Большая советская техническая энциклопедия что такое мотор

Большая советская техническая энциклопедия что такое мотор

Энциклопедия «Космонавтика»
под редакцией В.П. Глушко
(Москва,»Советская Энциклопедия», 1985)

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, электроракетный двигатель (ЭРД) — ракетный двигатель, в котором в качестве источника энергии для создания тяги используется электрическая энергия бортовой энергоустановки КА (обычно СБ или аккумуляторные батареи). По принципу действия ЭРД подразделяются на электротермические ракетные двигатели , электростатические ракетные двигатели и электромагнитные ракетные двигатели. В электротермическом РД электрическая энергия применяется для нагрева рабочего тела (РТ) с целью обращения его в газ с температурой 1000—5000 К; газ, истекая из реактивного сопла (аналогичного соплу химического РД), создаёт тягу. В электростатическом РД, например ионном, вначале производится ионизация РТ, после чего положительные ионы ускоряются в электростатическом поле (при помощи системы электродов) и, истекая из сопла, создают тягу (для нейтрализации заряда реактивной струи в неё инжектируются электроны). В электромагнитном РД (плазменном) РТ является плазма любого вещества, ускоряемая за счёт силы Ампера в скрещённых электрическом и магнитном полях. На базе указанных основных типов (классов) ЭРД возможно создание различ промежуточных и комбинированных вариантов, в наибольшей степени отвечающих конкретным условиям применения. Кроме того, некоторые ЭРД при изменении режима электропитания могут “переходить” из одного класса в другой.

ЭРД имеет исключительно высокий удельный импульс — до 100 км/с и более. Однако большой потребный расход энергии (1—100 кВт/Н тяги) и малое отношение тяги к площади поперечного сечения реактивной струи (не более 100 кН/м 2 ) ограничивают максимальную целесообразную тягу ЭРД несколькими десятками Н. Для ЭРД характерны размеры ~ 0,1 м и масса порядка нескольких кг.

Рабочие тела ЭРД определяются сущностью процессов, протекающих в различных типах этих двигателей, и отличаются большим разнообразием: это низкомолекулярные или легко диссоциирующие газы и жидкости (в электротермических РД); щелочные или тяжёлые, легко испаряющиеся металлы, а также органические жидкости (в электростатических РД); различные газы и твёрдые вещества (в электромагнитных РД). Обычно бак с РТ совмещается конструктивно с ЭРД в едином двигательном блоке (модуле). Разделение источника энергии и РТ способствует весьма точному регулированию тяги ЭРД в широких пределах при сохранении высокого значения удельного импульса. Многие ЭРД способны работать сотни и тысячи часов при многократном включении. Некоторые ЭРД, являющиеся по своему принципу импульсными РД, допускают десятки млн. включений. Экономичность и совершенство рабочего процесса ЭРД характеризуются значениями коэффициента полезного действия и цены тяги, размеры ЭРД — значением плотности тяги.

Важной характеристикой ЭРД являются параметры электропитания. В связи с тем, что для большинства существующих и перспективных бортовых энергоустановок характерно генерирование постоянного тока сравнительно низкого напряжения (единицы — десятки В) и большой силы (до сотен и тысяч А), проще всего вопрос электропитания решается в электротермических РД, являющихся преимущественно низковольтными и сильноточными. Эти РД могут питаться также от источника переменного тока. Наибольшие трудности с электропитанием возникают при использовании электростатических РД, для работы которых необходим постоянный ток высокого (до 30—50 кВ) напряжения, хотя и малой силы. В этом случае необходимо предусматривать преобразующие устройства, которые значительно увеличивают массу ДУ. Наличие в ДУ рабочих элементов, связанных с электропитанием ЭРД, и малое значение тяги ЭРД определяют чрезвычайно низкую тяговооружённость КА с этими двигателями. Поэтому ЭРД имеет смысл применять только в КА после достижения 1-й космической скорости с помощью химического или ядерного РД (кроме того, некоторые ЭРД вообще могут работать лишь в условиях космического вакуума).

Идея использования электрической энергии для получения реактивной тяги обсуждалась ещё К.Э. Циолковским и др. пионерами космонавтики. В 1916—17 г. Годдард подтвердил опытами реальность этой идеи. В 1929—33 В.П. Глушко создал экспериментальный электротермический РД. Затем в связи с отсутствием средств доставки ЭРД в космос и проблематичностью создания источников электропитания с приемлемыми параметрами разработки ЭРД были прекращены. Они возобновились в конце 50-х — начале 60-х гг. и были стимулированы успехами космонавтики и физики высокотемпературной плазмы (развитой в связи с проблемой управляемого термоядерного синтеза). К началу 80-х гг. в СССР и США испытано около 50 различных конструкций ЭРД в составе КА и высотных атмосферных зондов. В 1964 испытаны впервые в полёте электромагнитные (СССР) и электростатические (США) РД, в 1965 — электротермические РД (США). ЭРД использовались для управления положением и коррекций орбит КА, для перевода КА на другие орбиты. Значительные успехи в создании ЭРД достигнуты в Великобритании, ФРГ, Франции, Японии, Италии. Проектные исследования показали целесообразность применения ЭРД в реактивных системах управления КА, рассчитанных на длительную работу (несколько лет), а также в качестве маршевых двигателей КА, совершающих сложные околоземные орбитальные переходы и межпланетные перелёты. Использование для указанных целей ЭРД вместо химических РД позволит увеличить относительную массу полезного груза КА, а в некоторых случаях сократить сроки полёта или сэкономить средства.

В связи с малым ускорением, сообщаемым КА электрическими двигателями, маршевые ДУ с ЭРД должны работать непрерывно в течение нескольких месяцев (например, при переходе КА с низкой орбиты на геосинхронную) или несколько лет (при межпланетных полётах). В США исследовалась, например, маршевая ДУ с несколькими ионными ЭРД тягой по 135 мН и удельным импульсом ~ 30 км/с, питаемыми от солнечной энергетической установки. В зависимости от числа ЭРД и запаса РТ (ртуть) ДУ могла бы обеспечить полёт КА к кометам и астероидам, вывод КА на орбиты Меркурия, Венеры, Сатурна, Юпитера, посылку КА, способного доставить на Землю марсианский грунт, посылку исследовательских зондов в атмосферы внешних планет и их спутников, вывод КА на околосолнечные орбиты вне плоскости эклиптики и т. д. В частности, ДУ в варианте с 6 ЭРД и запасом РТ в 530 кг смогла бы обеспечить пролёт около кометы Энке — Баклунда полезного груза массой 410 кг (включая 60 кг научной аппаратуры).

Исследуются также ДУ с ЭРД, питаемыми от ядерных энергетических установок. Использование этих установок, параметры которых не зависят от внешних условий, представляется целесообразным при электрической мощности КА свыше 100 кВт. Указанные ДУ могут обеспечить манёвры транспортных кораблей вблизи Земли, а также полёты между Землёй и Луной, посылку КА для детального исследования внешних планет, полёты межпланетных пилотируемых КК и т.д. Согласно предварительным проработкам, КА с начальной массой 20—30 т, снабжённый реакторной энергоустановкой мощностью в несколько сотен кВт и небольшим числом импульсных электромагнитных ЭРД с тягой по несколько десятков Н, смог бы в течение 8—9 лет исследовать детально систему Юпитера, доставив на Землю образцы грунта его спутников. Достижение высоких расчётных характеристик ДУ для такого КА требует, однако, решения многих проблем.

Разработка ЭРД способствует решению теоретических вопросов и созданию специальных материалов, технологических процессов, элементов и устройств, имеющих большое значение для развития промышленных технологических процессов, электротехники, электроники, лазерной техники, термоядерной физики, газодинамики, а также космических, химических и медицинских исследований.

В.И. Прищепа, В.Н. Хазов.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, плазменный ракетный двигатель — электрический ракетный двигатель, создающий тягу за счёт разгона в электромагнитном поле рабочего тела (РТ), превращённого в плазму. Э. р. д. состоит из двух основных элементов: источника (генератора) плазмы и ускоряющей системы, которые в большинстве случаев конструктивно совмещены. Обычно плазму получают путём термической ионизации РТ при пропускании его через зону горения электрической дуги (дугового разряда). Содержание ионов в газе быстро возрастает с повышением температуры и понижением давления. В Э. р. д. эти параметры обычно составляют 5—50 тыс. К и 1 кПа — 1 МПа соответственно. Разгон плазмы обеспечивается силой Ампера, возникающей в результате взаимодействия протекающего по плазме электрического тока с магнитным полем. Ток в плазме создаётся либо с помощью введённых в неё электродов, либо индуцируется в ней переменным во времени магнитным полем; в свою очередь, магнитное поле может накладываться на плазму извне (ЭРД с внешним магнитным полем) либо индуцироваться пропускаемым через неё током (ЭРД с собственным магнитным полем). Хотя плазма обладает значительным запасом тепловой энергии, последняя, однако, не вносит заметного вклада в разгон РТ. Иногда к плазменным РД относят дуговые электротермические ракетные двигатели, что необоснованно ввиду малого содержания плазмы в них и отсутствия электромагнитного механизма ускорения.

По режиму работы различают стационарные и импульсные Э. р. д. Основной разновидностью стационарных Э. р. д., которые могут работать непрерывно, являются МГД (т.е. магнитогидродинамические, или магнитогазодинамические)-двигатели, которые по принципу действия обратны МГД-генераторам электрической энергии. В МГД-двигателях разгон плазмы производится обычно в прямоугольном канале, две противоположные стенки которого являются электродами (катодом и анодом), а две другие — электроизоляторами. Между электродами создаётся электрическое поле, под влиянием которого внутри плазмы возбуждается электрический ток. Одновременно внешняя магнитная система, полюса которой находятся со стороны электроизоляторов, создаёт в ускорительном канале магнитное поле, ориентированное перпендикулярно электрическому; поэтому такие РД называют ещё двигателями с взаимно перпендикулярными, или скрещёнными электрическим и магнитным полями. Возникающая в плазме ускоряющая сила направлена вдоль канала согласно известному в электротехнике правилу “левой руки”. Ускорительный канал может иметь постоянное сечение, но чаще он несколько расширяется по длине наподобие реактивного сопла, что позволяет осуществить дополнительно газодинамический разгон РТ. Достижение требуемого ресурса МГД-двигателей является трудной задачей ввиду больших тепловых нагрузок на стенки канала. Последние изготовляются из жаростойких материалов (электродные — преимущественно из вольфрама, электроизоляционные — из керамики) и охлаждаются регенеративным, транспирационным и другими способами. С целью снижения эрозии стенок в качестве РТ используют химически инертный аргон (имеющий к тому же невысокий потенциал ионизации).

Конструктивно прост коаксиальный МГД-двигатель (коаксиальный ускоритель), содержащий концентрически расположенные, разделённые изоляционной проставкой катод и анод, между которыми возбуждается электрический разряд. Ток, протекающий по центральному электроду, создаёт в плазме собственное магнитное поле т.н. азимутальной конфигурации, т.е. круговой направленности в плоскости, перпендикулярной оси ускорителя (по “правилу буравчика”). Взаимодействие этого магнитного поля с радиально направленным током разряда вызывает появление в плазме осевой электромагнитной ускоряющей силы. Последняя становится существенной лишь при силе тока в системе порядка 3 — 5 кА, ввиду чего коаксиальный МГД-двигатель называют также сильноточным плазменным ускорителем. При сравнительно небольших токах этот РД подобен дуговому электротермическому РД, в котором разгон нагретого РТ осуществляется газодинамическими силами в реактивном сопле. Поскольку в коаксиальном МГД-двигателе наибольшее ускорение плазмы происходит в начальной части канала, в зоне центрального электрода (здесь сила Ампера максимальна), эффективным является т.н. торцевой ЭРД, отличающийся малой длиной; аноду обычно придают форму реактивного сопла. Простота конструкции и компактность коаксиальных МГД-двигателей в значительной степени определяют интерес к ним. Однако рабочие токи большой силы осложняют задачу обеспечения длительного ресурса.

Своеобразны холловские ускорители, в которых ускоряющая электромагнитная сила возникает в результате взаимодействия внешнего магнитного поля с т.н. токами Холла — вторичными токами, возникающими в любой токонесущей среде, помещённой в поперечное (по отношению к первичному току) магнитное поле. Эти токи становятся заметными лишь при снижении давления плазмы до 1 — 0,01 Па. РТ в холловских РД, как правило, являются пары щелочного металла. В образовании реактивной тяги большую роль играют ионы; в то же время из-за низкого давления среды мала степень увлечения нейтральных атомов и молекул. Эти особенности холловских РД сближают их с ионными электростатическими ракетными двигателями, по сравнению с которыми их важным преимуществом является большая плотность тяги. По особенностям конструкции, рабочей зоны и рабочего режима различают холловские ускорители с анодным слоем, линейные и торцевые.

Импульсные Э. р. д. работают в режиме кратковременных импульсов длительностью от нескольких мкс до нескольких мс. Варьируя частоту включений РД и длительность импульсов, можно получать любые потребные значения суммарного импульса тяги. ДУ с такими РД содержат накопитель электрической энергии (обычно конденсаторную батарею большой ёмкости) и блок коммутации или систему возбуждения разряда. В импульсных Э. р. д. могут быть получены большие мгновенные значения тяги при сравнительно небольшой средней мощности электропитания и соответственно небольших общих нагрузках на конструкцию, что облегчает задачу достижения длительного ресурса РД. Выбор РТ практически неограничен: могут использоваться любые газы, металлы, твёрдые и жидкие диэлектрики. Наиболее прост коаксиальный импульсный Э. р. д., содержащий два коаксиально расположенных электрода, разделённых электроизоляционной перегородкой, через отверстия в которой подаётся РТ. При разряде конденсатора между электродами возникает ток и образуется сгусток плазмы, на который действует осевая ускоряющая сила (как в сильноточном торцевом РД), выстреливающая его из рабочей зоны (“плазменная пушка”). РД с плоскими электродами называют линейными, шинными, или рельсовыми (“рельсотронами”). При использовании в качестве РТ продуктов электрической эрозии электродов или изоляционной перегородки (обычно фторопластовая) получается т.н. эрозионный РД. Он является по существу развитием электровзрывного РД. В пинчевом импульсном Э. р. д. используется явление самосжатия (пинчевания) собственным магнитным полем сгустков плазмы, образующихся при разряде тока (силой до сотен кА) в газе внутри специальной камеры с соплом, через которое происходит истечение плазмы. В импульсном РД с бегущей волной последовательные сгустки плазмы, предварительно полученные индукционным (высокочастотным) методом (как в индукционном электротермическом РД), разгоняются внешним бегущим магнитным полем.

Активная разработка Э. р. д. началась с конца 50-х — нач. 60-х гг. в СССР и США, позднее — в Великобритании, ФРГ, Франции, Японии, Италии. В 1964 в системе ориентации советских КА “Зонд-2” в течение 70 мин функционировали 6 эрозионных импульсных РД, работавших на фторопласте; получаемые плазменные сгустки имели температуру ~ 30 000 К и истекали со скоростью до 16 км/с (конденсаторная батарея имела ёмкость 100 мкф, рабочее напряжение составляло ~ 1 кВ). В США подобные испытания проводились в 1968 на КА “ЛЭС-6”. В 1961 пинчевый импульсный РД американской фирмы “Рипаблик авиэйшен” (Republic Aviation) развил на стенде тягу 45 мН при удельном импульсе 10—70 км/с. В 1971 в системе коррекции советского ИСЗ “Метеор” работали два торцевых холловских РД, каждый из которых при мощности электропитания ~ 0,5 кВт развивал тягу 18—23 мН и удельный импульс свыше 8 км/с. РД имели размер 108×114×190 мм, массу 32,5 кг и запас РТ (сжатый ксенон) 2,4 кг. Во время одного из включений они проработали непрерывно 140 ч.

В настоящее время основное внимание уделяется разработке сильноточных Э. р. д. на жидкометаллическом РТ (висмут, литий, калий) с электрической мощностью до 1 МВт, способных длительно работать при токах силой до 5—10 кА. Эти РД должны развивать тягу до 20—30 Н и удельный импульс 20—30 км/с при кпд 30% и более. В 1975 подобный РД испытан в СССР на ИСЗ “Космос-728” (РД электрической мощностью 3 кВт, работающий на калии, развил удельный импульс ~ 30 км/с).

В.Н. Хазов.

Схемы электромагнитных РД

а — ускорительный канал МГД-двигателя; б — торцовый коаксиальный МГД-двигатель; в — коаксиальный импульсный РД; г — линейный импульсный РД; д — пинчевый импульсный РД; е — эрозионный импульсный РД.
Е — напряжённость электрического поля; Н, В — напряжённость и индукция магнитного поля; F — ускоряющая электромагнитная сила.
1 — рабочее тело; 2 — электроизоляционная проставка (перегородка); 3 — корпус; 4 — электропитание; 5 — электроды; 6 — сопло; 7 — реактивная плазменная струя (плазменный сгусток); 8 — зона электрической дуги; 9 — конденсаторная батарея; 10 — пружина подачи рабочего тела.

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — электрический ракетный двигатель, создающий тягу за счёт ускорения одноимённо заряженных частиц рабочего тела (РТ) в электростатическом поле. По виду ускоряемых частиц различают ионные и коллоидные РД.

В ионных РД тяга создаётся путём разгона положительных ионов, получаемых отщеплением электронов от атомов РТ. Использованию отрицательных ионов для создания тяги препятствует отсутствие простых методов их получения в достаточном числе, а использование электронов неэффективно ввиду их малой массы (которая в 1840 раз меньше, чем у легчайшего водородного иона). Ионный РД состоит из 3 основных элементов: ионизатора РТ, электростатической ускоряющей системы и нейтрализатора. Наиболее освоен метод получения ионов путём контактной (поверхностной) ионизации, происходящей при соприкосновении паров РТ с нагретой металлической поверхностью. Производительность этого процесса определяется соотношением между значениями потенциала ионизации РТ и работы выхода материала ионизатора. Это соотношение определяет выбор в качестве РТ цезия, калия, рубидия (в первую очередь — цезия), а в качестве материала ионизатора — вольфрама. При нагреве ионизатора несколько выше критической температуры, равной примерно 1200—1500 К, достигается степень ионизации свыше 99% при малых затратах энергии и высокая плотность ионов на единицу поверхности ионизатора, в результате чего обеспечивается в рабочих условиях значение плотности ионного тока порядка 200—300 А/м 2 . Для эффективной работы контактного ионизатора необходимо создать условия, при которых все атомы РТ соприкасались бы с нагретой металлической поверхностью. Из многих исследовавшихся конструкций ионизаторов (в виде наборов тонких — диаметром несколько мкм — проволок, мелких сеток, мелко перфорированных пластин и т.д.) наибольшее распространение получила конструкция в виде единой пористой пластины из спечённого порошка вольфрама. К одной стороне пластины подводится парообразный цезий, а с противоположной стороны, обращённой к ускоряющей системе, происходит собственно ионизация. Типичные пластины спекаются из частиц размером 5—7 мкм, имеют толщину 2—3 мм и сквозные поры 2—3 мкм, число которых достигает 5—10 млн. на 1 см 2 . Пластины могут работать 5—10 тыс. часов, после чего их проницаемость заметно снижается из-за спекания порошка.

Ускоряющая система ионного РД в простейшем случае представляет собой две системы электродов (одна заряжена положительно, другая — отрицательно) с зазором между ними порядка 5 мм, к которым от высоковольтного источника приложена большая разность потенциалов. Обычно положительным электродом является сам ионизатор, так что ионы ускоряются непосредственно после их образования. Для эффективной работы ускоряющей системы необходим глубокий вакуум (не хуже 1—0,1 мПа), исключающий столкновение ускоряемых ионов с атомами остаточного газа. Необходимо также предотвратить попадание на ускоряющие отрицательные электроды разгоняемых ионов, т.к. это приведёт к их бесполезной потере, снижению потенциала ускоряющего электрода (и в результате — к дополнительному расходованию электроэнергии), к возникновению во внешней межэлектродной цепи вредного электрического тока, вызывающего нагрев конструкции; кроме того, столкновение быстро движущихся ионов с неподвижными электродами вызовет эрозию и разрушение электродов. Указанные нежелательные явления устраняются разделением потока ионов на отдельные пучки, формирование которых производится за счёт того, что выходной поверхности ионизатора придаётся мелкоячеистая структура (размеры ячеек — порядка 0,5—1 см 2 ) с разделительными границами из непроницаемого вольфрама, располагаемыми против ускоряющих электродов. На выходе из ячеек могут предусматриваться фокусирующие электроды (находящиеся под тем же электрическим потенциалом, что и сам ионизатор), вызывающие дополнительное обжатие ионных пучков. Часто для улучшения структуры ионного потока (в основном для повышения плотности и однородности) используют трёхэлектродные ускоряющие системы: через 5—10 мм после ускоряющего электрода устанавливается дополнительно замедляющий электрод, подтормаживающий наиболее быстрые ионы. При этом достигается оптимальная скорость ионного пучка, соответствующая минимальной начальной массе ДУ.

При истечении одноимённо заряженных частиц из электрически изолированного и первоначально нейтрального КА на последнем будет происходить накопление заряда противоположного знака, сопровождающееся появлением всё возрастающих электростатических сил притяжения между КА и истекающими частицами, что вскоре приведёт к полному прекращению истечения (эффект “запирания” ионного РД). Во избежание этого с помощью нейтрализатора добиваются, чтобы реактивная струя РД стала электрически нейтральной. Наиболее просто это достигается инжектированием в ионный поток электронов, получаемых термоэмиссионным методом — обычно при нагреве вольфрама до температуры 2000—2500 К (простота получения электронов для электрической нейтрализации реактивной струи — ещё одна причина использования в ионных РД именно положительных ионов). Испускаемые термоэмиттером электроны втягиваются в пучок положительных ионов, и далее реактивная струя представляет собой квазинейтральную плазму. Утечка эмиттированных электронов компенсируется притоком электронов (отщеплённых ранее от РТ при его ионизации) с ионизатора через специальную внешнюю электрическую цепь.

Расход РТ в ионном РД определяется производительностью ионизатора и составляет около 0,01—1 г/с. Точное дозирование столь малых расходов обычными методами невозможно. В ДУ получили распространение испарительные системы подачи, основанные на электроразогреве РТ в баке, с которым непосредственно стыкуется ионизатор РД, до температуры кипения; расход РТ регулируется изменением мощности испарителя. Реализация таких систем облегчается низкими давлениями подачи (обычно не превышающими 1—10 кПа), малыми запасами РТ (не более нескольких десятков кг) и его сравнительно низкой температурой кипения. Точное дозирование очень малых расходов возможно также методом диффузии через полупроницаемые перегородки. Из-за коррозионного воздействия чистого цезия на большинство конструкционных материалов его предпочтительно хранить в составе менее активных соединений, например гидрида цезия, который имеет значительно большую плотность и содержит много цезия, легко выделяющегося при нагреве до 700—800 К.

Ионные РД характеризуются исключительно высокими скоростями реактивной струи, недостижимыми для РД других типов (до 50—100 км/с и более). При этом, однако, в ускоряющей системе необходимо поддерживать высокое ускоряющее напряжение: в созданных РД оно составляет 10—50 кВ. Дальнейшее повышение напряжения ограничено опасностью электрического пробоя в разделяющих электроды изоляционных элементах или непосредственно в рабочем промежутке, что вызвало бы разрушение РД. В сочетании с ограниченной производительностью контактных ионизаторов это лимитирует достижимую плотность тяги ионных РД значением ~ 100 Н/м 2 (обычно этот параметр составляет 10—50 Н/м 2 ). Максимальная тяга ионных РД имеет порядок 0,1 Н. С целью достижения большей тяги применяются обычно модульные ДУ, содержащие до 10 и более РД с общими системами энергоснабжения и подачи РТ. Плотность тяги ионных РД значительно увеличивается при использовании ионов таких тяжёлых веществ, как висмут и ртуть (которая предпочтительна, т.к. является жидкой в широком диапазоне температуры). Ионизация веществ с большой молярной массой контактным методом невозможна из-за большого значения их ионизационного потенциала. Для этой цели используется объёмная ударная ионизация (электронная бомбардировка), при которой электроны отщепляются от атомов испаренного РТ в результате соударения с ними высокоскоростных электронов. Последние получаются термоэмиссионным способом и ускоряются в специальной ионизационной камере. Степень ионизации при объёмном методе меньше, чем при контактном (80—95%). В таких РД ионизатор представляет собой газоразрядную камеру, в которой в результате электрического разряда, создаваемого в парах РТ, образуется плазма (поэтому эти РД называют иногда плазменно-ионными). Ионы плазмы поступают далее в ускоряющую систему, а электроны по внешней электрической цепи — в нейтрализатор.

В коллоидных РД рабочее тело разгоняется в виде положительно заряженных микроскопических, размером в доли мкм (“коллоидных”), частиц (капель, пылинок и т.д.), которые по размерам и массе на 4—6 порядков превышают ионы. Основным рабочим элементом источника таких частиц являются капиллярные трубки подачи РТ, на выходе из которых происходит дробление РТ и зарядка полученных частиц. В качестве РТ в экспериментах с коллоидными РД использовались жидкие легкоплавкие металлы (галлий, цезий, висмут) и соединения, а также органические жидкости; наиболее просто организуется рабочий процесс при использовании раствора йодистого калия в глицерине. Считается, что по плотности тяги коллоидные РД могут превзойти ионные на 2—3 порядка, уступая им по удельному импульсу, который составит 10—50 км/с.

К концу 1970-х гг. завершена разработка научно-технических основ проектирования ионных РД и созданы их экспериментальные образцы с ресурсом в тысячи часов. Лётные испытания ионных РД проводились в СССР по программе “Янтарь” в 1966—70 (РД с газоразрядным ионизатором), в США — в 1964 по программе “СЕРТ-1” (полёт по баллистической траектории), в 1965 по программе “Снапшот” и в 1970 по программе (РД с контактными и газоразрядными ионизаторами). Коллоидные РД находятся в стадии лабораторной разработки. В США испытан такой РД мощностью 50 Вт, развивший на стенде тягу 4,45 мН при удельном импульсе 12,2 км/с (при работе на силиконовом масле) и кпд 50% . Предполагаемый ресурс его работы в космосе около 10 000 ч.

Схемы электростатических РД

а — ионный РД с поверхностной ионизацией; б — ионный РД с объёмной ударной ионизацией; в — коллоидный РД.
1 — рабочее тело; 2 — ионизатор (ионизационная камера); 3 — ускоряющий электрод; 4 — замедляющий электрод; 5 — нейтрализатор; 6 — источник электронов; 7 — соленоид закрутки электронов (для усиления ионизации рабочего тела); 8 — выходная разделительная сетка; 9 — фокусирующий электрод; 10 — электрод дробления и электрической зарядки частиц рабочего тела; 11 — капиллярная трубка.

ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, электронагревный ракетный двигатель — электрический ракетный двигатель, рабочее тело которого нагревается до высокой температуры с помощью электрической дуги, омического нагрева и других методов, а затем полученный газ расширяется в сопле, создавая тягу. По способу нагрева РТ различают омические, электродуговые, индукционные и электровзрывные электротермические РД.

В омических РД (РД электросопротивления) используется конвективный поверхностный нагрев РТ, которое обтекает электрические элементы сопротивления, нагреваемые, в свою очередь, за счёт выделяющейся в них джоулевой теплоты. Нагревательные элементы имеют вид трубок, пластин или стержней, изготовленных из тугоплавких металлов (вольфрам, рений) и сплавов. Омические РД могут работать на любом РТ (включая биоотходы), питаясь практически от любого источника тока (постоянного или переменного). Они просты по устройству, экономичны (кпд достигает 80%), надёжно работают в течение сотен часов, допуская многократное включение и широкое регулирование по тяге. Однако ограниченная жаростойкость твёрдых нагревательных элементов лимитирует нагрев РТ в омических РД 2500—3000 К, что соответствует максимальному удельному импульсу 8500—9000 м/с (при работе на водороде). Омические РД широко разрабатывались в США в 1965—70 и использовались в системах ориентации ИСЗ “АТС”, “ЛЭС” и др. Один из РД фирмы “Авко” (Avco) имел массу 3,2 кг, диаметр 102 мм, длину 280 мм и электрическую мощность 7,5 кВт; две независимые камеры диаметром 32 мм развивали тягу соответственно 0.5 и 0,05 Н. РД фирмы “Марквардт” (Marquardt) при электрической мощности 3 кВт и кпд 79% развивал тягу 0,66 Н и удельный импульс 8400 м/с (РТ — водород).

В электродуговых (дуговых) РД нагрев РТ производится при его прохождении через зону горения электрической дуги, создаваемой между размещаемыми в камере нагрева электродами (часто одним из них является реактивное сопло). Электропитание — от низковольтного сильноточного источника постоянного или переменного тока. РТ может нагреваться до 5000—10 000 К, а удельный импульс РД, работающего на водороде, может достигать 15— 25 км/с. По существу электродуговой РД не отличается от обычного низкотемпературного электродугового плазматрона, но в его РТ содержание плазмы незначительно. При охлаждении РД излучением его кпд сравнительно невелик и не превышает 35—45% (в силу больших потерь теплоты в стенки). Применение регенеративного охлаждения камеры позволяет повысить его до 60—80%. При разработке электродуговых РД основная проблема — это обеспечение работоспособности электродов, поскольку мощное тепловыделение в зоне контакта электрода с дугой приводит к уносу материала электрода в результате эрозии. Для повышения стойкости электродов их интенсивно охлаждают, а для ослабления местного воздействия дуги организуют её вращение (чтобы пятно контакта перемещалось по большей поверхности электрода). Вращение дуги достигается путём внешнего электромагнитного воздействия (снаружи камеры нагрева устанавливается специальная токовая обмотка) или путём гидродинамического воздействия (за счёт направленного потока РТ). В качестве электродного материала обычно применяют вольфрам (иногда с присадками, улучшающими его термоэмиссионные свойства), который обладает высокой стойкостью в водороде вплоть до температуры плавления и способен сохранять работоспособность в течение десятков и даже сотен часов. На КА электродуговые РД не испытывались, т.к. оказались малоэффективными по сравнению с электромагнитными ракетными двигателями.

В индукционных (высокочастотных)РД нагрев РТ производится переменным ВЧ электромагнитным полем, создаваемым индукционной катушкой. При её питании от ВЧ генератора мощностью в несколько кВт в объёме газа образуются сильные вихревые токи, способные разогреть его до 5000—6000 К. При этом отпадает необходимость в электродах, хотя возникает проблема охлаждения конструкционных элементов, подвергающихся воздействию ВЧ поля. Возможность индукционного нагрева газа (в частности, гелия) доказана экспериментами на лабораторных установках. Практическому применению индукционных РД препятствует их малый кпд, большая масса и громоздкость электрогенераторов.

В электровзрывных РД рабочим телом служат твёрдые (в виде проволок диаметром ~ 1 мм) или жидкие (в виде тонких струек) электропроводящие вещества, которые под действием мощных (напряжением 10—20 кВ и силой тока в несколько кА) кратковременных электрических импульсов (создаваемых, например, разрядкой конденсаторных батарей за время ~ 10 нс) разогреваются до десятков и сотен тыс. К: образующиеся пары разлетаются с большой скоростью. При направленном истечении паров через реактивное сопло можно получить мгновенное значение удельного импульса 10—50 км/с. Первый экспериментальный электровзрывной РД был создан в начале 30-х гг. в СССР. Дальнейшее развитие принципа этого РД привело к созданию эрозионных электромагнитных РД.

Схемы электротермических РД

а — омический РД; б — электродуговой РД; в — индукционный РД.
1 — сопло; 2 — рабочее тело; 3 — электропитание; 4 — электроизоляционная проставка; 5 — нагревательный элемент (камера нагрева); 6 — тепловой экран; 7 — корпус; 8 — электроды; 9 — зона электрической дуги; 10 — высокочастотный генератор; 11 — индукционная катушка; 12 — магнитные силовые линии; 13 — охладитель.

Характерные значения некоторых параметров ЭРД

Промышленная автоматизация в СССР в 1960-х – середине 1980-х годов: застой или прорыв?

Как оценить произошедшее в исследуемый период? По количественным и многим качественным параметрам произошел прорыв. В 1960 г. выпуск автоматических и полуавтоматических линий для машиностроения и металлообработки составил 174 комплекта, в 1970- г. – 814, в 1985 г. – 1049. В отчетах ЦСУ автоматические манипуляторы с программным управлением появились в 1975 г., их насчитывалось 100 штук, в 1980 г. – 1,6 тысячи, в 1985 г. – 15,2 тысячи. В 1971 г. промышленность СССР имела 10917 автоматических линий, в 1981г. – 27386, в 1985 г. — 34278 [24. С.77; 25. С.87; 39. С. 73]

Примером комплексной автоматизации являлся Волжский автозавод. На Волжском автозаводе в начале 11-й пятилетки из 16,5 тысяч единиц основного технологического оборудования 12% входило в состав более 300 автоматических линий. Остальное основное оборудование являлось специальным, работавшем в автоматическом или полуавтоматическом режиме. На базе ЭВМ на заводе осуществлялись: оперативное календарное планирование, учет движения материалов и комплектующих изделий, расчеты по труду и заработной плате, цикл системы ремонтообслуживания. Использование ЭВМ на заводе составляло 21,5 часа в сутки, что было в два раза выше, чем в среднем по другим предприятиям области. За годы одиннадцатой пятилетки на ВАЗе было собрано почти 6 тысяч роботов МП-96 и 60 роботов типа «Бетта». В «Бетте» были расширены технические возможности обычных промышленных роботов. [1. С.82-83; 31. С. 182].

Развитие промышленной автоматизации в СССР отразило, с одной стороны, способность государства с плановой экономикой и командно-административной системой управления сосредоточить силы и средства для быстрого развития нового направления в научно-техническом прогрессе, а с другой — его недостатки, тормозившие выход отечественной науки, техники и промышленности на мировой уровень. На рубеже 1950-1960-х гг. в автоматизации производства обозначился ряд проблем. Одна из них – отсутствие координации работы. По свидетельству первого секретаря Куйбышевского обкома КПСС А.С. Мурысева, нередко конструкторы родственных предприятий трудились над решением одних и тех же технических проблем. Например, над проектированием упаковочных автоматов длительное время разрозненно работали конструкторы 4 ГПЗ и завода им. Куйбышева. Другая проблема – слабое участие в проектировании автоматических и автоматизированных линий ученых вузов и НИИ [22. С. 70].

К сожалению, на протяжении исследуемого периода проблемы только нарастали. Например, манипуляторы изготавливались предприятиями разных отраслей: приборостроения, средств автоматизации и систем управления; автомобильной, электронной, радиопромышленности. Каждое ведомство шло своими путями, ограничиваясь силами своих специалистов. Вместо должной кооперации наблюдалось распыление ресурсов. Но предприятия нередко были вынуждены обращаться к собственному изготовлению средств автоматизации. XXV съезд КПСС (1976) поставил задачу организовать производство роботов (манипуляторов с программным управление), позволяющих автоматизировать тяжулые физические и монотонные работы. Государственный план выпуска роботов был значительно перевыполнен, но число заявок предприятий намного превышало количество произведенных манипуляторов. За десятую пятилетку машиностроительные предприятия получили всего 7 тысяч автоматических манипуляторов, что позволило высвободить от тяжелого ручного труда лишь 20 тысяч рабочих [Экономическая газета. 1981. № 11. С. 24].

Рынок промышленной автоматизации и АСУ технологий производства сохранял свою корпоративность, закрытость. Что говорить о взаимоотношениях между ведомствами, если нередко внутри организаций координация была слабой. В качестве примера можно привести ситуацию в Куйбышевском отделении. Государственного научно-исследовательского и проектного института по внедрению вычислительной техники в народное хозяйство. Его заведующий при подведении итогов работы отделения за 1972 г. С.Б. Павлятчик в своем распоряжении отмечал: «Итоги работы отделения в 1972 г говорят о наличии серьезных недостатков в работе отделов, лабораторий и групп. Не налажены вопросы взаимной связи и координации деятельности подразделений, отсутствовали согласованность в принятии принципиальных технических решений и контроль за качеством выполняемых работ. Руководители и разработчики редко обменивались взаимной консультацией. В результате в проектной документации допускался разнохарактерный подход к выбору задач и их постановке [32. Оп. 1-6. Д. 11. Л.1] .

Более 20 министерств занимались проблемой разработки и внедрения роботов в промышленность. В 1981-1983 гг. и в первой половине 1984 г. количество выпущенных роботов превысило в 1,3 раза плановые показатели, но внедрено было всего 55% сделанного [36]. Нередко средства автоматизации встраивали в старую технологию, что снижало эффективность внедрения роботизации, инструментов управления. Высокой являлась и стоимость автоматического оборудования. Приведем два примера.

В 1965 г. предприятия Министерства станкостроительной промышленности и их смежники изготовили 37 станков с ЧПУ, в 1970 г. – 1687, в 1972 г. – более 3 тысяч. Одновременно обнаружился значительный рост стоимости автоматического оборудования, который в ряде случаев шел намного быстрее, чем соответствующее увеличение производительности этого оборудования, а в других – был вызван простым завышением цен. Это осложняло внедрение новой техники. Для предприятий более выгодным оказывался выпуск ранее освоенной продукции. Так, завод «Красный пролетарий» в 1968 г. начал собирать станки с программным управлением, но даже через три года их трудоемкость была выше, чем при сборке серийных станков, выпускавшихся с 1956 г. Аналогичные ситуации наблюдались и на многих других станкостроительных заводах [6. С. 38-39, 86-90]. Что сдерживало увеличение выпуска станков с ЧПУ на станкостроительных заводах? Отсутствие таких комплектующих изделий, как измерительный преобразователь для станков класса точности А и С; устройство цифровой индикации; устройство ЧПУ; комплектные электроприводы на базе высокомоментных электродвигателей, которые не изготавливались отечественной промышленностью и существовали как опытные образцы [1. С. 80].

Второй пример — письмо в Совет министров СССР председателя Всесоюзного совета научно-технических обществ (ВСНТО) академика А.Ю. Ишлинского, в 1985 году, в котором приводились следующие факты: «затраты на роботизацию единицы оборудования составляют порядка 50 тыс. рублей. Это вызывает увеличение годовых эксплуатационных затрат на 10 тыс. рублей, а экономия — не более 4 тыс. рублей. Следовательно, если даже промышленный робот работает надежно и высвобождает человека от некоторых ручных операций, внедрение одного загрузочно-транспортного робота приносит годовые убытки 5-7 тыс. рублей». Зачастую, эти убытки были гораздо выше, так как не были должным образом построены процессы ремонта и технического обслуживания новой техники, а иногда и число работников, дополнительно задействованных для проектирования, изготовления, обслуживания и ремонта оказывалось больше, чем высвобожденных2. [ 33.Л. 75.]. В 1981-1984 гг. было внедрено около 600 промышленных роботов. Затраты на роботизацию составили 10 млн.руб., что повлекло увеличение годовых эксплуатационных затрат (амортизация, ремонт, обслуживание) на сумму около 2 млн.руб., а экономический эффект составил лишь 18 тыс. руб. Затраты на обслуживание роботов были почти втрое выше, чем стоимость самих роботов, при этом обслуживающие механизмы и элементы часто не поставлялись в комплекте с роботом, и предприятиям приходилось самостоятельно проектировать и изготавливать недостающие части в кустарных условиях. Промышленные роботы рассматривались не как действенное средство интенсификации производства, а лишь как некий эквивалентный заменитель человека на ручных работах». В связи с этим «достижением объявляется сам факт замены ручного манипулирования автоматическим независимо от назначения и условий применения промышленных роботов, их быстродействия и надежности в работе, стоимости». Также отмечалось в документе, во многих министерствах «сложилась практика принудительного планирования роботизации «сверху», что «провозглашенные волевым образом по министерству обязательства далее механистически развертываются по предприятиям и объединениям, без анализа конкретных потребностей и возможностей, но со строжайшими санкциями за невыполнение» [33.. Л. 72-73].

Часть руководителей предприятий стали скептически относиться к применению роботов, другие считали необходимым применение роботов, но только по причине нехватки рабочих рук [27. С. 10]. C 1970-х годов, в условиях существовавшей до середины 1980-х гг. благоприятной для СССР сырьевой конъюнктуры мирового рынка и увеличения валютных поступлений, усилилось стремление хозяйственников к закупке импортного оборудования, что, в свою очередь, сокращало стимулы для отечественных заказов.

В данной статье отражена лишь часть проблем истории промышленной автоматизации в СССР. Дальнейшие исследования могут быть связаны с анализом историографии и источниковой базы, с изучением конкретного материала, роли личностного фактора, включая биографии ученых, министров, директоров, главных инженеров предприятий и других персонажей. Рассекречивание материалов по истории ВПК позволит уточнить, насколько была конкурентной промышленная автоматизация в оборонных отраслях.

Литература

1. Абрамов И.А. Курсом эффективности. Куйбышев: Книжное издательство, 1982. – 160 с.
2. Анчишкин А.И. Наука-техника-экономика. М.: Экономика, 1986. – 196 с.
3. Артемов Е. Т. Научно-техническая политика в советской модели позднеиндустриальной модернизации. М.: РОССПЭН, 2006. — 256 с.
4. Бокарев Ю.П. СССР: становление постиндустриального общества на западе, 1970-1980-е годы. М.: Наука, 2007. – 381 с.
5. Большая советская энциклопедия. 2-е изд. Т.1. М.: Государственное научное издательство «Большая советская энциклопедия», 1949. –732 с.
6. Васильев Г. А .Повышение эффективности комплексной автоматизации. М. : Московский рабочий, 1974. — 128 с.
7. Гайдар Е.Т. Экономические реформы и иерархические структуры. М.: Наука. 1990 219 с.
8. Гарынов А.А. История производства и применения в народном хозяйстве СССР электронно-вычислительной техники в 40-80-е гг. ХХ в.//Известия Пензенского государственного педагогического университета им. В.Г. Белинского. Гуманитарные науки. 2010. № 15 (19). С. 75-84.
9. Гарынов А.А. Государственная политика СССР в области научно-технического развития в 1950–1980-е гг.// Известия Пензенского государственного педагогического университета имени В. Г. Белинского. Гуманитарные науки. 2012. № 27. С. 555-560.
10. Глотов В. II. О некоторых уроках исторического опыта деятельности КПСС во второй половине 1950-х -первой пол. 1960-х годов//Вопросы истории КПСС. — 1988. -№ 4. — С. 57-73.
11. Горохов В.Г. история развития автоматизированных систем управления в Советском Союзе в 60-Е – 70-Е гг. ХХ века//XII Всероссийское совещание по проблемам управления (ВСПУ-2014). Москва, 16–19 июня 2014 г. Труды. [Электронный ресурс] , место издания ИПУ РАН Москва. C.7736-7749.
12. XXII cъезд КПСС. 17—31 октября 1961 года: Стеногрвфический отчет. Т.3.М.: Госполитиздат, 1962.- 592 с.
13. Ищенко А.М. Отечественное приборостроение: Становление и развитие. Монография. — М.: «Научтехлитиздат», 2011. — 80 с.
14. Кибернетику на службу коммунизма./ Ред. А.И. Берг. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1961.
15. Кирилюк Н.И. Организация внедрения АСУП // Механизация и автоматизация управления. 1972. № 6. С. 34–39.
16. Крайнева И.А., Пивоваров Н.Ю., Шилов В.В. . Становление советской научно-технической политики в области вычислительной техники (конец 1940-х – середина 1950-х гг.)// Идеи и Идеалы. 2016. № 3(29). Т. 1 . С. 118-135.
17. Кутейников А.В. Первые проекты автоматизации управления советской плановой экономикой в конце 1950-х и начале 1960-х гг. — «электронный социализм»? // Экономическая история. Обозрение. Вып. 15. М., 2011. С. 124-138.
18. Кутейников А .Советский опыт внедрения информационных технологий в экономику страны (на примере истории проекта общегосударственной автоматизированной системы управления народным хозяйством СССР (ОГАС) в 1960-1980-х годах) // Экономическая политика . 2012. № 4 . С. 39-67.
19. Лельчук В.С. Научно-техническая революция и промышленное развитие СССР. М.: Наука, 1987 . – 286 с.
20. Марков Н.В. Научно-техническая революция: анализ, перспективы, последствия. М.: Политиздат, 1973. – 239 с.
21. Моисеев Н.Н. Слово о математике // Наука и жизнь. 1967. № 7. С. 16-24.
22. Мурысев А.С. На новые рубежи. Куйбышев: Куйб. книжное издательство, 1960. – 112 с.
23. На пороге кризиса: нарастание застойных явлений в партии и обществе/Ин-т марксизма-ленинизма при ЦК КПСС. М.: Политиздат, 1990. -447 с.
24. Народное хозяйство СССР в 1985 г.: Стат. ежегодник. М.: Финансы и статистика, 1986. – 581 с.
25. Народное хозяйство СССР за 70 лет. Юбилейный стат. ежегодник. М.: Финансы и статистика, 1987. – 766 с.
26. Научно-технический прогресс и творчество масс. М.: Профиздат, 1986. – 184 с.
27. Научно-технический прогресс на службе пятилетки. Куйбышев: Кн. изд-во, 1985.- 160 с.
28. Научно-технический прогресс: Словарь. М.: Политиздат, 1987. 366 с.
29. Никаноров С.П. АСУ: взгляд из 90-х в 60-е. К 70-летию первого в стране Главного конструктора «АСУ завода» Юрия Михайловича Репьева // Экономическая газета. 1999. № 39-40.
30. Опенкин Л.А. Сила, не ставшая революцией. (Исторический опыт разработки КПСС политики в сфере науки и технического прогресса. 1917 – 1982 гг.). Ростов-н/Д.: Изд-во Рост. ун-та, 1990. – 219 с.
31. Поступь трудовая. 1981-1985. Куйбышев: Куйб. книжное издательство, 1986. – 360 с.
32. Российский государственный архив в городе Самаре. Фонд Р-773: НПО «Информатика» и его предшественники.
33. Российский государственный архив экономики. Фонд 9480 — Государственный комитет по науке и технике СССР. Оп 13. Д.1997.
34. Сенявский А.С. Раннеиндустриальная модернизация в Российской империи и СССР: компаративный анализ (теоретические аспекты) // Экономическая история России: проблемы, поиски, решения. Вып. 9. Волгоград, 2007. С. 94-107/
35. Словарь иностранных слов вошедших в русский язык / Под ред. Т.М. Капельзона. М.: Государственное словарно-энциклопедическое издательство «Советская энциклопедия», 1933. – 1502 стб.. с приложениями.
36. Советская Россия. 1986. 29 мая.
37. SORUCOM-2006: Развитие вычислительной техники в России и странах бывшего СССР: история и перспективы: Материалы международной конференции (3-7 июля 2006 г.): в 2-х частях. Петрозаводск, 2006. Ч. I. 161 с. Ч. II. 192 с.
38. SORUCOM-2014: Развитие вычислительной техники и ее программного обеспечения в России и странах бывшего СССР: история и перспективы : Материалы международной конференции (13-17 октября 2014 г.). Казань, 2014.- 418 c.
39. СССР в цифрах в 1985 г.: краткий статистический сборник / Центр. стат. упр. при Совете Министров СССР. М.: Финансы и статистика, 1986. – 252 с.
40. Стрюкова Е.П. Модели автоматизированных систем управления В СССР в 1950–1980-е гг.// Гуманитарные науки в Сибири. 2012. № 4. С. 70-73.
41. Темирбулатова Р.Н. Процесс внедрения автоматизированных систем управления на промышленных предприятиях СССР в 1970-1980-е гг. (на материалах Куйбышевской области) // Экономические науки. – 2010. №1 (62). С.157-164.
42. Техническая энциклопедия. Т.1. / Гл. ред. Л.К. Мартенс. М.: Акционерное общество «Советская энциклопедия, 1927. 440 с.
43. Трапезников В.А. Управление и научно-технический прогресс. — М.: Наука, 1983. -224 с.
44. Труды Второй Международной конференции «Развитие вычислительной техники и ее программного обеспечения в России и странах бывшего СССР» – SORUCOM-2011 . Великий Новгород, 12-16 сентября 2011 г. Отв. ред А.Н. Томилин. Великий Новгород, 2011. 364 с.
45. Фролов К.В. Научно-технический прогресс и современные задачи машиностроения. М.: Общество «Знание» РСФСФ, 1985. – 40 с.
46. Хабибуллин Н.Ф. и др. Автоматизация управления предприятием. Казань: Татарское книжное издательство, 1972. — 238 с.
47. Хронологический указатель важнейших событий в истории отечественной техники /http://astro.websib.ru/sprav/Tex-xron ]
48. Чуйкова Е. Ю. Опыт и уроки незавершенных поворотов 1956 и 1965 годов // Вопросы истории КПСС. 1988. № 4. С. 74-88.
49. Шкабардня М.С. Автоматизация производственных процессов в народном хозяйстве СССР в XI пятилетке // Информационный бюллетень «Автоматизация -83». — М., 1982.
50. Шокин А.И. Электронная вычислительная техника и автоматизация производства /Правда. 1959. 20 октября.
51. Экономическая история СССР : очерки/ рук. авт. колл. Л.И. Абалкин. М.: ИНФРА-М, 2007. — 496 с.
52. Юревич Е. И. Воспоминания политехника. На рубеже XXI века. СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2015. – 199 с .
53. Gomulka S. Slowdown in Soviet Industrial Growth, 1947-1985 Reconsidered // European Economic Review. 1977. Vol. 10. No. 1. P. 37-49.
54. Krugman P. The Myth of Asia’s Miracle // Foreign Affairs. 1994. November/December. P. 62-78.
55. Ofer G. Soviet economic Growth: 1928-1985 // Journal of Economic Literature. 1987. Vol. 25. No. 4. P. 1767-1833.

Об авторе: д.и.н
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева»

ул. Московское шоссе, 34, 443086 г. Самара, Российская Федерация
Материалы международной конференции Sorucom 2017
автора 12.08.2018

Дорогая игрушка или доступное транспортное средство?

Кандидат технических наук Дмитрий Зыков. Фото Игоря Константинова.

Что такое автомобиль? Не правда ли, странный вопрос: каждому известно, что это «самобеглая коляска» с двигателем внутреннего сгорания. Но вот какое определение даёт автомобилю Большая советская энциклопедия: «Автомобиль (от греческого autós — сам и латинского mobilis — движущийся) — средство безрельсового транспорта с собственным двигателем». Никакого намёка на тип двигателя в определении нет. Да оно и правильно, ведь, строго говоря, неважно, какой двигатель установлен в транспортном средстве.

Электромобиль i-MiEV — типичная городская машина, компактная и экономичная. Несмотря на скромные габариты, за задним сиденьем есть место для небольшого багажа, а если нужно перевезти что-то покрупнее дамской сумочки, спинку сиденья можно откинуть.

На электромобиле La Jamais Contente бельгиец Камиль Женатци в 1899 году развил скорость 105,88 км/ч.

Вместо горловины бензобака за лючком на правом борту автомобиля спрятана розетка системы зарядки аккумулятора.

Аккумулятор электромобиля достаточно велик. Однако он так удачно спрятан под полом машины, что в салоне вполне просторно.

Под капотом расположены вспомогательный аккумулятор, а также необходимые любому автомобилю гидравлический привод тормозов и омыватель ветрового стекла.

На первых самодвижущихся экипажах, то есть не использующих мускульную силу человека или животных, устанавливали паровые двигатели. Вероятно, одной из первых таких машин был появившийся в 1769 году артиллерийский тягач француза Кюньо. «Тележка Кюньо» стала прообразом не только автомобиля, но и паровоза. Известно, что испытания закончились первой серьёзной автомобильной аварией — автотелега пробила стену Арсенала.

Вскоре после открытия Фарадеем явления электромагнитной индукции появились электродвигатели, и буквально сразу их приспособили к экипажу. Первый электромобиль построил шотландец Роберт Андерсон. Это произошло между 1828 и 1839 годами (точная дата неизвестна). В 1835 году небольшой автомобиль сконструировали и изготовили голландцы Стратин Гронинген и его помощник Кристофер Беккер. Полноценными их транспортные средства назвать можно с очень большой натяжкой: машины были довольно неуклюжие, да и двигались со скоростью пешехода. Но они всё же ехали! Наибольшего развития электромобили достигли в конце XIX века. Интерес к ним был настолько велик, что на рубеже веков их выпускали и продавали больше, чем машин с бензиновыми и паровыми моторами. В 1895 году электромобиль развил скорость 63,15 км/ч, а в 1899 году преодолел заветный рубеж в 100 км/ч. Честь установления этого рекорда принадлежит бельгийцу Камилю Женатци и электромобилю La Jamais Contente. Весила эта напоминавшая торпеду на колёсах машина (точнее, её корпус из сплава алюминия с вольфрамом) около тонны. Скорость, достигнутая снарядом на трассе во французском городе Ашер, составила 105,88 км/ч.

Одним из пионеров производства электромобилей в Америке считается Уолтер Бейкер (1868—1955). В 1891 году он получил диплом инженера и увлёкся разработкой практичного и лёгкого электромобиля. Шесть лет упорной работы дали результат — он собственноручно построил вполне работоспособный образец. В 1899 году Бейкер вместе с Фредом Уайтом организовали фирму, которая начала выпуск машин, внешне почти не отличавшихся от современных им автомобилей Форда или Паккарда. Наличие тяжёлых аккумуляторов заставило Бейкера сделать на машине мягкую подвеску на эллиптических рессорах. Фары и гудок были электрические. На серийных бензиновых машинах такие устройства появились почти на десять лет позднее. Одной зарядки аккумулятора хватало на 6—8 часов езды, или почти на 80 км пробега (неплохой результат и по современным меркам). В движение машину приводил электромотор мощностью чуть более полукиловатта (0,75 л.с.), с цепным приводом на заднюю ось.

Электромобили «Бейкер» в различных модификациях выпускали до 1916 года, когда компанию купила фирма «Оуэн Магнетик», выпускавшая бензиновые автомобили, правда не совсем обычные для того времени. Эти оригинальные машины имели электрическую трансмиссию: бензиновый мотор приводил в действие генератор, питавший два тяговых электромотора. Не приходит ли в голову модное в последнее время слово «гибрид»? Поистине новое — это вовремя вспомнившееся старое.

Долгое время самым слабым и одновременно самым тяжёлым местом этого вида техники оставались аккумуляторы. Ёмкость свинцово-кислотных батарей обеспечивала электромобилям пробег в несколько десятков километров при сравнительно невысокой скорости, стоило чуть увеличить скорость, как аккумуляторы начинали быстро разряжаться и пробег сокращался до 20—30 км. Бензиновые моторы оказались на тот момент удобнее, а «возимый запас энергии» в виде бензина куда более компактным и лёгким. К середине 1920-х годов электромобили сдали свои позиции. Но не умерли!

Стоило подрасти цене топлива, как тут же активизировались электромобилисты. Особенно активно за разработку электромобилей инженеры принялись с начала 1990-х годов, когда во многих странах мира на законодательном уровне были приняты жёсткие нормы выбросов в атмосферу. В эту гонку включились мировые автомобильные лидеры — Toyota, Honda, Ford, General Motors, Renault, Mitsubishi, VolksWagen и другие.

Купить электромобиль у официального поставщика в России до 2011 года было невозможно. В нашей стране их пока не выпускают, а эксплуатация иностранной машины затруднена (если не сказать невозможна) из-за отсутствия системы сертификации электромобилей. Но ситуация изменилась.

Осенью минувшего года компания «Рольф-Импорт» (эксклюзивный дистрибьютор Mitsubishi Motors Corporation в России) начала продажу электромобилей i-MiEV, прошедших полный цикл сертификации.

Создание этой машины стало итогом почти сорокалетних исследований и разработок.

Чем интересен электромобиль для городского жителя? Вот лишь несколько его преимуществ:

— простота управления, эксплуатации и технического обслуживания;

— исключительная надёжность элементов ходовой части, рассчитанных на длительный срок службы;

— отсутствие необходимости в переключении передач. Езда на такой машине несколько напоминает передвижение на машине с автоматической коробкой передач. Это, конечно, очень удобно и комфортно, особенно в условиях нынешних бесконечных пробок. С пробками связано ещё одно преимущество электромобиля: экономичность. Она обусловлена сравнительно невысокими затратами энергии на передвижение и значительно более разумным её использованием, чем на машине с ДВС. В пробках электромотор отключён. Двигатель внутреннего сгорания имеет избыточную мощность, которая используется только в редких экстремальных случаях. Электромотор же развивает только ту мощность, которая необходима в данных условиях движения. Кроме того, электроэнергия пока стоит дешевле бензина в пересчёте на одинаковый пробег машин в равных условиях (полная «заправка» аккумулятора обойдётся примерно в 20 руб. по ночному тарифу);

— безопасность. В электромобилях нет взрывоопасных веществ (даже охлаждение батареи здесь воздушное), и в случае аварии значительно ниже опасность возникновения пожара;

— экологичность. Споры об экологической безопасности электромобилей не кончаются. Скептики утверждают, что выбросы окислов углерода и других вредных составляющих выхлопных газов у электромобилей просто отнесены в места производства электроэнергии. Во-первых, это уже неплохо, не чадить в городе лучше, чем чадить. Но есть и другое соображение: количество выбросов, приходящееся на автомобиль i-MiEV, составляет не более трети выбросов автомобиля аналогичного размера и мощности, но с бензиновым двигателем.

Нам представилась возможность поездить несколько дней по городу на i-MiEV.

Начнём, пожалуй, с интерьера машины. Дизайнерам удалось совместить футуристичность, комфорт, функциональность и эргономичность. При моём росте 180 см и довольно внушительном весе водительское место оказалось очень комфортным, регулировка сиденья, рулевой колонки и зеркал позволила быстро и удобно устроиться в салоне.

Рычаг выбора режимов движения установлен на привычном месте, режимы знакомы любому водителю, ездившему на машине с автоматической КПП.

Режим D: электромотор быстро развивает внушительный крутящий момент в ответ на нажатие педали акселератора.

Режим Comfort: предназначен для продолжительного движения с постоянной скоростью по загородным дорогам.

Режим В: предусмотрен для долгих спусков, когда требуется максимально эффективное использование рекуперативного торможения. Выходная мощность аналогична режиму D. Кстати, о рекуперативном торможении. При нажатии на педаль тормоза в машине вначале происходит переключение режима трансмиссии на выработку энергии и подзарядку батареи.

Очень интересная и удобная приборная панель: вся необходимая информация легко читается, символы, сигнальные лампы и показания приборов понятны на интуитивном уровне.

За те несколько дней, что мы катались на i-MiEV, не возникло проблем с подзарядкой батареи, но, правда, ни разу не проехали более 70 км за день. Для городского автомобиля это вполне нормальный пробег.

Электромобиль i-MiEV создан на базе мини-кара «i». Вместо топливного бака под полом располагается литиево-ионная аккумуляторная батарея большой ёмкости, а место двигателя и коробки передач заняли электромотор, трансмиссия, инвертор и бортовое зарядное устройство.

Водонепроницаемый корпус тяговой батареи изготовлен из высокопрочного стеклопластика, усиленного стальными пластинами. Дополнительно аккумулятор защищён несущей рамой и металлическим защитным щитом, который предохраняет его от неровностей дороги.

В синхронном электромоторе i-MiEV использованы постоянные магниты из сплава железа с неодимом. Такие моторы появились сравнительно недавно — в середине 1990-х годов. Поле неодимовых магнитов значительно сильнее поля магнитов ферритовых. Благодаря этому электромотор получается легче и компактнее. Максимальная частота вращения ротора двигателя i-MiEV 8500 об/мин, максимальную мощность 49 кВт он развивает при 2500—8000 об/мин. Основная особенность электромотора — высокий крутящий момент при низкой частоте вращения: 180 Н . м в диапазоне от 0 до 2000 об/мин. Это обеспечивает машине отличную стартовую динамику. Кроме того, высокий крутящий момент при низкой частоте вращения делает ненужным сложный механизм переключения передач.

Для заряда от сети 220 В i-MiEV оснащён компактным зарядным устройством с жидкостной системой охлаждения. Включив вечером кабель зарядного устройства в розетку в гараже, к утру вы имеете полностью заряженный аккумулятор.

Установленный между батареей и электромотором инвертор управляет мощностью электромотора и рекуперацией энергии, а также регулирует силы тока и напряжения на клеммах электродвигателя в зависимости от уровня нажатия водителем педали акселератора. (Инвертором называется система, которая постоянное напряжение преобразует в переменное. В состав современных инверторов входят сложные схемы управления силой тока и формой сигнала на выходе.)

В целях безопасности в случае аварии специальный датчик ускорения приводит в действие систему, отключающую от бортовой сети тяговую батарею. Вообще, этот автомобиль обладает очень высоким уровнем безопасности. Согласно заключению специалистов Euro NCAP, он составляет «4 звезды».

i-MiEV — автомобиль, приспособленный к специфике городской езды: он маневренный и готов припарковаться в любую щель, с нулевым расходом энергии (читай — топлива) в пробках. Энергичный разгон и устойчивость (центр тяжести машины расположен очень низко за счёт аккумулятора, размещённого под сиденьем) позволяют ему успешно маневрировать в потоке. Шесть подушек безопасности, системы экстренного торможения, курсовой устойчивости, АБС, а также сверхпрочная защита батареи создают ощущение защищённости в этой, в общем-то, совсем небольшой машине.

Плановое техническое обслуживание автомобиля заключается в проверке электрических систем (простая компьютерная диагностика) и состояния тормозных колодок. В этой машине просто нечему ломаться, а замена масел, свечей, чистка форсунок инжектора, проверка КПП, регулировка и замена ремней не требуются ввиду их отсутствия.

Конечно, нас волновала опасность встать где-нибудь посреди города с севшим аккумулятором. Но этого, к счастью, не произошло. Зато приятно удивили показания электросчётчика в гараже после ночной зарядки батареи (к слову, в моём гараже стоит трёхтарифный счётчик, и конечно же заряжали мы аккумулятор ночью за 95 копеек за киловатт). Общая сумма расхода составила около 27 рублей, то есть 1 (ОДИН — сумма прописью) литр 92-го бензина. За эти 27 рублей на следующий день мы накрутили 53 км и приехали в гараж с запасом хода ещё километров в 30. Замечу, что катались мы в самые морозные февральские дни и в машине работала печка.

А теперь о проблемах. Точнее, о проблеме. Она, по большому счёту, одна — отсутствие развитой инфраструктуры сервиса электромобилей, и в первую очередь станций зарядки. Для владельцев электрифицированных гаражей эта проблема не так остра, как для «безгаражных» автомобилистов. Правда, Московская энергосбытовая компания (МОЭСК) начала уже осуществлять программу строительства электрозаправок. В течение ближайших года-двух в Москве их будет построено 28. Этого, конечно, для развития электротранспорта мало. Нужна комплексная государственная поддержка. Между прочим, в Китайской Народной Республике программу строительства заводов по производству электромобилей уже приняли. И начали её не со строительства заводов, а с создания по всей стране сети станций зарядки. Не воспользоваться ли китайским опытом?

В европейских странах для стимулирования развития электротранспорта хозяевам электромобилей предоставляют право бесплатного проезда по платным дорогам и бесплатную парковку. Кроме того, во многих европейских странах транспортный налог зависит от экологического класса автомобиля и для электромобилей он самый низкий. Может быть, такие меры поспособствуют более широкому распространению машин на электротяге? Да и цену хотелось бы пониже. Впрочем, здесь наметились приятные перспективы. Двадцать первого ноября 2011 года Комиссия по таможенно-тарифному регулированию одобрила решение об отмене пошлин на ввоз электромобилей.

Многотопливный двигатель

Двигатель внутреннего сгорания, предназначенный для работы на различных нефтяных топливах, начиная от бензина и кончая дизельным топливом. Первые М. д. появились в 30-х гг. 20 в. в Германии. Они строились на базе карбюраторных двигателей, но имели раздельную подачу воздуха и топлива. Воздух поступал в цилиндры под действием разрежения, а топливо впрыскивалось насосом с давлением около 5 Мн/м 2 (50 кгс/см 2 ). Пуск двигателя осуществлялся на бензине при помощи карбюратора, выключавшегося при нормальной работе. Смесь воспламенялась электрической системой зажигания. В 40-е гг. получили развитие М. д., построенные на базе автомобильных дизельных двигателей. Топливо в них подавалось насосом под давлением около 21 Мн/м 2 (210 кгс/см 2 ). При переходе с одного топлива на другое при помощи насоса подачи топлива устанавливался одинаковый расход топлива по массе, тем самым сохранялась та же мощность двигателя.

Применение М. д. на автомобилях и тракторах значительно расширяет их топливную базу. По сравнению с карбюраторными двигателями М. д. обладают лучшей топливной экономичностью, но уступают дизелям. К недостаткам М. д. относятся сложность конструкции и необходимость тщательного наблюдения за работой системы топливоподачи. М. д. получили широкое распространение за рубежом, особенно в ФРГ.

А. А. Сабинин.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

• Многотиражная печать
• Многоточие

Смотреть что такое «Многотопливный двигатель» в других словарях:

• многотопливный двигатель — 3.9 многотопливный двигатель: Двигатель, обладающий свойством многотопливности, т.е. способностью работать помимо основного топлива (дизельного) также на керосинах, бензинах и других видах жидкого топлива или их смесях, соответствуя при этом… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
• Двигатель внутреннего сгорания — Тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу. Первый практически пригодный газовый Д. в. с. был сконструирован французским механиком Э. Ленуаром… … Большая советская энциклопедия
• Танковый двигатель — В 92 cовременный российский четырёхтактный, V образный, 12 цилиндровый, многотопливный дизельный танковый двигатель жидкостного охлаждения с … Википедия
• Т-64 — Т 64А ранних выпусков после капитального ремонта Т 64А (197 … Википедия
• T-64 — Т 64А ранних выпусков после капитального ремонта Т 64А (1974 года выпуска) Классификация основной боевой танк Боевая масса, т … Википедия
• T64 — Т 64А ранних выпусков после капитального ремонта Т 64А (1974 года выпуска) Классификация основной боевой танк Боевая масса, т … Википедия
• T 64 — Т 64А ранних выпусков после капитального ремонта Т 64А (1974 года выпуска) Классификация основной боевой танк Боевая масса, т … Википедия
• ГОСТ Р 53638-2009: Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Общие технические условия — Терминология ГОСТ Р 53638 2009: Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Общие технические условия оригинал документа: 3.3 гамма процентный ресурс (срок службы): По ГОСТ 27.002. Определения термина из разных документов: гамма процентный ресурс ( … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
• Бронетанковая техника Великобритании — Великобритания является одной из активных стран участниц агрессивного блока НАТО. Консервативное правительство этого государства следует в фарватере внешней политики американского империализма. Английское командование продолжает наращивать … Энциклопедия техники
• Бронетанковая техника ФРГ — Как известно, ФРГ является активной участницей блока НАТО. Командование бундесвера наряду с проведением различных мероприятий в плане наращивания боевой мощи вооруженных сил большое внимание уделяет оснащению их новыми, более эффективными… … Энциклопедия техники