Концепция вечного двигателя относится к категории изобретательских идей, которые систематически возникают на протяжении всей истории науки и техники, но не имеют физического обоснования в рамках известных законов термодинамики. В Советском Союзе, где научно-технический прогресс рассматривался в качестве одного из приоритетных направлений государственной политики, подобные проекты выдвигались с завидной регулярностью. Среди значительного числа предложений, носивших зачастую спекулятивный или откровенно псевдонаучный характер, существовала одна разработка, которая привлекла внимание профессионального сообщества и прошла практическую проверку. Речь идет об изобретении профессора Нурбея Владимировича Гулиа, создавшего устройство, которое в публицистике иногда образно называли «почти вечным двигателем», но физически оно не нарушало законов термодинамики.
Нурбей Владимирович Гулиа родился в 1939 году в городе Тбилиси. Его семейная история связана с развитием абхазской культуры — дедом являлся основоположник абхазской литературы Дмитрий Гулиа, дядей — известный писатель Георгий Гулиа. Высшее образование будущий изобретатель получил в Грузинском политехническом институте. В 1961 году, на этапе обучения в вузе, он создал первое изобретение — автомат для изготовления папирос, что определило его дальнейший интерес к прикладной механике и конструированию.
Профессиональная деятельность Гулиа оказалась сосредоточена в области накопления и преобразования механической энергии, исследованиях маховичных накопителей, вариаторов и трансмиссий. В 1964 году, находясь в статусе молодого ученого, он подал заявку на изобретение супермаховика, причем данная заявка была зарегистрирована на полгода раньше первых зарубежных заявок аналогичного назначения, что свидетельствует о самостоятельном характере разработки. В последующие годы Гулиа работал в Тольятти в период строительства Волжского автомобильного завода, с 1971 года занял должность заведующего кафедрой теоретической механики в Курском политехническом институте, а с 1977 года осуществлял научную и педагогическую деятельность в Московском государственном индустриальном университете в должности профессора и заведующего кафедрой. В 1973 году состоялась защита докторской диссертации, посвященной динамическому аккумулированию и рекуперированию механической энергии для применения на транспорте. В совокупности Гулиа является автором или соавтором более 500 патентов и авторских свидетельств, свыше 30 монографий и учебников, а также более 1000 научных статей, что делает его одним из наиболее продуктивных изобретателей в своей области.
Конструктивные особенности супермаховика
Традиционный маховик представляет собой массивное колесо, которое сохраняет вращение за счет инерционных свойств. Но классическая конструкция обладает принципиальным недостатком — при достижении определенной угловой скорости монолитный металлический диск разрушается под действием центробежных сил, а его фрагменты разлетаются с высокой кинетической энергией и могут причинить существенные разрушения. Гулиа предложил альтернативное конструктивное решение, заключавшееся в изготовлении маховика не в виде цельного диска, а в форме намотки из тысяч витков тонкой высокопрочной стальной ленты на центральный барабан. Данная конструкция обеспечивала два существенных преимущества. Во-первых, в случае разрушения витки не разлетались, а расходились, гася избыточную энергию и не создавая опасности для окружающих объектов и персонала. Во-вторых, лента, работающая на разрыв, демонстрировала более высокие показатели удельной энергоемкости: супермаховик позволял запасать от 80 до 130 кДж энергии на килограмм массы.
Для минимизации диссипативных потерь супермаховик помещался в вакуумный кожух, что практически исключало аэродинамическое сопротивление вращению, и устанавливался на магнитные подшипники, снижающие механическое трение до минимальных значений. Благодаря этим техническим решениям устройство сохраняло накопленную кинетическую энергию на протяжении длительного времени. Коэффициент полезного действия супермаховика в режимах аккумулирования и отдачи энергии достигал 98 процентов. Для получения сопоставимых величин следует отметить, что бензиновые двигатели внутреннего сгорания имеют КПД в диапазоне 25–30%, а дизельные агрегаты — около 40%.
В рамках публичных выступлений изобретатель демонстрировал и другие устройства, работающие без подвода внешней энергии, что вызывало значительный интерес аудитории. Одна из таких демонстраций состоялась в телевизионной передаче «Это вы можете», где был показан диск, вращающийся самостоятельно и вырабатывающий электрический ток. Принцип действия раскрывался изобретателем — диск устанавливался на слегка наклонной поверхности, и человек, встававший на него, непроизвольно раскручивал его, пытаясь сохранить вертикальное положение. Это был телевизионный розыгрыш, а не демонстрация рабочего принципа устройства; он привел к тому, что на телевидение поступили тысячи писем с просьбами раскрыть секрет «вечного двигателя».
Другой наглядный пример практического применения физических законов без нарушения термодинамических ограничений представляла собой конструкция для полива с использованием двухсотлитровой черной бочки, размещенной над водоемом. В ночное время воздух внутри бочки охлаждался и сжимался, через впускной клапан засасывалась вода из водоема. В дневное время под воздействием солнечного нагрева воздух расширялся и выталкивал воду через выпускной клапан в поливочный шланг. Данная система использовала естественный суточный перепад температур и не нарушала законов физики, что Гулиа неоднократно подчеркивал в своих выступлениях.
Испытания и экспериментальные данные
Супермаховик Гулиа прошел полноценные практические испытания, результаты которых были зафиксированы в отчетной документации. Устройство устанавливалось на нескольких образцах общественного транспорта в городе Курске. Кроме того, был собран экспериментальный грузовой автомобиль, в котором движущей силой служил супермаховик в сочетании с мотором-генератором. Конструкция обеспечивала забор энергии в режиме торможения и ее отдачу в режиме разгона, что подтверждало эффективность рекуперации механической энергии.
Теоретические расчеты (в различных источниках), основанные на экспериментальных данных, показывали, что супермаховик массой 150 килограммов, изготовленный из современных композитных материалов, мог обеспечить легковому автомобилю пробег до двух миллионов километров без подзарядки.
Данный показатель означал, что транспортное средство могло бы проехать на одном заряде маховика весь свой эксплуатационный ресурс, фактически отказавшись от использования топлива. Ни один аккумулятор сопоставимой массы и габаритов не способен хранить аналогичный объем энергии на единицу массы, что делает супермаховик уникальным накопителем.
Факторы прекращения проекта
Техническая работоспособность устройства была подтверждена стендовыми и ходовыми испытаниями, что исключает наличие неустранимых конструктивных дефектов в качестве причины остановки проекта. В начале 1970-х годов государственное финансирование проекта было свернуто. Среди причин — низкая стоимость бензина в тот период. После нефтяного кризиса 1973 года мировые цены на сырую нефть возросли более чем в четыре раза, что кардинально изменило экономический контекст. В новых условиях внедрение технологии, снижающей потребность в нефтепродуктах, могло привести к сокращению экспортных поставок советской нефти на международные рынки. Власти стали опасаться, что широкое внедрение энергоэффективных технологий снизит экспортный потенциал советской нефти. Сама же разработка маховика была очень дорогой и вряд-ли бы стала массовой.
Данный случай часто рассматривается в контексте других примеров, когда технически эффективные решения оказывались несовместимыми со сложившейся экономической системой. Перспективное и экологически безопасное устройство было отложено в пользу сохранения текущих доходов от продажи нефти. Изобретатель, обладавший развитым чувством юмора, неоднократно сталкивался с отсутствием понимания со стороны чиновничьего аппарата. Как член экспертного совета Комитета по изобретениям, он рассматривал множество проектов вечных двигателей от других изобретателей. В одном из эпизодов к нему обратились генерал-лейтенант и инструктор из ЦК КПСС с требованием выдать патент на вечный двигатель. Гулиа предложил построить модель, работающую на водке, и использовать ее для производства этого напитка в домашних условиях, после чего генерал забрал свою заявку обратно.
Супермаховики сегодня применяют не в легковых авто, а в нишевых сферах: в энергетике для сглаживания пиковых нагрузок, на железной дороге для рекуперации энергии при торможении, в космосе для стабилизации спутников и на зарядных станциях как буферы мощности.
Массового внедрения в автомобилях не случилось из‑за гироскопического эффекта (усложняет управление), постепенной саморазрядки, сложностей с передачей энергии на колеса и конкуренции с аккумуляторами и ультраконденсаторами. При этом технология развивается: например, Porsche в 2011 году использовал маховик в спорткаре 918 RSR, а в Курске ранее тестировали общественный транспорт с супермаховиком.
Супермаховик Нурбея Гулиа представляет собой реально функционирующее техническое устройство, обладающее высокими удельными показателями энергоемкости и эффективности, подтвержденными экспериментально. Потенциально данная технология могла бы стать основой для экологически чистого транспорта и систем накопления энергии, существенно снизив зависимость от ископаемого топлива. Однако проект был прекращен по экономическим соображениям, связанным с низкой стоимостью нефти на начальном этапе и опасениями потери экспортных рынков на последующем.
Изобретатель продолжает научную деятельность. С 2011 года он занимает должность научного руководителя компании KEST, специализирующейся на разработке кинетических накопителей энергии на базе супермаховиков. Его ученики работают в различных странах мира, развивая идеи, заложенные в 1964 году. История супермаховика Гулиа служит примером того, как экономические и ведомственные факторы могут препятствовать внедрению технологических прорывов, и иллюстрирует сложную взаимосвязь между научно-техническим прогрессом и существующими экономическими приоритетами. При этом технология не была отвергнута навсегда: позже интерес к маховичным накопителям возродился, и разработки в этом направлении продолжаются.