Солнечный транспорт В 1982 г. известный австралийский искатель приключений Ханс Толструп на построенном им с Ларри Перкинсом солнцемобиле Quiet Achiever Тихий рекордсмен пересек пятый континент с запада на восток со средней скоростью 20 кмч. Автомобилисты, легко разгонявшиеся до 200 кмч на серийных машинах, завидев неторопливый экипаж, снисходительно улыбались В 1996 г. победитель IV Международного ралли солнцемобилей –
Dream Мечта, на создание которого японская компания Honda не пожалела 2 млн долл прошел 3000 км между Дарвином и Аделаидой со средней скоростью почти 90 кмч, на отдельных участках достигая 135 кмч. Снисходительных улыбок уже не было Во имя чего авто- и аэрокосмические концерны вкладывают в экзотические солнцемобили миллионы долларов Дело не только в амбициях и рекламе, но и в том, что транспорт на солнечной
энергии со временем поможет выбраться из глобальной экологической катастрофы и энергетического кризиса. Автомобиль, воплотивший мечту человека о свободе передвижения, тем не менее, называют чумой XX в. Завоевав планету, он стал главным потребителем невосполнимых природных ресурсов, загрязнителем земли, воды и воздуха, источником шума. Его доля в загрязнении атмосферы Москвы – еще недавно одной из самых чистых столиц – превышает 90.
Автомобиль ХХI в. должна быть экологически чистым. Во всех развитых странах реализуются государственные программы по экологичному и экономичному транспорту. Так, в США по программе PNGV Partnership for a New Generation of Vehicles – сотрудничество в создании нового поколения транспортных средств в 1999-2004 гг. выделено. 161млн долл. на разработку прототипа экологически чистого легкового автомобиля с расходом топлива не более 3 л на 100 км. К наиболее перспективным транспортным средствам грядущего столетия относят электромобиль. Однако его источники энергии – аккумуляторные батареи – пока не могут конкурировать с бензином и дизельным топливом. Без качественного скачка их характеристик электромобили будут иметь ограниченное применение перевозки по заданным маршрутам, выставочные, парковые и другие закрытые зоны. Пока они не сравнимы с традиционными автомобилями ни по техническим данным, ни по стоимости, ни по
удобству эксплуатации. Конкурентоспособное и сравнительно чистое транспортное средство сегодня можно разработать только по схеме гибридного электромобиля с комбинированной энергетической установкой, включающей двигатель внутреннего сгорания ДВС, электродвигатель и буферный накопитель энергии. Исследования по программе PNGV подтверждают технико-экономическую целесообразность создания такого электромобиля, который примерно на порядок чище обычного автомобиля из-за меньшего расхода топлива и
работы ДВС в оптимальном режиме. Экологическая чистота электромобиля на самом деле далеко не бесспорна если его аккумуляторы заряжают энергией от тепловых электростанций – это, по сути, нефте- или углемобиль, если же от атомных – атомобиль. Иное дело солнцемобиль – разновидность электромобиля, получающего электроэнергию от бортовых или стационарных фотопреобразователей. Благодатное Солнце – поистине неисчерпаемый источник экологически чистой и бесплатной энергии.
Национальные программы развития гелиоэнергетики и гелиотехники приняты в 70 с лишним странах – от Скандинавии до Австралии. Однако, как ни впечатляют достижения рекордсменов трансавстралийских и других престижных ралли, солнцемобили на дорогах сегодня не встретишь. Похоже, что и в ближайшем будущем солнцемобили смогут позволить себе лишь нынешние обладатели Rolls-Royce, Ferrari и Porsche. Специалисты полагают, что солнечный транспорт станет всерьез конкурировать с автомобильным, когда эффективность доступных по цене солнечных элементов фотоэлектрических преобразователей составит 40-50. Пока же их КПД всего 10-12. Чтобы солнцемобили с мощностью солнечных батарей 1,5-2 кВт догнали автомобили с двигателями в 100 раз мощнее, необходимо использовать легкие и прочные конструкционные материалы, эффективные системы электропривода, достижения аэродинамики, гелио- и электротехники, электроники и других наук. Конструкции транспортных средств будущего и отрабатываются на ралли солнцемобилей.
У солнцемобилей достигнут минимальный для наземных экипажей коэффициент аэродинамического сопротивления 0,1. Опыт концерна General Motors при разработке рекордного солнцемобиля Sunracer Солнечный гонщик использован в проектировании электромобиля Impact Удар, серийное производство которого началось в 1996 г. Его скорость достигает 130 кмч, до 100 кмч он разгоняется за 9 с и на обычных свинцово-кислотных аккумуляторах
проходит 100 км.Специально для солнцемобилей сконструированы легкие бесколлекторные двигатели постоянного тока с магнитами из редкоземельных металлов и КПД до 98, а также эффективные микропроцессорные системы управления. В 1993 г. на трех солнцемобилях – лидерах трансавстралийских гонок впервые низкооборотные двигатели встроили непосредственно в ступицы ведущих колес. Идея мотор-колеса, сама по себе не новая, в солнцемобилях позволила отказаться от трансмиссии и довести
КПД привода до 96-97. В 1996 г. в трансавстралийском ралли участвовало уже 12 таких конструкций, а компания Honda, вдохновленная успехом своей Мечты, приступила к серийному выпуску электровелосипедов с мотор-колесом. Известные производители шин – Michelin, Bridgestone, Dunlop – разрабатывают новые материалы и протекторы для покрышек солнцемобилей. Уже созданы шины, которые при хорошем сцеплении с дорогой обладают самым низким коэффициентом сопротивления качению – всего 0,007. Фирма Michelin производит подобные энергосберегающие шины и для серийных автомобилей. Солнечные батареи небольшой мощности на обычных автомобилях кондиционируют воздух в салонах и подзаряжают пусковые аккумуляторы на стоянках, питают радио- и телеаппаратуру. Солнцемобили участвуют в образовательных программах ряда стран, содействуя не только техническому, но и экологическому образованию. Так, после победы в первых международных гонках в
Австралии Sunracer проехал по Северной Америке и Западной Европе, делая остановки в университетах, колледжах, школах, музеях, автосалонах и местах проведения конференций по гелиоэнергетике, электротехнике, электронике. За год в 170 таких акциях его увидели 8,5 млн человек. Более 100 тыс. школ США и Канады получили материалы о нем лекции, компьютерные программы, задачи, описания
экспериментов. Разработку солнцемобиля использовали как учебные проекты в колледжах. Цикл лекций о солнцемобилях, прочитанный в Калифорнийском технологическом институте, издан отдельной книгой, которая есть в любом университете США. Как считает президент General Motors Р. Штемпл Главная цель проекта Sunracer – способствовать повышению уровня теоретических и инженерных знаний в университетах, стимулировать интерес студентов к современной технике
Этой же цели служат организованные General Motors и Министерством энергетики США гонки солнцемобилей по дорогам штатов Флорида, Алабама, Теннеси, Кентукки, Индиана, Огайо и Мичиган специально для команд технических университетов и колледжей США и Канады. Участие в гонках рассматривается как дополнение к прослушанному курсу.
Каждый университет самостоятельно разрабатывает конструкцию, ищет средства, подбирает материалы и комплектующие, строит и испытывает оригинальный солнцемобиль, обучает гонщиков и т.д. Три победителя студенческих гонок участвуют в трансавстралийском ралли Всемирный солнечный вызов. Солнцемобили конструируют студенты и школьники всех континентов. Это позволяет овладеть последними достижениями в различных областях науки и техники и освоить разные специальности – от программиста и электронщика до слесаря и гонщика. Международная федерация солнцемобилей ISF ежегодно проводит до 30 соревнований экипажей и судов с солнечными батареями. Более половины участников – школьники и студенты технических колледжей и университетов. Солнцемобиль – такая же сложная машина, как современный автомобиль. Но в серийном автомобиле все отлажено, он выпускается огромными партиями с гарантией на десятки тысяч
километров пробега. Солнцемобиль же – всегда уникальный образец, сделанный энтузиастами. Бывало, прибывшая в Японию или Австралию команда так и не могла стронуть с места заупрямившийся солнечник. Мелкие и крупные ремонты, переделки, доводки – удел всех команд. На ралли все оказывают поддержку и посильную помощь. Случалось, студент из Швейцарии перед стартом паял микросхему заокеанскому сопернику, а редкая деталь
из японских запасов выручала команду австралийских школьников. В Комсомольской правде участники одного из ралли названы детьми Солнца В них было что-то и детское, и философское, и бескорыстное. Они хотят спасти Землю, уберечь ее от преждевременной траты. Они говорят не обязательно ездить очень быстро, но обязательно – очень экономно, чтобы что-то осталось
детям, внукам, правнукам, чтобы не коптило и не громыхало. На меня особое впечатление произвело участие в гонках солнечных велосипедов в Австралии осенью 1999 г. команды специальной школы Woodville из Аделаиды. Ребята с заметными задержками и отклонениями в развитии в экстремальных условиях австралийской пустыни на равных состязались с профессионалами, съехавшимися на престижное ралли со всех
континентов. Нужно было видеть их сияющие глаза и улыбки на пьедестале почета – их трехколесный Dynamic 2000 занял третье место На наших глазах рождается новый интеллектуальный вид спорта. К сожалению, и один из самых дорогих – это состязание не только интеллектов, но и кошельков. Отсутствие спонсоров затрудняет участие российских команд в международных ралли и регатах. Семейный коллектив Экотранспорт в составе автора и двух его сыновей в последний раз представлял самодельный солнцемобиль на соревнованиях в Японии летом 1995 г а позже был вынужден выступать на требующих меньших затрат солнечных велосипедах и надувном катамаране с солнечными панелями. С 1990 г. мы 16 раз участвовали в международных ралли и регатах на трех континентах. Во время этих престижных международных соревнований рядом с государственными флагами других стран гордо реял российский триколор. В этом факте не было бы ничего необычного, если бы о нем ведала хотя бы одна
государственная, общественная или спортивная организация России. В развитии экологически чистого транспорта Россия заметно отстает от других стран. Между тем, солнцемобили вполне могли бы разрабатываться на оборонных предприятиях в рамках конверсии. Например, на российско-американском предприятии Совлакс в Москве фотопреобразователи получают в виде тончайших пленок из аморфного кремния.
Низкий расход полупроводниковых материалов и автоматизированное производство заметно снижают их стоимость. Производительность конвейерной линии по выпуску солнечных элементов методом непрерывного осаждения аморфного кремния на тончайшую подложку из нержавеющей стали составляет 2 МВтгод. С конвейера сходят гибкие и легкие модули, выгодно отличающиеся от хрупких и тяжелых конструкций из кристаллического кремния на стекле. Не уступающие зарубежным схемы велосипедных электроприводов без
трансмиссии разработаны Московским научно-инженерным центром Мехатроника, фирмой Инкар в подмосковном Королеве, ТОО Рэдос многоцелевые моторы В.А.Евсеенкова. К сожалению, это лишь единичные образцы, из года в год бесплодно путешествующие по международным выставкам и салонам. Виктор Евсеенков на базе низковольтного электродвигателя постоянного тока с дисковым печатным якорем разработал гамму мотор-колес различной мощности для таких транспортных средств, как электроколяска для инвалидов, электровелосипед, электроскутер, электровелорикша, электроплатформа. Его оригинальные конструкции, защищенные авторскими свидетельствами и патентами, отличаются надежностью, быстродействием и безопасностью, малым уровнем шума и радиопомех, легко ремонтируются. В 1999 г. я участвовал в международном ралли солнечных велосипедов через австралийскую пустыню по словам
организаторов, последнем великом приключении миллениума на трехколесном веломобиле с мотор-колесом Евсеенкова под тентом из модулей Совлакса. В лабораториях мира в муках рождаются аккумуляторы и топливные элементы, энергоемкость которых не меньше, чем у бензина и дизтоплива. Но большинству из них предстоит еще долгий путь к массовому потребителю. Другие обладают поистине замечательными свойствами, но баснословно дороги.
Одно из исключений – никель-металл-гидридные аккумуляторы, разработанные Совлакс и американской фирмой Ovonic. Долговечные и доступные по цене при массовом производстве эти аккумуляторы вскоре начнет выпускать в г. Глазове Чепецкий механический завод. Удмуртские специалисты обладают уникальными достижениями в разработке многокомпонентных сплавов. Один из них стал основой отрицательного электрода для новых аккумуляторов с высокими энергоемкостью
и сроком службы. На предприятиях Москвы и Подмосковья созданы тяговые конденсаторы большой емкости, заменяющие привычные аккумуляторные батареи. Их заряжают всего минуты, а срок их службы на порядок больше, чем у аккумуляторов. Они почти не требуют затрат на обслуживание, легко поддаются утилизации и не загрязняют окружающую среду. Конструкторы многих стран пытаются предугадать контуры солнцемобиля будущего. Так, японская компания Sanyo выпустила опытную партию открытых одноместных экипажей с солнечной панелью площадью 0,6 м2, за 6 часов заряжающей никель-кадмиевую аккумуляторную батарею. Запас хода трехколесного транспортного средства весом 50 кг составляет 36 км, максимальная скорость 24 кмч. Другая японская компания Hokuriku Electric Power предлагает солнцемобиль Феникс с солнечной панелью мощностью 750 Вт и скоростью 40 кмч. Сегодня наибольший практический интерес представляют легкие электротранспортные средства с электрическим
или мускульным приводом и солнечными батареями. Президент американской компании EV Global Motors Ли Якокка убежден, что в ближайшие годы тот или иной вид электротранспорта электророллер, электроскутер, электромобиль, электровелосипед – будет у каждого американца. Разработка легких электротранспортных средств, в том числе с солнечными батареями, в рамках национальной программы позволила бы не только преодолеть наше отставание в этой области, но и предложить на внутреннем
и международном рынках широкий ассортимент наукоемкой продукции с новыми потребительскими свойствами. Список использованной литературы Журнал Экология и жизнь. Статья А.C. Пополова, кандидат технических наук.