Мир электричества - Анатолий Томилин

Для освоения природных ресурсов Мирового океана на судостроительных заводах в 80-е годы было начато строительство полупогруженных добывающих буровых установок и многоцелевых платформ, требующих электроэнергетического обеспечения большой мощности. Эти сооружения потребовали и новой энергетики. На повестку дня встает вопрос о внедрении сверхпроводниковых электрических машин, высоковольтного оборудования и нового увеличения единой мощности генераторов и нагрузки. Поистине технический процесс безграничен. Но, возможно, именно в этом и заключается его главное достоинство.

Электричество в полете

Помните, как русский инженер Лодыгин изобретал электролет? Было это в 70-х годах XIX века. Реализация проекта не состоялась, и от грандиозного замысла осталась маленькая лампочка накаливания, которая должна была освещать кабину летательного аппарата. В 1881 году французские воздухоплаватели братья Тиссандье взяли патент на «применение электричества в воздушной навигации». Сначала они удачно продемонстрировали на Парижской выставке модель электрического аэростата длиной 3,5 м. Затем, собрав деньги, приступили к строительству рабочего аппарата. Французский изобретатель Труве построил для него электромотор по типу двигателей Сименса мощностью 100 лошадиных сил и запускал его от гальванической батареи из 24 элементов. Искусный часовой мастер Виктор Татен, известный своими летающими моделями с тянущими винтами, спроектировал двухлопастный пропеллер.

8 октября 1883 года состоялось первое испытание. День был почти безветреный. Скорость движения воздуха не превышала 3 м/с, но аэростат с трудом удерживался на месте при включенном на полную мощность двигателе. При втором испытании скорость аэростата возросла, но только до 4 м/с. Конечно, этого было мало. Однако все так желали видеть в аппарате Тиссандье не просто воздушный поплавок, а управляемый новой силой аэростат, что предприимчивые братья полностью ощутили вкус славы.

Новая сила – электричество – заявила о себе и как победительница воздушной стихии. Французский рисовальщик и писатель-юморист Альбер Робида выпустил в 1883 году фантастический роман «Двадцатое столетие» с массой рисунков, посвященных будущему триумфу электричества. (В 1894 году, переведенная на многие языки, его книга вышла и в России под названием «ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЖИЗНЬ. Двадцатое столетие».)

В книге множество забавных рисунков, которые показывают, какой представляли себе жизнь в электрическом веке французские романисты конца XIX столетия. Есть тут и телевизоры – автор называет их телефоноскопами, – и автоответчики. Многое из того, что казалось сто с небольшим лет назад фантастикой, в наше время осуществлено. Более того, электротехника шагнула неизмеримо дальше, в такие области, которые не снились даже самым дерзким фантастам. Особенно усердствует французский автор, описывая применение электричества на воздушном транспорте.

Испытание аэростата с электрическим управлением братьев Гастона и Альбера Тиссандье

С самого начала авиации на борту аэропланов стали устанавливать источники постоянного тока. На военных самолетах в период Первой мировой войны электрические лампочки освещали кабины пилотов и использовались для внешних габаритных огней. Ротор генератора приводил во вращение отдельный ветряной двигатель или привод от моторного вала. К примеру, на русском самолете «Илья Муромец» стоял генератор, дававший напряжение 500 В.

В СССР на пикирующем бомбардировщике В. Н. Петлякова в 1939 году впервые были применены различные виды электроприводов. Они обеспечивали управление различными элементами скоростной машины.

Новые самолеты требовали все больше электроэнергии. Это вело к увеличению веса электрооборудования. А проблема собственного веса всегда была одной из серьезнейших в авиации. Вот если бы можно было поднять напряжение. Но самолетное оборудование обслуживалось постоянным током. А поднимать постоянное напряжение, как мы знаем, и сложно, и опасно. Назревала необходимость перехода авиационной электротехники на переменный ток.

Могучая, но не вполне еще прирученная рабыня

Электричество (карикатура XIX века)

Тут далеко не все было просто. Условием параллельной работы генераторов переменного тока является их синфазность, то есть строгое совпадение частоты. Обеспечить это в реальных условиях полета трудно. Но к середине 60-х годов многие трудности были устранены. Например, на борту транспортного самолета Ан-22 «Антей» (первый полет 27 февраля 1965 года), бывшего тогда крупнейшим в мире, кроме пилотажно-навигационного и радиооборудования, имелись электрическая грузовая лебедка, электротельфер, рольганговое и другое электросиловое оборудование. Все это обеспечивали энергией четыре генератора мощностью по 120 кВт каждый. На пассажирском самолете Ту-144 стояли четыре генератора переменного тока мощностью по 60 кВт.

В последние годы наметилась тенденция создания смешанных электрогидравлических и электропневматических устройств. В них электричество выполняет функции управления, а силовые функции – менее инерционная и более легкая гидравлика. Но главным элементом в новом электромеханизме по-прежнему остается электродвигатель.

Автономные источники электроэнергии получили новый толчок развития с освоением космического пространства. К космической энергетике и электротехнике предъявляются особенно жесткие и специфические требования, прежде всего – высокая надежность, длительный ресурс работы без внешнего обслуживания и устойчивость к необычным условиям окружающей среды. Сегодня в качестве таких источников конструкторы используют в основном солнечные батареи и атомную энергию, получаемую с помощью либо реакторов, либо радиоизотопных источников. Частично применяются и химические источники электроэнергии. Каждый вид имеет свои достоинства и недостатки.

Воздушный кабриолет

Так, аппаратура первого искусственного спутника Земли, запущенного СССР в 1957 году, работала от серебряно-цинковых аккумуляторов. Но уже на третьем нашем искусственном спутнике Земли в 1969 году стояли солнечные батареи в сочетании с энергоемкими аккумуляторами. «Крылья» солнечных батарей стали буквально символом космических станций и межпланетных кораблей. Неиссякаемая энергия нашего светила – что может быть более привлекательным для энергетиков?

Американская фирма «Спектролаб Инк.» разработала и поставила на своих спутниках солнечные батареи мощностью 10 кВт. Их солнечные элементы имеют двухслойную структуру и наносятся на германиевую основу. При этом наружный слой состоит из фосфата галлия с индием, который чувствителен к коротковолновой части солнечного спектра, а внутренний слой из арсенида галлия преобразует длинноволновую часть спектра.

Разработкой новых солнечных элементов заняты за рубежом многие фирмы. Ведущими в этой отрасли являются японская фирма «Шарп» и германская «Телефункен».

Опыты по золочению с помощью химических элементов

Электротехнология

Технология – это наука о воздействии на сырье или полуфабрикаты для получения конечного продукта. Технологией же называют и совокупность методов обработки, изменения состояния свойств, то есть опять же изготовление конечного продукта из материала-полуфабриката.

Занимаясь поисками более надежных источников питания для своего двигателя, Борис Семенович Якоби обратил внимание на то, что слой меди, оседающей на электроде, нарастает исключительно равномерно, повторяя в точности все неровности и все царапинки на поверхности электрода. При этом осажденный слой было довольно легко снять. Счастливая мысль поразила исследователя. Он снял с входной двери медную табличку, на которой было выгравировано его имя, сунул на место медного электрода и скоро получил точное негативное изображение надписи. Он взял тяжелый медный пятак и получил оттиск с одной и с другой стороны. Это было чудесное открытие. Ведь в качестве одного из электродов можно брать хоть серебро, хоть золото, а в качестве второго – металлическое изделие. Не очень долгий процесс под током от тех же гальванических батарей – и металл изделия оказывался посеребренным или вызолоченным!

Новыми опытами увлеклись многие. Открытие Якоби оказалось весьма своевременным. Россия готовилась к реформе перехода на денежную систему ассигнаций взамен кредитных билетов. Реформа затягивалась из-за изготовления граверами точных клише, которые нельзя было бы подделать. Изобретение Якоби снимало проблему.

Гальванопластическая мастерская XIX века

В 1842 году из печати вышло первое «Теоретическое и практическое руководства к золочению, серебрению, платинированию, лужению». Автор – А. Ф. Греков. Еще через два года – «Гальванизм в техническом применении» князя В. Одоевского. Процессами золочения в железосинеродистых электролитах активно занимался князь Петр Багратион. Отдал дань всеобщему увлечению и Эмилий Ленц, занявшись изготовлением копий медальонов методом гальванопластики.