Эксплуатация средств связи воздушно-десантных войск в условиях арктического климата
В 2013 году была утверждена Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года, которая должна содействовать укреплению национальной безопасности во всех сферах жизнедеятельности и поддержанию обороноспособности России в Арктике на высоком уровне.
Эти вопросы становятся особенно актуальными, учитывая тот факт, что в Арктической зоне Российской Федерации (АЗРФ) создан мощный индустриальный потенциал [1]. Арктические территории обеспечивают 12–15 % ВВП страны и около четверти экспорта России. Здесь сосредоточены основные запасы важнейших полезных ископаемых, являющихся определяющими для развития национальной экономики. Общая стоимость минерального сырья арктических недр превышает 30 трлн долларов.
В то же время освоение Арктики осложняется тем, что для региона характерны экстремальные природные условия [1], а именно: низкие температуры в течение всего года, длительная полярная ночь и длительный полярный день, частые магнитные бури, сильные ветра и метели, плотные туманы, однообразные арктические пустыни и тундры, вечная мерзлота. Арктический регион в последнее десятилетие также характеризуется высокой, значительно опережающей среднемировые величины динамикой изменения климата. Средние температуры самого холодного зимнего месяца (января) колеблются от минус 2 °C до минус 4 °C в южной части Арктического района, и до минус
50 °C в центральной части Гренландии (минимальные температуры в этих районах иногда снижаются до минус 60 °C). При прорывах глубоких циклонов температура иногда повышается до минус
10 °C. Средняя температура июня — плюс 2 °C.
С 1 декабря 2014 года начало действовать новое объединенное стратегическое командование «Север», предназначенное для комплексного обеспечения безопасности арктического региона России и единого управления военными силами и средствами в зоне от Мурманска до Анадыря.
Суровые климатические условия на большей части АЗРФ значительно усложняют служебно-боевую деятельность и учебно-боевую подготовку личного состава частей и подразделений, дислоцированных в этом регионе, а также существенно сказываются на эксплуатационной надежности вооружения и военной техники.
Несмотря на улучшенные технические характеристики средств связи и автоматизированных систем управления (АСУ), их эксплуатационная надежность в этих условиях в значительной степени определяется технической готовностью источников питания. Яркой иллюстрацией данного факта послужило десантирование разведывательных подразделений Ивановского соединения Воздушно-десантных войск в марте 2015 года в район архипелагов Новая Земля и Земля Франца-Иосифа. В их переброске, по сообщению пресс-службы Министерства обороны, было задействовано 10 тяжелых военно-транспортных самолетов Ил-76. Одной из первостепенных задач подразделений после высадки стало развертывание системы связи и управления, основанной в значительной степени на носимых средствах связи.
И здесь, говоря о современной системе связи, нельзя не упомянуть о комплексе разведки, управления и связи «Стрелец» (КРУС-ВР) (рис. 1, 2), имеющем несколько уровней комплектации. Именно с его введением процентное соотношение носимых средств связи по сравнению со средствами связи других типов значительно возросло.
Самый простой вариант комплектации предназначается для военнослужащих отделений, вплоть до командира отделения. Следующий уровень комплектации предназначается для командира взвода. В комплектацию входит мощный вычислительный комплекс с пультом многофункционального типа. Третий, самый полный уровень комплектации, — для командира подразделения — от командира роты и выше.
КРУС имеет в своем составе автономный модуль навигации, который обеспечен инерциальной системой. Переключение между системами навигации происходит в комплексе автоматически. Комплекс может оснащаться нашлемной подсистемой индикации для производства огня из укрытия, подсистемой опознавания типа «свой–чужой». Он сопрягается со всеми отечественными приборами разведки, наблюдения, прицеливания, целеуказания, радиолокаторами, дальномерами, угломерами, беспилотными летательными аппаратами.
КРУС «Стрелец» обеспечивает решение следующих основных задач:
боевого управления;
связи и передачи информации;
индивидуальной и групповой навигации;
обнаружения;
измерения координат и опознавания целей;
целенаведения;
выработки данных для применения стрелкового оружия.
Дальность взаимодействия комплекса в составе отделения — около полутора километров, но любой из индивидуальных комплексов «Стрелец» работает как ретранслятор. [2].
Все названные выше функции создают дополнительную нагрузку на аккумуляторные батареи. Их заряд до сих пор остается одним из проблемных вопросов. Например, заряд аккумуляторных батарей (АКБ) комплекса КРУС-ВР осуществляется штатными зарядными устройствами в пунктах постоянной дислокации от сети 220 В. Заряд штатными зарядными устройствами возможен для составных изделий КРУС-ВР: МИК-Р-ВР, Р-438М, Р-168-5УН-2. Заряд АКБ КРУС-ВР штатными зарядными устройствами в полевых условиях затруднителен. В этом случае заряд АКБ МИК-ВР, Р-438М возможен от дизель- и бензоэлектрических агрегатов. Одновременный заряд всех АКБ в подразделениях практически невозможен, так как для этого необходимо большое число точек подключения напряжением 220 В. Применение же аккумуляторных батарей в условиях низких температур влечет за собой их достаточно быстрый разряд вследствие снижения емкости. В этом случае беспрерывная эксплуатация средств связи и автоматизированных рабочих мест становится затруднительной или даже не реализуемой.
Потеря работоспособности батареи проявляется, прежде всего, в снижении ее энергетических возможностей, что приводит к систематическим прогрессирующим разрядам, снижению энергетических показателей в целом и преждевременному выходу батареи из строя. Например, согласно технической документации, большинство никель-кадмиевых и литий-ионных аккумуляторных батарей сохраняют электрические характеристики в диапазоне температур от минус 40 °C до плюс 50 °С. Но даже свежезаряженная аккумуляторная батарея при температуре окружающего воздуха минус 20 °С обеспечивает лишь 60 % своей номинальной емкости, а при температуре минус 40 °С — всего 30 %.
Снижение емкости АКБ ведет к ее более быстрому разряду и, как следствие, к более частому заряду и преждевременному выходу из строя. Согласно техническим описаниям на аккумуляторные батареи никель-кадмиевых и литий-ионных систем, наибольшая емкость, которую может отдать аккумуляторная батарея, соответствует температуре окружающей среды в 20–25 °С.
Проблема снижения емкости в условиях низких температур еще больше обостряется с учетом возросшей на источник питания нагрузки вследствие значительного расширения функциональных возможностей средств связи: возможности целеуказания, индивидуальной и групповой навигации и т. д.
Таким образом, особенно актуальными становятся проблемы обеспечения теплового режима работы АКБ и обеспечения их заряда в ходе служебно-боевой деятельности и учебно-боевой подготовки частей и подразделений в Арктической зоне.
Учитывая специфику применения носимых радиостанций тактического звена управления, в рамках написания диссертационного исследования на базе Рязанского гвардейского высшего воздушно-десантного командного училища был разработан метод повышения технической готовности носимых средств связи путем термостатирования (рис. 3), реализуемый с помощью устройства для компенсации теплопотерь (рис. 4) [3]. Состав устройства и назначение его основных частей представлены в таблице 1.
На разработанное устройство для компенсации теплопотерь аккумуляторных батарей методом термостатирования с использованием разнородных нагревательных элементов был получен патент. Указанное устройство проходило испытания как в лабораторных условиях на базе АО «Энергия»
(г. Елец Липецкой области), так и в ходе практического применения в воинских частях сухопутных (г. Мурманск) и воздушно-десантных войск (г. Тула), а также в отдельном батальоне связи
(г. Иваново).
Устройство начинает функционировать после нажатия пользователем на центр кристаллизации. После этого химический нагревательный элемент начинает работать, обеспечивая поддержание температуры внутри теплозащитного чехла на уровне 20 °С. При снижении температуры внутри теплозащитного чехла до 15 °С вследствие прекращения работы химического нагревательного элемента срабатывает датчик температуры и выдает сигнал на контроллер, который включает в работу электрический нагревательный элемент, обеспечивая поддержание оптимального теплового состояния аккумуляторной батареи в течение двух последующих часов [4].
В качестве основного источника тепла предлагается использовать сменный химический нагревательный элемент на основе ацетата натрия трехводного NaCH3COO × 3H2O. Данный нагревательный элемент нашел широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, в нагревательных устройствах различного типа благодаря своим характеристикам: достаточно невысокой равновесной температуре фазового перехода ТФ = 57,85 °С, скрытой теплоте фазового перехода, равной rr = 260 кДж/кг, способности переохлаждаться до
T = -10,15 °С. Вопросами применения химических нагревательных элементов занимались такие российские ученые, как В.В. Шульгин, И.А. Спицын, А.Г. Мелентьев, А.А. Орехов, Ю.В. Цымбалюк.
Все вышеуказанные характеристики тригидрата ацетата натрия позволят обеспечить оптимальный тепловой режим работы аккумуляторной батареи и свести к минимуму энергопотребление непосредственно от нее.
В качестве материала корпуса химического нагревательного элемента предлагается использовать силиконовый каучук с коэффициентом теплопроводности 1,35 × 103 кДж/(кг × °С). Он инертен, стабилен и устойчив к экстремальным условиям и температурам от минус 55 °C до плюс 300 °C, не теряет своих свойств при нагреве, воздействии ультрафиолетового излучения и других различных факторов старения, бензо- и маслостоек.
Химический нагревательный элемент может быть представлен в любом удобном для пользователя форм-факторе (рис. 5). Работа химического нагревательного элемента и процесс выделения тепловой энергии инициируется пользователем путем нажатия на центр кристаллизации (рис. 6).
В качестве резервного источника предлагается использовать электрический нагревательный элемент на основе позисторов А60 (рис. 7, 8). Выбор позисторов в качестве нагревательных элементов обусловлен их незначительным энергопотреблением и саморегуляцией процесса нагрева. Позисторы децентрализованно размещаются на двух алюминиевых токопроводящих пластинах, расположенных параллельно и скрепленных диэлектрическими стяжными винтами. Минусовая клемма источника питания подводится к нижней пластине с помощью болта. Плюсовая клемма подводится от источника питания к верхней пластине с помощью провода через проходной изолятор.
Количество позисторов и размеры токопроводящих пластин, так же, как и количество вещества в химическом нагревательном элементе, определяется исходя из массогабаритных показателей конкретного носимого средства связи, метода его крепления в составе экипировки военнослужащего.
Разработанное устройство просто в эксплуатации, не требует каких-либо специальных навыков. Единственной процедурой по обслуживанию данного устройства является заряд химического нагревательного элемента после каждого цикла его использования. Заряд производится следующим образом: обернутый тканевой салфеткой химический нагревательный элемент необходимо поместить в емкость с кипящей водой на 10–15 минут. После его охлаждения до комнатной температуры он снова готов к использованию. Единственное, о чем стоит помнить при эксплуатации данного устройства термостатирования, это о необходимости не переохлаждать химический нагревательный элемент до температуры ниже минус 10,5 °С, так как это вызовет процесс самокристаллизации. Но даже в этом случае нагревательный элемент легко снова приводится в рабочее состояние: его необходимо сначала нагреть до комнатной температуры, а затем провести описанную выше процедуру заряда.
Себестоимость устройства, рассчитанная для радиостанции Р-168-5УН(1)Е, исходя из ее массогабаритных показателей, включающая стоимость нагревательных элементов, контроллера и теплоизоляционного чехла, составляет всего 235 рублей. В то же время технико-экономическая оценка показывает значительный выигрыш по следующим показателям:
- Увеличение разрядной емкости и времени разряда аккумуляторной батареи в 1,5–3,3 раза в диапазоне температур окружающего воздуха от минус 20 °C до минус 40 °С соответственно за счет поддержания оптимального температурного диапазона работы источника питания.
- Уменьшение количества циклов заряд-разряд аккумуляторной батареи в 2–3 раза и, соответственно, увеличение срока службы. Это влечет за собой неоспоримую экономическую выгоду. Например, на одной радиостанции Р-168-5УН(1)Е она составит от 1 365 до 4 765 рублей за 1 (один) календарный год при условии использования средства связи в условиях низких температур [4].
Применение предложенного устройства позволит в максимальном объеме использовать функциональные возможности стоящей на данный момент на вооружении техники связи и АСУВ и обеспечить эффективное управление силами и средствами в любых, даже самых сложных климатических условиях. Необходимо отметить как немаловажный факт то, что разработанные метод и устройство никоим образом не завязаны на какое-то конкретное средство связи или аккумуляторную батарею, не вносят непосредственно в них конструктивных изменений, поэтому могут применяться на широком модельном ряде носимых средств связи, стоящих на вооружении в частях и подразделениях видов Вооруженных Сил и родов
войск.
ЛИТЕРАТУРА:
Диагностический анализ состояния окружающей среды Арктической зоны Российской Федерации [Электронный ресурс]: расширенное резюме / отв. редактор Б.А. Моргунов. — М.: Научный мир, 2011. — 200 с.: ил.– URL: http://npa-arctic.iwlearn.org/publications/da_res_ru/Content/toc.htm.(Дата последнего обращения 19.08.2018).
Памятка по обращению с комплексом разведки, управления и связи «Стрелец» (изделие 83т215ВР). — С.-Петербург: ОАО «Радиоавионика», 2015. — 134 с.
Устройство для компенсации теплопотерь аккумуляторных батарей методом термостатирования с использованием разнородных нагревательных элементов [Текст]: пат. 165710 Рос. Федерация: МПК H01M 10/60, H01M 10/627 / Буровский К.М., Лагутина Е.И.; заявитель и патентообладатель — Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанское высшее воздушно-десантное командное училище имени генерала армии В.Ф. Маргелова МО РФ; Российская Федерация, в лице которой выступает Министерство обороны Российской Федерации. — № 2016107331/07; заявл. 01.03.2016; опубл. 10.11.2016, Бюл. № 31. — 2 с.: ил.
Лагутина, Е.И. Метод повышения технической готовности носимых средств связи путем термостатирования в условиях низких температур [Текст]: дис. канд. техн. наук: защищена 14.09.17 : утв. 23.01.18 / Лагутина Елизавета Игоревна — Рязань: 2017. — 178 с.
Е. ЛАГУТИНА, кандидат технических наук
