W Izraelu zaprezentowano pierwszy na świecie prawdziwie hybrydowy system napędu dronów.

Krajowy przemysł obronny przygotowuje się do wdrożenia nowego systemu napędowego dla wojskowych dronów, łączącego silnik spalinowy i zasilanie elektryczne. Celem jest wydłużenie czasu trwania misji przy jednoczesnym ograniczeniu hałasu oraz sygnatur wykrywalności.

Elbit Systems stawia na nowe podejście do napędu dronów

Izraelski gigant zbrojeniowy Elbit Systems integruje hybrydowy układ napędowy w swoich bezzałogowych statkach powietrznych, zakładając, że połączenie napędu spalinowego i elektrycznego może znacząco zwiększyć długotrwałość lotu. Firma podpisała umowę z lokalnym specjalistą Lowental Hybrid, aby wdrożyć system Native Parallel Hybrid na wybranych platformach.

Zamiast wymieniać cały silnik lub przeprojektowywać kadłub, system zaprojektowano tak, by pasował do istniejących płatowców przy minimalnych zmianach konstrukcyjnych. Dla dużych wykonawców obronnych to obietnica szczególnie atrakcyjna: floty już znajdujące się w służbie mogłyby zyskać nowe możliwości bez powrotu do deski kreślarskiej.

Native Parallel Hybrid ma łączyć wydłużony zasięg silnika spalinowego z cichymi, niskosygnaturowymi zaletami lotu elektrycznego w jednym pakiecie.

Elbit nie opublikował pełnej listy płatowców, które otrzymają modernizację, ale obecne portfolio dronów obejmuje znane platformy rozpoznawcze używane przez wiele armii na świecie. Sugeruje to, że technologia może stosunkowo szybko przejść od stanowisk testowych do eskadr operacyjnych.

Co oznacza „prawdziwa hybryda” w dronach

Samochody hybrydowe są powszechnie znane. Hybrydowe drony - znacznie mniej, a termin bywa używany luźno wobec konstrukcji, które po prostu wożą mały generator obok baterii. Lowental Hybrid określa swoje rozwiązanie jako „prawdziwą hybrydę”, ponieważ oba źródła mocy mogą bezpośrednio napędzać śmigło - osobno lub jednocześnie - i mogą być płynnie przełączane w locie.

Hybryda równoległa, a nie tylko „latający generator”

W układzie hybrydy równoległej zarówno silnik spalinowy, jak i silnik elektryczny są połączone z tym samym układem przeniesienia napędu, dzieląc zadanie obracania śmigłem. To kontrastuje z „hybrydą szeregową”, w której silnik spalinowy jedynie wytwarza energię elektryczną i nigdy nie napędza śmigła bezpośrednio.

• Tryb spalinowy: silnik spalinowy zapewnia główny ciąg i ładuje baterie.
• Tryb elektryczny: silnik elektryczny przejmuje napęd w cichych segmentach lotu.
• Doładowanie hybrydowe: oba źródła mocy łączą się na potrzeby startu lub wznoszenia, jeśli to wymagane.

Celem jest elastyczne zarządzanie mocą i hałasem. Podczas dolotu do rejonu zainteresowania silnik spalinowy może pracować w wydajnych nastawach. Gdy statek zbliża się do wrażliwej strefy, może przejść na napęd elektryczny, ograniczając swoją sygnaturę akustyczną.

Firma twierdzi, że Native Parallel Hybrid może zwiększyć długotrwałość lotu nawet do pięciu razy w porównaniu z czysto elektryczną konfiguracją o tej samej wielkości.

Pięć razy dłużej w powietrzu

Długotrwałość jest kluczowym argumentem sprzedażowym. Drony czysto elektryczne ogranicza pojemność akumulatorów - są ciche, ale zwykle mają krótki czas lotu. Drony spalinowe latają dłużej, lecz są głośniejsze i mogą być łatwiej wykrywane akustycznie oraz termicznie.

Łącząc lekki silnik spalinowy z napędem elektrycznym, Native Parallel Hybrid ma wydłużać długotrwałość bez poświęcania skrytości. Ładowanie w locie oznacza, że gdy silnik pracuje, uzupełnia energię w bateriach. Te baterie zasilają następnie „ciche” odcinki, gdy dron musi „ucichnąć”.

W praktyce zysk długotrwałości zależeć będzie od profilu misji, zapasu paliwa i wielkości płatowca. Mimo to nawet mnożnik rzędu dwa lub trzy byłby istotny dla patroli granicznych, nadzoru morskiego czy długiego krążenia nad obszarami spornymi.

Dlaczego niski hałas ma znaczenie dla misji ISR

Początkowy kierunek jest jasny: rozpoznanie, obserwacja i zwiad (ISR). Wiele lotów ISR wymaga, by statek przez wiele godzin utrzymywał się nad lub w pobliżu celu, nie zwracając na siebie uwagi.

Na małej wysokości dźwięk niewielkiego silnika spalinowego może zdradzać obecność drona. Silniki elektryczne natomiast generują znacznie mniej hałasu i mogą być trudniejsze do wykrycia w miejskim „szumie” tła lub w terenie górskim.

Dłuższa długotrwałość, połączona z niskoszumowymi odcinkami, pozwala dronom ISR obserwować dłużej, przybywać wcześniej i opuszczać rejon później, zmniejszając jednocześnie ryzyko wykrycia.

To połączenie jest szczególnie istotne dla skrytych operacji granicznych, monitorowania działań terrorystycznych i działań przeciw przemytnikom na morzu, gdzie cierpliwość i dyskrecja często są ważniejsze niż prędkość.

Minimalne zmiany płatowca, maksymalny potencjał modernizacji

Jednym z powodów zainteresowania tym systemem jest jego potencjał do doposażenia (retrofit). Projektowanie nowego drona od zera jest kosztowne i czasochłonne. Operatorzy wojskowi preferują modernizacje, które pasują do istniejących flot, łańcuchów logistycznych i systemów szkolenia.

Native Parallel Hybrid opracowano tak, aby dało się go zintegrować z płatowcami przy minimalnych modyfikacjach strukturalnych. Może to oznaczać zmiany ograniczone do komory silnika, wiązek przewodów i elektroniki zarządzania energią, zamiast pełnego przeprojektowania.

Cecha	Korzyść dla operatorów
Równoległy napęd hybrydowy	Elastyczne przełączanie między paliwem a zasilaniem elektrycznym w locie
Ładowanie baterii w locie	Wydłużenie czasu misji bez przerw naziemnych
Cichy tryb elektryczny	Lepsza skrytość dla ISR i operacji niejawnych
Konstrukcja przyjazna modernizacji	Zastosowanie w obecnych flotach dronów przy ograniczonym przeprojektowaniu

Dla resortów obrony obawiających się długich cykli zakupowych technologia, którą da się integrować podczas planowych przeglądów, jest bardzo atrakcyjna.

Hybrydowe drony a szerszy rynek bezzałogowy

Hybrydowy napęd dronów nie jest całkowitą nowością. Start-upy i zespoły badawcze testują połączenia paliwowo-elektryczne od kilku lat. Wiele z tych systemów było jednak rozwiązaniami szytymi na miarę dla niszowych statków lub prototypów eksperymentalnych, które trudno przełożyć na seryjnie produkowane platformy obronne.

To ogłoszenie jest warte uwagi ze względu na połączenie wyspecjalizowanego dewelopera hybryd z dużym, nastawionym na eksport wykonawcą obronnym. Jeśli integracja przebiegnie sprawnie, klienci posiadający już drony Elbit mogą zostać wczesnymi użytkownikami hybrydowego napędu na większą skalę.

Może to skłonić konkurentów do przyspieszenia własnych prac nad napędami hybrydowymi lub wodorowymi, podkreślając długotrwałość, oszczędność paliwa i redukcję sygnatur jako kluczowe argumenty na zatłoczonym rynku dronów.

Potencjalne ryzyka i bariery techniczne

Systemy hybrydowe zwiększają złożoność. Dwa źródła mocy oznaczają więcej komponentów, więcej potencjalnych punktów awarii i bardziej zaawansowane oprogramowanie sterujące. Dla bezzałogowców, które mogą działać daleko od nadzoru człowieka, niezawodność jest krytyczna.

Zmieni się także schemat obsługi technicznej. Personel naziemny będzie wymagał szkolenia w bezpiecznym serwisowaniu zarówno silników spalinowych, jak i wysokonapięciowych układów elektrycznych. Zapas części prawdopodobnie się powiększy, a regulatorzy mogą zażądać nowych dowodów zdatności do lotu, zwłaszcza dla dronów operujących w przestrzeni współdzielonej z ruchem cywilnym.

Wyzwanie dla inżynierów polega na tym, by zyskać długotrwałość i elastyczność bez tworzenia obciążenia serwisowego, które zniweluje te korzyści.

Jak to może zmienić typowe misje dronów

Wyobraźmy sobie długotrwałą misję patrolu granicznego. Tradycyjny mały dron spalinowy mógłby wymagać kilkukrotnego tankowania w ciągu dnia i byłby słyszalny z ziemi podczas przelotu. Dron z napędem hybrydowym mógłby wystartować na mocy silnika spalinowego, szybko nabrać wysokości, a następnie przełączyć się na tryb elektryczny podczas patrolowania wrażliwego sektora.

W spokojniejszych okresach mógłby częściowo korzystać z napędu elektrycznego, doładowując baterie krótkimi, wydajnymi uruchomieniami silnika. Taki schemat wydłuża czas lotu i pozwala operatorom decydować, kiedy zamienić hałas na dodatkowy zapas energii.

W misjach morskich długotrwałość jest kluczowa. Statki poruszają się wolno, a przemytnicy lub podejrzane jednostki mogą przebywać w rejonie przez wiele godzin. Dron, który może pozostawać „na stacji” całe popołudnie i do nocy, a przy tym okresowo przechodzić w tryb elektryczny, by zmniejszyć wykrywalność, daje marynarkom i strażom przybrzeżnym mocniejszy, bardziej ciągły obraz sytuacji na morzu.

Kluczowe pojęcia i szersze konsekwencje

Dla osób śledzących tę technologię warto doprecyzować kilka terminów:

• Długotrwałość (endurance): maksymalny czas, przez jaki statek powietrzny może pozostawać w powietrzu przy danym zapasie paliwa i energii w bateriach.
• ISR: rozpoznanie, obserwacja i zwiad - gromadzenie danych z użyciem kamer, radarów, sensorów SIGINT i innych ładunków użytecznych.
• Sygnatura akustyczna: charakterystyczny dźwięk emitowany przez statek powietrzny, który może służyć do jego wykrycia lub klasyfikacji.

Napęd hybrydowy wiąże się także z kwestiami środowiskowymi i kosztowymi. Mniej agresywne spalanie paliwa i wykorzystywanie napędu elektrycznego tam, gdzie to możliwe, może obniżać emisje i rachunki za paliwo w cyklu życia floty dronów. Dla sił zbrojnych latających tysiące godzin rocznie nawet umiarkowany wzrost efektywności może przełożyć się na znaczące oszczędności.

Mogą pojawić się również zastosowania cywilne. Te same cechy cenione w ISR - długa długotrwałość, niski hałas i elastyczne zarządzanie mocą - są atrakcyjne dla inspekcji rurociągów, monitoringu przyrody, reagowania kryzysowego i rolnictwa wielkoobszarowego. W miarę dojrzewania systemów wojskowych i wzrostu skali produkcji na rynkach cywilnych mogą pojawić się uproszczone wersje, zmieniając oczekiwania dotyczące tego, jak długo małe i średnie drony potrafią utrzymywać się w powietrzu.