Окно в будущее. Автомобили
В середине прошлого века это казалось просто нереальным. Чтобы, получив почти дармовой источник энергии в виде энергии ядерного распада, создав ядерную бомбу, построив ядерные реакторы, человек да не придумал, как засунуть реактор под капот автомобиля? Всем казалось, что ещё чуть-чуть и уже буквально в середине 1970-х мы обязательно пересядем на атомные авто. И ведь почти пересели…
Содержание:
Меняем топливо?
Как это часто случалось в истории автомобилестроения, пальму первенства, на этот раз – в деле атомной легковушки, постарались захватить конструкторы компании Ford Motors.
Сразу оговоримся: название «атомный автомобиль» не совсем корректное. Как и «атомная бомба». На самом деле и то, и другое устройство величать можно не иначе, как «ядерными», ибо в них используются именно ядерные силы, которые освобождаются при делении ядер урана (плутония и так далее) на ядра более простых элементов.
Атомное автостроение чуть было не началось с танков. В 1954 г. на посвящённой развитию бронетехники конференции Question Mark.III в Детройте была представлена модель танка TV-I с ядерным реактором в роли силовой установки. Полной зарядки реактора по замыслам конструкторов должно было хватить на 500 ч работы. Весил танк 70 т, из которых примерно 10 приходилось на реактор и 20 – на биологическую защиту. Соотношение было признано нецелесообразным, и к следующему году танк изрядно похудел. Новая модель, получившая индекс R32 и представленная на Question Mark.IV, весила уже 50 т, из которых на реактор с защитой приходилось около 15. Пробег машины на одной «заправке» должен был составить порядка 6500 км. Такой вариант был признан более удачным, однако и он не ушёл дальше чертежей и пластилиновых макетов. На этом интерес военных инженеров к ядерному транспорту утих. Зато гражданские конструкторы из того же Детройта пошли гораздо дальше своих коллег.
Не будем ломать копья и традиции и продолжим называть «ядерный» автомобиль «атомным». За его разработку инженеры Ford взялись в 1957 году. А уже год спустя широкой общественности был представлен первый атомный концепт – атомобиль Ford Nucleon (от латинского nucleus – ядро).
Кассета с ядерным топливом, так называемый ТВЭЛ (ТеплоВыделяющий ЭЛемент), как и сам ядерный реактор у этого необычного авто располагались сзади. Реакторный отсек был защищён двойным дном и мощным слоем биологической защиты. Кассета была легкосъёмной и после того, как ядерное топливо «отрабатывало» свой ресурс, менялась на новую. Предполагалось, что менять их будут на специальных автозаправках. Сам процесс замены должен был занимать не больше получаса. Учитывая, что на одной «заправке» машина должна была проходить от 8000 км и больше (предполагались кассеты разных ёмкостей – «эконом», «стандарт» и «супер»), время более чем приемлемое.
Кабина водителя была вынесена далеко вперёд, аж за переднюю ось. Причин тому было две. Во-первых, таким образом экипаж машины максимально отдалялся от потенциально опасного ядерного отсека. И, во-вторых, кабина в этом случае уравновешивала установленную сзади тяжёлую биологическую защиту. Сама же кабина представляла почти сплошной стеклянный колпак с панорамным обзором. По бокам от неё были смонтированы воздухозаборники, предназначенные для охлаждения реактора.
Концепт был выполнен в одну восьмую натуральной величины, однако производители клятвенно заверяли общественность, что они готовы хоть сейчас соорудить его в нормальном размере. Что все детали и узлы просчитаны, продуманы и прочерчены, и дело остаётся за самым малым. А именно – за малым ядерным реактором, который пока не создан, но будет создан вот-вот. Буквально, лет через пять. А пока его не создали, маленький Nucleon был определён на стоянку в Музей Генри Форда в Дирборне (штат Мичиган). Где он стоит и по сию пору.
С компьютером на борту
Однако по прошествии пяти лет реактор так и не родился. Зато родился новый концепт. Ещё более революционный и значительно более реальный. Уже хотя бы потому, что был сделан в натуральную величину.
Ford Seattle-ite был представлен па Всемирной ярмарке 1963 г. Это уже был поистине автомобиль будущего, имевший довольно мало общего с другими машинами. Одной из главных его фишек (кроме ядерной начинки) была сменная силовая установка. Она была смонтирована в легкосъёмной передней части автомобиля. По желанию можно было ездить на экономичном 60-сильном передке, либо на агрессивном 400-сильном. Все органы управления подключались через шарнирные передачи за считанные минуты. В машине предусматривалось некое подобие современной GPS, только без использования спутников. Бортовой компьютер (именно, Seattle-ite начала 1960-х имел самый настоящий бортовой компьютер) получал с приборов данные о пройденном километраже, поворотах и откладывал маршрут на «вшитой» в память карте, которая отображалась на цветном экране. Машина имела шестиколёсную схему, четыре передних колеса были ведущими и управляемыми. Такая конструкция резко улучшала манёвренность машины, да и тормозила она в шесть колёс более эффективно, чем её четырёхколёсные братья. Лучше всего эффект четырёх ведущих ощущался на мокрой дороге, когда передняя пара фактически «осушала» своими покрышками дорогу для пары «ведомой».
Кабина машины была оснащена стёклами с переменной прозрачностью, вентиляционными жалюзи, а почти всё управление осуществлялось буквально кончиками пальцев. Дизайн автомобиля и сейчас вызывает у людей неподдельное восхищение.
В буклете, посвящённом концепту, было написано:
«Передовые стилисты не ограничены существующими техническими и научными достижениями. Свобода мысли – ключ к прогрессивному автомобильному конструированию. Seattle-ite приведёт к созданию новых понятий в дизайне, комфорте и безопасности».
И опять же дело упиралось в компактный ядерный реактор. Впрочем, в данном конкретном случае конструкторы немного перестраховались и заявили, что машина может работать и на топливных элементах. Однако тогда и нормальных топливных элементов, преобразующих органическое химическое топливо непосредственно в электричество, не существовало. Они появились лишь спустя два десятилетия. А компактный ядерный реактор? Его нет и сейчас.
Атомная небомба
Получив два концепта и ни одного атомобиля, человечество на некоторое время забыло про свою ядерную автомечту. А после катастрофы 1986-го как минимум десятилетие и вспоминать о ней не хотело, настолько ярко стояли перед глазами обывателя тёмные руины четвёртого агрегата Чернобыльской АЭС. Считалось, что авария атомобиля, если таковой, например, врежется в столб, обязательно приведёт к ядерному взрыву районного масштаба.
Обыватели плохо себе представляют, как работает нормальный ядерный реактор. Им часто представляется, что в его недрах происходят один за другим маленькие ядерные взрывы, в одну тысячную или одну десятитысячную Хиросимы, и эти взрывы толкают мощные поршни, которые и крутят гигантские генераторы. На самом деле, всё не так страшно, и реактор, скорее, представляет собой большую топку, чем взрывную камеру.
Очень грубо процесс выглядит так: в рабочую зону загружаются заряженные обогащённым ураном-235 (чаще всего) ТВЭЛы. Термин «обогащённый» обозначает, что в топливе этого урана содержится порядка 10%, остальное – посторонние вещества. Когда несколько таких ТВЭЛов сближаются, они начинают «обстреливать» друг друга нейтронами. При этом элементы нагреваются, и чем ближе их сводят – тем нагрев больше. В разных типах реакторов температура рабочей зоны составляет от 250 до 400°С. Проходящая через теплообменники реактора вода, превращаясь в пар, вращает турбины генераторов точно так же, как она делает это на тепловых электростанциях. Процесс продолжается до тех пор, пока концентрация урана-235 в ТВЭЛах не упадёт до 3-4%.
Даже если свести ТВЭЛы вплотную, взрыва не произойдёт, ибо 10процентный уран просто не может взорваться. В Чернобыле рвануло не ядерное топливо, а перегретое рабочее тело. Проще говоря – пар. То есть, никакого ядерного взрыва там не было, да и не могло быть. Было сильнейшее радиационное заражение местности, ибо взорвавшийся «паровой котёл» разнёс в прах и ТВЭЛы, в которых обогащённого радиоактивного урана и не менее радиоактивных продуктов его распада содержались тонны. Но то была огромная электростанция, одна из самых больших в мире. В случае с малым автомобилем какой-либо грандиозной катастрофы, да и не грандиозной, произойти не может никак.
К тому же разработка новых более безопасных и эффективных реакторов далеко не закончена, и ныне в МАГАТЭ рассматриваются около 50 перспективных проектов. Что-то оттуда вполне может перепасть и атомобилю.
Атомонастроение
Страсти по атому несколько улеглись, но в 2009-м мы получили третий атомный концепт. На этот раз постаралась уже компания General Motors. А помог ей нью-йоркский дизайнер и изобретатель Лорен Кулесус. Свой прототип для марки Cadillac он назвал WTF – World Thorium Fuel Vehicle – «всемирный автомобиль на ториевом топливе». И это далеко не самая главная особенность нового атомобиля. Его можно назвать «вечмобилем», ибо запас его прочности и выносливости превосходит все мыслимые пределы. Во-первых, на одной заправке WTF будет ходить не 8000, и даже не 80 000 км. Запас хода в нём вообще считается не в километрах, а в годах. Так вот, на одной заправке «вечмобиль» будет колесить не менее 100 лет. Во-вторых, все детали и узлы у авто многократно задублированы, поэтому никакая поломка не выведет его из строя. Одних только колёс, предусмотрено 24. По формуле 4×6. Причём у каждого колеса – свой собственный электромотор. Заменять колёса не нужно, ни полностью, ни частично, требуется лишь их регулировать один раз в пять лет. В-третьих, машина имеет гибкую конструкцию. В зависимости от условий и от ситуации она может «льнуть» к дороге или, напротив, «вздыбиться». Конечно, не сильно, но на динамике и управляемости это отразится существенно. Реактор расположен в задней части машины. Работать он будет постоянно, а излишки энергии, например на стоянке, вполне можно продавать в городские энергосети через специальные принимающие розетки.
Но, к сожалению, и для этого авто маленький ториевый реактор ещё не построен.
Однако увидеть работающий атомобиль и даже прокатиться на нём уже можно. Фанаты вышедшей в конце прошлого года ролевой компьютерной игры Fallout-3 рассекают игровые просторы именно на старом добром Ford Nucleon. Кстати: «fallout» в переводе с английского – «радиоактивное заражение».
ПРИЛОЖЕНИЕ
«Жизнь диктует пределы целесообразности»
После освоения военного применения атомной энергии естественным стало стремление её гражданского использования, имея в виду все достоинства высокой концентрации энергии и большого энергозапаса в ядерном топливе. Были просмотрены все возможные направления и цели ядерных энергоисточников, в том числе и для различных видов транспорта. Помимо технической осуществимости, жизнь диктует свои пределы целесообразности, которые формируются многими факторами: и экономикой, и простотой использования, и безопасностью.
Следует учитывать принципиальные особенности ядерного двигателя – это агрегат высокой технологии, дорогой и имеющий специфическую ядерную и радиационную опасность. Насколько целесообразно его использование в областях массового применения и широкой доступности: автотранспорте, железной дороге, других областях наземного транспорта, авиации? Сегодня, по-видимому, нет. А завтра? Повторюсь: жизнь сама продиктует пределы целесообразности. Ведь в своё время ядерные двигатели продемонстрировали свою востребованность в судостроении и по-прежнему остаются привлекательными для освоения космического пространства.
Виктор Сидоренко, член-корреспондент РАН
источник: Валерий Чумаков «Окно в будущее. Автомобили» «Техника-молодежи» 2011-01
