה כי גם ההצטיידות במצברים מתקדמים עבור כלי הרק"מ הקיימים, מרכבה ונמ"ר, ואלה העתידיים, דוגמת איתן, צפויה לצבור תאוצה בשנים הקרובות.

הוסיפו לכך את השיפורים העדכניים ברמת הבטיחות והאמינות של סוללות הליתיום, שכבר אינן מרתיעות את קבלני הציוד הביטחוני והמשתמשים הצבאיים, ותקבלו טכנולוגיית סוללות חדשנית, המציעה אלטרנטיבה עדיפה בהרבה ויקרה רק במקצת במונחי עלות מחזור חיים, למצברי העופרת חומצה הוותיקים.

הנעה היברידית

מבט בכלי הרק"מ העתידיים שיכנסו לשירות בעוד כעשור וחצי ושרמזים להם נראים כבר היום בדמות פרויקט "כרמל" של מפא"ת, היא שטנקים ונגמ"שים יזדקקו אז לעוד יותר אנרגיה חשמלית והספק להפעלת מערכות נשק מתקדמות, כדוגמת תותחי לייזר. יתרה מכך, אחד מלקחי מלחמות העשור הקודם הוא המחיר הגבוה, המורכבות והסיכון לחיי חיילים ואזרחים, הכרוכים בהובלת הדלק ממדינת האם לשערי המוצב באפגניסטאן: עלותו של גלון סולר שעולה בארה"ב כ-2.5$ מאמיר עד הגיעו לאפגניסטאן לכ-300$. שיקולים אלה הביאו את צבאות המערב לתכנון מחדש של משק האנרגיה הצבאי ותדלוק מלחמות העתיד, שגם הן יתנהלו, כנראה, רחוק מן הבית: בצפון אפריקה ובמזרח התיכון.

כלי הרק"מ החדשים יתבססו, כפי הנראה, על מערכת הינע היברידית חסכונית ועתירת הספק, המשלבת גנרטור דיזל לייצור אנרגיה, עם מנועים חשמליים קטנים יחסית ומבוזרים, להנעת הכלי. כדי לעמוד בדרישות האנרגיה וההספק הללו, עוסקת תעשיית הרק"מ בעולם בשלבי פיתוח ראשונים של מערכות הינע כאלה. את הפירות הראשונים של אותן מערכות, נראה ככל הנראה לא בטנקים, אלא דווקא בכלים אחרים, שצורכים אנרגיה רבה, נדרשים להספקים גבוהים וכל זאת מבלי לעורר יותר מדי רעש – משאיות אשפה, משאיות חלוקה עירוניות ומערבלי בטון.

הכותב הוא מנהל תכנית סוללות עתירות אנרגיה באפסילור דלק חשמלי בע"מ

אולי יעניין אותך גם

צילום: חברת אירונאוטיקס

חדשנות ישראלית: האורביטר של אירונאוטיקס בין 100 המוצרים פורצי הדרך שפותחו מקום המדינה

בטקס חגיגי בבית הנשיא הוענק אות התעשיין של ישראל לשנת 2018. במסגרת הטקס הושק הספר "חדשנות ישראלית" המאגד 100 סיפורי הצלחה מאחורי מוצרים פורצי דרך. האורביטר של אירונאוטיקס הוא אחד מהם