"И с равной быстротой атомные машины самых разнообразных типов вторглись в промышленность. Железные дороги выплачивали огромные суммы за право первыми ввести у себя атомную тягу, атомная плавка металлов внедрялась с такой поспешностью, что из-за неумелого обращения с новой энергией взорвалось несколько заводов…"
Герберт Уэллс «Освобождённый мир»
Проблема создания компактных ядерных реакторов давно волнует человечество. Невероятно экономичный, практически вечный, довольно экологичный (если не учитывать вероятность аварии) двигатель мог бы спасти Землю от истощения ресурсов, поспособствовать очищению атмосферы, облегчить жизнь обыкновенному человеку. Но пока на атомной тяге передвигаются разве что крупные корабли и подлодки; когда дело дойдёт до автомобилей и поездов — неизвестно. Хотя истории известно несколько попыток поставить реактор на колёса.
Размеры — вот основная проблема, не позволяющая снабдить автомобиль ядерным двигателем. Одна только система охлаждения, требующая постоянного притока свежего теплоносителя, занимает столько места, что полезное пространство атомного автомобиля сводится к нулю. Стационарные АЭС используют для охлаждения воду, поступающую из внешних резервуаров, у атомных кораблей и подлодок тоже нет недостатка в теплоотводящем материале, а вот наземному транспорту весь запас охладителя придётся возить с собой. Чисто теоретически проблему может решить создание реактора, работающего по принципу управляемого термоядерного синтеза. Он будет заметно безопаснее и компактнее существующих систем. Но, к сожалению, подобный источник энергии остаётся лишь фантастикой. M103 собирались перестроить для испытаний на его шасси ядерного реактора. Но министерство обороны в итоге срезало финансирование сложного и не слишком перспективного проекта. Перед армейцами стояли другие задачи.
Глава 1. Ford Nucleon (1957)
Концепт-кар Ford Nucleon стал самым знаменитым атомным автомобилем. Тому есть целый ряд причин. Он стал первой подобной разработкой, а также одной из двух таких машин, созданных хотя бы в виде макета и продемонстрированных на автошоу.
Вопрос «нужно ли разрабатывать атомный концепт» в те времена не стоял. «Нуклеон» стал не частной попыткой дизайнера-одиночки, а продуктом серьёзной работы инженеров и техников. Автомобиль продумали от первого до последнего винтика, учли необходимость обслуживания на дорогах общего пользования и фактор опасности облучения пассажиров. Дело оставалось за малым: создать требуемый движок.
Серьёзнейшим недостатком применения атомной энергии является чрезмерная громоздкость реактора. На снимке — АЭС Enrico Fermi II (штат Мичиган, США)
Тем не менее, несколько концептов атомных автомобилей в XX веке увидели свет. Некоторые — в виде макетов, некоторые — в виде рисованных скетчей. Можно выделить две вспышки интереса к наземному атомному транспорту — в 1950-1960-х и в 2010-2011 годах. Первая была связана с гонкой вооружений и стремлением двух супердержав, СССР и США, перегнать друг друга в технологическом отношении. Кроме того, в те времена учёные искренне верили в то, что вот-вот атом будет подчинён окончательно и бесповоротно (а воз, честно говоря, и ныне там). Второй период заинтересованности имеет другое обоснование. Сегодня открытие управляемого термоядерного синтеза и в самом деле маячит на горизонте, и компании стараются заранее разработать концепт, где этот принцип будет применим, тем самым обогнав конкурентов. Что же, посмотрим, насколько осмысленны эти разработки.
Атомный танк
Интересным направлением разработок в области наземных транспортных средств на ядерной тяге стала тема атомного танка. Когда атом предполагалось использовать исключительно для военных нужд, в начале 1950-х годов командование армии США выделило серьёзный грант на разработку танка, способного использовать силу ядерной реакции.
Танк TV-1 был представлен на третьей конференции по вопросам танкостроения в виде макета.
На третьей конференции по вопросам танкостроения (Question Mark III), проведённой армейским командованием в 1954 году, впервые был поднят вопрос о возможности создания ядерного двигателя для танка. В отличие от автомобильных концептов, тут не возникало серьёзных проблем с массой и объёмом: на танк вполне можно было поставить чуть модифицированный реактор от подлодки. Первый концепт тяжёлого атомного танка получил наименование TV-1. Предполагалось, что машина будет весить порядка 70 тонн (из них половина — двигатель), толщина брони достигала 350 мм. Но одну проблему в те годы решить никак не могли — экранирование экипажа. Если автомобильные дизайнеры могли позволить себе пофантазировать, то армейцы бурным воображением не отличались и смотрели на мир с эксплуатационной точки зрения. И что-то подсказывало инженерам, что атомный танк построить пока что невозможно.
В 1955 году на следующей подобной конференции был представлен второй проект R32 с более лёгким реактором. Теоретическая масса танка — 50 тонн, 120-мм броня, 90-мм гладко ствольное орудие: этот концепт уже был похож на правду. Но отсутствие решения по экранированию экипажа отправило на свалку истории и R32. Последняя попытка построить атомный танк произошла в 1959-м, когда тяжёлый танк M103
Техническое задание было получено группой фордовских инженеров в 1956 году, а годом позже концепт был готов. Конечно, функциональность Ford Nucleon вызывала сомнения. Всего два пассажироместа и крошечный багажник спереди: автомобиль мог служить разве что развлекательным транспортным средством. В качестве семейной машины он явно не годился. Но такая цель и не ставилась. Ядерная установка, занимавшая 2/3 объёма и массы автомобиля, была уменьшенной копией стандартного реактора S2W с подводной лодки USS Nautilus. Правда, уменьшить 35-тонную махину высотой 6 метров до «автомобильных» размеров не представлялось возможным: конструкторы прекрасно это понимали. В ограниченном объёме нужно было разместить сам реактор, парогенератор и две турбины: одна должна была создавать крутящий момент (иначе говоря, вращать колёса), другая — крутить электрогенератор. Проблему охлаждения планировалось решить с помощью конденсации отработавшего пара обратно в воду.
Уильям Форд рядом с моделью концепт-кара, 1957 год
В принципе, идея выглядела реализуемой и даже работоспособной. Основным плюсом являлось полное отсутствие выбросов в атмосферу и чудовищная долговечность силового агрегата. Конечно, заправить новые урановые стержни в старый реактор было проблематично, поэтому «заправлялась» машина путём смены реактора. Но одной заправки должно было хватить как минимум на 8 000 километров (рассматривались варианты до 30 000), так что проблемой это не считалось. Обогащать же использованные реакторы планировалось в заводских условиях — так сегодня работают, например, станции по зарядке и обмену газовых баллонов. Наконец, важнейшим плюсом являлась бесшумность «Нуклеона». За отсутствием процесса внутреннего сгорания ничего, кроме чуть слышного гудения турбин, не нарушало бы покой окружающего мира. всё-таки автомобиль оставался весьма громоздким. Футуристический дизайн, конечно, сглаживал это впечатление, но инженеры понимали важность изоляции салона от реактора, и потому масса и размеры защитных пластин были соизмеримы с массой и размерами самого двигателя. Именно в целях безопасности, а не по прихоти художника кабина была вынесена вперёд, чтобы максимально отдалить пассажиров от опасного «сердца» автомобиля. Капсулу с горючим разместили в самой отдалённой от кабины части — внизу, под двигателем, с тройным слоем изоляции. Но что такое 1-2 метра для радиоактивного излучения? Ничего, пшик.
Ford Nucleon был изготовлен в виде макета в масштабе 3/8, показан на ряде выставок и салонов. Но время шло, а компактные реакторы всё не появлялись и не появлялись. Полноразмерную копию машины строить не имело смысла, тем более что сама компания Ford не имела достаточных мощностей для разработки собственного атомного движка. Ведущий американский производитель реакторов для подводных лодок Westinghouse Electric тоже не торопился с изменением форм-фактора своих конструкций. И амбициозный проект свернули, так толком и не дав ему старта. Но спустя пять лет он получил продолжение.
Глава 2. Ford Seattle-ite XXI (1962)
В 1961 году ООН приняла знаменитую декларацию о запрещении применения ядерного и термоядерного оружия. Соответственно, огромному количеству лабораторий, работавших в этой области, пришлось приостановить исследования. Усилия срочно требовалось направить в мирное русло. Маркетологи компании Ford заметили в этом определённый сигнал и тут же отправили задание инженерам: продолжить тему «Нуклеона». И появился Ford Seattle-ite XXI.
На этот раз разработчики постарались не повторить ошибки, сделанные при конструировании предыдущей модели. В частности, они сохранили традиционную автомобильную компоновку: двигатель спереди, затем салон, затем — багажник нормальных размеров. Конечно, автомобиль получился огромным, но это было в духе американцев 1960-х и не нарушало понятия обывателя о прекрасном. Сразу же появилась проблема. В «Нуклеоне» тяжеленный реактор «лежал» на неуправляемой задней оси. В Seattle-ite всю массу движка нужно было каким-то образом разместить на переднем мосту, при этом обеспечив нормальный радиус разворота автомобиля и адекватную управляемость. Выход из ситуации был найден довольно оригинальный: передних осей было сделано две. Все четыре колеса поворачивались, при этом спокойно выдерживая массу реактора.
В отличие от своего предшественника, Seattle-ite был изготовлен в масштабе 1:1
Ещё более удивительной была возможность «отстегнуть» всю переднюю часть автомобиля и заменить её на другую. Сегодня многие автомобили предлагаются с несколькими вариантами двигателей. В Seattle-ite можно было менять силовые агрегаты; предполагался экономичный вариант мощностью 60 л.с. и скоростной мощностью 400 л.с.
Так как компактного атомного движка на 1962 год по-прежнему не существовало, инженеры не очень волновались по поводу его конструкции и систем. Зато они постарались уместить в концепт как можно больше фантастических идей, которые по тем временам частенько были технологически невозможны. Чего мелочиться, если машину всё равно построить нельзя (пока что).
Промо-картинка Seattle-ite: компания надеялась, что в ближайшее время человек подчинит себе атом и автомобиль можно будет пустить в серию
Так, в конструкции Ford Seattle-ite XXI нашёл место ряд решений, опередивших своё время на полвека. Например, у концепт-кара не было руля как такового. Управлять «Фордом» предполагалось с помощью касания пальцами специальной панели — прообраза современного тачскрина. Также в салоне был предусмотрен бортовой компьютер (тоже с тачскрином, которого на тот момент не существовало), придуманный художниками интерфейс которого чем-то напоминал Windows (напомню: Биллу Гейтсу было тогда 7 лет). Основным назначением компьютера было прокладывание маршрута — это стало прообразом GPS-навигатора. Датчики, установленные по всему корпусу, учитывали дорожную обстановку, близость других машин, погодные условия. По сути, инженеры «Форда» предсказали появлении и парктроника, и датчиков дождя с автоматическим включением щёток. Стёкла Ford Seattle-ite XXI имели изменяемую степень затемнения в зависимости от светового потока снаружи.
Ещё одной изюминкой была возможность установки силового агрегата на топливных элементах вместо атомного двигателя. Опять же, стоит напомнить, что первые работоспособные и компактные топливные элементы появились в 1980-х годах, а повсеместно их стали использовать только в XXI веке.
Схема крепления силового агрегата к автомобилю: его можно было заменить на более мощный
Ford Seattle-ite XXI в отличие от предшественника был изготовлен в виде полноразмерного макета. Автомобиль получился очень низким и изящным, на ряде автосалонов он произвёл фурор (особенно в совокупности с промо-девушками), но технологические барьеры не позволили создать даже опытный образец концепт-кара. Сегодня почти все фантастические идеи, предложенные в Seattle-ite, легко реализуемы. Кроме самой главной — компактного атомного двигателя. Поэтому этот удивительный автомобиль продолжает поражать воображение конструкторов всего мира.
Гусеничная АЭС
В Советском Союзе атомных танков и автомобилей не разрабатывали, сознавая, что это изначально фантастические проекты. А вот передвижную атомную электростанцию, умещающуюся в несколько вездеходов, не только спроектировали, но даже построили и ввели в эксплуатацию. Удивительный проект носил название ТЭС-3.
В советских газетах появились многочисленные фотографии первого энергосамохода (того, в котором размещался пульт управления)
Первые разговоры о передвижной АЭС зашли в середине 1950-х годов. Инициировал разработку подобной системы Ефим Павлович Славский, на тот момент первый заместитель министра среднего машиностроения СССР, а впоследствии руководитель всей советской атомной промышленности. Разработкой занимался ряд заводов и институтов. Наиболее перспективным был признан проект обнинского Физикоэнергетического института.
Сама энергоустановка представляла собой малогабаритный двухконтурный водо-водяной реактор. В качестве рабочего тела также выступала вода; турбина генератора приводилась в движение паром. Оборудование размещалось на удлинённом до 10 катков шасси от тяжёлого танка Т-10. Шасси получило общее наименование «энергосамоход».
Целая электростанция представляла собой четыре энергосамохода. На первом — сам реактор с биозащитой и воздушным радиатором, на втором — парогенераторы и циркуляционные насосы, на третьем — турбогенератор, а на четвёртом — пульт управления и резервное оборудование. Развёртывание станции занимало несколько часов, на ходу она функционировать не могла, потому что все энергосамоходы должны были соединяться проводами и трубопроводами. Биозащиту на ТЭС-3 обеспечить было не столь и сложно. Так как требующий изоляции реактор располагался на отдельном энергосамоходе, его просто поместили в замкнутую свинцовую ёмкость, а во время работы операторы к этому самоходу не приближались.
В 1960 году передвижная АЭС была готова к эксплуатации. 13 октября 1961 года состоялся первый опытный пуск станции. Она неплохо себя показала, испытания продолжались до 1965 года. Но возникла одна проблема. Ни промышленники, ни учёные не сумели найти никакого толкового применения замечательной установке. Первоначально её проектировали для работы в условиях Крайнего Севера, но традиционные энергоустановки на жидком топливе оказались проще и экономичнее. Экономическая нецелесообразность вынудила закрыть проект, и в 1969 году так нигде и не использованную ТЭС-3 законсервировали.
Одновременно шла разработка и второй мобильной АЭС — «Памир-630Д». В качестве шасси использовалась тяжёлая техника МАЗ. Эта станция по многим параметрам была удачнее ТЭС-3, но первый опытный её пуск состоялся, к несчастью, в 1985 году, незадолго до чернобыльской трагедии. После аварии большинство работ по ядерному направлению были закрыты по тем или иным причинам, исключением не стал и перспективный «Памир».
Глава 3. Ariel Atom (2010)
Минула целая вечность, прежде чем человеческая фантазия снова обратилась к атомным автомобилям. Но на этот раз за дело взялись не инженеры, а дизайнеры. Благо что сегодня любой уважающий себя 3D-художник считает необходимым нарисовать парутройку автомобилей оригинальной конструкции.
Сингапурский дизайнер Мухаммад Имран вдохновлялся двумя автомобилями. Первый — это Ford Seattle-ite XXI, а второй — легкорамный английский спорткар Ariel Atom, производящийся небольшой компанией из Сомерсета. Спорткар имеет довольно странную компоновку: у него нет дверей, крыши, багажного отсека; он сделан на базе жёсткого трубчатого экзоскелета и оснащён мощным 245-сильным двигателем Honda. За счёт низкой массы Ariel Atom способен разгоняться до 100 км/ч за фантастические 2,8 секунды.
Ariel Atom сингапурского дизайнера Мухаммада Имрана футуристичен, но невозможен
Ariel Atom Мухаммада Имрана отличается от обоих «прообразов». Дизайнер стремился сделать свой концепт как можно компактнее. В связи с этим он разместил двух пассажиров автомобиля не рядом, а одного за другим, причём ноги водителя доходят практически до переднего бампера (естественно, изнутри). Изолированный реактор по идее Мухаммада должен располагаться в задней части машины. Правда, техническая подготовка Имрана несколько смущает. Например, красивые выхлопные трубы в виде знака радиационной опасности выглядят эффектно, но зачем атомному автомобилю система выхлопа как таковая? В любом случае концепт сингапурца так и останется красивым концептом, частью его портфолио.
Серийный Ariel Atom выпускается в Сомерсете и никакого отношения к атомной энергии не имеет
Но не всё так печально. Потому что через полгода после скетчей Имрана в новостях замелькал атомный автомобиль, разработанный настоящей группой учёных и вполне возможный в условиях современного технологического развития.
Глава 4. Cadillac World Thorium Fuel (2011)
Специалисты небольшой компании Laser Power Systems решили пойти по правильному пути: отталкиваясь не от футуристического дизайна, а от технологических возможностей и практических задач. В первую очередь они решили отказаться от уранового реактора, как сложного и чрезмерно опасного для пассажиров автомобиля. В качестве альтернативы был выбран торий.
В принципе, торий неоднократно пытались применить в атомной промышленности. Будучи менее радиоактивным, он вполне способен заменить уран и плутоний, используемые сегодня. Кроме того, торий гораздо более распространён и потому относительно дёшев. Правда, схема работы тория в ядерном реактора довольно хитроумна. Сначала изотоп торий-232 должен захватить тепловой нейтрон и посредством реакции превратиться в изотоп уран-233; последний уже непосредственно принимает участие в реакции.
Компоновка Thorium повторяет придуманную инженерами Ford для концепта Nucleon.
В середине ХХ века человечество было покорено идеей мирного атома — казалось, это невероятная технология, способная дать миру почти вечную энергию, спасти от нефтяной зависимости. Строились атомные электростанции, атомные ледоколы и подводные лодки, проектировались атомные самолеты и даже автомобили! В 1958 году появился концепт-кар Ford Nucleon.
Концепты
Реального ядерного двигателя на нем, конечно, не стояло — только муляж. Но предполагалось, что в ближайшее время ученые смогут решить все проблемы и изобретут компактный реактор, который можно будет встраивать в задний свес автомобиля.
Вместо заправок такая машина должна была заезжать на смену капсулы с ядерным топливом, то есть сердечника реактора. Причем, по расчетам «фордовцев», примерно раз в 5000 километров. А для защиты от радиации пассажиры должны были сидеть в закрытой капсуле-полусфере. Про пешеходов, видимо, не подумали — а что, тестов Euro NCAP тогда не проводилось…
Через пять лет идея все еще была горяча — на Всемирной ярмарке появился Ford Seattle-ite XXI. Машина выглядела менее футуристично, но не менее необычно — шесть колес, огромный капот, подъемные двери-крылья. Под капотом, теперь уже спереди, также «как бы» располагался ядерный двигатель.
Для концепта придумали множество не просто передовых, а фантастических технологий — управляемые две передние оси для лучшего сцепления с дорогой, стекла переменной прозрачности, управление с тачскрина, навигация с маршрутным компьютером, и так далее.
Интересная фишка — передний объем машины полностью отсоединялся от салона и мог заменяться. В городском варианте там стоял 60-сильный моторчик, а в «трансконтинентальном» — 400-сильный ядерный реактор.
Какого-то продолжения эти фантазии не получили. Компактного и безопасного реактора так и не появилось. Бомбардировщики в СССР и США летали с тестовыми реакторами на борту, но в итоге от этой идеи отказались даже военные. Слишком сложным оказалось обеспечить даже радиационную защиту экипажа, не говоря уж о обеспечении безопасности реактора после аварии.
Торий
Возможно, в XXI веке ученые все-таки смогут сделать то, что не смогли в середине ХХ-го. Секрет — в топливе. Для ядерных двигателей может использоваться не уран и плутоний, а торий.
Он не такой радиоактивный и токсичный — для защиты от облучения достаточно слоя алюминиевой фольги. И цепной самоподдерживающейся ядерной реакции в тории быть не может, его тип реакции — так называемый суб-критический. При этом тепловой энергии в тории — в 30 000 000 раз больше, чем в бензине.
Изобретатель Чарльз Стивенс (Charles Stevens) из американского Массачусетса создал компанию Laser Power Systems, которая сейчас разрабатывает автомобильные ториевые силовые установки. Принцип действия их примерно такой (за правильность не ручаемся — химия и физика в школе были успешно прогуляны в пользу катания на папиной машине): торий служит источником энергии для лазера.
Ториевый лазер, в отличие от обычного, не дает направленного луча света, но излучает очень много тепла. Это тепло используется для разогрева воды, которая, превращаясь в пар, раскручивает турбину, которая, в свою очередь, вращает генератор, а он уже дает ток для электродвигателей.
Звучит сложновато, но Стивенс говорит, что весит такой двигатель всего 220 кг, а по размерам достаточно компактен, чтобы поместиться под капот обычного автомобиля. Мощность силовой установки — 250 кВт, то есть 335 лошадиных сил. Отличный показатель, правда? Вот только если обычные 300-сильные машины ездят на заправку через день, то торий-мобилю перезагрузка атомного горючего нужна значительно реже. На один миллион километров пробега хватит шестнадцати грамм тория.
Cadillac
Думаете, Стивенс — фанатик-глупец? Нет, ториевый лазер был создан им аж 25 лет назад и успешно применяется в разных отраслях. Главная проблема сейчас — это конвертация тепла лазера во вращательный момент, то есть создание компактной паровой турбины с закрытым контуром. Решение, на котором компания остановилась сейчас — это безлопастная турбина Теслы, пар в ней каким-то непонятным образом раскручивает секции дисков, похожие на фрикционы АКПП. Генератор в LPS также создают свой, уникальный. Похоже на Ё-мобиль, в общем.
|
|
Что будет, если мы скажем, будто избыток выбросов вредных веществ в результате сгорания бензина или обычного дизеля топлива можно решить, используя атомный двигатель? Впечатлит ли вас это? Если нет, то можно даже не начинать читать этот материал, а вот для тех, кому данная тема интересна, милости просим, потому, как речь у нас пойдет об атомном двигателе для автомобиля, который работает на изотопе тория-232.
Удивительно, но именно торий-232 обладает самым большим периодом полураспада среди изотопов тория и при этом является наиболее распространенным. Поразмыслив над этим фактом, ученые американской компании Laser Power Systems заявили о возможности сконструировать двигатель, который использует торий в качестве топлива и при этом является абсолютно реальным проектом на сегодняшний день.
Уже давно было определено, что торий, в случае использования его как топлива, имеет сильные позиции и при «работе» выделяет колоссальное количество энергии. По подсчетам ученых, всего 8 грамм тория-232 позволят работать двигателю в течение 100 лет, а 1 грамм произведет больше энергии, чем 28 тыс. литров бензина . Согласитесь, подобное не может не впечатлять.
Как сообщает генеральный директор Laser Power Systems Чарльз Стивенс, команда специалистов уже начала эксперименты, используя небольшое количество тория, однако самая ближайшая цель это создание необходимого для технологического процесса лазера. Описывая принцип работы подобного двигателя, можно привести в пример работу классической электростанции. Так, лазер, по планам ученых, будет нагревать емкость с водой, а полученный пар пойдет на работу мини-турбин.
Однако, каким бы прорывным не казалось заявление специалистов LPS , сама идея использовать атомный ториевый двигатель не нова. В 2009 году, Лорен Кулеусус показал мировому сообществу свое видение будущего и продемонстрировал концепт-кар Cadillac World Thorium Fuel Concept Car. И, несмотря на его футуристический внешний вид, главным отличием концепт-кара было наличие источника энергии для автономной работы, который использовал в качестве топлива торий.
«Учёными должен быть найден более дешёвый источник энергии в сравнении с углём, обладающий низким значением выброса диоксида углерода при сгорании или его отсутствием. В противном случае данная идея вовсе не сможет получить своего развития» - Роберт Харгрейв, специалист в области изучения свойств тория
На данный момент специалисты Laser Power Systems полностью сосредоточили свои силы на создании серийного образца двигателя для массового производства. Впрочем, не исчезает один из самых важных вопросов, как отреагируют на подобное новшество страны и компании, лоббирующие «нефтяные» интересы. Ответ подскажет только время.
Интересное:
- Природные запасы тория превышают запасы урана в 3-4 раза
- Специалисты называют торий и в частности торий -232 «ядерным топливом будущего»
Ядерное топливо , появившееся в 1950-х годах открыло захватывающие перспективы в получении нового вида энергии. Атомщики обещали производить чистое, безопасное электричество, которое будет очень дешево. Казалось, что ядерная энергия сможет без проблем решить энергетический вопрос любого масштаба.
Первый атомный автомобиль
Именно в это время в 1957 году компания Форд представила самый амбициозный проект в истории своего существования: концептуальный атомный автомобиль футуристического дизайна, с обтекаемым гладким корпусом. Автомобиль не выбрасывал в атмосферу вредных испарений, имел внушительный пробег до заправки и был вне досягаемости для самых экономичных машин того времени. Этот автомобиль будущего получил название Форд Нуклон (Ford Nucleon) благодаря уникальной конструкции и реактору, который находился на месте багажного отделения.
Перспективы атомного автомобиля
Инженеры Форд представляли себе мир, в котором топливные АЗС полностью вытеснят зарядные станции полного обслуживания, где отработанное топливо будет моментально заменяться новым. Капсула с ядерным реактором и топливом, установленная в задней части автомобиля планировалась такой же, как на подводной лодке, с той лишь разницей, что конструкция была меньше по размеру. В реакторе происходило деление ядер урана для нагрева парогенератора и быстрого превращения воды в пар высокого давления, который должен был использоваться для вращения лопастей турбины .
Прототип Ford Nucleon (вид слева)
Турбина должна была передавать крутящий момент на колеса автомобиля и вращать электрогенератор . Затем пар будет конденсироваться в контуре охлаждения обратно в воду, и отправляться для повторного использования. Такая система позволит реактору вырабатывать энергию, пока не расщепится весь радиоактивный материал .
Ядерный двигатель и конструкция автомобиля
Учитывая особенности конструкции ядерного двигателя , инженеры предположили, что Нуклон сможет проехать на одной зарядке 5000—8000 км. Так как источник питания будет заменяемым, владельцы транспортного средства могут свободно выбирать конфигурацию реактора исходя из своих потребностей. Например, со слабообогащенным ураном для получения небольшого крутящего момента до высокообогащенного – для увеличения пробега до заправки. Кроме того в машине не будет шума и токсичных выхлопов, как от двигателей внутреннего сгорания обычных автомобилей. Перемещаться Нуклон будет относительно тихо, разве что турбина будет немного «подвывать».
Аэродинамический дизайн прототипа транспортного средства, цельное лобовое стекло, и два хвостовых киля (отсутствующие в некоторых моделях) напоминают космический корабль из научной фантастики 1950-х годов. Однако некоторые части машины имели практичный дизайн. Например, кабина с пассажиром была расположена очень близко к передней части автомобиля и выступала за передний мост. Такое решение позволяло расположить водителя и пассажиров на максимальном отдалении от реактора для защиты от радиоактивного облучения , к тому же способствовало более равномерному распределению нагрузки на оси автомобиля. Еще одно практичное решение заключалось в добавлении воздухозаборников у передней кромки крыши и основания кабины. По-видимому, такая конструкция являлась частью системы охлаждения реактора.
Прототип Ford Nucleon с хвостовым килем
Ядерный автомобиль был воплощением наивного оптимизма эпохи. Большинство людей были осведомлены об опасности радиоактивного излучения и понимали, что любая незначительная авария может стать причиной радиоактивной катастрофы. По сути, сам проект Нуклон был интересен и воспринят с большим энтузиазмом. Предполагается, что даже правительство США спонсировало программу Форда.
Бесшумный, обтекаемый и эффектный прототип Нуклона был готов, чтобы занять почетное место в будущем. Казалось, что бензиновый двигатель постепенно исчезнет в безызвестность, превратившись в причудливый пережиток начала атомного века. Дизайн Нуклона предполагал, что вскоре будут разработаны небольшие ядерные реакторы и легкие защитные материалы.
Закат атомного автомобилестроения
Когда стало понятно, что нововведений в ближайшее время не появиться, проект закрыли ввиду громоздкости машины и тяжелого свинцового защитного экрана, не позволяющих выйти на необходимый уровень безопасности и экономичности. Попутно широкая общественность все больше осведомлялась об опасности атомной энергии и проблеме складирования ядерных отходов и перспектива наличия атомных автомобилей в городе потеряла свою привлекательность. Так закончились «медовые годы» атомного автомобилестроения.
Ford Nucleon (вид сзади)
Форд так и не выпустил рабочий прототип. Тем не менее, Нуклон остается иконой атомного века. Несмотря на недостатки в конструкции машины дизайнеры заслуживают благодарность за их смекалку. Их безрассудный оптимизм показывает, что нельзя считать задачу невозможной только по тому, что за нее никто не брался – некоторые идеи должны быть проверены на собственном опыте, а мифы развенчаны.
В связи с надвигающимся в будущем энергетическим кризисом и плавным переходом на альтернативные источники энергии о концепции атомного двигателя для автомобиля, к сожалению или счастью ничего не слышно. Атом не может быть полностью безопасен, что неоднократно подтверждалось катастрофами. Но кто знает, может быть, однажды ископаемое топливо кончится, и на дорогах будут ездить много маленьких «Чернобылей» с паровыми турбинами.
…И с равной быстротой атомные машины самых разнообразных типов вторглись в промышленность. Железные дороги выплачивали огромные суммы за право
первыми ввести у себя атомную тягу, атомная плавка металлов внедрялась с такой поспешностью, что из-за неумелого обращения с новой энергией взорвалось несколько заводов…
Герберт Уэллс «Освобождённый мир»
Проблема создания компактных ядерных реакторов давно волнует человечество. Невероятно экономичный, практически вечный, довольно экологичный (если не учитывать вероятность аварии) двигатель мог бы спасти Землю от истощения ресурсов, поспособствовать очищению атмосферы, облегчить жизнь обыкновенному человеку. Но пока на атомной тяге передвигаются разве что крупные корабли и подлодки; когда дело дойдёт до автомобилей и поездов - неизвестно. Хотя истории известно несколько попыток поставить реактор на колёса.
Размеры - вот основная проблема, не позволяющая снабдить автомобиль ядерным двигателем. Одна только система охлаждения, требующая постоянного притока свежего теплоносителя, занимает столько места, что полезное пространство атомного автомобиля сводится к нулю. Стационарные АЭС используют для охлаждения воду, поступающую из внешних резервуаров, у атомных кораблей и подлодок тоже нет недостатка в теплоотводящем материале, а вот наземному транспорту весь запас охладителя придётся возить с собой. Чисто теоретически проблему может решить создание реактора, работающего по принципу управляемого термоядерного синтеза. Он будет заметно безопаснее и компактнее существующих систем. Но, к сожалению, подобный источник энергии остаётся лишь фантастикой.
Серьёзнейшим недостатком применения атомной энергии является чрезмерная громоздкость реактора. На снимке - АЭС Enrico Fermi II (штат Мичиган, США)
Тем не менее, несколько концептов атомных автомобилей в XX веке увидели свет. Некоторые - в виде макетов, некоторые - в виде рисованных скетчей. Можно выделить две вспышки интереса к наземному атомному транспорту - в 1950-1960-х и в 2010-2011 годах. Первая была связана с гонкой вооружений и стремлением двух супердержав, СССР и США, перегнать друг друга в технологическом отношении. Кроме того, в те времена учёные искренне верили в то, что вот-вот атом будет подчинён окончательно и бесповоротно (а воз, честно говоря, и ныне там). Второй период заинтересованности имеет другое обоснование. Сегодня открытие управляемого термоядерного синтеза и в самом деле маячит на горизонте, и компании стараются заранее разработать концепт, где этот принцип будет применим, тем самым обогнав конкурентов. Что же, посмотрим, насколько осмысленны эти разработки.
Атомный танк
Интересным направлением разработок в области наземных транспортных средств на ядерной тяге стала тема атомного танка. Когда атом предполагалось использовать исключительно для военных нужд, в начале 1950-х годов командование армии США выделило серьёзный грант на разработку танка, способного использовать силу ядерной реакции.
Танк TV-1 был представлен на третьей конференции по вопросам танкостроения в виде макета.
На третьей конференции по вопросам танкостроения (Question Mark III), проведённой армейским командованием в 1954 году, впервые был поднят вопрос о возможности создания ядерного двигателя для танка. В отличие от автомобильных концептов, тут не возникало серьёзных проблем с массой и объёмом: на танк вполне можно было поставить чуть модифицированный реактор от подлодки. Первый концепт тяжёлого атомного танка получил наименование TV-1. Предполагалось, что машина будет весить порядка 70 тонн (из них половина - двигатель), толщина брони достигала 350 мм. Но одну проблему в те годы решить никак не могли - экранирование экипажа. Если автомобильные дизайнеры могли позволить себе пофантазировать, то армейцы бурным воображением не отличались и смотрели на мир с эксплуатационной точки зрения. И что-то подсказывало инженерам, что атомный танк построить пока что невозможно.
В 1955 году на следующей подобной конференции был представлен второй проект R32 с более лёгким реактором. Теоретическая масса танка - 50 тонн, 120-мм броня, 90-мм гладко ствольное орудие: этот концепт уже был похож на правду. Но отсутствие решения по экранированию экипажа отправило на свалку истории и R32. Последняя попытка построить атомный танк произошла в 1959-м, когда тяжёлый танк M103 собирались перестроить для испытаний на его шасси ядерного реактора. Но министерство обороны в итоге срезало финансирование сложного и не слишком перспективного проекта. Перед армейцами стояли другие задачи.
Глава 1. Ford Nucleon (1957)
Концепт-кар Ford Nucleon стал самым знаменитым атомным автомобилем. Тому есть целый ряд причин. Он стал первой подобной разработкой, а также одной из двух таких машин, созданных хотя бы в виде макета и продемонстрированных на автошоу.
Вопрос «нужно ли разрабатывать атомный концепт» в те времена не стоял. «Нуклеон» стал не частной попыткой дизайнера-одиночки, а продуктом серьёзной работы инженеров и техников. Автомобиль продумали от первого до последнего винтика, учли необходимость обслуживания на дорогах общего пользования и фактор опасности облучения пассажиров. Дело оставалось за малым: создать требуемый движок.
Ford Nucleon поражал современников футуристическим дизайном
Техническое задание было получено группой фордовских инженеров в 1956 году, а годом позже концепт был готов. Конечно, функциональность Ford Nucleon вызывала сомнения. Всего два пассажироместа и крошечный багажник спереди: автомобиль мог служить разве что развлекательным транспортным средством. В качестве семейной машины он явно не годился. Но такая цель и не ставилась. Ядерная установка, занимавшая 2/3 объёма и массы автомобиля, была уменьшенной копией стандартного реактора S2W с подводной лодки USS Nautilus. Правда, уменьшить 35-тонную махину высотой 6 метров до «автомобильных» размеров не представлялось возможным: конструкторы прекрасно это понимали. В ограниченном объёме нужно было разместить сам реактор, парогенератор и две турбины: одна должна была создавать крутящий момент (иначе говоря, вращать колёса), другая - крутить электрогенератор. Проблему охлаждения планировалось решить с помощью конденсации отработавшего пара обратно в воду.
Уильям Форд рядом с моделью концепт-кара, 1957 год
В принципе, идея выглядела реализуемой и даже работоспособной. Основным плюсом являлось полное отсутствие выбросов в атмосферу и чудовищная долговечность силового агрегата. Конечно, заправить новые урановые стержни в старый реактор было проблематично, поэтому «заправлялась» машина путём смены реактора. Но одной заправки должно было хватить как минимум на 8 000 километров (рассматривались варианты до 30 000), так что проблемой это не считалось. Обогащать же использованные реакторы планировалось в заводских условиях - так сегодня работают, например, станции по зарядке и обмену газовых баллонов. Наконец, важнейшим плюсом являлась бесшумность «Нуклеона». За отсутствием процесса внутреннего сгорания ничего, кроме чуть слышного гудения турбин, не нарушало бы покой окружающего мира.
Дизайнерское решение с задними крыльями, вторая версия «Нуклеона»
И всё-таки автомобиль оставался весьма громоздким. Футуристический дизайн, конечно, сглаживал это впечатление, но инженеры понимали важность изоляции салона от реактора, и потому масса и размеры защитных пластин были соизмеримы с массой и размерами самого двигателя. Именно в целях безопасности, а не по прихоти художника кабина была вынесена вперёд, чтобы максимально отдалить пассажиров от опасного «сердца» автомобиля. Капсулу с горючим разместили в самой отдалённой от кабины части - внизу, под двигателем, с тройным слоем изоляции. Но что такое 1-2 метра для радиоактивного излучения? Ничего, пшик.
Ford Nucleon был изготовлен в виде макета в масштабе 3/8, показан на ряде выставок и салонов. Но время шло, а компактные реакторы всё не появлялись и не появлялись. Полноразмерную копию машины строить не имело смысла, тем более что сама компания Ford не имела достаточных мощностей для разработки собственного атомного движка. Ведущий американский производитель реакторов для подводных лодок Westinghouse Electric тоже не торопился с изменением форм-фактора своих конструкций. И амбициозный проект свернули, так толком и не дав ему старта. Но спустя пять лет он получил продолжение.
Глава 2. Ford Seattle-ite XXI (1962)
В 1961 году ООН приняла знаменитую декларацию о запрещении применения ядерного и термоядерного оружия. Соответственно, огромному количеству лабораторий, работавших в этой области, пришлось приостановить исследования. Усилия срочно требовалось направить в мирное русло. Маркетологи компании Ford заметили в этом определённый сигнал и тут же отправили задание инженерам: продолжить тему «Нуклеона». И появился Ford Seattle-ite XXI.
На этот раз разработчики постарались не повторить ошибки, сделанные при конструировании предыдущей модели. В частности, они сохранили традиционную автомобильную компоновку: двигатель спереди, затем салон, затем - багажник нормальных размеров. Конечно, автомобиль получился огромным, но это было в духе американцев 1960-х и не нарушало понятия обывателя о прекрасном. Сразу же появилась проблема. В «Нуклеоне» тяжеленный реактор «лежал» на неуправляемой задней оси. В Seattle-ite всю массу движка нужно было каким-то образом разместить на переднем мосту, при этом обеспечив нормальный радиус разворота автомобиля и адекватную управляемость. Выход из ситуации был найден довольно оригинальный: передних осей было сделано две. Все четыре колеса поворачивались, при этом спокойно выдерживая массу реактора.
В отличие от своего предшественника, Seattle-ite был изготовлен в масштабе 1:1
Ещё более удивительной была возможность «отстегнуть» всю переднюю часть автомобиля и заменить её на другую. Сегодня многие автомобили предлагаются с несколькими вариантами двигателей. В Seattle-ite можно было менять силовые агрегаты; предполагался экономичный вариант мощностью 60 л.с. и скоростной мощностью 400 л.с.
Так как компактного атомного движка на 1962 год по-прежнему не существовало, инженеры не очень волновались по поводу его конструкции и систем. Зато они постарались уместить в концепт как можно больше фантастических идей, которые по тем временам частенько были технологически невозможны. Чего мелочиться, если машину всё равно построить нельзя (пока что).
Промо-картинка Seattle-ite: компания надеялась, что в ближайшее время человек подчинит себе атом и автомобиль можно будет пустить в серию
Так, в конструкции Ford Seattle-ite XXI нашёл место ряд решений, опередивших своё время на полвека. Например, у концепт-кара не было руля как такового. Управлять «Фордом» предполагалось с помощью касания пальцами специальной панели - прообраза современного тачскрина. Также в салоне был предусмотрен бортовой компьютер (тоже с тачскрином, которого на тот момент не существовало), придуманный художниками интерфейс которого чем-то напоминал Windows (напомню: Биллу Гейтсу было тогда 7 лет). Основным назначением компьютера было прокладывание маршрута - это стало прообразом GPS-навигатора. Датчики, установленные по всему корпусу, учитывали дорожную обстановку, близость других машин, погодные условия. По сути, инженеры «Форда» предсказали появлении и парктроника, и датчиков дождя с автоматическим включением щёток. Стёкла Ford Seattle-ite XXI имели изменяемую степень затемнения в зависимости от светового потока снаружи.
Ещё одной изюминкой была возможность установки силового агрегата на топливных элементах вместо атомного двигателя. Опять же, стоит напомнить, что первые работоспособные и компактные топливные элементы появились в 1980-х годах, а повсеместно их стали использовать только в XXI веке.
Схема крепления силового агрегата к автомобилю: его можно было заменить на более мощный
Ford Seattle-ite XXI в отличие от предшественника был изготовлен в виде полноразмерного макета. Автомобиль получился очень низким и изящным, на ряде автосалонов он произвёл фурор (особенно в совокупности с промо-девушками), но технологические барьеры не позволили создать даже опытный образец концепт-кара. Сегодня почти все фантастические идеи, предложенные в Seattle-ite, легко реализуемы. Кроме самой главной - компактного атомного двигателя. Поэтому этот удивительный автомобиль продолжает поражать воображение конструкторов всего мира.
Гусеничная АЭС
В Советском Союзе атомных танков и автомобилей не разрабатывали, сознавая, что это изначально фантастические проекты. А вот передвижную атомную электростанцию, умещающуюся в несколько вездеходов, не только спроектировали, но даже построили и ввели в эксплуатацию. Удивительный проект носил название ТЭС-3.
В советских газетах появились многочисленные фотографии первого энергосамохода (того, в котором размещался пульт управления)
Первые разговоры о передвижной АЭС зашли в середине 1950-х годов. Инициировал разработку подобной системы Ефим Павлович Славский, на тот момент первый заместитель министра среднего машиностроения СССР, а впоследствии руководитель всей советской атомной промышленности. Разработкой занимался ряд заводов и институтов. Наиболее перспективным был признан проект обнинского Физикоэнергетического института.
Сама энергоустановка представляла собой малогабаритный двухконтурный водо-водяной реактор. В качестве рабочего тела также выступала вода; турбина генератора приводилась в движение паром. Оборудование размещалось на удлинённом до 10 катков шасси от тяжёлого танка Т-10. Шасси получило общее наименование «энергосамоход».
Целая электростанция представляла собой четыре энергосамохода. На первом - сам реактор с биозащитой и воздушным радиатором, на втором - парогенераторы и циркуляционные насосы, на третьем - турбогенератор, а на четвёртом - пульт управления и резервное оборудование. Развёртывание станции занимало несколько часов, на ходу она функционировать не могла, потому что все энергосамоходы должны были соединяться проводами и трубопроводами. Биозащиту на ТЭС-3 обеспечить было не столь и сложно. Так как требующий изоляции реактор располагался на отдельном энергосамоходе, его просто поместили в замкнутую свинцовую ёмкость, а во время работы операторы к этому самоходу не приближались.
В 1960 году передвижная АЭС была готова к эксплуатации. 13 октября 1961 года состоялся первый опытный пуск станции. Она неплохо себя показала, испытания продолжались до 1965 года. Но возникла одна проблема. Ни промышленники, ни учёные не сумели найти никакого толкового применения замечательной установке. Первоначально её проектировали для работы в условиях Крайнего Севера, но традиционные энергоустановки на жидком топливе оказались проще и экономичнее. Экономическая нецелесообразность вынудила закрыть проект, и в 1969 году так нигде и не использованную ТЭС-3 законсервировали.
Одновременно шла разработка и второй мобильной АЭС - «Памир-630Д». В качестве шасси использовалась тяжёлая техника МАЗ. Эта станция по многим параметрам была удачнее ТЭС-3, но первый опытный её пуск состоялся, к несчастью, в 1985 году, незадолго до чернобыльской трагедии. После аварии большинство работ по ядерному направлению были закрыты по тем или иным причинам, исключением не стал и перспективный «Памир».
Глава 3. Ariel Atom (2010)
Минула целая вечность, прежде чем человеческая фантазия снова обратилась к атомным автомобилям. Но на этот раз за дело взялись не инженеры, а дизайнеры. Благо что сегодня любой уважающий себя 3D-художник считает необходимым нарисовать пару-тройку автомобилей оригинальной конструкции.
Сингапурский дизайнер Мухаммад Имран вдохновлялся двумя автомобилями. Первый - это Ford Seattle-ite XXI, а второй - легкорамный английский спорткар Ariel Atom, производящийся небольшой компанией из Сомерсета. Спорткар имеет довольно странную компоновку: у него нет дверей, крыши, багажного отсека; он сделан на базе жёсткого трубчатого экзоскелета и оснащён мощным 245-сильным двигателем Honda. За счёт низкой массы Ariel Atom способен разгоняться до 100 км/ч за фантастические 2,8 секунды.
Ariel Atom сингапурского дизайнера Мухаммада Имрана футуристичен, но невозможен
Ariel Atom Мухаммада Имрана отличается от обоих «прообразов». Дизайнер стремился сделать свой концепт как можно компактнее. В связи с этим он разместил двух пассажиров автомобиля не рядом, а одного за другим, причём ноги водителя доходят практически до переднего бампера (естественно, изнутри). Изолированный реактор по идее Мухаммада должен располагаться в задней части машины. Правда, техническая подготовка Имрана несколько смущает. Например, красивые выхлопные трубы в виде знака радиационной опасности выглядят эффектно, но зачем атомному автомобилю система выхлопа как таковая? В любом случае концепт сингапурца так и останется красивым концептом, частью его портфолио.
Серийный Ariel Atom выпускается в Сомерсете и никакого отношения к атомной энергии не имеет
Но не всё так печально. Потому что через полгода после скетчей Имрана в новостях замелькал атомный автомобиль, разработанный настоящей группой учёных и вполне возможный в условиях современного технологического развития.
Глава 4. Cadillac World Thorium Fuel (2011)
Специалисты небольшой компании Laser Power Systems решили пойти по правильному пути: отталкиваясь не от футуристического дизайна, а от технологических возможностей и практических задач. В первую очередь они решили отказаться от уранового реактора, как сложного и чрезмерно опасного для пассажиров автомобиля. В качестве альтернативы был выбран торий.
В принципе, торий неоднократно пытались применить в атомной промышленности. Будучи менее радиоактивным, он вполне способен заменить уран и плутоний, используемые сегодня. Кроме того, торий гораздо более распространён и потому относительно дёшев. Правда, схема работы тория в ядерном реактора довольно хитроумна. Сначала изотоп торий-232 должен захватить тепловой нейтрон и посредством реакции превратиться в изотоп уран-233; последний уже непосредственно принимает участие в реакции.
Компоновка Thorium повторяет придуманную инженерами Ford для концепта Nucleon
Идея ториевого реактора для автомобиля пришла к инженерам в процессе разработки лазера на основе тория (лазеры - основное направление компании). Как ни странно, ториевый лазер выдаёт на выходе не пучок света, а тепловую волну, причём узконаправленную. А тепло - это та же самая энергия. Специалисты утверждают, что на 1 грамме тория можно два раза объехать вокруг экватора, и, скорее всего, не ошибаются.
Концепт-кар Thorium был разработан на базе Cadillac. По компоновке он в точности повторяет Ford Nucleon: вынесенная вперёд кабина и реактор, занимающий 70% полезного пространства автомобиля. Дизайнер и руководитель амбициозного проекта - инженер Лорен Кулесус.
Красота машины наводит на мысль, что суперкар в этом дизайне будет выпущен в любом случае - пусть и на обычной, бензиновой тяге
Ряд узлов и деталей автомобиля уже существует «в металле». Разработка каждого узла ведётся с расчётом на срок бесперебойной службы в 100 лет (примерно на столько должно хватить одной заправки торием). Только вот покрышки придётся менять раз в несколько лет. Это связано с оригинальным техническим решением, использованным при разработке колёс. Каждое «колесо» состоит из 6 отдельных тонких дисков, сидящих на одной оси. Каждый диск оснащён собственным индукционным двигателем; таким образом, Thorium приводится в движение 24 мотор-колёсами.
Сложно сказать, построят ли инженеры Laser Power Systems свой автомобиль в полноразмерном варианте. Но если построят, у них будет шанс стать первыми в мире создателями атомного автомобиля.
* * *
С каждым годом человечество всё ближе и ближе подбирается к подчинению атомной энергии. Запасы нефти на Земле ограничены, запасы угля - тоже, а вот радиоактивного топлива хватит на десятки тысяч лет, причём даже при неэкономном расходовании. Главное - научиться грамотно использовать эту опасную энергию.
История атомной энергетики началась не так и давно. 100 лет назад мы не знали, что это такое, а 60 лет назад умели только разрушать с её помощью. Сегодня за атомной промышленностью - будущее. И кто его знает, может, и в самом деле побегут по дорогам XXII века автомобили с компактными атомными движками. А создателям первых концептов Ford будут на каждом углу стоять памятники.