对我军单兵野战电源系统发展的思考

     单兵野战电源系统主要作用是为各种单兵信息化装备提供电力保障，是单兵综合保障系统的重要组成部分，主要由单兵电源、 连接缆线、电源管理器、电气接口等部分组成。单兵信息化装备的增多和单兵作战系统信息化程度的提高，对单兵野战电源系统的需求更加迫切

一、发展单兵野战电源系统的目的及重要意义

        单兵野战电源系统作为单兵作战系统电力来源，其重要性将伴随着单兵作战系统的研究发展日益凸显。在未来作战过程中，我军单兵在配备武器装备的同时，还需携带用于侦察、通信、观瞄、数据处理等方面的单兵信息化装备，这些装备能提高单兵感知战场态势能力，需要持续不断的电力来源。

        发展单兵野战电源系统，一方面能够改善我军单兵电源发展现状。目前，我军单兵电台、夜视仪、侦测仪和各类传感器等单兵信息化装备配备部队使用，但这些单兵信息化装备主要依靠燃油发电机组和一次电池提供电力保障。由于缺乏系统性规划研究和新能源应用，导致不同单兵装备电气接口通用性差、电压要求不统一、电池效率低、单兵负荷大等问题突出。在作战、训练过程中，为了满足多种单兵信息化装备电力需求，单兵不得不携带更多电池，这在一定程度上降低了单兵机动能力，而且费用较高。为了改善我军单兵电源发展现状，必须发展电源容量大、重量轻、可靠性高的单兵野战电源系统；另一方面，外军实战经验证明，单兵信息化装备的增多和单兵作战系统信息化程度的提高，对单兵电源提出了更高的要求。美军一项评估数据表明，在一次为期五天的任务中，一名士兵平均消耗AA电池88节，主要为夜视仪、导航设备和单兵电台等单兵信息化装备提供电力保障。在阿富汗执行一次72h任务过程中，一名军人维持自身电子装备运作所携带电池多达70块，电池重量占单兵负荷的20%。这表明单纯通过携带各型电池难以适应实战，一体化设计的单兵野战电源系统才能够满足要求。

        因此，发展单兵野战电源系统，为我军单兵信息化装备以及未来配备部队的单兵作战系统提供可靠性强、供电效率高、可持续性优的电力保障，有助于提高未来单兵作战效能。

二、外军单兵野战电源系统建设发展的现状

        单兵野战电源系统是单兵作战系统的重要组成部分，对提升单兵作战能力和生存能力具有重大意义。鉴此，各国军队为加强单兵野战电源系统研制发展投入大量的时间和经费，并在系统整体设计、电源性能、功能集成、电池重量等方面取得重大突破。

(一)系统性规划，整体效率高

        为了克服电池效能低、电气接口互换性差、电压要求各异等因素的制约，外军加大研究力度，在单兵野战电源系统的设计上更加注重从整体上把握，进行系统性规划，不仅研制出可配套使用的高效电池或电源装置、单兵电源管理器、便携式充电器、电池转换器等产品，而且已经研制出集发电、储电、用电于一体的新型便携式单兵电源系统。

        新型便携式单兵电源系统是以承载平台为主要依托，以电源为"轴心"、以连接线缆为"纽带"，电气接口通用性较强的可供单兵背负的电源系统。例如，美军的士兵可穿戴式综合电源系统，是以美军的MOLLE背心为承载平台，将单兵电源、连接线缆和电子设备进行系统性集成设计。该电源系统在整体设计上的优点主要体现在以下三个方面：一是系统设计采用模块化电源分配系统，对多种单兵电子设备提供电力保障，这样节省了为不同设备充电所需携带配套电池的数量，很大程度上减轻单兵负荷；二是注重连接线缆柔性材料的选择和扁平化设计，有助于提高线缆和MOLLE承载平台的贴合性；三是充分考虑电气接口的通用性，大大提高了单兵电源保障效率。

(二)应用新技术，电源性能优

        电源作为整个单兵野战电源系统的"轴心"，其性能一直是外军的考虑重点。一次或二次电池在单兵野战电源系统中的应用由来已久，一次电池包括碱性电池、碳性电池等，二次电池包括铅酸蓄电池、锂离子电池等。随着电源技术的发展，以及对电源性能参数(如电能容量、使用寿命、环境适用性等)的考虑，外军加大对新型电源的应用，包括锌空气电池、太阳能电池、人力发电装置、微型发电机等。

        譬如，加拿大军队的单兵野战电源系统中配置的仿生能源采集器，采用微型发电机的形式，利用士兵行走时腿部肌肉的能量转化为电能。该装置仅重0.65kg，可产生6W-8W再生电力，持续时间不受限制，供电时间不受环境气候制约，作为应急电源，具有使用寿命长、环境实用性好的优点。美军士兵可穿戴式综合电源系统配置的锌空气电池，重2.2磅，输出功率4W-6W，连续工作时间长达24h-36h，具有连续工作时间长、可靠性好的优点。

(三)功能集成化，适用性突出

        为提高单兵野战电源系统在战场中的适用性，外军非常注重系统中设备、元件的功能集成。据美军纳蒂克士兵中心报道，美军研制出的一种便携式多功能电源管理装置一一单兵电源管理系统。一方面，单兵电源管理系统能为传感器、单兵智能终端等多种单兵电子设备“供电”，从而减少战场中单兵携带电源的种类和数量；另一方面单兵电源管理系统能够从一次电池、二次电池、太阳能等多种电池中“取电”，包括从即将废弃的电池中收集和提取剩余电能，将剩余电量应用到其他需要的设备，提高电池利用率，减少浪费。

        再如，英国ABSL公司推出的一款功能多样、适用性好的充电设备一一士兵便携式充电器，该设备不仅重量轻、充电效率高，其最大的优点在于能够“收集电能“取电”。作为一种能“取电”的充电器，主要是通过连接器或附加设备，从半放电状态的BA-5590或者AA型电池内收集电能，为后续供电储备能量，提高该设备的战场适用性。

(四)设计轻型化，单兵负荷小

        如何在不影响单兵野战电源系统电力保障效率的前提下，减轻单兵负荷，具有重要的意义。格拉斯哥大学邓肯·格雷戈李教授强调：“步兵非常需要电，我们想尽量地减轻携带的电池组重量，如果不确定完全替换，那就尽量减少这些电池组的体积。”在阿富汗“美杜莎"行动过程中，英军单兵通常会携带35kg-70kg的作战负荷，根据作战情况和个人角色，虽然这些负荷会有所不同，但大多数情况下，电池在其中占很大的比例。随着电源技术的发展应用，英国军队研制的一种太阳能驱动的电池组，使英军士兵携带的电池能源重量减轻50%。

        再如美军研制的士兵可穿戴式综合电源系统，该系统采用模块化电源分配系统，利用锌空气电池或Li-145电池等电源，能够直接为多种单兵设备供电，打破了以前“一种设备配备一种电池”的格局，从整体设计上减少了单兵野战电源系统的重量，为士兵负载重量减轻了30%。       

三、对我军发展单兵野战电源系统的几点建议

        目前，我军在单兵电源系统方面开展了大量工作，取得一定进展，但与外军相比，总体上相对落后。因此，深入了解外军单兵野战电源系统发展现状，学习借鉴其发展经验，对促进我军单兵野战电源系统发展具有重要意义。

(一)应用系统思想，进行一体化设计

        他山之石，可以攻玉。我军借鉴外军单兵野战电源系统的设计思想，从整体上规划研究，实现一体化设计，应从以下三个方面着手：一是选择理想承载平台。目前，可作为我军单兵野战电源系统承载平台的单兵装备有防弹衣、防弹携行背心、单兵携行具等。在保留这些装备原有功能的基础上，可将单兵电源融入其中，作为整个电源系统的“轴心"，增加电气接口，通过连接线缆，对多种单兵信息化装备进行“辐射性"电力保障。二是实现电气接口通用化。我军单兵信息化装备型号多达几十种，但由于不同单兵信息化装备电气接口标准不统一，很难实现互换，这迫使单兵在未来作战中不得不携带更多电池。电气接口通用化主要包括电源端电气接口的通用和单兵信息化装备端电气接口的通用化，统一标准、统一规格，提高电气接口互换性，可以达到"一供多"的目的，大大提高电力保障效率。三是实现电压标准化。单兵作战系统与单兵野战电源系统属于配套使用装备，我军应该实现两者的同步研究发展。实现电压标准化，一方面是统一各类单兵信息化装备用电电压标准提高供电效率，另一方面是确保单兵野战电源系统输出电压标准化。当然，对于一些对电压有特殊要求的单兵信息化装备，可以借助电源管理器这一关键装备，实现电源的供给形式转换，从而满足其特殊的电压需求。

(二)应用新技术，提高电源综合性能

        单兵电源作为系统的“轴心”，其综合性能优劣直接影响整个系统电力保障的效果。为了提升电源综合性能，应该从以下三方面着手:一是应用新技术，解决系统电能来源问题。单兵野战电源系统中电源主要包括一次电池、二次电池和新能源电池。随着电源技术的发展，我军发展单兵野战电源系统应侧重二次电池和新能源电池的应用，譬如超级电容电池，作为一种新型的储能装置，它具有电能容量超大、充电时间短、使用寿命长、温度特性好等优点，能很好满足单兵野战电能需求。二是研发单兵电源管理器，解决电源管理问题。单兵电源管理器是一种便携式的电源管理装置，主要功能是管理电能的输人与输出，实现电能的供给形式转化，满足不同类型单兵装备用电要求。电源管理器既能接入多种电源，从中获取电能并加以储存，又能为单兵电源或直接为单兵装备充电。三是设计电池"健康状态"表，解决电能浪费问题。对电源系统中所使用的电池剩余电量的不了解，是电能浪费的最直接原因。电池"健康状态"表能给电池一个真正的电量提示，能够提供有关性能和充电次数等消息。

(三)应用新型电源，提高系统便携性

        士兵携带的单兵装备的数量和种类越来越多，这种发展趋势无疑对单兵电源系统的便携性提出更高的要求。为了提高单兵的生存能力和快速行动能力，我军单兵野战电源系统的研制应充分考虑电源的重量、体积等因素，提高整个电源系统的便携性。譬如聚合物适形电池的厚度仅1.9cm 、质量1.2kg，具有体积小、重量轻、可弯曲性好的优点，与士兵身体有较好的贴合性，可以置于单兵战术携行背心口袋中进行供电，不会对单兵作战造成影响。陕西某动力有限公司研制的液体循环式锌空气单兵电源，采用插板式，不仅可以穿戴、可以背负，重量不超过lkg，而且体积小，能够与战术背心融为一体，有效提高单兵野战电源系统便携性。

(四)应用新工艺，优化电源线路

        连接线缆作为电源与单兵信息化装备之间的供电"纽带"，对于保证线路畅通发挥着至关重要的作用。为了保证线路畅通，提高连接线缆可靠性，应主要从两方面设计线缆：一是选择铜包铝材料为导体材料。铜包铝导体作为电源系统中连接线缆，除了导电性能优、形变性能好外，还具有耐腐蚀性、耐高温等优点，能够满足战场复杂环境要求。二是实现连接线缆扁平化。采用多层机织造的方法，将铜包铝导体和绝缘导体材料以芯纱的形式嵌入窄带织物中，制成扁平化织物电缆。连接电缆扁平化设计，既能够为单兵电源系统提供柔性电气连接通路，同时又能够实现连接电缆与系统承载平台的融合，提升穿戴的舒适程度。