«А ты уран захватил?»: как хотели создать атомный автомобиль
Не знаю, какой у вас любимый фантастический фильм, а у меня — «Назад в будущее». Все части хороши, но первая — особенно. Недавно пересматривал, еще раз восхищался нержавеющими формами DeLorean и в который раз задался вопросом: «Почему она ездила на обычном бензине, когда под капотом был ядерный реактор, вырабатывающий 1,21 ГВт для перемещения во времени? Что, нельзя было как-то все совместить?».
Решил проверить, были ли подобные проекты авто с ядерным реактором в прошлом. Оказалось, что подобные проекты реально были, причем еще в 50–60-х годах. До рабочих прототипов дело не дошло, но, возможно, кому-то из читателей на Хабре будет интересно познакомиться с очередной фантастической идеей прошлого.
Первые идеи
16 июля 1945 года на полигоне Аламогордо состоялось первое испытание ядерного оружия в истории человечества. Тысячи ученых Манхэттенского проекта, лучшие умы поколения, за несколько лет работы создали самое смертоносное оружие, которое только можно было вообразить.
Меньше месяца спустя атомное оружие первый и последний раз применили по прямому назначению. 6 и 9 августа 1945 года взрыв в небе над Хиросимой и Нагасаки унес жизни порядка 70–100 тысяч человек, и еще десятки тысяч умерли от последствий облучения.
Ядерные грибы над Хиросимой и Нагасаки — пожалуй, самая страшная демонстрация силы в истории
Весь мир увидел, на что способна наука. СССР резко ускорил свои разработки атомного оружия и 29 августа 1949 года провел первое успешное испытание бомбы РДС-1 на полигоне в Семипалатинске.
Однако атом собирались использовать не только для разрушений. И США, и СССР начали параллельно разрабатывать атомные электростанции в 1945–1949 годах. Первая появилась у нас в Обнинске Калужской области в 1954 году. В том же году американцы начинают строительство АЭС в Шиппингпорте, штат Пенсильвания. А заодно вводят в эксплуатацию USS Nautilus — первую атомную подводную лодку с малым водо-водяным реактором, которые можно отнести к классу SMR (Small Modular Reactor).
Подлодка USS Nautilus на пути к Северному полюсу
Это продемонстрировало, что ядерные установки можно использовать для того, что может двигаться. Другой знаковым пример — атомный ледокол «Ленин», который сошел с верфи в 1959 году. Но казалось бы, почему речь должна идти только о чем-то огромном и контактирующем с водой?
Хотя работы по созданию атомной подлодки в США велись в строжайшей секретности, в журнале Motor Trend еще в 1949 году вышла статья с заголовком «Атомные автомобили будущего». В ней автор рассказал интересную концепцию: мол, очень скоро появится новая техника с легкими и одновременно безопасными энергоблоками.
Представьте, каково же было удивление автопроизводителей, когда похожая научно-фантастическая концепция воплотилась в виде атомной подводной лодки? Почему же это нельзя применить для наземного транспорта? Что стоит взять уже готовый реактор, чуть уменьшить его и запихнуть в авто? Это же даст огромные преимущества.
ВАЖНО! Если я ошибся в расчетах или в рассуждениях, смело поправляйте в комментариях.
1. Экономия. Давайте грубо прикинем. При делении одного атома урана-235 выделяется 3,2·10–11 Дж энергии. Для 1 грамма вещества, с учетом молярной массы урана 0,235 кг/моль, получим энергию 8,2⋅1010 Дж (расчет тут). При этом при полном сгорании 1 литра бензина (0,75 кг) выделится где-то 3,5⋅107 Дж энергии.
Если отбросить КПД и прочее для упрощения, то в эквиваленте получим 2340 литра бензина. Если взять средний расход бензинового авто пусть даже 10 литров на 100 км, то получим эквивалент 23 400 км пробега. «Таблетка» урана-235 весом в 4,5 грамма даст ту же энергию, которая бы потратилась на пробег авто с ДВС в 100 000 км!
2. Экологичность. Тут и говорить нечего: в среднем один автомобиль с бензиновым двигателем выделяет 192 грамма CO2 на 1 километр пробега. То есть за пробег в 100 000 км, когда кончится урановый топливный элемент и его надо будет менять и утилизировать, в окружающую среду не попадет 19,2 тонны диоксида углерода. Довольно внушительная цифра, даже с учетом того, что она растянута в среднем на 3–5 лет не в режиме водителя такси.
Правда, вряд ли в то время кто-то всерьез задумывался об углеродном следе и глобальном потеплении.
3. Удобство. Условному водителю не придется использовать ключ или кнопку зажигания, реакция деления и выделения энергии не прерывается. Сели и поехали. А когда ресурс топливной «таблетки» закончился, просто поменяли ее на специальной станции и едете дальше — удобно!
Звучит и правда интересно. Поэтому сразу несколько именитых производителей автомобиля в середине 50-х годов одновременно принялись за реализацию концепции.
Ford Nucleon
Первыми идею подхватили инженеры компании Ford. По задумке, в основе авто лежал бы тот же принцип, что и в ядерной установке подлодки USS Nautilus. В реакторе будет происходить реакция деления — выделяемая энергия будет нагревать воду и преобразовывать ее в пар высокого давления. Тот будет вращать две турбины: одна будет приводить в движение автомобиль, а другая — вращать генератор.
Чтобы цикл был замкнутым, пар конденсируется в контуре охлаждения и подается обратно в парогенератор для повторного использования. В общем, ровно как и работает плюс-минус любая АЭС. Однако у данной концепции выявились некоторые трудности, которые для авто не решались так же, как для подлодки.
Размеры и вес
Оригинальный водо-водяной реактор марки S2W, установленный в USS Nautilus, имел вес 35 тонн, длину больше шести метров и диаметр порядка четырех метров. Хотя это и можно отнести к SMR по размерам, но все же это мало напоминало чемоданчик, который можно легко спрятать под капот.
Так выглядел реактор S2W внутри секции подлодки. Рядом на фото — человек для сравнения
Во многом это связано с тем, что для работы реактора требуется:
Достаточное охлаждение. У АЭС для этого есть большие пруды-охладители, а снаружи подлодки — холодная вода из океана в неограниченном количестве. Но вот у небольшого авто весом 1,5–2 тонны ничего такого нет. Объема возвращаемого в контур конденсата не хватит, чтобы охладить энергоблок под капотом, как делается во многих SMR.
Качественное экранирование. В процессе деления ядер урана появляется гамма-излучение. Чтобы его задержать, используют не только саму воду, но и толстую защиту из свинца и других материалов. Сэкономить на весе — означает допустить слишком тонкую защиту, и как следствие — езду по дорогам источника опасности для всего живого.
Да и мощность в 13 800 л.с. явно избыточна для любого автомобиля. А просто уменьшить размеры реактора, чтобы получить мощность в 200–300 л.с. невозможно в том числе из-за причин, описанных выше.
Безопасность
Сейчас мы знаем, насколько страшны последствия аварий атомных электростанций: загрязнение опасными элементами с сотнями и тысячами лет периода полураспада. Представьте теперь, что один автомобиль врезается в другой, где установлен ядерный реактор. Что произойдет, если из-за механического повреждения нарушится охлаждение или экранирование гамма-излучения?
Распространение и утилизация
Контроль за распространением ядерного топлива очень важен. Ведь никто не хочет, чтобы оно попало в руки к террористам и прочим нехорошим людям.
Представим, что рано или поздно топливный элемент отработает свой ресурс. Кто им дальше займется? Вряд ли кто-то позволит частному бизнесу открыть свою станцию по замене элементов. А любая централизация или строго лицензирование с учетом десятков миллионов водителей может привести к очередям, возможному дефициту товара и неконтролируемому росту цен.
А можно ли свободно продавать авто кому попало? Что делать с утилизацией и захоронением отходов? Много вопросов. И скорее всего, инженеры компании Ford так или иначе с ними столкнулись и поняли, что проект вряд ли когда-то реализуется.
Однако маховик маркетинга был раскручен, и в 1957 году, спустя год после получения техзадания, был представлен концепт автомобиля Ford Nucleon. Сначала на бумаге, а потом и в макете.
Сверху на модели располагается не турбина, а красивый чехол для запаски
Ядерная установка якобы должна была располагаться сзади автомобиля: она занимала больше 2/3 объема автомобиля и, по сути, являлась реально уменьшенной копией SW2. Как именно в нее запихнули турбины нужной мощности, парогенератор достаточного объема и электрогенератор, и при этом уложились даже не в 3 тонны, а хотя бы в 10 тонн (цифры условные) — большой вопрос. К сожалению, подробных чертежей или описания установки до сегодняшних дней не сохранилось, если они когда-то вообще существовали.
Но если с двигателем не все так однозначно, то уж с внешним видом Ford постарался: обтекаемые футуристичные формы с огромными крыльями и воздухозаборниками поражали воображение, больше напоминая космический корабль. Висящая над дорогой кабина на два места, находящаяся за колесной базой, немного пугала и вызывала вопросы об управляемости. Но возможно, так инженеры пытались как можно сильнее отдалить водителя и пассажира от работающего реактора и заполнить это пространство спасительной защитой.
Ford Nucleon, по заверениям производителя, мог бы проезжать на одном урановом элементе до 8000 км, после чего реактор вместе с топливным элементом заменялся бы у производителя на специальной станции целиком.
Уильям Форд, отпрыск знаменитого Генри Форда, рядом с моделью автомобиля
После демонстрации на нескольких выставках и в журналах проект тихо свернули, потому что реализовать столь маленький атомный реактор и обеспечить легковесную защиту от гамма излучения было нереально.
Однако спустя всего 4 года, в 1962 году, Ford вернулся к теме автомобилей с ядерным реактором. Дело в том, что в Сиэтле должна была состояться всемирная выставка »21 столетие», на которой ведущие компании будут демонстрировать свои достижения и покажут, куда движется прогресс.
Специально под нее была разработана модель Ford Seattle-ite XXI. Не считая крошечного нюанса, что двигателя у автомобиля так и не появилось, внешний вид изменился достаточно сильно.
Например, двигатель перекочевал вперед, а сзади появился просторный багажник. Чтобы передний мост мог выдержать тяжелый реактор, производитель сделал вместо одной пары колес — две, которые поворачивались синхронно.
Автомобиль был огромным — больше семи метров в длину, но это отлично вписывалось в общую концепцию автомобилестроения в Америке
Дополнительно у владельца авто была возможность заменить двигатель: на выбор предлагался эконом-вариант в 60 л.с. и гоночный, в 400 л.с. Да-да, речь о том, чего еще не существовало в природе.
Еще Ford решил разойтись в плане технологичности:
Для управления использовался не руль, а своеобразный тачскрин — все повороты должны были выполняться пальцами.
Внутри располагался компьютер со встроенной системой навигации (это задолго до появления современных подобных устройств).
По периметру устанавливались датчики, учитывающие расстояния до соседних машин и погоду. Например, в случае близости другого транспорта срабатывала бы сигнализация (как в парктронике), а в дождь дворники включались бы автоматически.
Нельзя забывать и про двери, откидывающиеся вверх, словно в космическом корабле
После того, как выставка в Сиэтле завершилась, проект Ford Seattle-ite XXI далее не развивали, поскольку никаких предпосылок для создания миниатюрного атомного реактора так и не появилось.
Кроме Ford, в конце в 50-х годов разработкой автомобиля с ядерным двигателем также занялись и другие производители. Вот некоторые известные примеры.
Studebaker Packard Astral
Знаменитый производитель грузовиков показал свой концепт автомобиля будущего в 1957 году на Женевском автосалоне. Слоган авто: «Вот что нас ждет через 25 лет». Поэтому фантазию никто не сдерживал. Например:
Автомобиль будет двигаться на одном колесе, как современные гироскутеры;
В движение он будет приводиться при помощи крохотного атомного реактора;
От столкновений автомобиль будет защищен энергетическим полем — по этой же причине у него не будет лобового стекла;
Корпус изготовлен из сверхлегкого армированного стеклопластика.
Примечательно, что через несколько лет объединенная Studebaker Packard прекратила свое существование.
Simca Fulgur
О будущем атомной энергетики мечтали не только в США. Французская компания Simca, на заводах которой почти 20 лет собирали автомобили Fiat, в 1951 году начала выпуск собственных малолитражных седанов Aronde. Причем весьма успешно — на пике продавалось по 100 000 машин в год.
В 1958 году, аккурат под выставку в Женеве, Simca решила эпатировать всех и продемонстрировала свой автомобиль будущего — Fulgur. Дизайном заведовал знаменитый Робер Опрон, создатель внешнего вида автомобилей Citroën.
Кроме того, что в авто должен был быть встроен автопилот и ядерный реактор (которого, разумеется, не существовало), в нем была еще одна безумная идея: на скорости больше 150 км/ч два из четырех колес по диагонали друг от друга втягивались бы. Это должно было уменьшить потери на трение.
Компания даже построила прототип: правда, кроме футуристичного корпуса в нем не было реализовано ничего из концепций будущего. Ездил он на обычном бензине. Спустя 8 лет компания Simca была поглощена Chrysler.
Arbel Symétric
Еще одна французская компания предложила в 1958 году интересный концепт: что-то среднее между атомным и электрическим автомобилем.
Основой автомобиля должен был стать радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ), предназначенный для выработки электроэнергии и зарядки аккумулятора, питающего электродвигатель.
Правда, расчетная мощность в несколько киловатт явно не соответствовала возможностям подобных элементов. Обычно их ставят на космические аппараты и они выдают мощность не больше 100 Вт.
Когда правительство Франции официально запретило любые эксперименты частных компания с ядерным топливом, проект свернули. А уже в 1963 году компания Arbel обанкротилась и прекратила свое существование.
Кажется, что попытки создать авто с ядерным реактором под капотом плохо закончились для всех компаний, кроме Ford.
Примечательно, что якобы в СССР существовал секретный проект по созданию подобного автомобиля — «Волга-Атом», который очень хотел видеть Никита Хрущев. Вроде как даже сумели создать рабочий прототип с двигателем на урановых «таблетках» мощностью в 320 л.с. и он даже прошел первые испытания — смог проехать 60 000 км. А, мол, реализовать не смогли только из-за отставки Хрущева: пришедший Брежнев не оценил потенциал и закрыл проект. Но есть какое-то смутное ощущение, что это — не совсем правда.
В сети даже есть фотография этого «чуда». Думаю, что вы и сами сделаете выводы о правдивости как этой иллюстрации, так и всей истории в целом.
Ядерные авто сейчас
Про проекты конца 50-х годов вспомнили только пятьдесят с лишним лет спустя, во многом из-за экологической повестки.
В 2009 году компания General Motors отмечала столетний юбилей приобретения компании Cadillac. В честь такого события нужно было что-то особенное. Дизайнер GM Лорен Кулесус расчехлил старые наработки, облек все в еще более футуристический вид и представил модель Cadillac World Thorium Fuel. Сокращенно WTF — интересно, это намек на что-то?
По концепту внутри каждого колеса находится шесть индукционных двигателей — всего 24, которые приводят автомобиль в движение. А для питания используется ядерный реактор на основе ториевых элементов Th-232.
Вообще реакторы на ториевых элементах известны уже не один десяток лет и используются до сих пор. Да, запасов тория на Земле больше, чем урана. Но из-за ряда других недостатков массового применения они не получили — в этой статье на Хабре классно описаны принцип работы и причины.
Если кратко: Th-232 сам по себе не поддерживает цепную реакцию. Для этого его бомбардируют нейтронами, в результате образуется U-233, который уже и участвует в реакции. По расчетам инженеров Laser Power Systems, 8 граммов тория хватит на 100 лет эксплуатации автомобиля.
Однако так и непонятно, как конструкторы собирались решать проблему размеров и массы автомобиля при достаточной защите от гамма-излучения. При образовании U-233 эта проблема никуда не уходит, и для ее решения потребуются все те же тонны сплавов, защищающих водителя, пассажиров и окружающую среду.
Разумеется, дальше прототипов дело не пошло. И кажется, что поместить ядерный реактор размером с чемодан в багажник машины сейчас — нереально. Возможно, что-то подобное смогут реализовать лет через 50–100, когда мы получим стабильный термоядерный синтез, и то не факт. А пока что весь мир продолжает кататься на бензине, дизеле или электричестве.
А вы как думаете, сможем ли мы когда-нибудь получить автомобиль с атомным двигателем?
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
-15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.
