Капра Фритьоф - Скрытые связи

Отправной точкой этой концепции является необходимость снизить мощность, затрачиваемую на передвижение самой машины. Поскольку в стандартном автомобиле на вращение колес уходит всего 20 % энергии горючего, любая экономия мощности здесь приведет к пятикратному уменьшению расхода топлива. В гиперавтомобиле такая экономия достигается за счет облегчения автомобиля и улучшения его аэродинамических качеств. Вместо традиционной стали для изготовления кузова используются специальные пластмассы, армированные прочными углеродными волокнами. Такие материалы допускают чрезвычайно гибкий конструкторский подход, благодаря чему вес кузова автомобиля удается снизить наполовину. Примененные в гиперавтомобилях несложные обтекатели, кроме того, на 40–60 % снижают сопротивление воздуха, не ограничивая при этом возможностей дизайна. В общей сложности такие новшества позволяют снизить мощность, затрачиваемую на перемещение автомобиля, как минимум наполовину.

Существенное снижение веса кузова приводит к целому ряду вторичных эффектов, многие из которых позволяют облегчить автомобиль еще больше. Легкий кузов — это более легкая подвеска, меньший по размерам двигатель, меньшие тормоза и меньший расход топлива. Более того, некоторые из компонентов в этом случае оказываются не нужными вовсе. Сверхлегкий автомобиль вполне может обойтись без усилителей руля и тормозов. Гибридно-электрический привод не нуждается в сцеплении, трансмиссии, ведущем вале — все это способствует дальнейшему облегчению машины.

Новые волоконные композиты являются не только сверхлегкими, но и чрезвычайно прочными. Они способны поглотить в пять раз больше энергии на единицу веса, чем сталь. Это, безусловно, важнейшая составляющая безопасности. Технологии, позаимствованные из производства гоночных автомобилей (также весьма легких и безопасных), позволяют гиперавтомобилям эффективно рассеивать энергию удара при столкновении. Это делает их более безопасными не только для своих владельцев, но и для пассажиров тех машин, с которыми им случится столкнуться.

Различия в физических свойствах стали и волоконных композитов существенным образом сказываются не только на конструкции и поведении гиперавтомобилей, но и на их производстве, распространении и обслуживании. Несмотря на то что углепластики дороже стали, процесс производства из них автомобильных кузовов более экономичен. Стальной корпус необходимо отштамповать, сварить и покрасить, а углепластиковый отливается целиком и не требует отделки. Это снижает затраты на обработку почти на 90 %. Упрощается и сборка автомобиля, ведь углепластиковые детали значительно легче и не требуют никаких подъемных устройств. А добавление красителя прямо в отливочную форму позволяет избежать покраски — наиболее дорогой и грязной процедуры в автомобильном производстве.

Многочисленные достоинства волоконных композитов проявляются наиболее полно, если разработкой заняты небольшие конструкторские коллективы, если автомобили выпускаются малыми, едва покрывающими затраты партиями, на предприятиях полного производственного цикла. Все это характерно и для экодизайна в целом. По сравнению с обычными стальными автомобилями существенно упрощается и обслуживание, поскольку гиперавтомобили не содержат многих из традиционно недолговечных механических узлов. Нержавеющие, не подверженные усталости и практически недеформируемые композитные кузова служат десятилетиями, после чего могут быть переработаны.

Еще одним ключевым новшеством является гибридно-электрический двигатель. Как и другие электромобили, гиперавтомобили оснащены эффективным электромотором, который вращает их колеса. Они также способны преобразовывать энергию торможения обратно в электричество, что приводит к дополнительной экономии. Но в отличие от обычных электромобилей, они лишены аккумуляторов, которые все еще громоздки и дороги. Электричество в гиперавтомобилях вырабатывается небольшим двигателем внутреннего сгорания, турбиной или топливным элементом. Такие гибридные системы компактны и, небудучи непосредственно соединены с колесами, все время работают в оптимальном для них режиме, что еще больше снижает расход топлива.

В гибридных автомобилях применяется бензин или какой-либо из множества более чистых его заменителей — например, топлива, производимые из биомассы. Самым чистым, эффективным и элегантным способом энергопитания гибридного автомобиля было бы использование водородных топливных элементов. Такая машина оказалась бы не только бесшумной и не загрязняющей атмосферу, но и представляла бы собой, по существу, мини-электростанцию на колесах. Это, пожалуй, наиболее замечательный и далеко идущий аспект концепции гиперавтомобиля. Пока автомобиль находится на стоянке у дома или места работы владельца — иными словами, большую часть времени, — вырабатываемое им электричество могло бы поступать в общую сеть, автоматически принося хозяину дополнительный доход. По оценкам Эймори Лавинза, такое массовое производство электричества вскоре могло бы сделать невыгодными все угольные и ядерные электростанции. Действительно, если бы все автомобили США работали на водороде, совокупная мощность их генераторов превысила бы мощность национальной энергосистемы в 5-10 раз. Это позволило бы отказаться от всей той нефти, которую продают сегодня страны ОПЕК, и снизить выбросы углекислого газа в США примерно на две трети [89].

Разработав в начале 90-х концепцию гиперавтомобиля, Лавинз собрал в Институте Скалистых гор коллектив инженеров для ее осуществления. В последующие годы эта группа опубликовала множество специальных статей, за которыми в 1996 году последовал объемистый доклад «Гиперавтомобили: материалы, производство и стратегии» [90]. Чтобы способствовать конкуренции производителей автомобилей, авторы доклада опубликовали его открыто и публично ознакомили с его идеями пару десятков ведущих автомобильных компаний. Такая необычная стратегия спровоцировала яростную конкуренцию по всему миру. Первыми гибридные бензиново-электрические автомобили предложили «Тойота» и «Хонда» — пятиместную «тойоту-приус» и двухместную «хонду-инсайт». Аналогичные модели, достигающие топливной эффективности в 72-S0 миль на галлоне [45] Около 3 л топлива на 100 км пути. , прошли испытания и запускаются в производство концернами «Дженерал Моторс», «Форд» и «Даймлер-Крайслер». В Европе уже продается модель «фольксвагена», делающая на галлоне 78 миль, а к 2003 году компания планирует выйти на американский рынок с автомобилем, у которого этот показатель равен 235 [46] 1 литр на 100 км. (!). Восемь ведущих компаний также планируют начать в 2003–2005 году производство автомобилей на топливных элементах [91].