Ловцы Солнца: Сила света

Увы, двухдолларовые «роллс-ройсы» в ближайшем будущем нам не светят, зато проехать миллион миль на одном галлоне (и даже без него) можно уже сегодня. В Мельбурне живет Дэвид Февчук, который создал уже не одну машину, способную ездить вообще без топлива. «Точнее, без осязаемого топлива», — поправляет меня Февчук. Его машины работают на фотонах.

Февчук — один из руководителей знаменитой мельбурнской команды Aurora, которая неоднократно занимала призовые места в самых знаменитых в мире гонках солнцемобилей World Solar Challenge. Но больше всего Февчук гордится тем, что его команда организовала самый длительный автопробег, на который когда-либо решались команды солнцегонщиков. Их солнцемобиль совершил 24-дневное путешествие, проехав в общей сложности 13 054 км по Зеленому континенту! А в канун Нового 2006 года команда установила еще один мировой рекорд — за сутки Aurora проехала 1701 км со средней скоростью 70,88 км/ч, побив предыдущий рекорд в 1255 км! «Установить рекорд, — рассказывает Дэвид, — нам помогли специальные шины Michelin со сниженным сопротивлением качению и уникальное мотор-колесо, разработанное Австралийской научно-исследовательской организацией CSIRO специально для нас». В то время как мотор-колеса других команд обладают КПД около 95% и весят порядка 30 кг, разработка СSIRO имеет КПД 98% и весит 14,5 кг вместе с шиной!

Февчук (пусть вас не удивляет украинская фамилия Дэвида: он наполовину славянин, но по-русски совсем не говорит) пускается рассказывать о том, как нелегко его команде дался последний мировой рекорд. Оказывается, на треке австралийского подразделения Ford, где они били рекорд, есть все необходимое для испытания машин, кроме одного — укрытия от солнца. В результате команда Дэвида провела Рождественские праздники под палящим солнцем, с одной стороны, радуясь прекрасным для установления рекорда погодным условиям, с другой — изнывая от жары.

Согласно энциклопедии «Британика», первый солнечный элемент, который непосредственно преобразовывал солнечную энергию в электрическую, был создан Чарльзом Фриттсом в 1883 году.

В ходе работы Фриттс использовал спайки, которые получал, покрывая полупроводник селен тончайшим слоем золота. Одновременно созданием солнечных элементов занимался и французский физик Антуан Сезар Беккерель, который еще в 1839 году заметил появление электрического напряжения при попадании света на электрод, наблюдая фотоэлектрический эффект в ходе экспериментирования с электродами в растворе электролита.

Вот только коэффициент полезного действия у таких элементов был крайне низок. Он не дотягивал и до 1%. Гораздо позднее, в 1941 году, Рассел Ол изобрел первый кремниевый солнечный элемент. За двенадцать лет работы в этом направлении были сделаны значительные успехи, и к 1954 году КПД кремниевого солнечного элемента, который создали американские ученые Джеральд Пирсон, Калвин Фуллер и Дэрил Чапин, достигал уже 6%. Появление первого в истории солнцемобиля относится к этому же периоду. Компания International Rectifier, существующая и поныне, занималась разработкой первых кремниевых солнечных элементов. Именно она построила самую большую в мире солнечную панель, что принесло IR громкую славу. Дело в том, что эту панель использовал для своей машины давний лидер производства электромобилей — компания Baker Motor Vehicle Company.

С развитием автомобилестроения потребность в создании экологически чистого транспорта ощущалась все острее. Автомобиль, подаривший нам свободу передвижения, не зря называют чумой XX века — именно он стал главным источником шума и загрязнителем воздуха. Электромобили же компании Baker, несмотря на все несовершенство техники того времени, были чище и тише бензиновых авто.

В 1976 году в печати появилось сообщение об изобретении солнечного автомобиля профессором Тель-Авивского университета Арие Бронштейном. Год спустя о своем новом изобретении почти одновременно объявили англичанин Алан Фриман и американец Эд Пассерини.

Было бы неправильным, однако, представлять историю создания «солнечных машин» как плавное повествование. Главным образом потому, что первые модели машин очень сильно отличались друг от друга. Каждая становилась новым экспериментом. Лишь со временем конструкторы сошлись на «тараканьей» форме корпуса: автомобиль стал плоским, максимально широким и длинным, как правило, на трех колесах.

Интерес к созданию автомобилей будущего неуклонно рос во всем мире. Однако настоящее признание пришло к солнцемобилям в начале 1983 года, когда известный австралийский искатель приключений Ханс Толструп вместе с Ларри Перкинсом проехали на построенном ими солнцемобиле Quiet Achiever от Перта до Сиднея со скоростью 20 км/ч, одолев таким неспешным «манером» путь в 4052 километра. Понадобилось им на это 20 дней. Можно, конечно, снисходительно улыбнуться такому достижению, однако можно и призадуматься — ведь Толструп и Перкинс пересекли весь континент с запада на восток на 10 дней быстрее, чем тот же путь проделал первый автомобиль с бензиновым двигателем, и при этом — не затратив ни капли топлива!

Это путешествие послужило отправной точкой, с которой начинается вся история всемирно известных австралийских гонок World Solar Challenge, первая из которых состоялась в 1987 году. Выиграл гонки солнцемобиль Sunracer концерна General Motors, который сумел пройти трассу со средней скоростью 66,94 км/ч.

Победитель четвертого ралли солнцемобилей World Solar Challenge 1996 года солнцемобиль Dream, на создание которого компания Honda, не задумываясь, потратила $2 млн., прошел трассу в 3000 км между городами Дарвин и Аделаида уже со средней скоростью 90 км/ч, достигая на отдельных участках 135 км/ч. В гонках же World Solar Challenge 2005 года победил солнцемобиль Nuna из Нидерландов, со средней скоростью пробега 102,75 км/ч. Сами члены команды-победительницы, студенты из Амстердама, не устают повторять, что всеми своими достижениями солнцемобиль Nuna обязан аэрокосмическим технологиям! На машине были установлены передовые солнечные батареи, которые использовались на космическом аппарате Smart 1, запущенном Европейским космическим агентством с целью составления карты Луны, а корпус Nuna был выполнен из пластика, также предназначавшегося для космического корабля. Не будет преувеличением сказать, что и сегодня Nuna — самый быстрый в мире автомобиль на солнечной энергии. Он способен развивать скорость 170 км/ч!

«Да это и немудрено. Вы только посмотрите на их бюджет! — заявляет мне Дуг Барбидж), один из руководителей западноавстралийской ассоциации Sungroper, — у этой машины одна солнечная панель стоит миллион долларов!»

Ревнивое замечание Дуга можно понять. Его команда из Перта состоит в основном из школьников-старшеклассников, и почти всё держится на энтузиазме ребят. Но Дуг Барбидж по праву гордится своей командой: «Мы участвовали уже в трех гонках World Solar Challenge, и последний раз команда состояла из юношей и девушек, которые только-только научились водить машину и получили права!» К слову сказать, девушки-пилоты не редкость в этих гонках. Давно замечено, что женщины более выносливы, они гораздо легче переносят высокие температуры, чем мужчины. А для гонок по Австралии это немаловажно. Ведь температура в салоне солнцемобиля нередко поднимается до 50 градусов Цельсия: кондиционер в таких гонках — непозволительная роскошь.

Несмотря на молодость участников и ограниченный бюджет, команда Sungroper продолжает совершенствовать конструкцию своего солнцемобиля. А ведь состязание солнечных автомобилей — удовольствие очень дорогое. Хороший мотор и блок управления к нему стоят около $10 000 каждый. Много денег уходит на логистику. Автомобиль надо перевезти из родного городка к месту старта в Дарвин, арендовать машины сопровождения и обслуживания, а по окончании гонок благополучно доставить обратно домой.

Гонки World Solar Challenge часто называют интеллектуальным соревнованием. Ведь создание каждого гоночного солнцемобиля — это целое научное исследование. Крупные автомобильные и аэрокосмические концерны вкладывают в экзотический спорт миллионы долларов. Такие инвестиции обещают окупиться сторицей. Ведь «солнечные гонки» — кузница новых технологий: многие решения, впервые опробованные на гоночных солнцемобилях, со временем обещают найти широкое применение на серийных автомобилях.

Ну а сами солнцемобили, не могут ли они через годы стать такой же серьезной альтернативой бензиновому автомобилю, как нынешние бензоэлектрические гибриды? «Нет, — скептически качают головой сами "солнцегонщики", — это чистый спорт плюс технические достижения». Того же мнения придерживался и российский солнцегонщик Александр Пополов, трагически погибший в 2004 году. «Экологически чистый солнцемобиль многое может уже сегодня, — писал он четыре года назад, — хотя серьезной альтернативы автомобилю в ближайшем будущем он не представляет. Пока это лишь новый технический вид спорта».

Спорить с этим сложно. Даже самая продвинутая солнечная машина не может сравниться по мощности с привычным автомобилем. Площадь поверхности солнцемобиля такова, что с нее просто невозможно получить большое количество энергии. Мощность солнечных батарей даже у самых лучших машин не превышает 2 кВт. И то при условии хорошей погоды. Для того, чтобы солнцемобили имели практическую ценность, необходимо, чтобы КПД доступных по цене солнечных элементов был не меньше 40−50%. Сегодня это практически невозможно.

При этом хорошая погода важна не только для солнечных батарей. Хотя солнцемобили и водонепроницаемы, шины у них гладкие, без протектора, и несмотря на то что у большинства машин есть стоп-сигналы и указатели поворотов, однако нет очистителей ветрового стекла и фар.

У солнцемобиля есть руль, педаль тормоза и рычаг ручного тормоза, однако нет педали газа. Ее заменяет регулятор на приборной панели, ведь, в отличие от обычного автомобиля, солнечному незачем часто менять скорость. Напротив, пилотам необходимо поддерживать постоянную скорость в течение длительного времени.

Любопытно, а на чем ездят австралийские конструкторы солнцемобилей? Оказалось, что на обычных серийных автомобилях. Но большинство из них собирается в ближайшее время пересесть на гибриды или электромобили. Дуг Барбидж, например, мечтает пересесть на легкий электромобиль с достаточным запасом хода. Его он собирается подзаряжать от электросети или от стационарной домашней солнечной батареи. На подобном электромобиле хотел бы ездить и Дэвид Февчук. «Но если бы у меня был неограниченный бюджет, — улыбается Дэвид, — я построил бы себе чрезвычайно легкий двухместный солнцемобиль с углепластиковым кузовом, литий-полимерными аккумуляторами и солнечными элементами на основе арсенида галлия с высоким КПД. Такой солнцемобиль ни в чем бы не уступал обычному автомобилю, ездил бесшумно, а в топливе вообще не нуждался. Вот только беда: для его создания мне нужно не меньше миллиона долларов...»