Парадокс с максимальной скоростью
Представьте, что в России по каким-то причинам разрешили бы свободную продажу оружия: от пистолета до гранатомета. Но при этом строго-настрого запретили из него стрелять. Разве не абсурдно?
Лимит скорости на 99% дорог России ограничен 90 км/час (на 1% – 110 км/час), при этом самый дохлый автомобиль на рынке – 51-сильный Daewoo Matiz – разгоняется до 140 км/час. Lada Granta имеет максималку в 170 км/час, а средние иномарки легко разменивают 180-200 км/час.
Зачем?
Производители как будто вкладывают в руки неразумных клиентов револьвер, в инструкции которого написано «Не цельтесь себе в глаз», и когда очередной простак падает замертво, говорят жалостливо: ну мы же предупреждали! И тут же бегают юристы и политики со всякими актами, запрещающими стрелять себе в глаз.
С максимальной скоростью – как с ружьем на сцене: если уж она появилась в первом акте технических характеристик, то обязательно выстрелит в последнем (нередко им становится акт о ДТП).
Мы как будто живем с тихой надеждой, что в одно утро дороги станут безлимитными, и те лишние 60 км/час вдруг понадобятся. Но тенденция последних лет говорит об обратном: даже те страны, где есть «анлимы», задумываются о введении ограничений скорости – это относится и к немецким автобанам, и дорогам на Северных территориях Австралии и шоссе в Уэльсе. Цивилизованный мир обсуждает идею понижения лимитов еще и ради отсрочки энергетического коллапса.
Речь ведь не только о безопасности. Вы удивитесь, узнав, насколько переразмеренным должен быть мотор, чтобы обеспечить лишние 30-60 км/час максимальной скорости.
В таблице ниже приведена мощность, необходимая для движения с различной скоростью «Форда Фокуса», а также примерный объем мотора, который эту мощность может обеспечить.
Столь гигантская разница получается потому, что для движения с большой скоростью автомобилю приходится преодолевать в основном сопротивление воздуха, а необходимая для этого мощность пропорциональна кубу скорости. Снижая максимальную скорость в два раза, мы уменьшаем потребную мощность почти в 8 раз (есть нюансы, но в целом картина примерно такая).
Правда есть одна техническая проблема: Ford Focus с 40-сильным движком будет разгоняться до 100 км/час секунд за 20, ведь избыточная мощность нужна не только ради максималки, но и для нормального ускорения.
Но это ограничение можно обойти, если установить на автомобиль небольшой аккумулятор и мотор-генератор: подобная схема используется в гибридах. При нынешнем положении дел им сложно конкурировать с обычными ДВС, ведь люди не захотят покупать за 600 тысяч автомобиль, который по максимальной скорости опережает только «Оку» и «Луаз» – такова психология. Но если скорость всех транспортных средств конструктивно ограничена 110-130 км/час, психологический аспект снимается, уступая место рациональным доводам. Для долговременной езды на 130 км/час достаточно указанных в таблице 40 л.с., а дополнительные 60-70 л.с. кратковременно может «допинать» электромотор. По ощущениям такой автомобиль будет не хуже обычного, а при правильном инжиниринге даже лучше.
Предположим, что скорость в стране ограничена 110 км/час. Пусть наш гипотетический Ford Focus имеет двигатель объемом 0,6 литра и мощностью 50 л.с. (с запасом). Тогда, даже двигаясь равномерно на максимально-разрешенной скорости, он имеет 25 избыточных «лошадей», от которых при необходимости заряжается аккумулятор. Ускорение перед обгоном в среднем занимает 30-60 секунд, в течение которых мы хотим иметь мощность в 125 л.с., как у нынешнего Focus, и электромоторы должны выдавать еще 75 л.с. Для этого нужен аккумулятор емкостью 1 кВт*ч или 77 А*ч. Это сравнимо с емкостью обычного аккумулятора под капотом автомобиля. Полная зарядка при скорости 110 км/час будет происходить за 3,5 минуты. В реальности, конечно, емкость должна быть повыше, нужен мощный генератор, плюс есть еще ряд тонкостей, которыми я не буду грузить вас, но непреодолимых технических проблем нет.
Вы скажите, что все это слишком сложно, но если речь идет о массовом применении технологий, и сложность, и цена снизятся. Зато мы получим серьезный экологический бонус, ведь сейчас каждый день миллионы лишних поршней гоняют воздух в миллионах литров лишнего рабочего объема. Все это душится миллионами дросселей, рассеивая миллионы киловатт энергии. На каждом автомобиле сотни «лошадей» большую часть времени простаивают без дела, потому что в пробках нужно от силы пять-десять голов. Даже на загородной трассе 99% времени используется лишь половина мощности средней иномарки, а для топовых моделей – четверть или еще меньше.
При этом каждый лишний литр объема требует топлива, даже когда машина работает на холостом ходу. Чтобы обеспечить автомобилям избыточную максимальную скорость, которая по закону запрещена, мы сжигаем невероятное количество топлива. Разве не абсурд?
Дополнительный электромотор – не единственный способ сделать машину шустрой на разгоне. Определенные резервы скрываются в области модных нынче турбомоторов с «тракторной» тяговой характеристикой, которые имеют умеренную мощность, но гигантский момент на малых оборотах, обеспечивая уверенный разгон и невысокую максимальную скорость. Кое-что можно выжать за счет подбора передаточных чисел, ведь «короткий» скоростной диапазон будет легче нарезать на передачи.
А самый простой способ – выпустить моторы, способные повышать мощность лишь кратковременно, например, за счет высокой частоты вращения или наддува. Они позволят ускориться до нужно скорости, но выдавать высокую мощность постоянно – нет.
Вообще запретный плод максимальной скорости порождает много противоречий: сначала автоконцерны вкладывают миллиард евро, чтобы улучшить аэродинамику машины на скорости 150 км/час, а затем ГИБДД России вкладывается миллиард рублей в промо-ролики, которые объясняют недопустимость этих 150 км/час. Одни делают яды, другие – противоядия, и за оба продукта платит потребитель, хотя ему не нужно ни то, ни другое. Забавно.
Почему этого не сделают? Я думаю, основная причина – в инерции. Максимальные скорости автомобилей росли в течение последних 100 лет, примерно 80 из них люди лелеяли надежду, что когда-нибудь Земля обрастет сетью безлимитных автобанов. Этого не произошло, но избыточно быстрые автомобили остались и превратились в глобальные феномены. Ввести конструктивный лимит скорости по всей планете – задача невероятная. А строить совершенно разные машины для кучки стран – рискованно и невыгодно для глобализованного бизнеса.
Кроме того, хотя формально все заботятся об экологии и безопасности, это не совсем так. Той же России невыгодно, чтобы расход топлива автомобилей внутри страны и за ее пределами вдруг резко снизился – причину вы сами знаете.
Но когда-нибудь мир придет к этой идее естественным путем. Европа уже встала на рельсы глобального снижения СО2, что эквивалентно снижению расхода топлива, а с ним – максимальной скорости. Быстрые машины подвергаются дискриминации, медленные освобождают от налогов. Может быть, ваши внуки не поверят, что вы реально ездили на 180 км/час по обычной дороге.