Det er rundt ti år siden elbilindustrien parkerte blybatteriene for godt og gikk over til litiumionbatterier.
Det går ikke fullt så fort i forsvarsindustrien, men også her er ny batteriteknologi i ferd med å tas i bruk på flere områder.
Et av de viktigste batterivalgene som nå skal gjøres, gjelder for de nye ubåtene som skal erstatte Ula-klassen om åtte års tid.
- Det blir to ubåtklasser samtidig: Her sjøsettes en ubåt i Ula-klassen for siste gang
Norsk-tysk samarbeid
For ett år siden ble det klart at Norge skal samarbeide med Tyskland om å kjøpe nye ubåter som vil være basert på 212-designet fra det tyske verftet tkMS. Mens Norge skal ha fire båter, skal Tyskland ha to.
Begge landenes forsvar og industrier jobber fortsatt med konseptutvikling på ubåten 212 Common Design (CD). Ifølge verftet vil den nye 212CD-klassen kombinere lavsignaturegenskapene i 212A med økt rekkevidde, hastighet og utholdenhet.
For noen dager siden inngikk Forsvarets forskningsinstitutt (FFI) en ny samarbeidsavtale med flere tyske forskningsinstitutter om forskning og utvikling av teknologi til ubåter, missiler og minemottiltak.
Når det gjelder ubåtprogrammet, skal partene blant annet samarbeide om litiumionbatterier, som vurderes for de nye ubåtene.
Arvid Melkevik, som er forskningsleder ved FFI, forteller at samarbeidsområdene kan bli sikkerhetstesting av battericeller, batteristyringssystemer og levetidsvurderinger.
- Krise sist høst: Alle ubåtene ute av drift etter ulykke i norsk farvann
Brann i en celle kan ikke kveles
Et litiumionbatteri vil gi operative fordeler. Kort oppsummert har de større energi- og effekttetthet, er mindre vedlikeholdskrevende og har evne til å levere bra effekt også når batteriet nærmer seg tomt og kan lades hurtigere enn blysyrebatterier. Men det er en del sikkerhetsutfordringer som må håndteres.
FFIs strømforsyningsgruppe har i flere år jobbet med spørsmål knyttet til batterisikkerhet. På et FFI-forum for snart to år siden konkluderte forskerne med at litiumionbatteriteknologien nå er moden nok til å tas i bruk på større militære plattformer generelt.
Samtidig ble det understreket at konsekvensene av feil på en battericelle kan være store, spesielt på store batteripakker. I verste fall kan en celle som feiler føre til gasseksplosjon og brann. Og det nytter ikke å kvele en intern brann i et batteri der katoden utvikler oksygen og elektrolytten er brennbar. Dessuten er det fare for ettertenning, ettersom det er vanskelig å komme til der det brenner.
Dette var også Peter Hauschildt, som er teknologidirektør og sjef for ubåtutvikling i tkMS, inne på i et intervju han gjorde med Teknisk Ukeblad før den norsk-tyske avtalen ble inngått:
– Det er fortsatt utfordringer knyttet til å lage så store litiumionbatterier - vi snakker titall megawattimer og titusener celler - pålitelige nok og sikre nok.
- DCNS tapte kampen i Norge: Franske ubåtbyggere bød Norge på helt ny teknologi
Teknologiskifte
Nå er altså tyske og norske forskningsinstitutter i ferd med å legge grunnlaget for det batteriteknologiske veivalget. Hauschildt sa det slik:
– Dette kan bli blant de siste nye ubåtene som blir produsert med blybatterier, eller blant de aller første som blir levert med litiumionbatterier. Dette prosjektet er midt i et teknologiskifte.
Det kan kanskje høres besynderlig ut å holde igjen på bruken av en batteritype som vi omgir oss med i samfunnet ellers, i stort monn og ganske bekymringsløst. Men ubåt er en spesiell applikasjon.
– Her er sikkerhetskravene omtrent som for romfart. Dette er lukkede systemer som ikke kan forlates. Brann i neddykket tilstand vi ha store konsekvenser, påpekte teknologidirektøren.
Selv om blybatterier er brukt i ubåter i over hundre år, er heller ikke dette uten risiko. For eksempel knyttet til hydrogenet som produseres under lading.
Luftuavhengig framdrift
Teknisk Ukeblad får opplyst fra verftet at 212A-klassens framdriftssystem vil måtte gjennomgå en større modifikasjon for å møte kravene som stilles til 212CD.
Også de nye ubåtene skal ha luftuavhengig framdrift («Air Independent Propulsion», AIP), basert på brenselceller. De vil få tredje generasjon brenselcelle som tkMS jobber med sammen med leverandøren Siemens. Samme selskap leverer synkronmotoren («Permasyn») som vil komme i en ny generasjon i den nye klassen.
For å kunne frakte hydrogenet trygt, lagres det i metallhydrider. Dette er en legering av titan, jern og mangan, og det tar hydrogenet som en svamp. Det er relativt kompakt, veldig tungt og dyrt. Men det er et enkelt og pålitelig system der hydrogenet først tas ut når det behøves i brenselcella.
– Den volumetriske tettheten tilsvarer nesten flytende lagring av hydrogen, mens den gravimetriske tettheten er om lag to prosent, opplyste Hauschildt.
Mens ubåtene i Ula-klassen jevnlig må til overflaten for å snorkle for at dieselgeneratorene skal få luft, vil erstatteren kunne operere i neddykket tilstand i hele 18 døgn. Derfor er det også aktuelt å forske på undervanns terrengnavigasjon, ifølge FFI.
En av FFIs nye ubåtpartnere er WTD 71 («Wehrtechnische Dienststelle für Schiffe und Marinewaffen der Bundeswehr, Maritime Technologie und Forschung»).
- Koreansk artilleriprodusent: – Dødsulykken skyldtes feil på en over 50 år gammel tennsats
Nytt kampsystem
Når Norge tar seg råd til å bruke over 40 milliarder kroner på nye ubåter, er vurderingen som ligger i bunn at dette er blant de strategisk mest viktige strukturelementene som en motstander må bruke store ressurser på å sikre seg mot. Små, konvensjonelle ubåter er generelt svært vanskelige å oppdage i neddykket tilstand.
For Norges del er det dessuten vesentlig at størrelsen ikke begrenser operasjoner i de utallige fjordene vi har. 212CD vil ha deplasement på oppunder 1.500 tonn på overflaten, rundt 50 prosent mer enn Ula-klassen.
Alle ubåter er i større eller mindre grad skreddersydd. Eksempelvis vil alle nasjoner stille egne krav til kommunikasjons- og kampsystemer, mens selve plattformteknologien i klassen i hovedsak vil bevares.
Det nyetablerte selskapet kta Naval Systems, som Kongsberggruppen eier sammen med tkMS og deres datterselskap Atlas Elektronik, jobber nå med neste generasjon kampsystem som de lover skal bli verdens mest avanserte. For norsk industri er det dessuten viktig at dette systemet er garantert plass i alle ubåter fra thyssenkrupp framover.
«Multi Sensor Ildledningssystem» (MSI -70 U) for Kobben-klassen var utviklet av FFI og Kongsberg, med noen ideer fra USA. Med dette kunne man kombinere data fra periskop, radar, samt passiv og aktiv sonar. For Ula-klassen ble det stilt som krav at ildledningssystemet måtte kunne følge og angripe flere mål samtidig.
Kongsberg og FFI startet i 1982 utviklingen av MSI-90U for Ula-klassen som ble levert i perioden 1989-1992. Denne er senere erstattet av andre generasjon. Åtte av de ti 212A-ubåtene som Tyskland og Italia har fått levert benytter også MSI-90U.
Norske og tyske myndigheter er i sluttforhandlinger med verftet. Planen er å inngå felles kontrakt i 2019 og starte innfasingen cirka sju år senere. Tyskland tar ubåt nummer tre og seks i byggeserien for å sikre identisk konfigurasjon på ubåtene som skal være ferdig levert i 2032.
- – Fjær i hatten, sier Kongsberg-sjef: USA skal teste norsk kystforsvar i Stillehavet
