Vojnik modernog doba, a posebno se to odnosi na pješaštvo, sve više ovisi o izvorima električne energije za napajanje raznih uređaja koji su u posljednje vrijeme postali sastavnim dijelom njegove opreme

Tako danas vojnik pješak uz tradicionalno oružje, streljivo, tjelesni oklop i osnovnu hranu i vodu često mora nositi i dodatni teret. To su ponajprije osobni radiouređaj, računalo, uređaj za navigaciju, uređaj za noćno motrenje ili pak napredni ciljnik. Svi su ti uređaji međusobno povezani i svrha im je povećati učikovitost modernog vojnika na bojištu.
No, budući razvoj najavljuje i nove naprave koje će vojnik nositi. Neke od njih su aparati za stalno praćenje zdravstvenog stanja vojnika, ili pak uređaj za stvaranje mikroklime (neka vrsta nosivog klimatskog uređaja koja bi trebala olakšati život vojnicima raspoređenim u tropska i pustinjska područja).

Svi ti uređaji imaju jednu zajedničku karakteristiku – za rad trebaju električnu energiju. Za nesmetan rad tih uređaja, koji po svojim karakteristikama i dosezima nagovještavaju svojevrsnu revoluciju u ratovanju na osobnoj razini, zasad se rabe vrlo klasična rješenja koja su zapravo prilagođena komercijalna rješenja bez imalo revolucionarnog i naprednog.
Glavni je izvor energije za vojnika današnjice baterija, i to ona koja se po svojim karakteristikama ne razlikuje bitno od baterije koja se može naći u brojnim civilnim uređajima kao što su kamere, fotoaparati, prijenosna računala i slično. Doduše, baterije prolaze proces “militarizacije” kako bi se prilagodile ponekad specifičnim značajkama kao što su konektori i mogućnost djelovanja u otežanim mehaničkim i termičkim uvjetima. No, ispod “kože”, koja je malo “zadebljana” kako bi baterija lakše podnijela grubo rukovanje, prašinu i vodu, krije se komercijalna tehnologija koja milijunima korisnika diljem svijeta svakodnevno pomaže u najobičnijim poslovima.

Razlog za primjenu komercijalne tehnologije (čest naziv je COTS – commercial-off-the shelf) u vojnim proizvodima je niža cijena. Kod dokazane i u svijetu iskušane tehnologije nema nikakvih iznenađenja, sve se zna, i prednosti i mane, i vojska ne treba provoditi dugotrajna terenska ispitivanja kako bi sama došla do tih podataka. Tako se snižava cijena uvođenja u operativnu uporabu, a cijena nabave je niža jer je riječ o tehnologiji s uhodanom proizvodnjom i velikom prodajom. Vojsci jedino preostaje izvesti potrebne modifikacije kako bi baterije prilagodila specifičnim vojnim potrebama.

Primarne baterije

Primarne ili nepunjive baterije čest su izbor za mnoge vojne potrebe. Temeljna primarna tehnologija su litijske baterije. Dosad su prevladavale dvije tehnologije, litij sumpor dioksid (Li-SO2) ili litij tionil klorid (Li-SOCl2). Litijske su baterije došle kao zamjena za starije tehnologije kao što su alkalne ili ugljik-cink baterije. Iako su tehnološki zastarjele, i alkalne i ugljik cink baterije se još uvijek mogu naći u uporabi, kako u civilnim tako i u vojnim aplikacijama.
Postoje brojni proizvođači primarnih baterija diljem svijeta, neki od njih rade istodobno za oba tržišta, vojno i civilno, a jedan od poznatijih proizvođača je francuska tvrtka Saft.

Saft uz etablirane baterije tehnologije Li-SO2 i Li-SOCl2 nudi i baterije nove tehnologije litij mangan dioksid (Li/MnO2). Te baterije pokrivaju i vojni dio programa tvrtke. Jedan od većih kupaca je francuska vojska koja je potkraj 2006. sklopila četverogodišnji ugovor o dostavi primarnih baterija, a vrijednost ugovora je 10 milijuna eura godišnje. Te će se baterije rabiti kao izvor električne energije za razne uređaje, npr. radiouređaje PR4G.

Starije generacije litijskih baterija imale su velik nedostatak, naime ako bi se probile mogle bi eksplodirati. Također u određenim uvjetima, nakon oštećenja mogu ispuštati otrovne kemikalije u obliku plina, što može izazvati lažno aktiviranje senzora za kemijski napad ili otežati rad nekih elektroničkih naprava kao što su uređaji za noćno gledanje.

Još neki čimbenici kao što su cijena, kapacitet i pojava pada sposobnosti nakon određenog vremena skladištenja i neuporabe, potaknuli su razvoj nove generacije litijskih baterija temeljenih na litij mangan dioksid (Li/MnO2) tehnologiji. Za razliku od starijih tehnologija, litij mangan dioksid baterije nisu pod pritiskom, a to onemogućava neke negativne učinke prisutne kod starijih litijskih tehnologija.

Litij mangan dioksid baterije imaju krutu anodu od litija, krutu katodu od mangan dioksida i tekući elektrolit. No, imaju još jedan dodatak koji ih čini dodatno sigurnijima. Naime, konstrukcija predviđa i topivi sigurnosni separator, svojevrsnu barijeru koja razdvoji anodu i katodu i tako isključi bateriju ako dođe do pregrijavanja. Tako se učinkovito sprječava potencijalna havarija izazvana povećanjem temperature i širenje štetnih plinova u okoliš.

Jedan od pionira na području litijskih baterija je tvrtka Ultralife. Imaju i poseban vojni program HiRate. Riječ je o cilindričnim baterijama dobrog kapaciteta i snage čak i u uvjetima ekstremnih temperatura, što za vojsku ponekad ima presudnu važnost.

Nova baterija Ultralife BA-5390 A/U rabi litij mangan dioksid tehnologiju i nudi veći kapacitet. Tvrtka navodi kako je povećan za 50 do 60 posto u odnosu na starije litijske tehnologije. Dobre karakteristike osigurale su toj bateriji prodor na američko vojno tržište. Američka vojska rabi je za pokretanje radiouređaja, uređaja za noćno gledanje, telemetrijskih sustava i kemijskih detektora.

BA-5390 A/U je konstrukcijski gledano hermetičko kućište od otporne plastike, a sposobna je za rad u temparaturnom opsegu od -30 do +72 stupnja Celzija.

Punjive baterije

Dok na području primarnih, nepunjivih baterija suvereno vladaju razne inačice litjiske tehnologije, na području punjivih (sekundarnih) baterija situacija je malo drukčija. Punjive baterije su zanimljive zbog svoje “urođene” prednosti – mogu se puniti više (stotina) puta i znatno smanjuju troškove operativne uporabe. Prevladavajuća tehnologija na području punjivih baterija je litij ionska (Li-ion) dok su starije tehnologije, nikal kadmijska (Ni-Cd) i nikal metal hidridna (NiMH) i dalje zastupljne, ponajprije zbog niže cijene. No, stalni napredak na području Li-ion baterija, koje su uvedene početkom 90-ih godina prošlog stoljeća, čini ih sve primamljivijom opcijom, unatoč nešto višoj cijeni.

Jedna od važnijih prednosti Li-ion tehnologije je da ne pati od tzv. memory efekta, a to u praksi znači da se može puniti bilo kad. Starije tehnologije se smiju puniti tek kad se isprazne.

Britanska tvrtka ABSL Power Solutions opskrbljiva britansku vojsku punjivim baterijama za komunikacijski sustav Bowman. Tvrtka je jedan od vodećih “igrača” na tržištu litij ionskih baterija. Osim na vojnom, tvrtka posluje i na civilnom tržištu, a proizvodi baterije za HF i VHF radiouređaje.
Tvrtka je aktivna i u istraživanjima i razvoju. Tako su uveli novi napredniji tip litijske ćelije i razvili poseban elektronički dio koji omogućava komunikaciju s uređajima koje napaja električnom energijom i punjačima. Radi i na novim materijalima i konstrukcijama koji bi trebali poboljšati karakteristike baterija za 30 %.

Francuska tvrtka Saft je još jedan veliki igrač na tržištu baterija. Posljednji uspjeh je Safta ugovor s francuskom vojskom o razvoju naprednog litij ionskog sustava baterija za potrebe programa razvoja opreme za francuskog vojnika budućnosti. Program je poznat pod imenom FELIN. Nova baterija mora zadovoljiti stroge kriterije sigurnosti i pouzdanosti u pogledu sigurnog djelovanja u uvjetima visokih temperatura i vlage. Mora biti načinjena tako da može izdržati terenske uvjete i neprikladno rukovanje, a mora zadovoljiti i uvjet elektromagnetne kompatibilnosti te NKB kriterije.

Za punjač tih novih baterija pobrinut će se tvrtka Sagem koja je i inače voditelj programa i integrator sustava programa FELIN. Program FELIN predviđa opremanje svakog vojnika naprednom opremom kao šrto su osobni radiouređaj, navigacijski uređaj, napredni ciljnik, računalo. Francuska vojska planira nabaviti 32 000 kompleta FELIN-a.
Nove baterije za program FELIN Saft je razvio iz postojeće litij ionske serije MP. Serija baterija za FELIN ima nov plosnati prizmatičan oblik koji omogućava gušće postavljanje ćelija što su sad vrlo blizu jedna drugoj. Takva konstrukcija omogućava 20% više energije po volumenu u odnosu na dosad uobičajenu cilindričnu ćeliju. Baterija ima i nove elektrode od grafita i kobaltova oksida, a zadržava 95% napona i nakon više mjeseci skladištenja.

Saft je potkraj 2006. predstavio najnoviju bateriju iz serije MP. Riječ je o bateriji MP 176065 koja jasno pokazuje stalan napredak na području litij ionskih baterija. Povećan joj je kapacitet i broj ciklusa punjenja. Standardne litij ionske baterije mogu se puniti oko 500 puta, dok se MP 176065 može puniti 600 puta što je znatan napredak. Nova je baterija i nešto lakša.
Ta su poboljšanja rezultat optimizacije elektroda i napretka ostvarenog u spravljanju kvalitetnog elektrolita. Osim toga, kućište više nije od nehrđajućeg čelika nego od aluminija. Početak serijske proizvodnje nove i bolje serije baterija predviđen je za ovu godinu. Tvrtka vjeruje kako je tehnologija primijenjena na baterijama MP 176065 dovoljno napredna da se uporabi i na novim baterijama za projekt FELIN.

Britanska tvrtka ABSL, u sklopu razvoja tehnologija za projekt FIST, izabrana je zajedno s tvrtkom QinetiQ za razvoj budućeg izvora električne energije za potrebe britanske vojske. Tvrtke prema ugovoru sklopljenom 2006. moraju u iduće tri godine procijeniti moguće tehnologije i izraditi dva prototipna prijenosna izvora energije. Cilj je tog programa razviti i pripremiti za serjisku proizvodnju napredan izvor energije koji će vojnicima u budućnosti omogućiti obavljanje operativnih zadaća.

Oprema programa FIST uključuje osobni radiouređaj, računalo, navigacijski uređaj, ciljnik i kameru, a za sve se mora osigurati kvalitetno i stabilno napajanje. Glavni ugovarač programa FIST od 2005. je tvrtka Thales koja je izabrala ABSL kao podugovarača za područje osiguranja napajanja, baterija, punjača, dodatne opreme i potrebnih programskih aplikacija. Planeri su procijenili kako će potrebe za energijom vojnika budućnosti (opremljenog opremom na razini npr. planiranog programa FIST) biti deset puta veće nego danas. Ta procjena jasno govori kako je drastično smanjivanje mase baterija vrlo bitna.

Tvrtka ABSL je u sklopu programa FIST predstavila baterijski paket koji se sastoji od dvije litij ionske baterije koje se nose u sklopu postojeće opreme, a dolaze s jedinicom za upravljanje. Tvrtka Thales razmatra i baterijski paket koji se sastoji od jedne glavne baterije i manjeg izvora energije koji opskrbljuje trošila kod promjene baterije.
Programi FIST i FELIN samo su dva primjera, postoje i drugi programi slične naravi. Tako nizozemska vojska razvija program D2S2 koji će biti umrežen u zapovjedni informacijsko-komunikacijski sustav. Slični programi postoje i u Njemačkoj (IdZ), Italiji (Soldato futuro), Grčkoj, Australiji, Norveškoj itd.

Svi ti programi imaju istu karakteristiku, treba im stabilan i pouzdan izvor električne energije. Tako je tvrtka ABSL dostavila svoju baterijsku tehnologiju razvijenu za radiouređaje Bowman nizozemskoj vojsci. Nizozemci će tu tehnologiju iskoristiti za opskrbu energijom svojeg integriranog komunikacijskog i informacijskog sustava koji rabe njihovi marinci.

Američka vojska razvija program opreme za vojnika budućnosti pod imenom Land Warrior. Trenutačno je dogurao do inačice Block III koja ima i posebno ime – Ground Soldier System. To je zapravo treća znatna modifikacijska faza izvornog programa Land Warrior. Land Warrior je zamišljen kao sustav integriranih sustava i komplementaran je sa sličnim programom razvoja nove obitelji srednjih borbenih sustava FCS (Future Combat Systems). Ta će dva, iako na prvi pogled i tradicionalno gledano vrlo različita sustava (jedan je zapravo oprema za vojnika, a drugi je obitelj vozila s posadom i bez posade), zahvaljujući umrežavanju omogućiti znatno učinkovitije međusobno djelovanje što se treba oživotvoriti u boljoj i bržoj izmjeni podataka o svojim snagama i protivniku te jednostavnijem koordiniranju zajedničkih djelovanja.

Program Land Warrior trebao bi biti operativno uveden u prve postrojbe 2010. Svojevrsni nasljednik Land Warriora koji se razvija pod imenom Future Warrior tek je u najranijoj fazi i trebao bi rezultirati još naprednijim tehnologijama. Planirano je da Future Warrior bude operativno dostupan oko 2020. godine. Kako je riječ o dalekoj budućnosti, program je sad usmjeren ponajprije na definiranje novih taktičkih i tehničkih zahtjeva i evaluaciju tehnologija koje bi ih mogle ispuniti.

Tvrtka General Dynamics, glavni integrator projekta, predviđa kako će potpuno razvijen i operativan program opreme za vojnika budućnosti pružiti 10 puta veću učinkovitost i sposobnost preživljavanja vojnika na bojištu.

Planirano je da svaki vojnik ima izravan bežični pristup informacijskom sustavu odakle će dobivati informacije važne za obavljanje zadaće. Jedan od važnih zadataka je i smanjiti teret koji vojnici moraju nositi. Neki ambiciozniji planovi predviđaju kako bi ukupan teret koji bi vojnik budućnosti nosio bio najviše 20 kilograma. Uz dodatnu komunikacijsku, navigacijsku i informatičku opremu vojnici bi morali nositi i vodu, hranu i streljivo za 24 sata. Sve to postavlja ozbiljne zahtjeve pred konstruktore. Neka se oprema može dodatno minijaturizirati, neke potrepštine su zadane i tu neće biti nikakvih pomaka. Jedno od područja koja moraju osigurati znatan napredak u smanjenju mase je i područje električne energije.

Nove tehnologije

Jedna od manjih američkih tvrtki koja također radi na programu Land Warrior je Packet Digital. Tvrtka radi na razvoju i usavršavanju tehnologija koje trebaju povećati radni vijek postojećih baterija. Tehnolgija se razvija tako da bude uporabljiva za sve tipove baterija, skalabilna je i može se prilagoditi raznim potrebama. Tehnologija Pocket Digitala trebala bi povećati učinkovitost sustava, omogućiti minijaturizaciju i prilagodbu raznim specifičnim primjenama.
Američka tvrtka Arotech Corporation radi na razvoju i pripremi proizvodnje naprednih primarnih i sekundardnih baterija i punjača. Uglavnom se temelje na poznatoj litij ion tehnologiji, ali istražuju i druge mogućnosti. Jedna od obećavajućih tehnolgija je cink-zrak baterija. Riječ je o prototipu napredne baterije koja se nosi oko pojasa, a temeljna prednost cink-zrak baterija je veća energetska gustoća, veća sigurnost u operativnoj primjeni, dobra ekološka prihvatljivost i manja masa u odnosu na usporedivu litij ionsku bateriju.

Brojni znanstvenici diljem svijeta rade na razvoju lakših izvora električne energije. Tako su istraživači s američkog sveučilišta Auburn University of Alabama prikazali punjač za baterije utemeljen na Stirlingovom motoru. Stirlingov motor je tehnologija stara oko pola stoljeća, ali je pogodan jer ima samo dva pokretna dijela. Kao pogonsko sredstvo rabi toplinu koja može doći i izvana, od npr. motora kamiona ili slično. Znanstvenici navode kako se taj sustav može načiniti u velikom rasponu snage, od 35 W pa sve do 25 000 W. Vojno je tržište pokazalo interes za sustav snage 160 W.

Razvijaju se i tehnologije koje bi trebale postojeće baterije učiniti što izdržljivijima i jeftinijim za uporabu. Radi se na opremanju baterija nadzornom elektronikom koja treba pratiti stanje napunjenosti baterije. Tako korisnik odmah zna koliko dugo još može rabiti bateriju i odrediti najpogodnije vrijeme za ponovno punjenje.

Prati se i stanje baterije kako bi se znalo kad je došla do kraja radnog vijeka. Nadzornu elektroniku tog tipa razvijaju svi važniji proizvođači sekundarnih baterija kako bi se punjenje odvijalo u najpogodnijim uvjetima i na najučinkovitiji način. Time bi se trebala spriječiti nedavno uočena pojava da vojnici često pune baterije kad god im se za to ukaže prilika, bez obzira na to treba li ih doista puniti. To je vjerojatno produžetak stare vojničke logike koja kaže “Jedi kad ti se pruži prilika, jer nikad ne znaš kad ćeš moći jesti idući put”. Problem je što takvo ponašanje troši resurse i skraćuje radni vijek baterije. Nadzorna će elektronika pokazati kad je pravo vrijeme za punjenje i omogućiti racionalnu uporabu baterija.

Jedna od obećavajućih tehnologija su i gorive ćelije. Iako se ta tehnologija za vojne potrebe koristi posljednjih pedesetak godina, još uvijek je u razvoju i svaka nova generacija daje sve bolje rezultate. Svi vojni programi razvoja naprednih izvora energije razmatraju gorive ćelije kao jednu od najprihvatljivijih opcija.

Razlog popularnosti gorivih ćelija je vrlo jednostavan, naime, nude mnogo električne energije uz relativno malenu masu, a budući bi razvoj to trebao još poboljšati. Gorive ćelije rade na načelu pretvaranja kemijske energije u električnu. U procesu spajanja vodika i kisika stvara se električna energija i voda kao otpadni proizvod. Kako su jedini otpadni produkti voda i toplina, ekološki utjecaj gorivih ćelija je malen, znatno manji u odnosu na danas prevladavajući motor s unutarnjim izgaranjem. Osim toga, gorive ćelije su i znatno tiše tijekom rada. Toplinski im je potpis manji, jer je radna temperatura bitno niža nego kod npr. dizelskog motora. Iskoristivost goriva po jedinici volumena im je dobra, a razvoj će je još i povećati.

Za vojne je korisnike najzanimljiviji napor da se razviju gorive ćelije koje će moći raditi na kerozin i tako se uklopiti u vojnu doktrinu jednog goriva, što bi omogućilo bitno jednostavniju logističku potporu i pojednostavilo dopremanje goriva postrojbama na terenu.

Neke tvrtke, kao što je npr. Voller, razvijaju gorive ćelije koje rade na ukapljeni plin. Jedna od zanimljivijih opcija je uporaba metanola jer tehnolgija metanolskih gorivih ćelija postoji već neko vrijeme, a i tehnolgija dobivanja metanola je općepoznata. Tvrtka MTI Micro pokazala je interes da američkoj vojsci osigura posebnu inačicu gorive ćelije Mobion-30M. Navodi kako jedinica Mobion-30M s dvije rezervne doze metanola ima masu upola manju od baterija koje mogu dati istu količinu energije.

Njemačka tvrtka Smart Fuel Cell razvila je metanolsku gorivu ćeliju koja za misiju od tri dana ima 80% manju masu u odnosu na klasične baterije. Masa sustava je jedan kilogram, a dimenzije su 18×8 centimetara. Računa se kako približno 0,35 kg metanola može osigurati dovoljno energije kao i konvencionalne baterije mase oko 2 kg.

Trend smanjivanja gorivih ćelija još nije dosegnuo svoje krajnje granice i na tom će području biti ostvaren znatan napredak, a istraživački institut Fraunhofer predstavio je prototip gorive ćelije vrlo malih dimenzija, tako da je otvorena kategorija mikro gorivih ćelija.

Marijo PETROVIĆ