В масштабах истории электромотор и двигатель внутреннего сгорания почти ровесники, хотя батарейные повозки и даже локомотивы появились на дорогах куда раньше первой мотоколяски Бенца. И пусть бензомотор в последние лет сто пользовался куда большей популярностью, разработка транспорта на электричестве не прекращалась никогда.
Благодаря прогрессу в этой области электродвигатель достиг небывалых высот и буквально улетел в космос, ведь абсолютно все луноходы и марсоходы приводятся в движение исключительно электротягой. Мы расскажем, как и почему электрокары начали покорять другие планеты, а потом плавно спустимся на Землю: здесь «электрички» тоже обрели свою аудиторию и всё увереннее соперничают с ДВС.
Вызовы инопланетного бездорожья
Как только человечество начало летать к другим планетам, возник вопрос, на чём передвигаться по их поверхности. Инженеры впервые столкнулись с рядом вызовов, возникших из-за особых требований к инопланетному транспорту и его силовой установке. Было очевидно, что разрабатывать планетоходы придётся с нуля.
- Вызов №1: транспорт должен сохранять работоспособность в экстремальных условиях. Показания термометра на поверхности других небесных тел кардинально отличаются от привычных нам значений: на поверхности Марса может быть от -195°C до 20°C, а на Луне — от -173°C до 127°C. Ни один транспорт на Земле, даже предназначенный для пустынь или покорения Арктики, не приспособлен к таким условиям.
- Вызов №2: ездить предстоит по пересечённой местности и грунтам с особыми характеристиками. Труднопроходимых мест полно и на нашей планете, поэтому инженеры знали, с чего начинать разработку шасси. Решением стали вполне земные элементы конструкции, много лет применяющиеся на транспортных средствах повышенной проходимости: несколько ведущих колёс, независимая подвеска, грунтозацепы, высокий крутящий момент двигателя.
- Вызов №3: масса должна быть низкой, а эффективность — высокой. Объём груза, который может взять на борт космический корабль, ограничен. А стоимость транспортировки на другие планеты очень высока: для научных экспедиций на Марс она составляла около 200 тысяч долларов за килограмм. Поэтому любое оборудование, включая планетоходы, должно быть максимально лёгким и эффективным.
- Вызов №4: надёжность и высокий ресурс обязательны. Отправляя ровер на другую планету, учёные делают всё, чтобы он проработал там как можно дольше и собрал больше ценных данных. А когда речь идёт о транспорте для астронавтов, надёжность стопроцентно выходит на первый план: поломка планетохода вдали от базы может угрожать здоровью и жизни экипажа.
- Вызов №5: нужно разместить приличный запас энергии на борту, а ещё лучше — получать её из окружающей среды. Чтобы аппарат прослужил максимально долгий срок и смог обследовать более обширную площадь поверхности, ему нужно иметь достаточно энергии на борту — или получать её из внешних источников. А значит, бортовой источник энергии, так же как и аппарат-носитель, должен выдерживать экстремальные условия.
Почему для планетоходов выбрали электродвигатели
Человечеству известно не так уж много видов силовых агрегатов. Если отбросить экзотику вроде пневматического двигателя, то останутся три варианта, десятки лет использующиеся в автомобилестроении: двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель и реактивный.
Реактивные (ракетные) двигатели не подходят для наземного транспорта и повседневных поездок: происходящими в них процессами сложно управлять, используемое топливо взрывоопасно, а его расход высок.
У двигателей внутреннего сгорания есть преимущества, определившие столь массовое использование их на Земле: например, компактность и высокий ресурс. Но, пожалуй, главный их плюс — высокая энергоёмкость топлива. Достаточно небольшой канистры, чтобы проехать несколько сотен километров. Берём на Марс?
Нет.
- Во-первых, ДВС для работы нужна топливно-воздушная смесь, ключевым компонентом которой является кислород — детонация в цилиндрах без него невозможна. На Луне атмосферы нет совсем, на Марсе она на 95% состоит из углекислого газа, а кислород присутствует в ничтожных количествах. Получается, что планетоход с ДВС может двигаться только при условии, что он будет возить с собой не только бензин, но и кислород. Резервуары с ними взрывоопасны и утяжеляют конструкцию.
- Во-вторых, ДВС не рассчитан на работу при экстремальных температурах. Чтобы мотор не перегрелся в +120°С и смазка в нём не замёрзла при -195°С, ему понадобятся мощная термоизоляция или специальная система подогрева и охлаждения — это опять дополнительный вес и усложнение механики. То же самое относится к топливу: даже самые морозостойкие разновидности сейчас сохраняют свои свойства только до -150°C.
- В-третьих, несмотря на кажущуюся топливную экономичность, ДВС удивительно неэффективен. Его КПД составляет 20-25% (и даже у наиболее совершенных дизелей доходит лишь до 50%). Из десяти литров топлива, сгоревших в цилиндрах, максимум пять пойдут на полезную работу, а вторая половина израсходуется без особой пользы — на разогрев и механические потери.
В плане эффективности электромотор кладёт ДВС на обе лопатки: его КПД в среднем составляет 90%. Но это вовсе не единственный плюс электродвигателя — есть и другие качества, благодаря которым он успешно покоряет другие планеты.
Чем ещё хороши электродвигатели
- Надёжнее ДВС. В его конструкции меньше движущихся частей (и деталей в целом), ему не требуется смазка, у него нет элементов, подверженных быстрому износу, вроде приводных ремней или свечей зажигания. Соответственно, вероятность поломки ниже даже после длительной эксплуатации и серьёзных пробегов.
- Компактен и лёгок. Настолько, что его можно устанавливать прямо в ступицу колеса. Именно так и поступают конструкторы планетоходов, начиная с самого первого экземпляра — советского «Лунохода-1».
- Выдаёт высокий крутящий момент с самых низов оборотов. В отличие от ДВС, который должен раскрутиться, чтобы выдать максимум крутящего момента и мощности, электродвигатель уже со старта передаёт практически предельное усилие на колёса. Очень кстати на пересечённой местности.
- Может получать энергию извне. Речь о свете: достаточно оснастить планетоход фотоэлементами, чтобы «подключить» его к практически неиссякаемому источнику энергии. В паре с аккумуляторной батарей можно обеспечить бесперебойное энергоснабжение, позволяющее роверу работать круглые сутки в любых условиях.
Тем временем на Земле: электромобили идут в массы!
Покорив другие планеты, электромобили всё более уверенно осваиваются и на земных дорогах. Сегодня автомобиль без ДВС, движущийся исключительно на электротяге, уже не экзотика, а серийный продукт, доступный всем желающим. Да и стоимость их практически равна аналогичным бензиновым моделям. Но только электромобили обладают преимуществами, которые особенно ценились астронавтами и инженерами космических программ.
Есть свой электромобиль и в актуальной модельной линейке «Москвича». Электрический кроссовер Москвич 3е предлагает впечатляющую мощность в 142 кВт (193 л.с.), его литий-ионная батарея позволяет проехать на одном заряде до 410 км.
Интересный факт: это в девять раз больше дистанции, которую преодолел марсоход Opportunity на красной планете. Его путь длиной в 45,2 км — это рекорд, который по сей день не смог побить ни один планетоход.
Подписывайтесь, чтобы не пропустить новые публикации — в них мы будем делиться полезной информацией и новостями, рассказывать о наших моделях и вспоминать интересные факты из истории. В общем, будет интересно!
