Николай Вершинский - Загадки океана

Одним из главных ограничений в радиусе действия ПОА является недостаточный запас энергии в электрических аккумуляторах ПОА. Извлекая растворенный водород из гидротерм на месте выполнения работ, ПОА смогут значительно увеличить свои энергетические ресурсы. И не только их.

Избыток энергии на борту ПОА позволит существенно улучшить автономность аппаратов по запасам кислорода и условиям обитания экипажа. Для решения всех этих вопросов необходима новая техника, достойная приближающегося XXI в.

Чтобы извлечь из океанской воды растворенный в ней газ, ее придется прокачивать через деаэратор. Так называется особый прибор для извлечения растворенных газов из воды. Впервые с необходимостью создания такого прибора столкнулся французский ученый Жорж Клод в своих экспериментах над теплоэнергетической установкой открытого цикла. Это было в первой трети заканчивающегося столетия. Тогда ему не удалось решить эту задачу.

В последние годы в этом направлении работают американские ученые в связи с разработкой той же открытой системы преобразования тепловой энергии океана. В их задачу входит удаление из воды всех растворенных газов. В нашем случае задача осложняется тем, что требуется освоить выделение из воды водорода и отдельно от него кислорода. Последний необходим для сжигания топлива и дыхания экипажа.

Кислорода в водах Мирового океана растворено в среднем значительно больше, чем водорода. Но есть еще и другие газы, в том числе много углекислоты. Чтобы смогла успешно развиваться подводная энергетика, необходимо создать такие деаэраторы, которые обеспечат раздельное выделение различных газов из воды.

Человечество еще только подходит к широкому применению водорода на Земле. Бактерии нас явно опередили. Многие ученые считают: водород — топливо будущего. Для такого суждения имеются достаточно веские основания.

Кроме высокой энергоемкости, т. е. высокой теплотворной способности, применение водорода в качестве топлива обеспечивает экологическую чистоту окружающей среды. В цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, работающих на водороде, процесс горения идет по тому же уравнению, что и в теле бактерии. Поэтому вместо ядовитых выхлопных газов образуются пары воды, не загрязняющие атмосферу.

Сообщалось, что из‑за высокой температуры вспышки в цилиндрах водородных двигателей внутреннего сгорания все‑таки образуются еще некоторые побочные вещества типа окислов азота. Но они практически не образуются при работе на водороде двигателей внешнего сгорания. Речь идет о двигателе Стирлинга.

Он был изобретен шотландцем Робертом Стирлингом в 1816 г. Но широкого распространения не получил из‑за низкого коэффициента полезного действия (кпд) — всего около 3 %. В наше время этот двигатель переживает свое второе рождение. Его кпд доведен теперь до 40–42 %, как у лучших дизельных двигателей. Благодаря исключительной простоте своего устройства двигатели Стирлинга могут длительно работать без технического обслуживания. Несколько лет работы без профилактики и ремонта. Это очень важное качество, особенно в морском деле.

Мальчишкой, задолго до начала Великой Отечественной войны, я часто ходил в магазин «Природа» на Кузнецком мосту в Москве. Там качал воздух в многочисленные аквариумы странный двигатель. Стоя на прилавке, он работал в течение многих лет. Непрерывно, бесшумно крутились два маховичка, вращая насос. А в действие его приводил огонек маленькой спиртовки или керосинки, которая ставилась внизу, под двигателем. Спустя много времени, уже после окончания войны, я узнал, что это был двигатель Стирлинга. Но после войны двигателя в магазине не стало. Журнал «Изобретатель и рационализатор» несколько лет назад сообщил о разработке подобного двигателя мощностью в 1 кВт на заводе-ВТУЗе им. И. А. Лихачева.

В двигателях внешнего сгорания нет клапанов, нет толкателей, нет распределительных валов. Словом, нет никаких деталей механизма распределения. Нет и устройств для впрыска топлива, т. е. форсунок, насосов и деталей их привода. Нет системы зажигания. Двигатель работает плавно и бесшумно, без толчков и вибраций. Топливо сгорает почти полностью. Содержание вредных веществ в отходящих газах не выше, чем у хорошо отрегулированной кухонной газовой плиты. Можно обойтись и вообще без топлива, если применить для нагрева цилиндра солнечное тепло или горячие струи гидротерм.

Этот удивительный двигатель может работать в космосе и под водой. Последнее свойство особенно важно в нашем случае. Сообщения говорят о том, что подводная лодка с двигателем Стирлинга не нуждается ни в электрических аккумуляторах, ни в атомных реакторах.

Работу двигателя в погруженном состоянии предлагается обеспечить сжиганием метанола или дизельного топлива в искусственной атмосфере из отработанного газа с добавкой 20 % кислорода. Как сообщается, в этом случае происходит почти полное преобразование топлива в водяной пар и двуокись углерода. При охлаждении смесь газов конденсируется в насыщенную углекислотой воду и в сильно разбавленном состоянии может откачиваться в морскую воду без образования пузырей.

Еще одна важная особенность двигателя Стирлинга — он легко переводится в режим компрессора-холодильника. Именно в таком режиме его часто применяют на искусственных спутниках Земли для охлаждения приемников инфракрасного излучения. Приемники эти хорошо работают лишь при температурах, близких к абсолютному нулю.

При исследованиях с помощью ПОА глубинных полей гидротерм наличие на борту достаточно мощного холодильника также будет весьма полезно для экипажа. Иллюминаторы ПОА из пластмасс являются одним из наиболее легкоуязвимых элементов конструкции. Но их можно заменить на иллюминаторы из кварцевого стекла. Оно не боится повышенного нагрева и гораздо прочнее. А для обеспечения безопасности экипажа от перегрева при работе в районе горячих гидротерм необходим достаточно мощный кондиционер, способный хотя бы временно задержать чрезмерный нагрев кабины с экипажем. Машина Стирлинга подходит для решения этой задачи.

Двигатель Стирлинга должен получить заслуженное место в современном мире, озабоченном восстановлением чистоты окружающей среды. Широкое внедрение водородной технологии связано с успешным решением многих вопросов. К числу их относится не только нахождение наиболее дешевых способов получения водорода, но также и разработка наиболее удобных способов его транспортировки и хранения в баках различных передвижных средств, к числу которых относятся не только ПОА, но также и многочисленные другие, например автомобили. Здесь имеется широкий круг интересных вопросов.