原文標(biāo)題：軍事新能源技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展淺析
發(fā)布媒體：穆點(diǎn)咨詢
能源行業(yè)一直是影響世界格局的核心要素，并是各國談判交換的關(guān)鍵籌碼之一。在化石能源為戰(zhàn)略儲備并作為核心儲備的時(shí)代，軍事也在探索新能源技術(shù)的利用可行性。安全范疇下的新能源技術(shù)應(yīng)用，不僅僅包括武器裝備，更是后勤保障的必須補(bǔ)充選項(xiàng)。尤其是新能源產(chǎn)業(yè)升級的大背景下，軍用設(shè)施高效利用新能源技術(shù)，提升核心裝備和設(shè)施場景的價(jià)值，是軍用核心思想。
世界發(fā)生過許多戰(zhàn)爭，美國通過頁巖革命掌握了資源，成為世界資源大國并影響和改變世界原油、天然氣以及煤炭等資源市場的流通等，美國通過海灣戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭、利比亞戰(zhàn)爭、埃及顏色革命、敘利亞戰(zhàn)爭，其中敘利亞戰(zhàn)爭美國網(wǎng)絡(luò)部隊(duì)與胡安·瓜伊多聯(lián)手，共同襲擊了委內(nèi)瑞拉電力系統(tǒng)，導(dǎo)致全國大范圍停電。這些戰(zhàn)爭歸根結(jié)底就是爭奪資源，才掀開了一場又一場的能源戰(zhàn)。
打擊伊朗的石油出口，為美國石油搶占更多國際能源市場，打擊伊朗為以色列猶太人服務(wù)，使中東沒有國家能夠與以色列相抗衡
能源安全問題不僅是供應(yīng)安全問題，還包括能源供應(yīng)、需求、價(jià)格、運(yùn)輸、使用等問題在內(nèi)的綜合性風(fēng)險(xiǎn)與威脅。其中，能源安全遵循以下四項(xiàng)原則：
美國近幾年對能源技術(shù)發(fā)展和能源戰(zhàn)略相關(guān)項(xiàng)目：
美國國防部彈性能源系統(tǒng)
美國國防部早在2012年就開始挖掘微電網(wǎng)的潛在生存能力，尤其是微電網(wǎng)和太陽能光伏發(fā)電相結(jié)合。預(yù)計(jì)到2026年國防部每年支出可達(dá)到14億美元，用來部署軍用微電網(wǎng)及維持其運(yùn)營的費(fèi)用。
微電網(wǎng)的資金可謂是有多個(gè)來源。其中，F(xiàn)ortistar是一家管理熱電聯(lián)產(chǎn)、垃圾填埋場和生物質(zhì)發(fā)電廠的公司，經(jīng)營該營區(qū)附近的兩個(gè)垃圾填埋氣體發(fā)電廠、基地與該公司簽訂了為期15年的電力購買協(xié)議、而Miramar公司則獲得了國防部的撥款，用于建造垃圾填埋氣體設(shè)施的配電線路。還有加州能源委員會的資助，也為該基地的新存儲項(xiàng)目提供資金。
從過去到現(xiàn)在，部隊(duì)補(bǔ)給需求是軍委后勤保障一直在研究的重要方向，如何可以增加作戰(zhàn)范圍和機(jī)動能力的同時(shí)還能降低燃料消耗呢？接下來我們看看美國是如何應(yīng)對這類難題。
一、美國戰(zhàn)場能源對象
首先我們先回顧，伊拉克和阿富汗作戰(zhàn)期間燃料消耗較多的地面裝備，所使用的輪式越野車、營地發(fā)電機(jī)，其燃料消耗量占地面部隊(duì)燃料消耗總量的50%。發(fā)展能源策略，應(yīng)集中研究以下五種地面裝備：
（一）輪式越野車，油電混合動力發(fā)動機(jī)的應(yīng)用，以及減少車輛燃料需求對車輛的影響；
（二）營地發(fā)電機(jī) ， 更換成燃料新型發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢，如何融合微電網(wǎng)技術(shù)和太陽能技術(shù)，減少發(fā)電機(jī)燃料需求；
（三）空調(diào)系統(tǒng)，將低效老舊空調(diào)系統(tǒng)替換成新的改進(jìn)型空調(diào)系統(tǒng)帶來的效果；
（四）野戰(zhàn)帳篷，使用隔熱性能較差的材料制造的帳篷，對發(fā)電機(jī)和燃料需求帶來的影響；
（五）帳篷照明系統(tǒng)，用LED替換現(xiàn)有燈泡，進(jìn)一步提高發(fā)電機(jī)燃油效率。
二、很多方法可減少燃料消耗，沒有具體的技術(shù)可以獨(dú)立解決這個(gè)問題
（一）JP-8混合燃料和生物燃料以驗(yàn)證效率的提升。混合燃料和生物燃料的目標(biāo)是效率提高到20%以上；
（二）油電混合動力和太陽能技術(shù)，混合動力技術(shù)減少輪式越野車的燃料消耗，太陽能可減少發(fā)電機(jī)的燃料消耗。
三、美軍在伊拉克和阿富汗作戰(zhàn)期間，地面作戰(zhàn)裝備消耗了50%以上的燃料
（一）輪式越野車，美國陸軍的重型擴(kuò)展式機(jī)動戰(zhàn)術(shù)卡車和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的中型戰(zhàn)術(shù)車輛
目前中型戰(zhàn)術(shù)車輛的技術(shù)燃油效率3.8英里/加侖，油箱容量78加侖，續(xù)駛里程300英里。在伊拉克和阿富汗使用各種型號的標(biāo)準(zhǔn)中型戰(zhàn)術(shù)車輛裝配有裝甲，使原重30000磅的車輛更加沉重。標(biāo)準(zhǔn)重型擴(kuò)展式機(jī)動戰(zhàn)術(shù)卡車的燃油效率是2.6英里/加侖，油箱容量155加侖，續(xù)駛里程300-400英里，重量41000磅。
美國戰(zhàn)隊(duì)面臨的主要問題是燃油效率低，油耗高，顯示燃料效率增加20%-25%，具體數(shù)值取決于地形、環(huán)境和有效載荷。改型中型戰(zhàn)術(shù)車輛燃料效率增加20%，相當(dāng)于燃料效率從3.8英里/加侖增加到4.6英里/加侖，節(jié)省燃料13加侖/油箱。A3型重型擴(kuò)展式機(jī)動戰(zhàn)術(shù)卡車燃料效率增加20%，相當(dāng)于燃料效率從2.6英里/加侖增加到3.15英里/加侖，節(jié)省燃料27加侖/油箱。
（二）發(fā)電機(jī)和使用太陽能有助于顯著降低發(fā)電機(jī)燃料消耗
2012年在阿富汗，美國陸軍戰(zhàn)場編配功率為3-60千瓦各型改進(jìn)的中型機(jī)動電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)1600臺，由于功率輸出不同，每天的燃料節(jié)省量在2.88加侖到6.24加侖之間。將1600臺改進(jìn)的中型機(jī)動電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)均分為單組320臺，每組包括3千瓦、5千瓦、15千瓦、30千瓦和60千瓦等型號，節(jié)省燃料總數(shù)可達(dá)9705加侖。這等同于，戰(zhàn)術(shù)靜音發(fā)電機(jī)的燃料效率為1.51加侖/小時(shí)，改進(jìn)的中型機(jī)動電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)燃料效率為1.23加侖/小時(shí)。電力需求要與容量合適的發(fā)電機(jī)相匹配，微電網(wǎng)可以節(jié)省大量的燃料。用5臺60千瓦戰(zhàn)術(shù)靜音發(fā)電機(jī)，每臺的油箱容量43加侖，燃油效率5.37加侖/小時(shí)，運(yùn)行時(shí)間8小時(shí)，每臺燃料消耗量129加侖/天，5臺60千瓦的發(fā)電機(jī)消耗燃料量是645加侖/天。
目前在展開部署的戰(zhàn)斗環(huán)境下，太陽能可提供3-28千瓦的電力，當(dāng)戰(zhàn)斗前和前方作戰(zhàn)基地，每天使用3-5千瓦的太陽能可節(jié)省燃料20加侖。太陽能還可并入微電網(wǎng)滿足用戶電力需求。將3千瓦和30千瓦的發(fā)電機(jī)分別與功率相同的太陽能板比較時(shí)，計(jì)算出的燃料節(jié)省量證明了太陽能技術(shù)的優(yōu)勢。1臺3千瓦的發(fā)電機(jī)油箱容量4加侖，每小時(shí)消耗燃料0.33加侖，可持續(xù)運(yùn)行12小時(shí)，使用太陽能發(fā)電，相當(dāng)于每天節(jié)省燃料8加侖。在營地、前方作戰(zhàn)基地和戰(zhàn)斗哨所太陽能技術(shù)替代發(fā)電機(jī)的數(shù)量將決定燃料消耗的減少量，太陽能每替代一臺發(fā)電機(jī)都節(jié)省100%的燃料。改進(jìn)的中型機(jī)動電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)可靠運(yùn)行時(shí)間750小時(shí)，期間不需要維護(hù)，而戰(zhàn)術(shù)靜音發(fā)電機(jī)則需要定期維護(hù)，其可靠運(yùn)行時(shí)間500-600小時(shí)。
（三）空調(diào)系統(tǒng)
在阿富汗戰(zhàn)場上使用新型空調(diào)系統(tǒng)，新型改進(jìn)型空調(diào)系統(tǒng)，能夠減少能源20-25%，通過內(nèi)部計(jì)算機(jī)控制恒溫調(diào)節(jié)器，讀取室溫并控制空調(diào)系統(tǒng)電源開關(guān)，降低發(fā)電機(jī)的燃料消耗。改進(jìn)型空調(diào)系統(tǒng)還可對2個(gè)12人的野戰(zhàn)帳篷提供溫度調(diào)節(jié)控制功能，而現(xiàn)役空調(diào)系統(tǒng)只能對1個(gè)12人的野戰(zhàn)帳篷提供溫度調(diào)節(jié)控制功能。此外，由于1臺改進(jìn)型空調(diào)系統(tǒng)可以替代2臺舊型空調(diào)系統(tǒng)，24小時(shí)可節(jié)省燃料為69×2-55=83加侖。
四、裝備系統(tǒng)存在許多能力不足，提高能源效率技術(shù)延長作戰(zhàn)時(shí)間
在上面的敘述中表明，提高輪式越野車、發(fā)電機(jī)、空調(diào)系統(tǒng)、野戰(zhàn)帳篷和帳篷照明的效率，均有助于大量減少燃料消耗。通過實(shí)施能源優(yōu)化策略，軍隊(duì)指揮員將很快認(rèn)識到優(yōu)勢和效益，與當(dāng)前系統(tǒng)相比，每個(gè)系統(tǒng)都有提高燃料效率的巨大潛力。美國陸軍和美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)使用新型帳篷，可以減少駐地20-25%的燃料消耗，這些節(jié)省對減少燃料護(hù)送次數(shù)的影響重大。
如果將所列系統(tǒng)每天大約節(jié)省的145525加侖燃料作為基準(zhǔn)數(shù)，將時(shí)間拓展至30天，節(jié)省的燃料總數(shù)則達(dá)到4365750加侖，這個(gè)數(shù)量相當(dāng)于874輛5000加侖的油罐車不需要參與油料運(yùn)輸，也將減少18次運(yùn)輸護(hù)送。而一次運(yùn)輸護(hù)送就需要動用35輛5000加侖的油罐車和15輛保障車，車輛總數(shù)達(dá)到50輛，保障人員數(shù)量達(dá)到140人。
目前的裝備系統(tǒng)存在許多能力不足，提高能源效率技術(shù)，有助于擴(kuò)大作戰(zhàn)范圍，延長作戰(zhàn)持續(xù)時(shí)間。隨著燃料效率更高的混合動力發(fā)動機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，下一步軍方應(yīng)開展履帶車輛應(yīng)用該技術(shù)的研究，這對于減少地面車輛整體的燃料消耗很重要。前線履帶車輛處于機(jī)動進(jìn)攻行動的最前沿，履帶車輛戰(zhàn)時(shí)燃料消耗占地面燃料消耗總量的近50%，，這對敵方部隊(duì)會產(chǎn)生致命影響。提高履帶車輛燃料效率還能改變戰(zhàn)時(shí)燃料后勤，進(jìn)而提高戰(zhàn)場部隊(duì)機(jī)動性和靈活性。另一個(gè)重點(diǎn)研究領(lǐng)域?qū)⑹巧锶剂虾痛萌剂?，因?yàn)檫@些燃料對美國國防部整體化石燃料的削減會產(chǎn)生很大的影響，隨著精煉技術(shù)在生物燃料和替代燃料中的成本效益日益提高，進(jìn)一步研究生物燃料和替代燃料如何影響地面后勤將成為一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。
2017年，DARPA向華盛頓大學(xué)、“海洋工程”主要研制端到端通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)室和海洋環(huán)境下進(jìn)行測試和評估。研制成功后，這種通信網(wǎng)絡(luò)有望以多種形式得以應(yīng)用。
從現(xiàn)階段來看，鋰離子電池是未來軍事裝備的主選，具體如下：
1、單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)的首選電源。英國國防部將鋰離子電池作為單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)補(bǔ)給能源，研制的袋狀鋰離子電池具有超高比能量。比如美國“陸地勇士”單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)和德國“未來士兵”系統(tǒng)都使用鋰離子電池。
2、海上裝備的“能源新寵”。多個(gè)國家海軍將鋰離子電池應(yīng)用于微型潛艇，如，法軍天蝎級潛艇裝備新一代鋰離子電池，使?jié)撏С潆姇r(shí)間大幅縮短，水下續(xù)航時(shí)間翻倍。
3、“發(fā)鋰離子電池魚雷"。法國海軍已成功開發(fā)鋰離子電池魚雷，運(yùn)行速度超過50節(jié)（92.5千米/小時(shí)），可靠性和安全性均滿足作戰(zhàn)性能要求。外軍還探索將鋰離子電池用作水面艦艇電力系統(tǒng)。
4、空天飛行器的“第三代電源”。在軍事航空領(lǐng)域，鋰離子電池主要應(yīng)用于小型、微型無人機(jī)。美軍在阿富汗戰(zhàn)爭中投入使用的“龍眼”無人偵察機(jī)，采用鋰離子電池作為動力源，已在作戰(zhàn)中得到檢驗(yàn)。
近年來，各國將鋰離子電池作為替代傳統(tǒng)蓄電池的新型電池大力發(fā)展，用于單兵作戰(zhàn)等軍事裝備，在陸、海、空、天領(lǐng)域展示出廣闊的應(yīng)用前景，受到各國軍隊(duì)的重視和發(fā)展。
1、趨于可彎曲輕量化。在2013年，美軍研發(fā)出一款可拉伸的鋰離子電池，為單兵智能手表等裝置供電。日本新推出一種柔性超薄鋰離子電池，在彎曲折疊后依然保持穩(wěn)定的電量輸出。
2、能量密度持續(xù)提高。在日本新型耐高溫全固態(tài)鋰離子電池，在150℃的高溫環(huán)境中仍具備良好的導(dǎo)電性能。美國采用噴涂工藝可大面積制造鋰離子電池，可進(jìn)一步提高戰(zhàn)場能源的保障能力。
3、安全性能取得技術(shù)突破。2017年1月，美國斯坦福大學(xué)研發(fā)出一種含有阻燃劑的微型“智能”纖維，插在電池的電極之間，可阻止電池短路起火。在測試中，當(dāng)鋰離子電池溫度達(dá)到160℃以上時(shí)，阻燃劑會被釋放到電解質(zhì)中，確保電池安全。
目前，全球軍用飛機(jī)裝備數(shù)量最大的是美國，主要擁有空軍現(xiàn)役、空中國民警衛(wèi)隊(duì)（A ir National Guard）、空軍預(yù)備役部隊(duì)（Air Force Reserve Force）三部分組成。
2018年1月，美陸軍發(fā)布《陸軍戰(zhàn)略》（下稱《戰(zhàn)略》）未來十年建設(shè)和發(fā)展的相關(guān)文件，從愿景、戰(zhàn)略環(huán)境、戰(zhàn)略途徑闡述戰(zhàn)略內(nèi)容，提出四條戰(zhàn)略途徑。
