29 марта 2024, пятница, 18:27
TelegramVK.comTwitterYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

22 декабря 2020, 18:00

Энергия. История человечества

Издательства «КоЛибри» и «Азбука-Аттикус» представляют книгу Ричарда Роудса «Энергия. История человечества» (перевод Дмитрия Прокофьева).

Лауреат Пулитцеровской премии Ричард Роудс рассказывает о событиях и достижениях, которые легли в основу всех революционных переходов в энергетике и транспорте: от животной силы и гидроэнергии — к паровой машине, от двигателя внутреннего сгорания — к электромотору. Исследуя направления развития технической мысли и уроки, которые извлекло человечество в процессе покорения сил природы, Роудс дает ответ на вопрос, как нам удалось произвести преобразования и обратить заложенные в них возможности себе во благо. Логическим итогом блестящего обзора ключевых событий истории энергетики за четыре столетия становится панорама нынешнего энергетического ландшафта, в том числе производство энергии из возобновляемых источников и вопросы ядерной энергетики. В изложении прослеживается тесная взаимосвязь с такими темами, как риск глобального потепления и стремительный рост численности населения Земли, которая к 2100 году должна достигнуть десяти миллиардов человек. Книга предназначена для всех, кого заботит влияние человека на окружающую среду и будущее мира.

«Нынешние дебаты [об изменениях климата] почти не затрагивают богатейшего человеческого аспекта истории — истока современных энергетических проблем. Одна из целей, которые я ставил перед собой, когда писал "Энергию", состоит в заполнении этого пробела — людьми, событиями, датами, местами, методами, примерами, аналогиями, поражениями и победами — для оживления дискуссии и прояснения возможных решений», — пишет Ричард Роудс.

Предлагаем прочитать отрывок из главы, в которой Роудс рассказывает о появлении автомобилей.

 

В 1896 г. по дорогам Соединенных Штатов ездили всего лишь около трехсот автомобилей, причем самых разнообразных, в том числе «Паровая повозка Филиона» (Philion Steam Car), «Бензиновая тележка Ламберта» (Lambert Gasoline Buggy), «Моторный фургон Готфрида Шлёмера» (Gottfried Schloemer Motor Wagon), «Эллис» (Ellis), «Дюрея» (Duryea), «Пионер» (Pioneer), «Блэк» (Black), «Электрик Перри Луиса» (Perry Louis Electric), «Колумбийская электрическая вагонетка» (Columbia Electric Runabout), «Квадроцикл Бальзара» (Balzar Quadricycle), «Шестиместная модель» (Six-Passenger) и «Дозадо» (Dos-a-Dos)[1] компании «Делавернь» (De La Vergne), «Четырехместный паровой экипаж Хартли» (Hartley Steam Fourseater), «Автоцикл Бентон-Харбора» (Benton Harbor Autocycle), «Электрический трицикл Райкера» (Riker Electric Tricycle) и «Вагонетка Харта» (Hart Runabout). Как видно из названий, некоторые из них работали на электрической или паровой тяге. Другие, оснащенные двигателями внутреннего сгорания, использовали самые разные виды топлива — бытовой газ, бензин, спирт, керосин, ламповую горючую жидкость или их смеси.

Какое топливо и какой тип двигателя станут преобладающими, еще не определили. Лидером по продажам в Соединенных Штатах в 1898 г. стал «Паровик Стэнли» (Stanley Steamer). Два года спустя, отмечает историк Руди Волти, «из 4192 автомобилей, произведенных в Соединенных Штатах в 1900 г., 1681 был паровым, 1575 — электрическими, и только 936 использовали двигатели внутреннего сгорания».

Ни одна из этих многочисленных и разнообразных машин еще и близко не походила по конструкции на современный автомобиль. Их двигатели с воздушным охлаждением обычно прятали под сиденьем или подвешивали сзади под кузовом. «Стандартом был конный экипаж, — вспоминает Максим[2], — а на всё иное смотрели неодобрительно». Но даже с таким «маскарадом» автомобили пугали лошадей, встречаясь с ними на городских улицах и сельских дорогах. В штате Коннектикут водитель моторного экипажа должен был съехать с дороги и заглушить двигатель, если возница приближающейся конной повозки поднимал руку, и не возобновлять движения, пока лошадь и возница не проедут мимо. «Я уверен, что в те ранние дни на всю эту суматоху с лошадьми мы тратили столько же времени, сколько и на саму езду», — сетует Максим.

Двигатель внутреннего сгорания стал развитием идеи паровой машины. В обоих этих устройствах энергию производят горячие газы, расширяясь внутри замкнутого цилиндра. В паровой машине таким газом является пар: он создается вне цилиндра, от нагревания воды в паровом котле, и поступает в цилиндр через клапан; в цилиндре он расширяется и толкает поршень, соединенный со штоком, а шток передает движение вовне двигателя и приводит во вращение пару колес. Ранние машины на паровой тяге были тяжелыми, но те, что разрабатывались для автомобилей, — в частности двигатели братьев Стэнли, изобретательных близнецов из штата Мэн, — бывали поразительно легкими и производительными: котел на «Паровике Стэнли» весил всего 90 фунтов (ок. 40 кг), а его двигатель — всего 35 (ок. 16 кг).

Первые паровые автомобили долго заводились: чтобы получить рабочее давление пара, требовалось около десяти минут и даже больше. Это изменилось в конце XIX в. с внедрением запальной горелки, способной поддерживать давление пара во время остановок. Кроме того, ранние паровые автомобили выпускали отработанный пар в воздух вместо того, чтобы отправлять его на повторную конденсацию, поэтому через каждые 30–50 км приходилось останавливаться, чтобы набрать воды. Восполнить ее они могли на общедоступных водопоях, устроенных в городах для многочисленных лошадей. Таких водопоев хватало и в сельской местности.

Тем, кто ездил на паровых автомобилях на прогулку, нравилась сложность машин и управления. «Легендарный "Паровик Стэнли" был весь изукрашен датчиками, требовавшими постоянного внимания, — сообщает Волти. — Уровнемер воды в котле, датчик давления пара, датчик давления топлива в основном баке, датчик давления топлива в баке запальной горелки, уровнемер масла, уровнемер воды в баке. Только чтобы завести такую машину, использовались 13 кранов, рычагов, рукояток и насосов».

 

Братья Стэнли, однояйцевые близнецы, на своем «Паровике Стэнли» модели 1898 г. Он на 45 килограммов легче, чем «квадроцикл» Форда

Ирония в том, что системы управления «Паровика» приводили в действие машину гораздо более простую, чем ее аналоги с двигателями внутреннего сгорания: в усовершенствованной модели «Паровика» было всего 72 движущиеся части, если считать и четыре колеса автомобиля.

В то же время, чтобы запустить двигатель внутреннего сгорания, стоило просто провернуть его коленчатый вал и тем самым, приведя в движение поршни, выработать искру (прокручивать двигатель было тяжело, особенно в холодную погоду, и отчасти поэтому многие женщины предпочитали электрические автомобили). Когда двигатель вращался, топливо — бензин, спирт или их смесь — в определенные моменты впрыскивалось в его цилиндры, где оно сжималось и поджигалось искрой. От нее топливо сгорало, нагревалось и расширялось, толкая поршень, присоединенный к штоку, который, как и в паровой машине, передавал движение вовне двигателя и вращал пару колес.

Электрический автомобиль был устроен проще: ящик батарей, электромотор и скользящий рычаг или педаль для регулирования скорости вращения мотора. Как и сегодня, его недостатком, помимо необходимости частой и медленной подзарядки, оказывалась сравнительно низкая мощность: батареи весили немало, и приходилось искать компромисс между более высокой мощностью и большей длительностью их работы. Да, электрические автомобили идеально подходили для езды в городе — не шумели, не чадили и представляли собой своего рода механический аналог легкого конного экипажа. Но за пределами городов было негде заряжать батареи, поэтому такие машины не годились ни для загородных прогулок, ни для дальних путешествий.

И всё же Педро Салом, один из первых создателей электрических автомобилей, энтузиаст из Филадельфии, считал, что они настолько превосходят автомобили с двигателями внутреннего сгорания, что будущее именно за ними. «Сравните конструкцию [электрического автомобиля], — призывал он в 1895 г. своих слушателей в Институте Франклина, — с поразительно сложной приводной системой бензинного автомобиля с ее бесчисленными цепями, ремнями, шкивами, трубками, клапанами, задвижками и так далее, и задайте себе вопрос: практично ли это? Разве не разумно предположить, что при наличии такого количества деталей, которые могут оказаться неисправными, одна или другая из них всегда будет неисправной?»

Салом обличал загрязнение, вызываемое двигателями внутреннего сгорания, — иными словами, их «жидкий дым с чрезвычайно неприятным запахом». Он предлагал слушателям: «Вообразите на улицах тысячи таких автомобилей, каждый из которых чадит зловонным столбом, словно вознося жертву за устранение устаревшей лошади, и подумайте: может ли такая система быть в целом полезной или приспособляемой?» Сам Педро Салом обдумал этот вопрос и решил: нет, не может.

Паровые машины и электромоторы могли плавно переходить из режима холостого хода в режим полной мощности без переключения передач. А двигателям внутреннего сгорания, чтобы не заглохнуть, приходилось вращаться на холостом ходу с частотой не менее 900 об./мин., а для максимальной производительности — с частотой 2000 об./мин. или более. И потому им требовались коробки передач для уменьшения частоты вращения, передаваемого на колеса. Наличие коробки передач, а также бóльшая сложность самого двигателя означали, что такие автомобили оказывались сложнее (и дороже) в производстве и эксплуатации, чем двигатели других систем. Непросто было и координировать педаль сцепления и рычаг переключения передач в трансмиссии, которая стала называться стандартной. Сначала, пишет Максим, «когда кто-нибудь не попадал в передачу, это считалось свидетельством изъяна в моей конструкции». Позднее многие научились одновременно рулить, выжимать сцепление и переключать передачи, и «всякий, кто забывал выжать сцепление и заставлял коробку передач скрежетать, бывал опозорен и считался непригодным к вождению».

У каждого типа автомобиля были свои защитники и свои противники. Историки технологий давно спорят, почему верх одержал именно двигатель внутреннего сгорания. Большинство доводов касаются инфраструктуры — необходимых систем, окружающих ту или иную технологию и поддерживающих ее. Электрические автомобили по большей части могли использоваться только в городах: в сельской местности, еще не электрифицированной, не было зарядных станций. Топливо для паровых машин и двигателей внутреннего сгорания обычно продавалось в местных лакокрасочных или универсальных магазинах: бензин использовался в качестве чистящего средства и растворителя, а кроме того, фермеры широко применяли бензиновые двигатели в любом оборудовании, от стиральных машин до мукомольных мельниц.

По меньшей мере один производитель паровых автомобилей, «Компания моторных экипажей Стэнли» (Stanley Motor Carriage Company) из Ньютона, штат Массачусетс, потеряла это преимущество в 1914 г., когда смертельная эпидемия ящура, вспыхнувшая среди сельскохозяйственных животных Новой Англии, вынудила ветеринарную администрацию закрыть многие общедоступные водопои на восточных дорогах, на которых возобновляли запасы воды паровые автомобили. Еще до этого власти Массачусетса возражали против паровых автомобилей по другой причине: такие машины выпускали облака пара, и эти облака, особенно в холодную погоду, мешали видеть тем, кто ехал сзади. Чтобы устранить этот недостаток, компания Стэнли разработала для своих двигателей реконденсатор — но за это время продажи рухнули. Ущерб уже был нанесен.

К 1914 г. двигатель внутреннего сгорания одержал безоговорочную победу. В этом году компания Стэнли и другие производители паровых автомобилей выпустили в общей сложности около 1000 машин, в то время как американские изготовители обычных автомобилей произвели в общей сложности 569 000 штук. К 1914 г. в Соединенных Штатах насчитывалось 1,7 млн зарегистрированных автомобилей (для сравнения: в 1900 г. — всего 8000). В 1912 г. число автомобилей в Нью-Йорке впервые превысило число лошадей, и в течение всего десятилетия разрыв между ними увеличивался. К 1920-м гг. лошади шли на корм для домашних животных по полмиллиона в год. Если не считать служб местной доставки, лошади исчезали из города, и уже бесповоротно.



[1] От фр. dos-à-dos — «спиной к спине».

[2] Хайрем Перси Максим, сын изобретателя пулемета, занимавшийся автомобилестроением.

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
VK.com Twitter Telegram YouTube Яндекс.Дзен Одноклассники
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2024.