Электромобилестроение… Этот термин еще не получил права гражданства в официальных документах. Но выдающиеся успехи советских и зарубежных ученых в освоении космического пространства сильно продвинули вперед дело создания и исследования новых типов аккумуляторных батарей, разработку малогабаритных электродвигателей и поставили на реальную почву вопрос о конструировании электромобилей. В последние два-три года появились сообщения о том, что ведущие зарубежные автомобильные фирмы приступили вплотную и реализации идеи по созданию электромобилей для внутригородского пользования.
В нашей стране тоже изучают эту важную проблему. На Рижском ордена Ленина электромашиностроительном заводе организовано конструкторско-исследовательское бюро электромобилей. В Калининграде Центральное конструкторское бюро электропогрузчиков готовит к испытанию макетные образцы электрических машин.
Электромобильный парк мира насчитывает сейчас около 100 тысяч единиц, что составляет лишь 0,7% от парка легковых автомобилей всех стран. Электрический младенец пока только набирается сил. Чтобы сделать победный бросок, ему надо разрешить еще немало проблем собственного роста.
ЦЕНА ПОБЕДЫ
Вы нажимаете на педаль, и миниатюрная машина легко и бесшумно трогается с места. Ни рывков, ни гари, ни рева двигателей. Простота управления, комфорт. Весь день «на колесах», ночью — подзарядка, утром — снова в путь…
Таким представляют современный электромобиль его многочисленные приверженцы. Именно современный, потому что дата рождения электромобиля относится к прошлому веку. В девяностых годах в городе Берлине уже курсировал двенадцатиместный общественный электрический экипаж и одноместный грузовой — германского почтового ведомства; на улицах Лондона в 1896 году можно было увидеть грациозное электрическое ландо англичанина Берсея, а в Петербурге в 1901 году состоялись официальные испытания электромобилей русского инженера И. В. Романова с аккумуляторами его же конструкции.
Но жизнь первых электрических экипажей оказалась недолгой. Когда в спор вступил двигатель внутреннего сгорания, электромобилям пришлось уступить. Человек требовал от машины большую дальность пробега, высокую скорость, экономичность. На производство бензинового «четырехколесного друга» были брошены силы невиданной по своим масштабам индустрии. Миллионы автомобилей зашелестели шинами по улицам городов, стали взбивать пыль на проселочных дорогах.
Жителям больших городов первым пришлось расплачиваться за всю абсолютность победы мощного двигателя. Угрозой для человечества стал… бензин. Судите сами: от 50 до 90% вредных примесей попадает в воздух вместе с выхлопными газами автомобилей. Бурая пелена смога (густого тумана, смешанного с дымом) все чаще покрывает крупные города США, Японии и Европы. На оживленных перекрестках Токио полицейским приходится работать… в противогазах. Может быть, лет через двадцать такая участь ждет и пешеходов? Ведь врачи утверждают, что с загрязнением воздуха резко возрастает количество опасных легочных заболеваний.
В том же Токио на наиболее оживленных магистралях стоят счетчики шума. Одна цифра показывает шум допустимый, то есть безопасный для человека, вторая — шум, действующий на него в данный момент. Увы, второе число всегда больше первого.
Но проблема выхлопных газов и шума — это только «полпроблемы». Совсем не дешево добывать, перерабатывать, перевозить нефть из конца в конец планеты. К тому же запасы этого драгоценного топлива не бесконечны. Экономисты подсчитали, что в ближайшие десятилетия нефть будет все дороже, а электричество… дешевле.
Взоры конструкторов автомобилей вновь обратились к забытому уже тихоходному электрическому экипажу.
В ПОИСКАХ МОЩНОСТИ
Всякую новую машину можно сравнить с айсбергом: верхнюю небольшую часть видно — она сверкающая выкатывает за ворота завода, а огромная подводная — работа тысяч людей сотен профессий — скрыта от глаз непосвященного.
Старый электромобиль стал именно такой «новой» машиной.
Когда интерес к нему возродился, конструкторы столкнулись с проблемой номер один — с аккумулятором, практически оставшимся без изменения за сорок лет господства двигателей внутреннего сгорания. Его удельная энергоемкость (мощность, развиваемая на 1 кг собственного веса) не превышала 16—20 вт. ч. Это примерно в 100 раз (!) меньше, чем у бензинового мотора. Правда, для электромобиля такой громадной мощности и не требуется. При внутригородских перевозках достаточна энергоемкость 110 вт. ч, дальность пробега при этом — 250 км.
Основной принцип работы аккумуляторов — превращение химической энергии в электрическую — не изменился с тех пор, как в 1859 году Гастон Плантэ продемонстрировал первый свинцово-кислотный элемент. Появление новых материалов и более глубокое понимание электрохимических процессов сделали возможным второе рождение электромобиля. Не одну тысячу маленьких электрических экипажей (в основном для хозяйственных нужд) можно увидеть на дорогах больших городов мира. Их колеса вращает электрическая энергия усовершенствованных свинцово-кислотных, никеле-кадмиевых или серебряно-кадмиевых аккумуляторов. Серебряно-цинковые питают «Электровер», созданный фирмой «Крайслер», а свинцовокислотные — английский «Форд-Комьюта».
Созданы лабораторные образцы цинково-воздушных аккумуляторов, где происходит своеобразное «сжигание» цинка в кислороде воздуха. Они дают удельную энергоемкость 110—120 вт . ч. Благодаря принудительной циркуляции электролита их перезарядка происходит всего за два часа. Цинково-воздушная аккумуляторная батарея в пять-шесть раз легче свинцово-кислотной той же мощности, и для ее размещения требуется в три раза меньший объем.
Аккумулятор на основе лития и хлористого никеля (материалов сравнительно недорогих и распространенных в природе) гарантирует энергоемкость 200 вт. ч (возможно, лет через пять он будет выпускаться серийно). Электромобиль с таким источником энергии сможет проходить без подзарядки 240 км.
Натриево-серный аккумулятор, удельная энергоемкость которого достигает 300 вт . ч, работает на совершенно новом принципе. Химически инертная твердая мембрана из алюмината натрия, как оказалось, пропускает ионы натрия и тем самым позволяет использовать активные вещества в жидком состоянии. Количество перезарядок в таком аккумуляторе может оказаться практически неограниченным, так как жидкие материалы восстанавливаются полностью. Кроме того, натрий и сера дешевы и доступны. Но внедрение новой многообещающей разработки встречает ряд практических затруднений. Основное из них — высокая рабочая температура серы и натрия (порядка 300° С). Пока существует только лабораторная модель, а действующие аккумуляторы появятся не ранее чем через три-четыре года.
Особо надо сказать о топливных элементах. Создание этих электротехнических устройств, где получение энергии происходит за счет взаимодействия «топлива» и «окислителя», вызвало в свое время сенсацию. Время действия такого элемента оказалось практически бесконечным, а к.п.д. почти в два раза больше, чем у двигателя внутреннего сгорания. Но… К сожалению, опять «но». Первые удачные опыты производились с кислородноводородной смесью, взрывоопасной, да к тому же дорогой. В дальнейшем появилась система, работающая на дешевом керосине с к.п.д. 70%. Для запуска ее, однако, требуется подогрев элементов до 500° С.
По-видимому, топливные элементы можно рассматривать как «вторую смену». Они заменяют аккумуляторы, если, конечно, к тому времени не будут созданы принципиально новые источники тока.
Таким образом, есть все основания предполагать, что уже в ближайшие годы «мощностной голод» электромобилям угрожать не будет. Но чтобы по-настоящему состязаться с двигателями внутреннего сгорания, аккумуляторам надо стать такими же неприхотливыми и экономичными. Кроме того, они должны выдерживать многочисленные перезарядки, быть недорогими и легкими по весу.
НОВЫЕ ВРЕМЕНА — НОВЫЕ ФОРМЫ
Если говорить о преимуществах электромобилей, то рядом с их бесшумностью, простотой и безвредностью обязательно надо поставить и малые размеры. Для городских улиц, где от громадных «дредноутов» стало слишком тесно, а в часы «пик» пешеходы обгоняют автомобилистов, этот вопрос приобретает особое значение.
Схема вместительной и вместе с тем компактной транспортной машины заложена в самом принципе устройства электромобиля. Источник энергии может быть помещен в любом месте кузова, ибо питание электродвигателей осуществляется с помощью гибких проводников. Сами двигатели могут располагаться даже на колесах. В итоге громоздкие детали трансмиссии исчезнут вовсе.
Всю площадь машины можно предоставить пассажирам или грузу.
Лет 80 назад любители «самобеглых колясок» ездили на паромобилях, больше походивших на самобеглую печь или на маленький паровоз. Так же нелепо, с нашей точки зрения, выглядели и первые электро- и автомобили — неуклюжие, на высоких, угрожающе тонких колесах. Новый двигатель несколько изменил форму машины, но ничего, казалось, не предвещало появления стремительных красавцев. А теперь новые конструкции рождаются каждый год.
Техническая революция всегда связана с ломкой старых форм. Можно предположить, что электромобиль традиций не нарушит. Компактность электропривода, появление новых узлов и отсутствие старых, возможность автоматизации управления — все это, по-видимому, приведет и к внешнему перерождению старого знакомого.
Правда, первые опыты почти не затронули привычный нам облик. Но вот итальянский электромобиль «Урбанина» («Горожанка») уже нечто новое. Прежде всего он очень мал и… совершенно не похож на автомобиль. Двухместная машина скорее напоминает платформу, увенчанную вращающейся кабиной. По замыслу конструкторов кабина облегчит паркование «Урбанины». Она останавливается у тротуара в любом положении. Можно, конечно, поспорить с авторами о красоте и удобстве такого экипажа. Но несомненно одно: электромобили обещают не только «тихий шелест шин по асфальту», а значительно более серьезные изменения в привычной нам жизни больших городов.
А что же с дальностью пробега? Как обстоит дело с одним из главных «козырей» бензинового мотора? Приходится признать: здесь надежды в основном на будущее. Сейчас электроколонки пришлось бы ставить через каждые 150 км. Если будут созданы источники тока с удельной энергоемкостью хотя бы 130 вт . ч, расстояние можно смело увеличить вдвое.
Когда электромобиль потеснит своего бензинового собрата? По расчетам специалистов — лет через 20—30. Для конструкторов и ученых это будут годы исканий, удач и неудач, годы непрекрщающейся борьбы нового со старым. Счет этих лет уже начался.
М. СОРОКИНА,
инженер