Имеются данные, что урожай заметно снижается даже в том случае, когда объемный вес земли увеличивается всего на 0,01 грамма в кубическом сантиметре.
Считают, что решить проблему можно, только снизив среднее удельное давление колес на почву до 0,15 килограмма на квадратный сантиметр. Пока что сделать это, не использовав гигантских и далеко не всегда удобных шин типа "Голиаф" и им подобных, не удается. Поэтому, например, многие американские фермеры предпочитают "пробивать" на своих полях "постоянные колеи" и двигаться только по ним, не затрагивая остальную землю. Правда, в колее урожай всегда намного ниже, но что делать - все-таки выход...
Работая над увеличением проходимости колесного трактора, конструкторы решили... выпустить воздух из пневмошин. Чем меньше давление внутри их, тем сильнее они сплющиваются. В конце концов из круглого колесо становится эллиптическим, почти совсем как гусеница. Подкачивая воздух на ходу, можно превратить его в "нормальное", делать это можно автоматически, в зависимости от характера дороги. На асфальте трактор с такими опорами ведет себя как обычный колесный, на топком болоте - как гусеничный. Кстати, о болотах:
автомобили и трактора, снабженные гигантскими надувными камерами вместо колес, вполне могут не только ездить, но и плавать; согласитесь, что это уже рекорд проходимости, перекрыть который гусеничному трактору, пожалуй, не удастся.
Впрочем, пока "колесники" изощрялись в придумывании разных некруглых и даже квадратных (есть и такие!) колес, а также новых "галош" для них, "гусеничники" тоже не спали. Не так давно их старания увенчались успехом: в одном из киевских институтов создана вполне работоспособная пневматическая гусеница.
Ее варианты - эластичные пневмозвенья или наполненный воздухом толстый резиновый шланг. Соревнование продолжается: кто первый?
Первым, возможно, будет не колесный и не гусеничный ход. Изобретатели по-прежнему стремятся объять необъятное: до невозможной степени увеличить площадь контакта опорных поверхностей трактора с землей и снизить тем самым давление на нее. "В идеале" эту задачу можно решить двумя путями: либо создать чтото очень близкое настоящей живой гусенице, либо вовсе отказаться от опоры.
Безопорный трактор на воздушной подушке еще не получил официального, всеми признанного названия.
В Польше, например, его окрестили "воздушковец", во Франции "агроплан". Применяют подобные машины и в США, и у нас, и в ряде других стран. Пока только в экспериментальных целях. Но результаты уже вполне солидны. Польский воздушковец, например, на операциях химической защиты растений двигается над полем с недосягаемой для обычных тракторов скоростью - 50 километров в час. Французский агроплан по обычным дорогам едет на обычных колесах; воздушная подушка включается только по необходимости - над болотом, например. В последнем случае агроплан весом в три тонны (вместе с грузом) развивает скорость до 20 километров в час.
Что касается копирования способа движения "настоящей" гусеницы, то здесь пока нечем хвастаться.
Конструкции, рождающиеся на чертежных столах и в экспериментальных цехах заводов, слишком сложны, чтобы конкурировать с традиционным тракторным движителем.
А вот впнтоход, возможно, сможет конкурировать.
Эта машина опирается на четыре цилиндра, имеющие на поверхности спиральные выступы. Комбинируя направление и соотношение скоростей вращения каждою барабана, можно заставить винтоход с равным успехом двигаться вперед и назад, влево и вправо, делать крутые и плавные повороты... Одна из японских фирм выпустила целую серию винтоходов под маркой Доротти. Доротти легко ходит по сплошному песку со скоростью до 20 километров в час, на топком болоте развивает до 5, а на воде - до 7 километров в час.
Примерно таковы же эксплуатационные показатели и у нидерландского винтохода Дельта Боу...
Не так давно около болгарского села Беково нашли колесо, которое было изготовлено здешним умельцем почти 6 тысяч лет тому назад. Это самое старое из всех известных колес.
Слава тебе, мастер из Бекова! По всей вероятности, не ты был первым, кто догадался отрезать кусочек от круглого чурбака и нанизать его на палку - ось.
Но несомненно: ты одно из важнейших звеньев, соединяющих нашу колесную эпоху с тем далеким днем, когда это случилось. Трудно представить себе, что бы стало с человечеством, если бы в этот день все было по-другому. Если бы, например, на первом ученом совете прошло предложение заняться усовершенствованием... ходуль. Единственным аргументом против колеса было утверждение, что оно совершенно неестественно.
А ходули - вполне.
По-видимому, следует признать, что современная цивилизация не развилась бы, не будь колеса. Трудно, однако, сказать, как бы выглядели средства передвижения, если бы поверхность нашей планеты была немного более болотистой, гористой или песчаной. Вполне вероятно, что в этом случае пришлось бы ориентироваться не на колесо, а именно на ходули.
Но все же и для Земли, какая она есть, ходули или, точнее, стопоходный механизм - аппарат не такой уж бесполезный.
В 1878 году на Всемирной выставке в Париже большим успехом пользовалось шагающее устройство знаменитого русского механика П. Чебышева. У этого механизма было четыре ноги, которые передвигались попарно, подобно конечностям любого четвероногого.
Об этом и других устройствах вспомнили в середине текущего века в связи с освоением космоса. И можете быть уверены: окажись на Луне пыли так много, как думали вначале, луноход стал бы на ноги, а не на колеса. Впрочем, и для Земли стопоходы очень нужны.
Например, для работы на горных склонах или для движения по сильно пересеченной местности без дорог.
Проектов стопоходов очень много, и то обстоятельство, что ни один из них пока не вышел в серию, еще ни о чем не говорит. Машины еще будут ходить на собственных ногах!
- Здоровья земле от такого топтания, судя по рассказанному, не прибавится! Впрочем, трактор, помоему, рожден все-таки ползать, а не шагать или летать. Если специалисты думают иначе, то не решают ли они древнюю неблагодарную задачу конструирования из мухи слона?
- И наоборот: из слона мухи. Что поделаешь, трактор непременно должен быть и мухой, чтобы поле не испортить, и слоном, чтобы пахать его глубже.
- Научите его еще бегать быстрее страуса!
Если вновь вспомнить о "родственниках" трактора и автомобиля, то следует признать, что они были такими же разными, как и эти самоходные устройства.
Для перевозки почты и людей, лихих кавалерийских а гак и прочих скоростных потребностей всегда применяли легких и неутомимых в беге лошадей. Вспомните хотя бы арабскую породу, орловских рысаков. А вот для перевозки тяжестей и нелегких крестьянских работ требовались другие, более тяжелые, крупные, выносливые, но и, естественно, медлительные лошади-тяжеловесы, а также волы, буйволы. Галопом по полям никто из них не скакал. Поэтому и трактор галопировать не может.
Ведь он не просто отталкивается от земли, как автомобиль, но еще и цепляется за нее многочисленными рабочими органами многочисленных сельскохозяйственных машин. Ему куда труднее, чем автомобилю, развить высокую скорость: слишком уж тяжелы "пассажиры".
И все же во второй половине текущего столетия вопрос о повышении скорости работы машинно-тракторных агрегатов встал во весь рост. И не просто потому, что борьба за скорость - знамение века. Рост производительности при возрастании скорости движения по полю давно очевиден всем. Правда, достичь этого роста можно и путем увеличения захвата машин. Но чем больше последний, тем грузней и неповоротливей сам агрегат.
С ростом скорости улучшается и качество работы, ведь большинство сельскохозяйственных операций должно проводиться в очень сжатые сроки: земля может "перестояться", запоздай с обработкой на день-два, колос осыпаться, вредители - уничтожить весь урожай.
К. Маркс писал, что самым важным фактором в земледелии является фактор времени.
Теперь всем ясно: скоростной трактор нужен. И первые такие машины уже появились. Они позволяют вести скоростную пахоту и посев, опрыскивание полей и уборку урожая. И тем не менее "настоящий" скоростной трактор дело будущего. Не все просто в этой проблеме. Чтобы решить ее, следует перебрать весь трактор, как говорится, с головы до ног...
Как известно, мощность равняется произведению силы на скорость. Поэтому двигатель определенной мощности может развить тем большее тяговое усилие, чем меньше скорость движения, и наоборот. Вспомните: двигаясь в своей автомашине на подъем, шофер переключает скорость на более низкую передачу и, напротив, на ровной дороге снова берется за рукоятку: здесь можно двигаться быстрее. На хорошей дороге да еще при одностороннем движении водителю автомашины вовсе не нужно маневрировать скоростями.
Тяговое усилие, которое должен развивать трактор, зависит не только от рельефа местности и качества дороги, как у автомобиля, но и множества других факторов. Например, при вспашке сопротивление почвы дробящему действию плуга изменяется на одном и том же поле в десятки раз: в одном месте почва плотнее, глинистее, в другом - рыхлее, пористей, там плуг срезал кочку, а здесь - прошел над углублением. Сопротивление движению жатки тоже зависит от массы случайных факторов: густоты и длины стеблей, степени их одревеснелости и т. д. и т. п.
Итак, сопротивление движению агрегата, которым управляет тракторист, меняется непрерывно. Означает ли это, что он должен непрерывно переключать скорость? В принципе - да. Ведь мощность-то двигателя всегда постоянна. Так что если сопротивление (а значит, и тяга) переменно, то, чтобы произведение силы на скорость оставалось таким же постоянным, следует маневрировать скоростью так же часто, как часто меняется сопротивление. Если этого не делать, то двигатель оудет либо недогружен, либо перегружен. И то и другое плохо, поскольку приводит к перерасходу горючего, снижению тягового коэффициента полезного действия трактора, ухудшению качества работы (большим потерям зерна, например, при работе самоходного комбайна).
Если, однако, неукоснительно соблюдать указанное правило и непрерывно поддерживать работу двигателя в оптимальном режиме, то тракторист должен будет ежесекундно переключать скорости. На другие занятия его уже не хватит.
Из всего сказанного совершенно очевидно, что трактор, в особенности скоростной, следует оборудовать как можно более многоступенчатой автоматической коробкой передач. В идеале она должна быть бесступенчатой, то есть способной регулировать скорость движения агрегата не рывками, а плавно. Механическая система передачи движения от двигателя к колесам для этого мало подходяща, и в последнее время все большее внимание уделяется гидравлическим и электрическим трансмиссиям.
Гидропривод трактора уже завоевал себе место под солнцем, однако широкое распространение его пока сдерживается повышенной стоимостью и пониженным КПД. Что касается электропривода, то он еще только в начале пути, как и электротрактор.
Но даже если согласиться с тем, что будущее - за электро- и гидромоторами, встроенными в ходовые колеса трактора и все основные рабочие органы агрегатирующихся с ним машин, если считать, что проблема трансмиссии скоростного трактора вполне разрешима, то существует другое препятствие на пути создания новых скоростных тракторов. Это препятствие сам человек.
Условия работы тракториста более сложны и тяжелы, чем условия труда шофера, машиниста или даже пилота. На рабочем месте куда более шумно, чем в кабине реактивного самолета, тракторист испытывает значительно большие вибрации, чем водитель в салоне автомашины, к тому же и дышит не всегда чистым воздухом. Последнее, пожалуй, особенно обидно: ведь поле не современный город.
В 1973 году объединение сельскохозяйственных инженеров ФРГ произвело специальное исследование условий работы трактористов. В результате оказалось, что некурящие сельские жители, овладевшие этой профессией, поглощают куда большее количество канцерогенных и прочих вредных веществ, чем курящие городкие водители такси.
XIX век, как известно, был веком пара; здесь нет разночтений. А вот незакончившийся еще XX успел побывать и "веком электричества", и "эпохой атома", и "космическим столетием" - всем, чем угодно, вплоть до "века ядохимикатов". Что поделаешь: технический прогресс спрессовывает время, и век умещается в десятилетии...
Много веков поместилось в нашем столетии! И все же, пожалуй, единственно всеобъемлющим названием его должно быть: "век двигателей внутреннего сгорания". Вряд ли даже один-единственный "человекодень" современного цивилизованного мира может обойтись без хотя бы одной встречи с этим универсальным устройством...
Все блага цивилизации имеют свою оборотную сторону. Истину эту человек постиг уже давно и тем охотнее исповедует ее, чем больше благ накапливает. Сейчас-то мы уже твердо знаем, что в "веке двигателей внутреннего сгорания" есть и свои негативные стороны.
Все познается опытом (чаще горьким): в 1899 году "Журнал новейших открытий и изобретений" призвал "из гигиенических соображений" как можно скорее "вытеснить конное движение по улицам больших городов и ввести механические экипажи". Первым пророкам механических двигателей лошадь казалась устройством, абсолютно не отвечающим санитарным нормам цивилизации. А на сегодняшний день двигатели внутреннего сгорания прочно удерживают первенство в ряду других гениальных изобретений человечества, интенсивно отравляющих его. Их удельный вес в общем балансе ядовитых выбросов в атмосферу превышает 60 процентов.
В Соединенных Штатах Америки одна фирма "Дженерал моторе" ответственна за 35 процентов загрязнения воздушной среды!
Уже совершенно ючно подсчитано, когда именно задохнется автомеханизнрованное человечество. По мнению специалистов, это случится между 2000 и 2050 годом, когда концентрация ядовитых газов из выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания перевалит через некий "порог"... Можно сколько угодно улыбаться по поводу такого прогноза, но цифры есть цифры: в течение своего среднегодового пробега один средний транспортный двигатель съедает 4350 килограммов кислорода (это в десятки раз больше того, что нужно одному человеку), взамен чего снабжает воздух "букетом", состоящим из 3250 килограммов углекислого газа, 530 килограммов окиси углерода, 93 килограммов ядовитых углеводородов, 27 килограммов окислов азота плюс некоторое количество всякой "мелочи". Таким образом, двигатель внутреннего сгорания вносит свою посильную лепту в дело "преобразования" человеком природы, в результате чего во многих крупных городах мира появляются "станции чистого воздуха", малогабаритные, удобные в обращении противогазы и многочисленные инструкции... В одной из них, например, мадридские городские власти рекомендуют своим подопечным на улицах "дышать исключительно носом", а также "воздерживаться от разговоров и физических упражнений".
Концентрация двигателей в сельском хозяйстве куда меньше, чем в городе и промышленности. Но это на единицу площади. Что же касается "абсолютного вклада)
в процесс загрязнения среды, то здесь сельскохозяйственные двигатели нисколько не отстают от городских собратьев. Не случайно в США запатентован способ получения водного раствора аммония путем переработка выхлопных газов тракторного дизеля. Раствор этот может добавляться в воду для орошения, как удобрение.
И заодно ликвидирует загрязнение почвы продуктами выхлопных газов, которое, по авторитетному мнению японских ученых К. Минами и К. Араки, растет с угрожающей быстротой. Способ, предложенный американцами, дорогой, но хоть как-то приближает к осуществлению голубую мечту современности создание "чистого двигателя"!
К концу текущего столетия воспоминания о первом древнейшем "двигателе внешнего сгорания", каким был обычный костер, становятся особенно сладкими. Мечта о вполне "естественном" органическом топливе подкрепляется к тому же энергетическим кризисом. Стало ясно, что при существующем росте расхода нефти ее едва ли хватит больше чем на 50-100 лет. И уж, во всяком случае, начиная с 2000 года потребление ее просто обязано пойти на убыль.
Эти прогнозы послужили причиной разработки различных необычных проектов восполнения дефицита горючего. Например, путем переключения части сельскохозяйственного производства на выращивание "топливных" древесных растений. Естественно, что, если бы это случилось, возврат к паровому двигателю был бы просто неминуем: чем же и топить его, как не дровами?!
Последнее время над паровыми тракторами усиленно работают во многих странах. В результате достигнуто немало: резко снижены время "разведения паров", вес на единицу мощности и т. п. Остались, однако, самые существенные недостатки парового двигателя: низкая экономичность, большой вес и расход топлива. Конечно, паровик более "всеяден", и топливо для пего стоит дешевле. Совсем не обязательно сжигать в котле бензин или солярку. Очень неплохим топливом может оказаться ядерное горючее, сжиженный природный газ, древесина и вообще - что угодно. И наконец, вода.
Став менее взрывоопасным, современный паровик стал требовать и меньше воды для заправки. Оказалось даже, что он и вовсе мог бы обойтись без воды...
В недавнее время японская фирма "Датсун" начала работу над двигателем Уоллеса - Минто. Он подобен паровой машине, однако не работает на паре. Энергия производится посредством нагревания жидкого фторуглеродного соединения - фреона. При повышении температуры он превращается в газ с высоким давлением и приводит в движение поршни. Затем газ переходит в конденсационную камеру и после сжижения вновь возвращается в небольшой контейнер и нагревается. При работе двигателя выделяется очень незначительное количество вредных газов.
Двигатель У. Минто использует уже очень давно известное устройство Р. Стерлинга. Над его усовершенствованием и использованием в деле модернизации "древнего паровика" работают сейчас все ведущиетракторо- и автомобилестроительные фирмы и конструкторские бюро. Многие из них непоколебимо уверены, что именно двигателю Р. Стерлинга, изобретенному более 150 лет назад, и принадлежит будущее. Главное основание для этого заключения - всеядность: двигатель может работать с любым источником тепла, включая солнечную энергию. Помимо этого, стирлинг более легок, чем дизель, при несколько большей, чем у него, тепловой эффективности. Его сторонники утверждают, что изобретатель дизеля - великий Дизель -- потому и утопился в море, что предвидел близкое поражение своего детища.
Есть, однако, и еще один вариант "чистого двигателя".
Родило его... отчаяние. Не первый и не последний случай, когда изобретение было сделано вследствие крайности, экстремальности условий, в которых работал изобретатель...
Случилось это в 1942 году в осажденном Ленинграде. Чтобы город продолжал жить и бороться, ему, кроме мужества и героизма, нужны были пища и энергия.
А поскольку традиционных источников той и другой недоставало, приходилось искать их заменители. Вот тогдато воентехник службы ПВО Б. Шелищ и предложил заменить в автомобильных и танковых двигателях бензин...
водородом. Правда, последнего тоже было немного, но все же он был. Добывали его из... отработанных аэростатов, преграждавших фашистским самолетам дорогу в ленинградское небо...
Что водород горюч, знали к тому времени уже 224 го:
да. Не случайно первооткрыватель Б. Кавендиш назвал его "горючим воздухом"! Свою дорогу к славе водород начал 1 декабря 1783 года, когда десятки тысяч парижан имели возможность насладиться зрелищем полета первого наполненного им воздушного шара. Ж. Шарль, профессор консерватории искусств и ремесел, пробыл в его корзине три часа, после чего благополучно вернулся на землю, осыпаемый цветами и аплодисментами. Впрочем, этим дело и кончилось; в течение ста с лишним лет водороду так и не удалось "выбиться в люди", а 6 мая 1937 года на его "летной карьере" был поставлен крест.
Именно в этот день после трехсуточного полета через Атлантический океан над Нью-Йорком сгорел гигантский дирижабль "Гинденбур!". Виной была обычная электрическая искра, взорвавшая смесь наполнявшего его водорода с воздухом.
Не мудрено поэтому, что, когда всего через пять лет Б. Шелищ выступил со своим предложением, опасений было достаточно. И вероятно, только фронтовая отчаянная обстановка обусловила спокойствие экспериментаторов: "Ну, взорвемся, ну, машину взорвем... ну и что?!"
Никто не взорвался. Автомобильный двигатель в процессе испытаний проработал несколько часов - и ничего. Потом водородом "заправили" автомобиль, и постепенно о "дополнительном риске" езды на нем забыли все. А спустя тридцать лет многие специалисты стали доказывать, что именно самому легкому веществу на Земле удастся решить одну из самых тяжелых проблем...
Сейчас конструкций "водородных двигателей" очень много. Все они похожи на обычные бензиновые, но легче их и миниатюрнее при той же мощности. Главное же - их выхлопные газы безвредны: ведь основной продукт сгорания водорода - обычная вода. Единственный вредный побочный продукт сгорания окись азота, но ее в 10 раз меньше, чем у самого лучшего современного двигателя.
Решена в принципе и проблема взрывобезопасности.
Осталось решить еще одну: где взять водород? Точнее, как добыть: ведь источником его может быть обычная вода - и морская и пресная. Ее на Земле пока хватает - миллиард кубических километров! Стоимость полученного из нее водорода еще высока, но ведь, помимо всего сказанного, следует учесть и то, что, сжигая нефтепродукты, по словам академика Н. Семенова, мы "бездумно расходуем запасы ценнейшего сырья, которое понадобится будущимпоколениям людей для обеспечения производства химических препаратов, органических материалов, моющих средств" и, добавим, синтетических пищевых Продуктов. Нефть, а также уголь, природный газ, древесина - все это в относительно недалеком будущем из энергетического сырья превратится в более ценное техническое и пищевое сырье, использование которого позволит человечеству сделать новый ш"аг вперед.
- Получается так: от лошади мы отказались потому, что она отнимала у нас овсяную кашу, а от трактора откажемся из-за того, что он съедает наше нефтяное пюре?!
- Ничего удивительного: сейчас производство нефтепродуктов удваивается каждые 20 лет. Примерно то же самое можно сказать и об их стоимости. При таких темпах, если учесть, что они покрывают 40 процентов мировой потребности в энергии...
- А остальное?
- Уголь, газ и древесина - 53, атомная и гидроэнергия - 6, топливо животного происхождения - 1 процент.
- Простите, а это... последнее... что?
Высушенный на солнце навоз домашних животных и птиц - один из древнейших строительных и топливных материалов. Если исходить из приведенных цифр, то сегодня его роль в энергетике вовсе ничтожна. Однако утверждать так было бы ошибкой. Оценки специалистов очень сильно разнятся, но все они сходятся в том, что значительно больше половины человечества продолжает пользоваться кизяком все в тех же целях.
В такой стране, как Турция, он до сих пор покрывает 26 процентов потребности в энергии!
Здесь нет ничего странного. Теплотворная способность коровьего навоза вполне удовлетворительная.
В пересчете на другие виды топлива получается, что одна "средняя буренка" способна произвести 262 литра бензина или 525 килограммов каменного угля. Расчеты показывают, что в зависимости от совершенства методов получения топлива из экскрементов животных и человека оно может покрыть до 30 процентов современной мировой потребности в энергии и стать, таким образом, одним из основных ее источников. Тем более что в отличие от других видов топлива, это - по природе своей - неисчерпаемо, так как количество его растет пропорционально росту числа людей и их домашних животных.
"Микробиологический мотор" изобрел русский инженер А. Мельников в 90-х годах прошлого столетия. Вот в чем состояла его идея...
В отсутствие кислорода (в специальных емкостях) и при температуре 32-35 градусов происходит сбраживание осадка сточных вод или навоза. Брожение навоза осуществляется в две фазы под действием специфических бактерий и выделяемых ими ферментов. Вначале происходит расщепление сложных органических веществ (белков, жиров, углеводов), содержащихся в упомянутом осадке, на более простые соединения с образованием органических кислот жирного ряда (муравьиной, уксусной, масляной и других), затем - их разрушение с образованием углекислоты и метана.
Биогаз, полученный в результате сбраживания навоза, состоит из углекислоты и метана, который, как известно, горит неплохо: его теплотворная способность лишь в 1,5-2 раза ниже теплотворной способности нефти и угля. Причем последние загрязняют среду, а биогаз - нет. Кроме того, из метана можно "достать" водород - топливо будущего...
Биогазовые двигатели в начале пути, но не исключено, что в скором времени заправочные станции для тракторов и автомобилей начнут строить в... коровниках. Во всяком случае, недавно французские инженеры создали технологию и двигатель, работающий на "бензине" из смеси навоза, сухой ботвы, соломы, стеблей кукурузы и других отходов. В США разработали установку, перерабатывающую стоки животноводческих ферм в горючий этилен и брикеты древесного угля. В Токийском технологическом институте создали "биоэлементы"", конечным продуктом которых является электрический ток. Ведутся аналогичные работы и в Советском Союзе.
Считают, что решить проблему можно, только снизив среднее удельное давление колес на почву до 0,15 килограмма на квадратный сантиметр. Пока что сделать это, не использовав гигантских и далеко не всегда удобных шин типа "Голиаф" и им подобных, не удается. Поэтому, например, многие американские фермеры предпочитают "пробивать" на своих полях "постоянные колеи" и двигаться только по ним, не затрагивая остальную землю. Правда, в колее урожай всегда намного ниже, но что делать - все-таки выход...
Работая над увеличением проходимости колесного трактора, конструкторы решили... выпустить воздух из пневмошин. Чем меньше давление внутри их, тем сильнее они сплющиваются. В конце концов из круглого колесо становится эллиптическим, почти совсем как гусеница. Подкачивая воздух на ходу, можно превратить его в "нормальное", делать это можно автоматически, в зависимости от характера дороги. На асфальте трактор с такими опорами ведет себя как обычный колесный, на топком болоте - как гусеничный. Кстати, о болотах:
автомобили и трактора, снабженные гигантскими надувными камерами вместо колес, вполне могут не только ездить, но и плавать; согласитесь, что это уже рекорд проходимости, перекрыть который гусеничному трактору, пожалуй, не удастся.
Впрочем, пока "колесники" изощрялись в придумывании разных некруглых и даже квадратных (есть и такие!) колес, а также новых "галош" для них, "гусеничники" тоже не спали. Не так давно их старания увенчались успехом: в одном из киевских институтов создана вполне работоспособная пневматическая гусеница.
Ее варианты - эластичные пневмозвенья или наполненный воздухом толстый резиновый шланг. Соревнование продолжается: кто первый?
Первым, возможно, будет не колесный и не гусеничный ход. Изобретатели по-прежнему стремятся объять необъятное: до невозможной степени увеличить площадь контакта опорных поверхностей трактора с землей и снизить тем самым давление на нее. "В идеале" эту задачу можно решить двумя путями: либо создать чтото очень близкое настоящей живой гусенице, либо вовсе отказаться от опоры.
Безопорный трактор на воздушной подушке еще не получил официального, всеми признанного названия.
В Польше, например, его окрестили "воздушковец", во Франции "агроплан". Применяют подобные машины и в США, и у нас, и в ряде других стран. Пока только в экспериментальных целях. Но результаты уже вполне солидны. Польский воздушковец, например, на операциях химической защиты растений двигается над полем с недосягаемой для обычных тракторов скоростью - 50 километров в час. Французский агроплан по обычным дорогам едет на обычных колесах; воздушная подушка включается только по необходимости - над болотом, например. В последнем случае агроплан весом в три тонны (вместе с грузом) развивает скорость до 20 километров в час.
Что касается копирования способа движения "настоящей" гусеницы, то здесь пока нечем хвастаться.
Конструкции, рождающиеся на чертежных столах и в экспериментальных цехах заводов, слишком сложны, чтобы конкурировать с традиционным тракторным движителем.
А вот впнтоход, возможно, сможет конкурировать.
Эта машина опирается на четыре цилиндра, имеющие на поверхности спиральные выступы. Комбинируя направление и соотношение скоростей вращения каждою барабана, можно заставить винтоход с равным успехом двигаться вперед и назад, влево и вправо, делать крутые и плавные повороты... Одна из японских фирм выпустила целую серию винтоходов под маркой Доротти. Доротти легко ходит по сплошному песку со скоростью до 20 километров в час, на топком болоте развивает до 5, а на воде - до 7 километров в час.
Примерно таковы же эксплуатационные показатели и у нидерландского винтохода Дельта Боу...
Не так давно около болгарского села Беково нашли колесо, которое было изготовлено здешним умельцем почти 6 тысяч лет тому назад. Это самое старое из всех известных колес.
Слава тебе, мастер из Бекова! По всей вероятности, не ты был первым, кто догадался отрезать кусочек от круглого чурбака и нанизать его на палку - ось.
Но несомненно: ты одно из важнейших звеньев, соединяющих нашу колесную эпоху с тем далеким днем, когда это случилось. Трудно представить себе, что бы стало с человечеством, если бы в этот день все было по-другому. Если бы, например, на первом ученом совете прошло предложение заняться усовершенствованием... ходуль. Единственным аргументом против колеса было утверждение, что оно совершенно неестественно.
А ходули - вполне.
По-видимому, следует признать, что современная цивилизация не развилась бы, не будь колеса. Трудно, однако, сказать, как бы выглядели средства передвижения, если бы поверхность нашей планеты была немного более болотистой, гористой или песчаной. Вполне вероятно, что в этом случае пришлось бы ориентироваться не на колесо, а именно на ходули.
Но все же и для Земли, какая она есть, ходули или, точнее, стопоходный механизм - аппарат не такой уж бесполезный.
В 1878 году на Всемирной выставке в Париже большим успехом пользовалось шагающее устройство знаменитого русского механика П. Чебышева. У этого механизма было четыре ноги, которые передвигались попарно, подобно конечностям любого четвероногого.
Об этом и других устройствах вспомнили в середине текущего века в связи с освоением космоса. И можете быть уверены: окажись на Луне пыли так много, как думали вначале, луноход стал бы на ноги, а не на колеса. Впрочем, и для Земли стопоходы очень нужны.
Например, для работы на горных склонах или для движения по сильно пересеченной местности без дорог.
Проектов стопоходов очень много, и то обстоятельство, что ни один из них пока не вышел в серию, еще ни о чем не говорит. Машины еще будут ходить на собственных ногах!
- Здоровья земле от такого топтания, судя по рассказанному, не прибавится! Впрочем, трактор, помоему, рожден все-таки ползать, а не шагать или летать. Если специалисты думают иначе, то не решают ли они древнюю неблагодарную задачу конструирования из мухи слона?
- И наоборот: из слона мухи. Что поделаешь, трактор непременно должен быть и мухой, чтобы поле не испортить, и слоном, чтобы пахать его глубже.
- Научите его еще бегать быстрее страуса!
Если вновь вспомнить о "родственниках" трактора и автомобиля, то следует признать, что они были такими же разными, как и эти самоходные устройства.
Для перевозки почты и людей, лихих кавалерийских а гак и прочих скоростных потребностей всегда применяли легких и неутомимых в беге лошадей. Вспомните хотя бы арабскую породу, орловских рысаков. А вот для перевозки тяжестей и нелегких крестьянских работ требовались другие, более тяжелые, крупные, выносливые, но и, естественно, медлительные лошади-тяжеловесы, а также волы, буйволы. Галопом по полям никто из них не скакал. Поэтому и трактор галопировать не может.
Ведь он не просто отталкивается от земли, как автомобиль, но еще и цепляется за нее многочисленными рабочими органами многочисленных сельскохозяйственных машин. Ему куда труднее, чем автомобилю, развить высокую скорость: слишком уж тяжелы "пассажиры".
И все же во второй половине текущего столетия вопрос о повышении скорости работы машинно-тракторных агрегатов встал во весь рост. И не просто потому, что борьба за скорость - знамение века. Рост производительности при возрастании скорости движения по полю давно очевиден всем. Правда, достичь этого роста можно и путем увеличения захвата машин. Но чем больше последний, тем грузней и неповоротливей сам агрегат.
С ростом скорости улучшается и качество работы, ведь большинство сельскохозяйственных операций должно проводиться в очень сжатые сроки: земля может "перестояться", запоздай с обработкой на день-два, колос осыпаться, вредители - уничтожить весь урожай.
К. Маркс писал, что самым важным фактором в земледелии является фактор времени.
Теперь всем ясно: скоростной трактор нужен. И первые такие машины уже появились. Они позволяют вести скоростную пахоту и посев, опрыскивание полей и уборку урожая. И тем не менее "настоящий" скоростной трактор дело будущего. Не все просто в этой проблеме. Чтобы решить ее, следует перебрать весь трактор, как говорится, с головы до ног...
Как известно, мощность равняется произведению силы на скорость. Поэтому двигатель определенной мощности может развить тем большее тяговое усилие, чем меньше скорость движения, и наоборот. Вспомните: двигаясь в своей автомашине на подъем, шофер переключает скорость на более низкую передачу и, напротив, на ровной дороге снова берется за рукоятку: здесь можно двигаться быстрее. На хорошей дороге да еще при одностороннем движении водителю автомашины вовсе не нужно маневрировать скоростями.
Тяговое усилие, которое должен развивать трактор, зависит не только от рельефа местности и качества дороги, как у автомобиля, но и множества других факторов. Например, при вспашке сопротивление почвы дробящему действию плуга изменяется на одном и том же поле в десятки раз: в одном месте почва плотнее, глинистее, в другом - рыхлее, пористей, там плуг срезал кочку, а здесь - прошел над углублением. Сопротивление движению жатки тоже зависит от массы случайных факторов: густоты и длины стеблей, степени их одревеснелости и т. д. и т. п.
Итак, сопротивление движению агрегата, которым управляет тракторист, меняется непрерывно. Означает ли это, что он должен непрерывно переключать скорость? В принципе - да. Ведь мощность-то двигателя всегда постоянна. Так что если сопротивление (а значит, и тяга) переменно, то, чтобы произведение силы на скорость оставалось таким же постоянным, следует маневрировать скоростью так же часто, как часто меняется сопротивление. Если этого не делать, то двигатель оудет либо недогружен, либо перегружен. И то и другое плохо, поскольку приводит к перерасходу горючего, снижению тягового коэффициента полезного действия трактора, ухудшению качества работы (большим потерям зерна, например, при работе самоходного комбайна).
Если, однако, неукоснительно соблюдать указанное правило и непрерывно поддерживать работу двигателя в оптимальном режиме, то тракторист должен будет ежесекундно переключать скорости. На другие занятия его уже не хватит.
Из всего сказанного совершенно очевидно, что трактор, в особенности скоростной, следует оборудовать как можно более многоступенчатой автоматической коробкой передач. В идеале она должна быть бесступенчатой, то есть способной регулировать скорость движения агрегата не рывками, а плавно. Механическая система передачи движения от двигателя к колесам для этого мало подходяща, и в последнее время все большее внимание уделяется гидравлическим и электрическим трансмиссиям.
Гидропривод трактора уже завоевал себе место под солнцем, однако широкое распространение его пока сдерживается повышенной стоимостью и пониженным КПД. Что касается электропривода, то он еще только в начале пути, как и электротрактор.
Но даже если согласиться с тем, что будущее - за электро- и гидромоторами, встроенными в ходовые колеса трактора и все основные рабочие органы агрегатирующихся с ним машин, если считать, что проблема трансмиссии скоростного трактора вполне разрешима, то существует другое препятствие на пути создания новых скоростных тракторов. Это препятствие сам человек.
Условия работы тракториста более сложны и тяжелы, чем условия труда шофера, машиниста или даже пилота. На рабочем месте куда более шумно, чем в кабине реактивного самолета, тракторист испытывает значительно большие вибрации, чем водитель в салоне автомашины, к тому же и дышит не всегда чистым воздухом. Последнее, пожалуй, особенно обидно: ведь поле не современный город.
В 1973 году объединение сельскохозяйственных инженеров ФРГ произвело специальное исследование условий работы трактористов. В результате оказалось, что некурящие сельские жители, овладевшие этой профессией, поглощают куда большее количество канцерогенных и прочих вредных веществ, чем курящие городкие водители такси.
XIX век, как известно, был веком пара; здесь нет разночтений. А вот незакончившийся еще XX успел побывать и "веком электричества", и "эпохой атома", и "космическим столетием" - всем, чем угодно, вплоть до "века ядохимикатов". Что поделаешь: технический прогресс спрессовывает время, и век умещается в десятилетии...
Много веков поместилось в нашем столетии! И все же, пожалуй, единственно всеобъемлющим названием его должно быть: "век двигателей внутреннего сгорания". Вряд ли даже один-единственный "человекодень" современного цивилизованного мира может обойтись без хотя бы одной встречи с этим универсальным устройством...
Все блага цивилизации имеют свою оборотную сторону. Истину эту человек постиг уже давно и тем охотнее исповедует ее, чем больше благ накапливает. Сейчас-то мы уже твердо знаем, что в "веке двигателей внутреннего сгорания" есть и свои негативные стороны.
Все познается опытом (чаще горьким): в 1899 году "Журнал новейших открытий и изобретений" призвал "из гигиенических соображений" как можно скорее "вытеснить конное движение по улицам больших городов и ввести механические экипажи". Первым пророкам механических двигателей лошадь казалась устройством, абсолютно не отвечающим санитарным нормам цивилизации. А на сегодняшний день двигатели внутреннего сгорания прочно удерживают первенство в ряду других гениальных изобретений человечества, интенсивно отравляющих его. Их удельный вес в общем балансе ядовитых выбросов в атмосферу превышает 60 процентов.
В Соединенных Штатах Америки одна фирма "Дженерал моторе" ответственна за 35 процентов загрязнения воздушной среды!
Уже совершенно ючно подсчитано, когда именно задохнется автомеханизнрованное человечество. По мнению специалистов, это случится между 2000 и 2050 годом, когда концентрация ядовитых газов из выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания перевалит через некий "порог"... Можно сколько угодно улыбаться по поводу такого прогноза, но цифры есть цифры: в течение своего среднегодового пробега один средний транспортный двигатель съедает 4350 килограммов кислорода (это в десятки раз больше того, что нужно одному человеку), взамен чего снабжает воздух "букетом", состоящим из 3250 килограммов углекислого газа, 530 килограммов окиси углерода, 93 килограммов ядовитых углеводородов, 27 килограммов окислов азота плюс некоторое количество всякой "мелочи". Таким образом, двигатель внутреннего сгорания вносит свою посильную лепту в дело "преобразования" человеком природы, в результате чего во многих крупных городах мира появляются "станции чистого воздуха", малогабаритные, удобные в обращении противогазы и многочисленные инструкции... В одной из них, например, мадридские городские власти рекомендуют своим подопечным на улицах "дышать исключительно носом", а также "воздерживаться от разговоров и физических упражнений".
Концентрация двигателей в сельском хозяйстве куда меньше, чем в городе и промышленности. Но это на единицу площади. Что же касается "абсолютного вклада)
в процесс загрязнения среды, то здесь сельскохозяйственные двигатели нисколько не отстают от городских собратьев. Не случайно в США запатентован способ получения водного раствора аммония путем переработка выхлопных газов тракторного дизеля. Раствор этот может добавляться в воду для орошения, как удобрение.
И заодно ликвидирует загрязнение почвы продуктами выхлопных газов, которое, по авторитетному мнению японских ученых К. Минами и К. Араки, растет с угрожающей быстротой. Способ, предложенный американцами, дорогой, но хоть как-то приближает к осуществлению голубую мечту современности создание "чистого двигателя"!
К концу текущего столетия воспоминания о первом древнейшем "двигателе внешнего сгорания", каким был обычный костер, становятся особенно сладкими. Мечта о вполне "естественном" органическом топливе подкрепляется к тому же энергетическим кризисом. Стало ясно, что при существующем росте расхода нефти ее едва ли хватит больше чем на 50-100 лет. И уж, во всяком случае, начиная с 2000 года потребление ее просто обязано пойти на убыль.
Эти прогнозы послужили причиной разработки различных необычных проектов восполнения дефицита горючего. Например, путем переключения части сельскохозяйственного производства на выращивание "топливных" древесных растений. Естественно, что, если бы это случилось, возврат к паровому двигателю был бы просто неминуем: чем же и топить его, как не дровами?!
Последнее время над паровыми тракторами усиленно работают во многих странах. В результате достигнуто немало: резко снижены время "разведения паров", вес на единицу мощности и т. п. Остались, однако, самые существенные недостатки парового двигателя: низкая экономичность, большой вес и расход топлива. Конечно, паровик более "всеяден", и топливо для пего стоит дешевле. Совсем не обязательно сжигать в котле бензин или солярку. Очень неплохим топливом может оказаться ядерное горючее, сжиженный природный газ, древесина и вообще - что угодно. И наконец, вода.
Став менее взрывоопасным, современный паровик стал требовать и меньше воды для заправки. Оказалось даже, что он и вовсе мог бы обойтись без воды...
В недавнее время японская фирма "Датсун" начала работу над двигателем Уоллеса - Минто. Он подобен паровой машине, однако не работает на паре. Энергия производится посредством нагревания жидкого фторуглеродного соединения - фреона. При повышении температуры он превращается в газ с высоким давлением и приводит в движение поршни. Затем газ переходит в конденсационную камеру и после сжижения вновь возвращается в небольшой контейнер и нагревается. При работе двигателя выделяется очень незначительное количество вредных газов.
Двигатель У. Минто использует уже очень давно известное устройство Р. Стерлинга. Над его усовершенствованием и использованием в деле модернизации "древнего паровика" работают сейчас все ведущиетракторо- и автомобилестроительные фирмы и конструкторские бюро. Многие из них непоколебимо уверены, что именно двигателю Р. Стерлинга, изобретенному более 150 лет назад, и принадлежит будущее. Главное основание для этого заключения - всеядность: двигатель может работать с любым источником тепла, включая солнечную энергию. Помимо этого, стирлинг более легок, чем дизель, при несколько большей, чем у него, тепловой эффективности. Его сторонники утверждают, что изобретатель дизеля - великий Дизель -- потому и утопился в море, что предвидел близкое поражение своего детища.
Есть, однако, и еще один вариант "чистого двигателя".
Родило его... отчаяние. Не первый и не последний случай, когда изобретение было сделано вследствие крайности, экстремальности условий, в которых работал изобретатель...
Случилось это в 1942 году в осажденном Ленинграде. Чтобы город продолжал жить и бороться, ему, кроме мужества и героизма, нужны были пища и энергия.
А поскольку традиционных источников той и другой недоставало, приходилось искать их заменители. Вот тогдато воентехник службы ПВО Б. Шелищ и предложил заменить в автомобильных и танковых двигателях бензин...
водородом. Правда, последнего тоже было немного, но все же он был. Добывали его из... отработанных аэростатов, преграждавших фашистским самолетам дорогу в ленинградское небо...
Что водород горюч, знали к тому времени уже 224 го:
да. Не случайно первооткрыватель Б. Кавендиш назвал его "горючим воздухом"! Свою дорогу к славе водород начал 1 декабря 1783 года, когда десятки тысяч парижан имели возможность насладиться зрелищем полета первого наполненного им воздушного шара. Ж. Шарль, профессор консерватории искусств и ремесел, пробыл в его корзине три часа, после чего благополучно вернулся на землю, осыпаемый цветами и аплодисментами. Впрочем, этим дело и кончилось; в течение ста с лишним лет водороду так и не удалось "выбиться в люди", а 6 мая 1937 года на его "летной карьере" был поставлен крест.
Именно в этот день после трехсуточного полета через Атлантический океан над Нью-Йорком сгорел гигантский дирижабль "Гинденбур!". Виной была обычная электрическая искра, взорвавшая смесь наполнявшего его водорода с воздухом.
Не мудрено поэтому, что, когда всего через пять лет Б. Шелищ выступил со своим предложением, опасений было достаточно. И вероятно, только фронтовая отчаянная обстановка обусловила спокойствие экспериментаторов: "Ну, взорвемся, ну, машину взорвем... ну и что?!"
Никто не взорвался. Автомобильный двигатель в процессе испытаний проработал несколько часов - и ничего. Потом водородом "заправили" автомобиль, и постепенно о "дополнительном риске" езды на нем забыли все. А спустя тридцать лет многие специалисты стали доказывать, что именно самому легкому веществу на Земле удастся решить одну из самых тяжелых проблем...
Сейчас конструкций "водородных двигателей" очень много. Все они похожи на обычные бензиновые, но легче их и миниатюрнее при той же мощности. Главное же - их выхлопные газы безвредны: ведь основной продукт сгорания водорода - обычная вода. Единственный вредный побочный продукт сгорания окись азота, но ее в 10 раз меньше, чем у самого лучшего современного двигателя.
Решена в принципе и проблема взрывобезопасности.
Осталось решить еще одну: где взять водород? Точнее, как добыть: ведь источником его может быть обычная вода - и морская и пресная. Ее на Земле пока хватает - миллиард кубических километров! Стоимость полученного из нее водорода еще высока, но ведь, помимо всего сказанного, следует учесть и то, что, сжигая нефтепродукты, по словам академика Н. Семенова, мы "бездумно расходуем запасы ценнейшего сырья, которое понадобится будущимпоколениям людей для обеспечения производства химических препаратов, органических материалов, моющих средств" и, добавим, синтетических пищевых Продуктов. Нефть, а также уголь, природный газ, древесина - все это в относительно недалеком будущем из энергетического сырья превратится в более ценное техническое и пищевое сырье, использование которого позволит человечеству сделать новый ш"аг вперед.
- Получается так: от лошади мы отказались потому, что она отнимала у нас овсяную кашу, а от трактора откажемся из-за того, что он съедает наше нефтяное пюре?!
- Ничего удивительного: сейчас производство нефтепродуктов удваивается каждые 20 лет. Примерно то же самое можно сказать и об их стоимости. При таких темпах, если учесть, что они покрывают 40 процентов мировой потребности в энергии...
- А остальное?
- Уголь, газ и древесина - 53, атомная и гидроэнергия - 6, топливо животного происхождения - 1 процент.
- Простите, а это... последнее... что?
Высушенный на солнце навоз домашних животных и птиц - один из древнейших строительных и топливных материалов. Если исходить из приведенных цифр, то сегодня его роль в энергетике вовсе ничтожна. Однако утверждать так было бы ошибкой. Оценки специалистов очень сильно разнятся, но все они сходятся в том, что значительно больше половины человечества продолжает пользоваться кизяком все в тех же целях.
В такой стране, как Турция, он до сих пор покрывает 26 процентов потребности в энергии!
Здесь нет ничего странного. Теплотворная способность коровьего навоза вполне удовлетворительная.
В пересчете на другие виды топлива получается, что одна "средняя буренка" способна произвести 262 литра бензина или 525 килограммов каменного угля. Расчеты показывают, что в зависимости от совершенства методов получения топлива из экскрементов животных и человека оно может покрыть до 30 процентов современной мировой потребности в энергии и стать, таким образом, одним из основных ее источников. Тем более что в отличие от других видов топлива, это - по природе своей - неисчерпаемо, так как количество его растет пропорционально росту числа людей и их домашних животных.
"Микробиологический мотор" изобрел русский инженер А. Мельников в 90-х годах прошлого столетия. Вот в чем состояла его идея...
В отсутствие кислорода (в специальных емкостях) и при температуре 32-35 градусов происходит сбраживание осадка сточных вод или навоза. Брожение навоза осуществляется в две фазы под действием специфических бактерий и выделяемых ими ферментов. Вначале происходит расщепление сложных органических веществ (белков, жиров, углеводов), содержащихся в упомянутом осадке, на более простые соединения с образованием органических кислот жирного ряда (муравьиной, уксусной, масляной и других), затем - их разрушение с образованием углекислоты и метана.
Биогаз, полученный в результате сбраживания навоза, состоит из углекислоты и метана, который, как известно, горит неплохо: его теплотворная способность лишь в 1,5-2 раза ниже теплотворной способности нефти и угля. Причем последние загрязняют среду, а биогаз - нет. Кроме того, из метана можно "достать" водород - топливо будущего...
Биогазовые двигатели в начале пути, но не исключено, что в скором времени заправочные станции для тракторов и автомобилей начнут строить в... коровниках. Во всяком случае, недавно французские инженеры создали технологию и двигатель, работающий на "бензине" из смеси навоза, сухой ботвы, соломы, стеблей кукурузы и других отходов. В США разработали установку, перерабатывающую стоки животноводческих ферм в горючий этилен и брикеты древесного угля. В Токийском технологическом институте создали "биоэлементы"", конечным продуктом которых является электрический ток. Ведутся аналогичные работы и в Советском Союзе.