Страница 23 из 46
Но вновь слепые, стихийные силы вмешались в судьбу топливного элемента. Началась война. Исследования (с таким блестящим стартом) были свернуты.
Примерно в те же годы, перед войной (хотя и в несколько ином плане), подобными работами в СССР успешно занимался еще один наш соотечественник — О. Давтян. В энергетическом институте исследования велись под руководством академика Г. Кржижановского.
Один из недостатков созданного Гровом водородно-кислородного топливного элемента состоит в том, что он работает на чистом водороде, который слишком дорог. (Дорог и кислород: предпочтительнее элемент, работающий на воздухе.) Заманчивее было бы использовать дешевые газообразные топлива, в первую очередь генераторный газ (газ, получаемый путем газификации твердого топлива). Такую установку для электрохимического сжигания горючего газа и построил О. Давтян.
Уже после войны, в 1947 году, эти работы были со
браны О. Давтяном и опубликованы в первой, посвя
щенной топливному элементу, монографии, она называлась «Проблема непосредственного превращения химической энергии топлива в электрическую». Книга вызвала за рубежом большой интерес. Так, трудами советских ученых началась новая эра в развитии топливных элементов.
Вера движет горами, как известно. В злоключениях топливного элемента бывало всякое — насмешки критиков (крохотные токи), рекламные моменты, истовость изобретательского пыла и многое другое. Не было, кажется, только несокрушимой, все отметающей, все преодолевающей веры, веры в успех этого научно-изобретательского мероприятия. Пришло и это. В лице английского инженера Фрэнсиса Томаса Бэкона (родился в 1905 г.), создателя первого, уже реально работающего образца топливного элемента. «Мне хочется еще раз подчеркнуть, — сказал он недавно, — что не логические рассуждения, а убежденность в правоте идеи топливного элемента руководила мной все эти годы...»
В 1959 году Бэкон сконструировал и построил целую батарею из 40 топливных элементов общей мощностью в 6 киловатт (КПД 80 процентов).
Итак, (через 120 лет после открытия Грова) был создан работающий топливный элемент. Батарея Бэкона могла приводить в действие электрокар, циркульную пилу и сварочный аппарат.
Почти одновременно, в октябре 1959 года, в США представителям печати и общественности был продемонстрирован двадцатисильный электротрактор на топливных элементах (американцы давно уже закупили патент Бэкона), спроектированный и построенный фирмой «Аллис-Чалмерс».
Все говорило за то, что топливные элементы вышли из стадии лабораторных исследований. Но где и как их использовать? и можно ли? и стоит ли?
Транспорт? Да, батареи Бэкона было достаточно, чтобы привести в движение небольшой автомобиль. По своим размерам батарея была примерно такой же, как и автомобильный двигатель (76х38х30 см).
Однако общий вес установки, вместе с баллонами газа и вспомогательным оборудованием (автоматика, удаление воды — продукта реакции, поддержание стабильной температуры), необходимым для управления работой батареи, составлял около 300 килограммов, для ее размещения потребовался бы грузовик. Таким образом, общее соотношение мощности к весу у детища Бэкона оказалось все же слишком низким, чтобы его можно было, скажем, использовать на транспорте.
Может быть, энергетика? На стационарные генераторы, предназначенные для электрических станций, не налагается жестких (земля все выдержит!) требований в отношении веса и компактности. Но поскольку они должны вырабатывать много энергии, в них должно использоваться доступное, дешевое (например, горючие газы) топливо. А батарея Бэкона эффективно работала только на водороде, степень чистоты которого равнялась 99,5 процента! А столь чистый водород и стоит крайне дорого, и производство его ограничено (тогда еще о водородной энергетике и слыхом не слыхали).
Металлы-катализаторы, используемые в элементе Бэкона, были крайне чувствительны к малейшим загрязнениям как топлива (водород), так и окислителя (кислород). Примеси выводили их из строя. А ведь в идеале (вспомним Оствальда) грезилось, что топливные элементы будут способны работать на кислороде воздуха (без разделения газов) и на неочищенных углеродистых газах (скажем, на пропане — газообразном углеводороде, который можно получить, например, при переработке углей). Лучшим катализатором здесь, видно, была бы платина (мы помним, что еще электроды элемента Грова были собраны из чистой платины). Но затраты большого количества (массовое производство!) дорогостоящей, дефицитной платины низвели бы топливный элемент опять на уровень лабораторной игрушки.
Вот и получился замкнутый круг. И выхода, казалось бы, не было никакого. Практическое использование топливного элемента вновь откладывалось на неопределенный срок.
С Земли на Луну
Оставив за собой гигантский огненный хвост, космический корабль устремился ввысь... Вот отделяется ракета-носитель... и космонавты берут курс на цель (Марс? Венеру?)...
Представим теперь себе, читатель, что мы находимся в кабине космического корабля. Первое бы, что нам бросилось в глаза, — это, видимо, мягко светящийся главный пульт управления: светло-серая приборная доска, полумесяцем огибающая всю кабину. Со множеством различных переключателей, датчиков, счетчиков, циферблатов, шкал, индикаторов и других приборов... Даже стены космической каюты усеяны сотнями разных переключателей и кнопок.
Сложное хозяйство у космонавтов! Необходимо собирать и передавать на Землю разнообразные данные. Должны быть на борту также устройства, поддерживающие в кабине тепло и уют (хотя снаружи температура может колебаться от плюс 120 до минус 150 градусов Цельсия). И все это множество приборов — питание радиоприемного и радиопередающего оборудования, приборы для научных исследований и контроля параметров самого корабля, бортовая ЭВМ и так далее — требует электроэнергии.
Где ее взять? Какой тип бортового источника энергии выбрать? Непростые вопросы! Элементарные оценки показывают: чем длительнее полет, тем (если ориентироваться, скажем, на обыкновенное химическое топливо) больший запас «горючего» должны брать с собою космонавты. Для полета к Марсу бортовые источники электрического питания (БИЭП) потребовали бы 200 тонн ракетного топлива!
Когда 4 октября 1957 года был запущен первый советский спутник, более 38 процентов его общего веса составили химические источники тока. И все же этих запасов хватило только на три недели.
Для маленьких спутников, весящих сотни граммов, требовались ватты энергии. Космические же корабли — «Восход» и «Аполлон» — с человеком на борту нуждаются в гораздо большем: в десятках киловатт, а обитаемые космические станции будут (и уже!) требовать сотни и тысячи киловатт энергии. Где ее черпать?
И вот получилось так, что всех других конкурентов обошел и стал своеобразным чемпионом топливный элемент! Жалкая пария на земле, он расцвел в космосе. Там его достоинства засверкали яркими красками.
Когда в США встал вопрос о выборе энергоустановки для космических кораблей «Джемини» — они должны были крутиться вокруг Земли в течение двух недель — все решили сравнительно простые оценки. Космический полет требовал двухсот киловатт-часов электроэнергии. Чтобы ее обеспечить, самая совершенная батарея аккумуляторов — серебряно-цинковых — должна была весить 1,5 тонны. Батарея солнечных элементов — 335 килограммов, а вот энергоустановка из водородно-кисло-родных топливных элементов имела расчетный вес лишь 225 килограммов. Эти цифры (в космосе каждый килограмм на учете) и склонили чашу весов в пользу топливных элементов.
Конечно, топливные элементы имели в космосе и другие преимущества: играл роль не только их малый вес. В отличие от солнечных батарей они вырабатывают электроэнергию в любое время суток, независимо от освещенности. Топливные элементы компактны, могут иметь любую геометрическую конфигурацию в соответствии с требованиями космического аппарата. Они нечувствительны к ударам, вибрации, радиации, вакууму, невесомости, выдерживают кратковременные перегрузки до 100 процентов номинальной мощности, не имеют вредных выбросов (вселенная космической кабины очень мала: ее нельзя загрязнять!), бесшумны, не дают радиопомех и излучений, действуют при температурах, близких к комнатной...