Автомобили на «атомном топливе»: прошлое и будущее

…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»

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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 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.

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.

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.

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.