Беседы о сельском хозяйстве

ЭНЕРГИЯ ДЛЯ «ЗЕЛЕНОЙ РЕВОЛЮЦИИ»

Каждая эпоха предлагала использовать для дополнительных энергетических вливаний в сферу сельскохозяйственной деятельности наиболее знакомый ей двигатель…

«В лето 6415 от сотворения мира», то есть в 907 году нашего летосчисления, летописец записал: «Иде Олег на Грекы… и приде к Царюграду… И повеле Олег колеса изделати и вставити корабля на колеса; и бывшю покоену ветру, успяша пре с поля и идяше к городу. Видевше же греке убояшася и выславше Олегу: „Не погубляй город, имемся по дань, якоже хощети“».

Иван Култыгин русских летописей не читал. Неизвестно вообще, был ли он грамотен. Все, что от него осталось, — запись в архивах Московского «Тайного приказа», относящихся к XVII столетию. В них значится: «Яузской бумажной мельницы работник Ивашка Култыгин задумал сани с парусами, а у тех саней два крыла, и ездить они без лошади могут. Катался Ивашка на них в пустырях ночью. А Варваринской церкви поп Михайло донес в Приказ тайных дел, что есть у Ивашки умысел. И, схватив, Ивашку пытали, и под пыткой покаялся, что хотел еще выдумать телегу с крыльями, да не успел. Сани те сожгли, а Ивашку батогами нещадно били».

За несколько столетий до Култыгина на Киевской Руси сложили легенду о Никите Кожемяке, который «сделал соху в триста пуд да запряг в нее змея Горыныча, да и стал от Киева до моря Кавстрийского межу пропахивать… а вышиною та борозда двух сажен; а кто не знает, от чего эта борозда, называет ее валом».

Учитывая то немаловажное обстоятельство, что, по свидетельству современников, вышеупомянутый змей Горыныч периодически перхал огнем, а из ноздрей дым пускал, следует признать, что в конструкции его был заложен, по всей вероятности, паровой двигатель. И, таким образом, былинные сказители, ранее с успехом выполнявшие роль футурологов, опередили свое время на добрых полтысячелетия. Потому что многопудовые «сохи» с механическим приводом от парового двигателя появились в поле лишь в начале XIX столетия.

Изобретатели — народ, как правило, страшно упрямый. Пренебрегая известным законом Козьмы Пруткова, утверждающим невозможность объять необъятное, они очень часто ставят перед собой задачи, самые сложные из всех возможных в данных обстоятельствах. Например, первые изобретатели механических экипажей пытались заставить их ездить по обычным грунтовым дорогам, хотя рельсовые (с ручной и конной тягой) были известны уже несколько столетий. В 1763 году французский инженер Ж. Коньо по заказу тогдашнего военного министерства создал первый паровой тягач. Он должен был тащить за собой артиллерийское орудие. К счастью для человечества, самоходные пушки появились значительно позднее: первая паровая повозка работала всего четверть часа. Коньо потерпел неудачу.

Неудача постигла и англичанина У. Мэрдока. В конце 80-х годов XVIII столетия он построил трехколесную паровую телегу. К сожалению, У. Мэрдок не подумал о том, как управлять ею. В результате при первом же испытании машина убежала от него. Дело происходило близко к полуночи на окраине города. Сцену погони злополучного изобретателя за изрыгающим пар и дым чудовищем наблюдал местный священник. Путем несложных логических рассуждений он пришел к естественному выводу, что светящийся и непонятным образом движущийся предмет — дьявол. Оповещенные об этом прихожане сбежались на крик пастыря и в мгновение ока уничтожили творение У. Мэрдока, который с трудом унес ноги.

К началу XIX века, когда шотландец Р. Треветик изобрел паровоз, стало очевидным наступление так называемого «века пара». А потому появилось твердое убеждение, что паровоз в будущем — единственно возможный тягач и источник энергии для всех сфер деятельности человека, в том числе и для сельскохозяйственного производства. В соответствии с этой мыслью его и попытались, недолго думая, отправить в «чисто поле». И тут же столкнулись с массой серьезных неприятностей.

Прежде всего оказалось, что почтенный вес парового змея Горыныча приводит к тому, что он попросту тонет там, где его четвероногие предшественники едва след оставляют. А между тем необходимость их замены стала вполне очевидной. Ведь одна лошадь может тянуть лишь легкий, мелко пашущий плужок. Для приведения в движение появившихся в середине века цельностальных плугов требовалась упряжка одной-двух пар животных.

К тому времени досужие ученые с помощью специальных силомеров динамометров уже установили, что чем большее количество живых существ принимается за совместное выполнение одного и того же дела, тем меньше их общий коэффициент полезного действия. Так, если тяговое усилие, которое может развивать одна лошадь, принять за 100 процентов, то четыре равноценных ей в одной упряжке дадут силу тяги на 23 процента меньше, чем ежели бы они работали поодиночке. Если же попробовать запрячь сразу десять лошадей, то потеря в силе тяги составит уже не менее 60 процентов от суммарной. Следует заметить, что для выполнения большинства сельскохозяйственных работ, особенно наиболее трудоемкой — пахоты, такая многоконная упряжь очень громоздка и управлять ею совсем не легко. Именно поэтому многокорпусные плуги никак не могли найти себе применения, пока на полях не появились механические тягачи.

К тому моменту, когда железные дороги прочно вошли в жизнь, стало ясно: мобильный змей Горыныч стать землеробом имеет мало шансов. Сползать с рельсов или с другой какой-либо дороги с твердым покрытием на первых порах он был не намерен.

Первый в мире гусеничный трактор Ф. Блинова за ворота мастерской вышел в 1888 году. В 1896 году на Нижегородской выставке изобретатель устроил для желающих регулярные катания на своем детище. Пассажиров усаживали на платформу, последнюю цепляли к трактору, после чего пускали его по сильно пересеченной местности. Впечатления от поездки были достаточно сильными, что объяснялось, по-видимому, не только новизной ощущений (большинство посетителей ранее о существовании самопередвигающихся машин, кроме паровоза, понятия не имело), но и отсутствием рессор.

Трактор Блинова, названный им «самоходом» (слово «трактор» придумали позднее), был похож на… волжский пароход. Блинов когда-то плавал машинистом на первом пароходе по Волге и поэтому соорудил на тракторе настоящую капитанскую рубку, из которой капитан в рупор подавал команды машинисту, сидящему на корме. В зависимости от характера распоряжений впередсмотрящего машинист то включал, то выключал две паровые машины, каждая из которых обслуживала свою гусеницу. Благодаря этому самоход мог достаточно круто поворачиваться на месте или двигаться вперед. В движение машины приводились от одного вертикального парового котла, отапливаемого нефтью.

Блинов умер в последний год прошлого века, так и не дожив до осуществления своей мечты: ему не суждено было увидеть армии самоходов, занятых извечным крестьянским трудом — пахотой. Первые русские трактора вышли в поле только в 1911 году. Их создателем был ученик Блинова Я. Мамин, который еще в 1893 году, за 4 года до Р. Дизеля, создал первый нефтяной двигатель и установил его на самоходную тележку. Получился механический тягач, способный заменить «живой двигатель» — лошадь…

В крестьянском хозяйстве лошадь (или вол, буйвол) — универсальное энергетическое средство, основная сфера приложения которого — обработка земли и перевозки. На посеве и уборочных работах живую тяговую силу почти не применяли. Ведь лошадь с плугом — это двигатель с наиболее примитивным исполнительным механизмом. По существу, здесь даже нет механизма: он низведен до простого орудия. Чтобы оно работало, достаточно тянуть его за собой. А вот чтобы работала сеялка или жатка, одной тяги мало: надо еще приводить в движение их «внутренние» механизмы. Без этого семена не попадут в борозду, а колосья не будут срезаны и связаны в снопы.

Сеялки, жатки и другие сельскохозяйственные машины появились задолго до рождения трактора, но так и не смогли составить серьезной конкуренции рукам сеятеля и жнеца. Во-первых, из-за «немашинности» своего живого привода; во-вторых, из-за дешевизны упомянутых рук. Трактор, казалось бы, должен был с самого начала нацелиться на замену лошади при работе именно с подобными машинами. Однако этого не произошло именно потому, что лошадь, которую ему предстояло заменить, тянула преимущественно плуг да телегу. Значит, и ему та же судьба: быть в упряжке.

Сделать трактор транспортным средством в начале его истории не удалось: слишком уж неманевренным и грузным он был. Лошади, выступавшей в более легком весе, было нетрудно обойти механическое чудовище. А вот для неспешной и тяжелой работы в поле он оказался более пригодным. Здесь трактор легко перетягивал живых конкурентов.

Первая попытка избавить трактор от «лошадиных черт» была предпринята в 1918 году с помощью так называемого «вала отбора мощности». Несколькими шестеренками этот вал Уединили с механизмом, который вращал ходовые колеса трактора. Теперь его двигатель обеспечивал еще и движение механизмов сельскохозяйственных машин. В начале 20-х годов появились, таким образом, тракторные сеялки, жатки, а потом и комбайны.

Плохо в этой конструкции было одно: механизмы машин, прицепленных к трактору, могли работать, только пока он двигался по полю. Трактор все еще сохранял типичные лошадиные особенности: ведь в конной жатке тоже все механизмы стоят, пока стоит лошадь («крутить» их, кроме как ногами, она не умеет). Источником движения механизмов было и осталось все то же поступательное перемещение. И какая разница, откуда «забирать вращение» для рабочих органов жатки: от ее собственных колес (как это делали в конструкциях конных машин) или от колес трактора?

Зависимость вала отбора мощности от поступательного движения машинно-тракторного агрегата неудобна по многим причинам. Однако до поры до времени она всех устраивала ввиду простоты устройства двигателя, а главное — неспешности полевых работ. Ведь за первые 50 лет своей истории трактор так и не смог основательно обогнать лошадь: его «рабочие скорости» едва-едва перешагнули за порог 5 километров в час!

К середине текущего столетия сельскохозяйственные машины стали более сложными и более производительными. Их простои в поле стали обходиться все дороже… Вот, например, забился травой режущий аппарат жатки. Чтобы очистить его, надо остановиться и прокрутить вал привода жатки «вхолостую». Но раз остановился трактор, остановился и привод, двигавший механическую косу. Трактор-тягач — та же лошадь: работает, когда двигается, а когда стоит только корм (горючее) переводит.

Два независимых привода от одного двигателя — для тракторных колес и механизмов связанной с трактором машины — как будто и небольшое изменение конструкции, но оно делает двигатель качественно иным, многоцелевым, более гибким. Теперь трактор может совместить старые функции лошади — тягача и новые — источника движения механизмов. Теперь он сообщает машине и поступательное и вращательное движение. Лошадь этого сделать никак не могла.

С того момента, как человеку пришла на ум идея запрячь лошадь, прошло несколько тысяч лет. За это время он сумел очень тщательно «вылизать идею» и превратить лошадь (вола, буйвола и тому подобные живые двигатели) в великолепнейшее и универсальнейшее транспортное и энергетическое средство. Идея «запрячь трактор» совсем молода, за истекшее время конструкторы не успели разработать ее столь же тщательно. Есть, однако, у них решающее преимущество перед «предшественниками» «конструкторами» лошади. Преимущество это — возможность непрерывного увеличения мощности объекта усовершенствования…

Впрочем, начать следовало бы не с преимуществ, а с недостатков. Вот, например, коэффициент полезного действия. Лошадь и вообще живая мышца в этом отношении образец для подражания. Их КПД — 90–94 процента!

Сейчас живые двигатели, несмотря ни на что, обслуживают большую часть человечества, чем механические. Однако к XXI веку моторизация планеты будет, безусловно, окончена: слишком велик расход кормов на содержание «живого тягла», слишком много земли требуется для их выращивания и слишком мала производительность труда. Можем ли мы, однако, заменив лошадь трактором, подтянуть КПД его двигателя до «лошадиного уровня»?

С 1936 года, когда в нашей стране началась сплошная дизелизация тракторов (перевод с керосиновых карбюраторных двигателей на дизель), и до 1946 года расход горючего удалось снизить с 230 до 195 граммов на одну лошадиную силу в час. В последующие 10 лет указанный расход уменьшился только на 15 граммов, а с 1956 по 1976 он и вовсе стал незаметным.

Совершенно очевидно: это говорит о том, что мы близки к «порогу возможностей» дизеля. В первом поршневом двигателе, созданном в 1867 году немецким инженером Н. Отто, только 15 процентов химической энергии топлива превращалось в механическую работу. В современных тракторных двигателях КПД возрос до 34 процентов, но очень сомнительно, чтобы когда-нибудь он превысил 35–40. И действительно, разве получать механическое движение путем промежуточного превращения химической энергии топлива в тепло не расточительно?! Добавьте к этому, что топливо в двигателе внутреннего сгорания фактически не горит, а взрывается. Вспомните, как выглядит этот цикл: всасывание — сжатие — взрыв — расширение…

Ну и, кроме того, будущее двигателя внутреннего сгорания омрачают еще одни родственные связи — с паровым двигателем.

В 1780 году известный английский изобретатель — он же и один из первых фабрикантов паровых двигателей Д. Уатт — попал в затруднительное положение. Пока его машины использовались при откачке воды из шахт, привод, обеспечивающий возвратно-поступательное перемещение, был очень удобен: именно такое движение совершали длинные штанги и поршни тогдашних водяных насосов (благополучно, между прочим, доживших до наших дней). Паровые двигатели Уатта легко справлялись с этой задачей: ведь и поршни этих машин движутся точно так же… Но вот их начали заказывать текстильщики и металлисты. И сразу — рекламации: для станков более удобно непрерывное вращение.

Уатт прекрасно знал, как превратить возвратно-поступательное движение поршня во вращение махового колеса. Для этого следовало применить давно всем знакомую конструкцию кривошипно-шатунного механизма. Но была здесь одна неприятная загвоздка: указанный механизм ухитрился запатентовать другой известный изобретатель того времени — француз А. Пикар. Уатту же вовсе не хотелось платить за право использования патента…

Нам неизвестно, как обогатил Пикара его патент. Зато совершенно определенно можно сказать: получи он все причитающееся ему по закону в наше время, слава Крезов и Ротшильдов стала бы совсем негромкой… Уж очень совершенен и универсален кривошипно-шатунный механизм!

Вот уже около 200 лет он остается незаменимым во всех поршневых двигателях (автомобильных, тракторных, судовых, железнодорожных и пр. и пр.). Так что ничего удивительного в родстве «древнего» паровика и двигателя внутреннего сгорания нет.

Основной рабочий орган этих двигателей — цилиндр с перемещающимся внутри него поршнем. Поршень в цилиндре движется возвратно-поступательно. Это значит, что в крайних точках он на мгновение останавливается, прежде чем начать движение в обратную сторону. Прерывистость, «импульсивность» далеко не лучший способ движения. Именно поэтому в борьбе за скорость и экономичность весла были заменены колесными лопастями, а эти последние винтом. Прерывистость движения приводит к возникновению инерционных нагрузок, снижению полезной отдачи и коэффициента полезного действия.

Стряхнуть груз «паровых традиций» с двигателя внутреннего сгорания, заменить возвратно-поступательное движение его поршней на вращение рабочего ротора пытались очень давно. Собственно вращение, как начальный момент машины, исходная точка ее движения, использовалось куда чаще, чем движение ползуна: вспомните о разных видах мельниц, водяных колесах и многих других устройствах, известных человеку задолго до того, как он познакомился с паровозом. Однако создать роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания оказалось делом далеко не простым. Первым достиг успеха Ф. Ванкель, по имени которого в соответствии с традицией и окрестили новый двигатель.

Первый ванкель заработал в 1957 году. За прошедшие с этого времени 20 лет инженеры успели полностью «выяснить с ним отношения».

Отказ от «кривошипно-шатунной древности» и переход к выполненному в форме сложной треугольной кривой — гипотрохоиды — поршню, вращающемуся в очерченном по еще более сложной эпитрохоиде цилиндре, принес моторостроителям одновременно и надежды — и разочарования.

Ванкель имеет вдвое меньший вес, чем дизель при одинаковой мощности, проще и компактнее. По-видимому, у ванкеля больше шансов стать «чистым», то есть меньше загрязнять среду, и, пожалуй, он может оказаться более дешевым. Зато ванкель съедает на 10–15 процентов больше топлива и масла. В эпоху энергетического кризиса это очень крупный недостаток, и трудно сказать, удастся ли его снять в дальнейшем.

Однако Ванкель был не первым, кто сделал вращение основным идейным принципом машины: Герои Александрийский опередил его на 2 тысячи лет. Как известно, именно он построил эолипил — прообраз современной турбины…

Сейчас газотурбинная установка считается одним из основных претендентов на звание «ведущего» транспортного двигателя. Объясняется это не столько заменой кривошипно-шатунного механизма вращающимся ротором, сколько малочувствительностью генераторов газа к качеству топлива, уравновешенностью всех движущихся частей, простотой устройства и низким весом. Помимо этого, коэффициент полезного действия турбины может достигать 40 процентов и даже немного более.

И все же это предел. Чтобы его перешагнуть, нужны принципиально новые решения, например, связанные с перспективой использования электроэнергии.

Мечта использовать электроэнергию для передвижения по планете преследовала человека с того самого времени, как он познакомился с аккумуляторными батареями. Электропривод для мобильных машин привлекает бесшумностью, безвредностью и еще многими другими «без», не присущими, к сожалению, тепловым двигателям.

Сейчас, например, трактору необходимо иметь сложнейшие механические передачи, коробки скоростей, карданные и обычные валы — и все это только ради передачи движения на собственные колеса и к рабочим органам агрегатируемой с трактором машины. Сложно, дорого, ненадежно! А чтобы передать электроэнергию от ее источника (генератора) к двигателю (электромотору), достаточно обычного гибкого кабеля. Электромотор может быть буквально «встроен» в ступицу ходового колеса, посажен на вал молотильного аппарата комбайна, он без всяких передач способен крутить мощные вентиляторы опыливателей, насосы дождевальных машин…

Удивительно: история электромобильных установок почти так же стара, как и история автомобиля и трактора! Она начинается тоже в 80-х годах прошлого столетия, когда инженер А. Романов создал свой первый электробус. Питался он от аккумуляторов его же конструкции.

За прошедшие 100 лет развития электропривода мобильных машин сделано немало, особенно в области совершенствования аккумуляторов. В результате количество получаемой энергии на единицу их веса увеличилось в 5 раз. И все же по удельной энергоемкости аккумуляторам еще далеко до обычного двигателя, о чем свидетельствует предпринятая англичанином П. Олбрайтом попытка решить спор между этими источниками энергии крайними мерами. Он предложил выбросить аккумуляторные коробки, заменив их… автомобильным кузовом, между двойными стенками которого заливается электролит.

«Электромобильный бум» только начался. Однако результаты уже налицо: сейчас серийный (!) электромобиль грузоподъемностью до одной тонны вполне конкурентоспособен по отношению к своим изрыгающим дым городским родственникам. А вот что касается более тяжелых грузовиков и тем более тракторов, то здесь прогресса мало. Ставить на них аккумуляторы — затея пока бесполезная.

Это обстоятельство было очевидно уже очень давно. И потому история электротрактора начинается с передвижной электролебедки, такой же передвижной электростанции или подстанции и огромных барабанов с электрокабелями.

Электролебедки оказались нежизненными, и от них быстро отказались: используемая в них канатная тяга далеко не лучший и, главное, не универсальный вариант механизации сельского хозяйства. Начались попытки тащить кабель за трактором, установив на нем сматывающуюся и разматывающуюся кабель-катушку — операция не слишком легкая и к тому же небезопасная. Работали над ней немало, а результаты чуть видны. В итоге пришли к выводу, что электротрактор станет выгодным, лишь когда будет разработан способ передачи энергии без проводов. Для многих энтузиастов этот вывод прозвучал как «никогда», и работы над электротрактором были приторможены.

А между тем появился новый вариант…

Мы уже говорили, что один из недостатков двигателя внутреннего сгорания — взрывной характер сжигания топлива. Чем «медленнее» горение, тем полнее сгорание топлива. Двигатель становится более экономичным и менее вредным…

Пожалуй, «предельно медленны» как источники горения топливные элементы. Горючее здесь не взрывается, а горит. Его химическая энергия сразу же трансформируется в электрическую, без «промежуточной инстанции». И это позволяет получать 70-процентный КПД.

Топливные элементы известны давно. Немало труда вложил в их совершенствование профессор О. Давтян, опубликовавший первую посвященную им монографию еще в 1947 году. Тогда у него не оказалось последователей: дороговизна изготавливаемых из благородных металлов электродов, необходимых для этих элементов, отпугнула потребителей. Но вот началась эпоха полетов в космос… Космический корабль не трактор, здесь решающий критерий — надежность и удобство. Топливные элементы отвечали этим требованиям, и ими принялись усиленно заниматься. В 60-х годах появились первые тракторы на топливных элементах. Пока что они дороги, но это пока…

Очень сложно пока использовать и атомную энергию. Так что сельскохозяйственный трактор с атомным двигателем еще не проектируется. Однако кто знает, что сулит будущее. Мнения прогнозистов в этом отношении расходятся. Согласны они в одном: по коэффициенту полезного действия своего двигателя трактор лошадь никогда не обскачет, разве что появятся некие бионические двигатели. Но это уж из области фантастики.

По мощности трактор далеко перегнал лошадь. С 1920 по 1945 год средняя мощность тракторов американского производства возросла с 17,5 до 22,5 лошадиной силы. В следующие 15 лет она выросла на 20 лошадиных сил и составила 43, а в 1975 году приблизилась к 90 лошадиным силам. Приблизительно так же быстро росла мощность и советских тракторов.

Похоже, что во всех промышленно развитых странах к началу 80-х годов средняя мощность тракторов возрастет до 80-110 лошадиных сил. Появятся (и уже появились) буквально тракторные геркулесы: сейчас советский К-700, например, имеет двигатель, мощность которого превышает 200, а Т-330 Чебоксарского тракторного завода — 300 лошадиных сил, харьковчанин Т-150 располагает 150 лошадиными силами. Уже созданы первые образцы 500-сильных тракторов…

Чем больше мощность двигателя, тем относительно меньше затраты на его эксплуатацию, кроме того, более мощные трактора позволяют производить сельскохозяйственные работы в более сжатые сроки. А ведь давно известно, что в земледелии «день год кормит», и что «на день раньше посеешь — на неделю раньше соберешь».

Конечно, мощность трактора беспрерывно расти не может. С повышением ее до 300 сил ему уже не хватает четырех колес. Для реализации такой мощности (обеспечения соответствующей ей силы тяги) нужны все шестеро колес, то есть три оси. Ширина колес тоже должна быть увеличена. В результате трактор очень сильно «полнеет в боках».

Существенно усложняются и условия управления: трактор становится менее маневренным, на нем труднее двигаться по пересеченной местности. Излишне солидный вес, наконец, препятствует развитию высоких скоростей движения, а увеличение их — одна из главных тенденций развития сельскохозяйственной техники.

Итак, у трактора, как и у лошади, есть «порог мощности». Следовательно, существует и некоторый пропорциональный «предел энергонасыщения» гектара, обусловленный основным средством дополнительных «энергетических вливаний» — трактором. Продолжая эту мысль, нетрудно прийти к выводу, что использование тракторной энергетики в сельском хозяйстве приводит с течением времени к «порогу продуктивности» этой сферы производства.

Многие специалисты считают широкое распространение трактора мощностью более 300 лошадиных сил экономически неоправданным; другие, что «порог» можно поднять до 500; третьи уверены, что пределы мощности тракторов должны устанавливаться… правилами уличного движения. В ФРГ, например, этими правилами запрещена эксплуатация тракторов, повышенная мощность которых приводит к необходимости увеличить их габарит по ширине более 3,5 метра.

Несмотря на существенное уменьшение веса трактора на одну лошадиную силу, развиваемую им, абсолютный вес его непрерывно растет. Это вызвано увеличением мощности, реализовать которую можно, только увеличив так называемый сцепной вес.

Вам никогда не приходилось задумываться, почему мы ходим или почему едет машина, везя вас из города на экскурсию. Впрочем, тут и размышлять не о чем: движение обеспечивается сцеплением с почвой ботинок или шин. Чтобы оно было лучше, на них наносят «рисунок» из выступов — впадин. В фантастическом «мире без трения» движение невозможно.

В реальном мире трактор сможет развить тем большую мощность тяги, чем лучше удается ему упереться в землю. Слишком легким в связи с этим он быть никак не может. В этом-то и заключается основное противоречие между главным энергосредством земледелия и землей, от которой трактору приходится отталкиваться и которую одновременно он обрабатывает. Некруглые (и даже квадратные) колеса — свидетельство неустанной борьбы конструктора с этим противоречием…

Академик ВАСХНИЛ В. Желиговский любил шутить. Один из разделов читаемого им в Московском институте инженеров сельскохозяйственного производства курса он обычно начинал так:

«Сегодня мы приступаем к изучению „околесицы“». И, повернувшись к доске, привычно-округлым движением руки выводил на ней несколько почти идеальных окружностей…

Наука «околесица», которую преподавал маститый ученый, — раздел механики, изучающий качение колеса. Раздел важный, поскольку, как известно, человек с некоторого времени предпочитает опираться не на собственный, вполне естественный стопоходящий аппарат, а на колеса. «Неестественность» этого устройства совершенно очевидна: ведь в окружающей наших предков природе они никак и нигде не могли «подсмотреть» ничего подобного. Неудивительно поэтому, что истории науки известны «теории» космического или даже «мистического» происхождения колеса, которое вначале было будто бы не средством передвижения, а предметом культа.

Действительно, перед колесами и колесницами преклонялись исстари, но в эпоху сплошной автомобилизации иена «религии колеса» стала огромной: сейчас человечество расходует «на колеса» примерно 30 процентов всего добываемого топлива. Так что «околесица» — занятие совсем не праздное.

Когда вам хочется изобразить катящееся колесо, вы рисуете циркулем окружность, касательную к горизонтальной прямой — дороге. «Идеальное» колесо соприкасается с «идеальной» дорогой в одной-единственной точке. На практике такого не бывает. Чем мягче обод колеса и дорога, тем больше «пятно контакта» между ними, тем сильнее точка касания расплывается в площадку.

Плохо это или хорошо? Мягкая дорога — нелегкая езда: это известно всем. Потому что жесткое колесо продавливает в мягком грунте колею и таким образом утопает ниже уровня той прямой, которую вы изобразили на листе бумаги. Легко сообразить, что в таком случае колесу приходится непрерывно катиться в гору: оно стремится вылезти из продавленного им ущелья вверх, но вместо этого образует новую возвышенность… Катится колесо, а впереди «движется» гора.

Естественно, что непрерывно взбираться в гору труднее, чем катиться по идеально ровной поверхности. Однако этого мало. Если теперь вы попробуете нарисовать колесо, образующее колею, то убедитесь, что эта последняя напоминает не только гору, но и тормозную колодку, охватывающую часть обода. Сходство не только формальное: колея действительно притормаживает колесо и заставляет его «буксовать».

Все ведущие, то есть движущие машину, колеса обязательно немного буксуют. Это означает, что длина пути, пройденного таким колесом за один оборот, всегда хотя бы немного меньше длины окружности его обода.

Предельный случай буксования у водителей определяется коротким и выразительным: «Все: сели!»

Чем тяжелее колесная машина, тем больше колея, а значит, больше буксование и меньше шансов сдвинуться с места. В этом случае можно сколько угодно увеличивать мощность двигателя: дело от этого «не сдвигается и на шаг».

Вначале выход искали, увеличивая диаметр колеса: чем он больше, тем меньше колея. Знали об этом давно: огромные колеса среднеазиатской арбы — неплохое средство для движения по песчаной дороге. Но всему есть предел: не делать же десятиметровых колес!

Вот тут-то и вспомнили, что колесо, снабженное зубцами, — шестерня, катящаяся по другой шестерне или по зубчатой прямой рейке, никогда не буксует. Превратить опорное колесо трактора в зубчатые несложно: на стальные ободья нужно наклепать ребра-почвозацепы. При вращении они вминаются в землю, превращая ее в подобие рейки. Конечно, земля не металл, идеальной зубчатой рейки из нее не получается. Поэтому полностью буксования не избежать.

Хуже, однако, другое: использование почвозацепов приводит к разрушению почвы. Из какой бы прочной стали ни делались шестерни, они все равно изнашиваются. Износ — следствие давления зубьев друг на друга и их относительного проскальзывания — трения. То же и при качении колеса с почвозацепами. В местах, где они оставляют на земле свои следы, почва становится плотнее, а значит, хуже пропускает влагу и воздух.

Чем больше давление, тем выше силы трения. Истирание почвы, превращение крупных ее комьев в пыль — это эрозия. Итак, жесткое колесо с почвозацепами, лишь отчасти решив задачу проходимости, вызвало к жизни проблему еще более сложную.

Выход, казалось бы, нашли, когда была изобретена гусеница. Кстати говоря, это ходовое устройство лишь внешне напоминает живую гусеницу, которая перемещается за счет последовательных сокращений тела. Такому способу движения машины еще не научились. Зато механические гусеницы подражают живым в другом — в равномерном распределении своего веса по опорной поверхности. Благодаря этому тяжелая листовертка легко передвигается по зыбкому листу, а трактор — по мягкой почве.

В начале 30-х годов казалось, что все трактора должны быть гусеничными. Широкие опорные поверхности в сочетании с относительно небольшими почвозацепами позволили резко увеличить проходимость по сравнению с колесным ходом или повысить вес, поставив более мощный двигатель.

Однако вскоре убедились, что гусеничный трактор имеет и минусы. Первый из них — сложность конструкции ходовой части, а значит, и большая сложность изготовления. Кроме того, уже в 40-х годах, когда доброму крестьянскому коню было предложено окончательно уйти на пенсию, стало очевидно, что заменить его можно лишь в том случае, если трактор станет не только основной тягловой, но и транспортной силой. А ведь гусеничный ход для перевозок мало приспособлен да и скорость дает низкую. К тому времени сельский пейзаж украсился новой деталью — асфальтовыми дорогами.

Гусеничному трактору пришлось сползти на обочину, колесный же остался на шоссе, так как к тому времени получил мягкую обувь. Первый патент на пневматическое колесо был выдан в США в 1905 году. Для его изобретателя Г. Марона, жителя небольшого города Милуоки в штате Висконсин, это колесо, безусловно, оказалось «колесом счастья». Перспективность пневмошин оценили сразу и уже через несколько лет после выдачи патента их ставили на всех серийно выпускавшихся автомобилях. Первые трактора на пневматических колесах были выпущены фирмами «Ханомаг» и «Ланц» в 1931 году.

Сейчас не только трактор, но и практически все сельскохозяйственные машины движутся не на жестких, а на пневматических колесах. А это колесо уже как бы и не совсем колесо, хотя, конечно, еще не гусеница… Эластичный, заполненный воздухом обод колеса под действием веса машины сплющивается в нижней части. Колесо теряет идеально круглую форму, но зато увеличивает пятно контакта с почвой. Это улучшает проходимость и снижает разрушающее воздействие на почву, тем более что пневматическое колесо лишено жестких почвозацепов. Их место занимают эластичные выступы на покрышках.

Конечно, колесо, обуто оно в резину или нет, остается колесом, которому «на роду написано» буксовать. Поэтому по мере развития резинотехнической промышленности появились пневмоколеса ненормально большого диаметра и ширины. После того как на одну ось их начали сажать не по два, а по четыре, а то и больше (чтобы повысить проходимость и сцепление с почвой), трактора из-за колес не видно стало. Слишком широкий трактор не удобен не только на улицах, он не может работать в междурядьях пропашных культур, кукурузы, хлопка, картофеля…

Кроме того, основную проблему пневмоколеса полностью все же не решили: давление их на почву по поверхности контакта распределяется неравномерно. Разделив вес трактора на суммарную площадь соприкосновения пневмоколес с почвой, мы получаем только среднее давление. Если оно, к примеру, равно 3 килограммам на квадратный сантиметр, то это означает, что некоторые участки почвы под колесом испытывают в три-четыре раза большие давления. Особенно отличаются замеры «в статике» от замеров «в динамике»: при быстром движении нагрузки намного превышают статические.

Старая чешская пословица утверждает, что «следы хозяина поле удобряют». Это верно только в переносном смысле слова. Давление ноги человека на землю, достигающее 0,5–0,6 килограмма на квадратный сантиметр, а тем более лошади (в 2 раза большее), сказывается на ее плодородии отрицательно. Это было замечено задолго до эпохи тракторизации.

В 1903 году русский журнал «Автомобиль» опубликовал статью В. Лебедева «Автомобиль или лошадь?». Молодость журнала (он издавался всего второй год) определила его оптимистический тон. Статья отвечала очень решительно: «Автомобиль!» Лошадь же предавалась анафеме: «Нет худшего, чем лошадь, врага и разрушителя мостовой. Ее четыре подковы раздробляют почву, крошат асфальт и открывают пути разрушающему действию дождя. Не преувеличивая, можно сказать, что государство сбережет миллионы на постройках и ремонте дорог и мостов, если лошадь отойдет в область истории и ее место заступит механический экипаж на резиновых шинах».

Давление на почву ног человека и лошади и нынче и 100 лет назад было одним и тем же — куда большим, чем у трактора и «шлейфа» машин к нему. И тем не менее оптимистический прогноз не оправдался: механический сельскохозяйственный привод увеличил интенсивность и частоту воздействия на землю. Сейчас, когда следы от тракторов, комбайнов, самоходных машин и автомобилей перекрывают практически 100 процентов посевной площади, проблема уплотнения стала особенно серьезной.

Исследования американских специалистов показали, что уплотнение почв в основных зерносеющих районах США снижает урожай хлебов на 8 — 13 процентов. Во многих странах, в том числе и СССР, были поставлены специальные опыты. Они показали, что уплотнение пылевато-иловатого суглинка трактором, колеса которого давят на землю с силой 2 килограмма на квадратный сантиметр, что повышает объемный вес почвы всего на 0,3 грамма в кубическом сантиметре, снижает урожайность картофеля более чем на 50 процентов. Имеются данные, что урожай заметно снижается даже в том случае, когда объемный вес земли увеличивается всего на 0,01 грамма в кубическом сантиметре.

Считают, что решить проблему можно, только снизив среднее удельное давление колес на почву до 0,15 килограмма на квадратный сантиметр. Пока что сделать это, не использовав гигантских и далеко не всегда удобных шин типа «Голиаф» и им подобных, не удается. Поэтому, например, многие американские фермеры предпочитают «пробивать» на своих полях «постоянные колеи» и двигаться только по ним, не затрагивая остальную землю. Правда, в колее урожай всегда намного ниже, но что делать — все-таки выход…

Работая над увеличением проходимости колесного трактора, конструкторы решили… выпустить воздух из пневмошин. Чем меньше давление внутри их, тем сильнее они сплющиваются. В конце концов из круглого колесо становится эллиптическим, почти совсем как гусеница. Подкачивая воздух на ходу, можно превратить его в «нормальное», делать это можно автоматически, в зависимости от характера дороги. На асфальте трактор с такими опорами ведет себя как обычный колесный, на топком болоте — как гусеничный. Кстати, о болотах: автомобили и трактора, снабженные гигантскими надувными камерами вместо колес, вполне могут не только ездить, но и плавать; согласитесь, что это уже рекорд проходимости, перекрыть который гусеничному трактору, пожалуй, не удастся.

Впрочем, пока «колесники» изощрялись в придумывании разных некруглых и даже квадратных (есть и такие!) колес, а также новых «галош» для них, «гусеничники» тоже не спали. Не так давно их старания увенчались успехом: в одном из киевских институтов создана вполне работоспособная пневматическая гусеница. Ее варианты — эластичные пневмозвенья или наполненный воздухом толстый резиновый шланг. Соревнование продолжается: кто первый?

Первым, возможно, будет не колесный и не гусеничный ход. Изобретатели по-прежнему стремятся объять необъятное: до невозможной степени увеличить площадь контакта опорных поверхностей трактора с землей и снизить тем самым давление на нее. «В идеале» эту задачу можно решить двумя путями: либо создать что-то очень близкое настоящей живой гусенице, либо вовсе отказаться от опоры.

Безопорный трактор на воздушной подушке еще не получил официального, всеми признанного названия. В Польше, например, его окрестили «воздушковец», во Франции «агроплан». Применяют подобные машины и в США, и у нас, и в ряде других стран. Пока только в экспериментальных целях. Но результаты уже вполне солидны. Польский воздушковец, например, на операциях химической защиты растений двигается над полем с недосягаемой для обычных тракторов скоростью — 50 километров в час. Французский агроплан по обычным дорогам едет на обычных колесах; воздушная подушка включается только по необходимости — над болотом, например. В последнем случае агроплан весом в три тонны (вместе с грузом) развивает скорость до 20 километров в час.

Что касается копирования способа движения «настоящей» гусеницы, то здесь пока нечем хвастаться. Конструкции, рождающиеся на чертежных столах и в экспериментальных цехах заводов, слишком сложны, чтобы конкурировать с традиционным тракторным движителем.

А вот винтоход, возможно, сможет конкурировать. Эта машина опирается на четыре цилиндра, имеющие на поверхности спиральные выступы. Комбинируя направление и соотношение скоростей вращения каждою барабана, можно заставить винтоход с равным успехом двигаться вперед и назад, влево и вправо, делать крутые и плавные повороты… Одна из японских фирм выпустила целую серию винтоходов под маркой Доротти. Доротти легко ходит по сплошному песку со скоростью до 20 километров в час, на топком болоте развивает до 5, а на воде — до 7 километров в час. Примерно таковы же эксплуатационные показатели и у нидерландского винтохода Дельта Боу…

Не так давно около болгарского села Беково нашли колесо, которое было изготовлено здешним умельцем почти 6 тысяч лет тому назад. Это самое старое из всех известных колес.

Слава тебе, мастер из Бекова! По всей вероятности, не ты был первым, кто догадался отрезать кусочек от круглого чурбака и нанизать его на палку — ось. Но несомненно: ты одно из важнейших звеньев, соединяющих нашу колесную эпоху с тем далеким днем, когда это случилось. Трудно представить себе, что бы стало с человечеством, если бы в этот день все было по-другому. Если бы, например, на первом ученом совете прошло предложение заняться усовершенствованием… ходуль. Единственным аргументом против колеса было утверждение, что оно совершенно неестественно. А ходули — вполне.

По-видимому, следует признать, что современная цивилизация не развилась бы, не будь колеса. Трудно, однако, сказать, как бы выглядели средства передвижения, если бы поверхность нашей планеты была немного более болотистой, гористой или песчаной. Вполне вероятно, что в этом случае пришлось бы ориентироваться не на колесо, а именно на ходули.

Но все же и для Земли, какая она есть, ходули или, точнее, стопоходный механизм — аппарат не такой уж бесполезный.

В 1878 году на Всемирной выставке в Париже большим успехом пользовалось шагающее устройство знаменитого русского механика П. Чебышева. У этого механизма было четыре ноги, которые передвигались попарно, подобно конечностям любого четвероногого. Об этом и других устройствах вспомнили в середине текущего века в связи с освоением космоса. И можете быть уверены: окажись на Луне пыли так много, как думали вначале, луноход стал бы на ноги, а не на колеса. Впрочем, и для Земли стопоходы очень нужны. Например, для работы на горных склонах или для движения по сильно пересеченной местности без дорог. Проектов стопоходов очень много, и то обстоятельство, что ни один из них пока не вышел в серию, еще ни о чем не говорит. Машины еще будут ходить на собственных ногах!

Если вновь вспомнить о «родственниках» трактора и автомобиля, то следует признать, что они были такими же разными, как и эти самоходные устройства.

Для перевозки почты и людей, лихих кавалерийских а гак и прочих скоростных потребностей всегда применяли легких и неутомимых в беге лошадей. Вспомните хотя бы арабскую породу, орловских рысаков. А вот для перевозки тяжестей и нелегких крестьянских работ требовались другие, более тяжелые, крупные, выносливые, но и, естественно, медлительные лошади-тяжеловесы, а также волы, буйволы. Галопом по полям никто из них не скакал. Поэтому и трактор галопировать не может. Ведь он не просто отталкивается от земли, как автомобиль, но еще и цепляется за нее многочисленными рабочими органами многочисленных сельскохозяйственных машин. Ему куда труднее, чем автомобилю, развить высокую скорость: слишком уж тяжелы «пассажиры».

И все же во второй половине текущего столетия вопрос о повышении скорости работы машинно-тракторных агрегатов встал во весь рост. И не просто потому, что борьба за скорость — знамение века. Рост производительности при возрастании скорости движения по полю давно очевиден всем. Правда, достичь этого роста можно и путем увеличения захвата машин. Но чем больше последний, тем грузней и неповоротливей сам агрегат.

С ростом скорости улучшается и качество работы, ведь большинство сельскохозяйственных операций должно проводиться в очень сжатые сроки: земля может «перестояться», запоздай с обработкой на день-два, колос осыпаться, вредители — уничтожить весь урожай.

К. Маркс писал, что самым важным фактором в земледелии является фактор времени.

Теперь всем ясно: скоростной трактор нужен. И первые такие машины уже появились. Они позволяют вести скоростную пахоту и посев, опрыскивание полей и уборку урожая. И тем не менее «настоящий» скоростной трактор дело будущего. Не все просто в этой проблеме. Чтобы решить ее, следует перебрать весь трактор, как говорится, с головы до ног…

Как известно, мощность равняется произведению силы на скорость. Поэтому двигатель определенной мощности может развить тем большее тяговое усилие, чем меньше скорость движения, и наоборот. Вспомните: двигаясь в своей автомашине на подъем, шофер переключает скорость на более низкую передачу и, напротив, на ровной дороге снова берется за рукоятку: здесь можно двигаться быстрее. На хорошей дороге да еще при одностороннем движении водителю автомашины вовсе не нужно маневрировать скоростями.

Тяговое усилие, которое должен развивать трактор, зависит не только от рельефа местности и качества дороги, как у автомобиля, но и множества других факторов. Например, при вспашке сопротивление почвы дробящему действию плуга изменяется на одном и том же поле в десятки раз: в одном месте почва плотнее, глинистее, в другом — рыхлее, пористей, там плуг срезал кочку, а здесь — прошел над углублением. Сопротивление движению жатки тоже зависит от массы случайных факторов: густоты и длины стеблей, степени их одревеснелости и т. д. и т. п.

Итак, сопротивление движению агрегата, которым управляет тракторист, меняется непрерывно. Означает ли это, что он должен непрерывно переключать скорость? В принципе — да. Ведь мощность-то двигателя всегда постоянна. Так что если сопротивление (а значит, и тяга) переменно, то, чтобы произведение силы на скорость оставалось таким же постоянным, следует маневрировать скоростью так же часто, как часто меняется сопротивление. Если этого не делать, то двигатель будет либо недогружен, либо перегружен. И то и другое плохо, поскольку приводит к перерасходу горючего, снижению тягового коэффициента полезного действия трактора, ухудшению качества работы (большим потерям зерна, например, при работе самоходного комбайна).

Если, однако, неукоснительно соблюдать указанное правило и непрерывно поддерживать работу двигателя в оптимальном режиме, то тракторист должен будет ежесекундно переключать скорости. На другие занятия его уже не хватит.

Из всего сказанного совершенно очевидно, что трактор, в особенности скоростной, следует оборудовать как можно более многоступенчатой автоматической коробкой передач. В идеале она должна быть бесступенчатой, то есть способной регулировать скорость движения агрегата не рывками, а плавно. Механическая система передачи движения от двигателя к колесам для этого мало подходяща, и в последнее время все большее внимание уделяется гидравлическим и электрическим трансмиссиям.

Гидропривод трактора уже завоевал себе место под солнцем, однако широкое распространение его пока сдерживается повышенной стоимостью и пониженным КПД. Что касается электропривода, то он еще только в начале пути, как и электротрактор.

Но даже если согласиться с тем, что будущее — за электро- и гидромоторами, встроенными в ходовые колеса трактора и все основные рабочие органы агрегатирующихся с ним машин, если считать, что проблема трансмиссии скоростного трактора вполне разрешима, то существует другое препятствие на пути создания новых скоростных тракторов. Это препятствие сам человек.

Условия работы тракториста более сложны и тяжелы, чем условия труда шофера, машиниста или даже пилота. На рабочем месте куда более шумно, чем в кабине реактивного самолета, тракторист испытывает значительно большие вибрации, чем водитель в салоне автомашины, к тому же и дышит не всегда чистым воздухом. Последнее, пожалуй, особенно обидно: ведь поле не современный город.

В 1973 году объединение сельскохозяйственных инженеров ФРГ произвело специальное исследование условий работы трактористов. В результате оказалось, что некурящие сельские жители, овладевшие этой профессией, поглощают куда большее количество канцерогенных и прочих вредных веществ, чем курящие городские водители такси.

XIX век, как известно, был веком пара; здесь нет разночтений. А вот незакончившийся еще XX успел побывать и «веком электричества», и «эпохой атома», и «космическим столетием» — всем, чем угодно, вплоть до «века ядохимикатов». Что поделаешь: технический прогресс спрессовывает время, и век умещается в десятилетии…

Много веков поместилось в нашем столетии! И все же, пожалуй, единственно всеобъемлющим названием его должно быть: «век двигателей внутреннего сгорания». Вряд ли даже один-единственный «человекодень» современного цивилизованного мира может обойтись без хотя бы одной встречи с этим универсальным устройством…

Все блага цивилизации имеют свою оборотную сторону. Истину эту человек постиг уже давно и тем охотнее исповедует ее, чем больше благ накапливает. Сейчас-то мы уже твердо знаем, что в «веке двигателей внутреннего сгорания» есть и свои негативные стороны. Все познается опытом (чаще горьким): в 1899 году «Журнал новейших открытий и изобретений» призвал «из гигиенических соображений» как можно скорее «вытеснить конное движение по улицам больших городов и ввести механические экипажи». Первым пророкам механических двигателей лошадь казалась устройством, абсолютно не отвечающим санитарным нормам цивилизации. А на сегодняшний день двигатели внутреннего сгорания прочно удерживают первенство в ряду других гениальных изобретений человечества, интенсивно отравляющих его. Их удельный вес в общем балансе ядовитых выбросов в атмосферу превышает 60 процентов. В Соединенных Штатах Америки одна фирма «Дженерал моторе» ответственна за 35 процентов загрязнения воздушной среды!

Уже совершенно точно подсчитано, когда именно задохнется автомеханизированное человечество. По мнению специалистов, это случится между 2000 и 2050 годом, когда концентрация ядовитых газов из выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания перевалит через некий «порог»… Можно сколько угодно улыбаться по поводу такого прогноза, но цифры есть цифры: в течение своего среднегодового пробега один средний транспортный двигатель съедает 4350 килограммов кислорода (это в десятки раз больше того, что нужно одному человеку), взамен чего снабжает воздух «букетом», состоящим из 3250 килограммов углекислого газа, 530 килограммов окиси углерода, 93 килограммов ядовитых углеводородов, 27 килограммов окислов азота плюс некоторое количество всякой «мелочи». Таким образом, двигатель внутреннего сгорания вносит свою посильную лепту в дело «преобразования» человеком природы, в результате чего во многих крупных городах мира появляются «станции чистого воздуха», малогабаритные, удобные в обращении противогазы и многочисленные инструкции… В одной из них, например, мадридские городские власти рекомендуют своим подопечным на улицах «дышать исключительно носом», а также «воздерживаться от разговоров и физических упражнений».

Концентрация двигателей в сельском хозяйстве куда меньше, чем в городе и промышленности. Но это на единицу площади. Что же касается «абсолютного вклада» в процесс загрязнения среды, то здесь сельскохозяйственные двигатели нисколько не отстают от городских собратьев. Не случайно в США запатентован способ получения водного раствора аммония путем переработка выхлопных газов тракторного дизеля. Раствор этот может добавляться в воду для орошения, как удобрение. И заодно ликвидирует загрязнение почвы продуктами выхлопных газов, которое, по авторитетному мнению японских ученых К. Минами и К. Араки, растет с угрожающей быстротой. Способ, предложенный американцами, дорогой, но хоть как-то приближает к осуществлению голубую мечту современности создание «чистого двигателя»!

К концу текущего столетия воспоминания о первом древнейшем «двигателе внешнего сгорания», каким был обычный костер, становятся особенно сладкими. Мечта о вполне «естественном» органическом топливе подкрепляется к тому же энергетическим кризисом. Стало ясно, что при существующем росте расхода нефти ее едва ли хватит больше чем на 50-100 лет. И уж, во всяком случае, начиная с 2000 года потребление ее просто обязано пойти на убыль.

Эти прогнозы послужили причиной разработки различных необычных проектов восполнения дефицита горючего. Например, путем переключения части сельскохозяйственного производства на выращивание «топливных» древесных растений. Естественно, что, если бы это случилось, возврат к паровому двигателю был бы просто неминуем: чем же и топить его, как не дровами?!

Последнее время над паровыми тракторами усиленно работают во многих странах. В результате достигнуто немало: резко снижены время «разведения паров», вес на единицу мощности и т. п. Остались, однако, самые существенные недостатки парового двигателя: низкая экономичность, большой вес и расход топлива. Конечно, паровик более «всеяден», и топливо для пего стоит дешевле. Совсем не обязательно сжигать в котле бензин или солярку. Очень неплохим топливом может оказаться ядерное горючее, сжиженный природный газ, древесина и вообще — что угодно. И наконец, вода. Став менее взрывоопасным, современный паровик стал требовать и меньше воды для заправки. Оказалось даже, что он и вовсе мог бы обойтись без воды…

В недавнее время японская фирма «Датсун» начала работу над двигателем Уоллеса — Минто. Он подобен паровой машине, однако не работает на паре. Энергия производится посредством нагревания жидкого фторуглеродного соединения — фреона. При повышении температуры он превращается в газ с высоким давлением и приводит в движение поршни. Затем газ переходит в конденсационную камеру и после сжижения вновь возвращается в небольшой контейнер и нагревается. При работе двигателя выделяется очень незначительное количество вредных газов.

Двигатель У. Минто использует уже очень давно известное устройство Р. Стерлинга. Над его усовершенствованием и использованием в деле модернизации «древнего паровика» работают сейчас все ведущие тракторо- и автомобилестроительные фирмы и конструкторские бюро. Многие из них непоколебимо уверены, что именно двигателю Р. Стерлинга, изобретенному более 150 лет назад, и принадлежит будущее. Главное основание для этого заключения — всеядность: двигатель может работать с любым источником тепла, включая солнечную энергию. Помимо этого, стирлинг более легок, чем дизель, при несколько большей, чем у него, тепловой эффективности. Его сторонники утверждают, что изобретатель дизеля — великий Дизель — потому и утопился в море, что предвидел близкое поражение своего детища.

Есть, однако, и еще один вариант «чистого двигателя».

Родило его… отчаяние. Не первый и не последний случай, когда изобретение было сделано вследствие крайности, экстремальности условий, в которых работал изобретатель…

Случилось это в 1942 году в осажденном Ленинграде. Чтобы город продолжал жить и бороться, ему, кроме мужества и героизма, нужны были пища и энергия. А поскольку традиционных источников той и другой недоставало, приходилось искать их заменители. Вот тогда-то воентехник службы ПВО Б. Шелищ и предложил заменить в автомобильных и танковых двигателях бензин… водородом. Правда, последнего тоже было немного, но все же он был. Добывали его из… отработанных аэростатов, преграждавших фашистским самолетам дорогу в ленинградское небо…

Что водород горюч, знали к тому времени уже 224 года. Не случайно первооткрыватель Б. Кавендиш назвал его «горючим воздухом»! Свою дорогу к славе водород начал 1 декабря 1783 года, когда десятки тысяч парижан имели возможность насладиться зрелищем полета первого наполненного им воздушного шара. Ж. Шарль, профессор консерватории искусств и ремесел, пробыл в его корзине три часа, после чего благополучно вернулся на землю, осыпаемый цветами и аплодисментами. Впрочем, этим дело и кончилось; в течение ста с лишним лет водороду так и не удалось «выбиться в люди», а 6 мая 1937 года на его «летной карьере» был поставлен крест. Именно в этот день после трехсуточного полета через Атлантический океан над Нью-Йорком сгорел гигантский дирижабль «Гинденбур!». Виной была обычная электрическая искра, взорвавшая смесь наполнявшего его водорода с воздухом.

Не мудрено поэтому, что, когда всего через пять лет Б. Шелищ выступил со своим предложением, опасений было достаточно. И вероятно, только фронтовая отчаянная обстановка обусловила спокойствие экспериментаторов: «Ну, взорвемся, ну, машину взорвем… ну и что?!»

Никто не взорвался. Автомобильный двигатель в процессе испытаний проработал несколько часов — и ничего. Потом водородом «заправили» автомобиль, и постепенно о «дополнительном риске» езды на нем забыли все. А спустя тридцать лет многие специалисты стали доказывать, что именно самому легкому веществу на Земле удастся решить одну из самых тяжелых проблем…

Сейчас конструкций «водородных двигателей» очень много. Все они похожи на обычные бензиновые, но легче их и миниатюрнее при той же мощности. Главное же — их выхлопные газы безвредны: ведь основной продукт сгорания водорода — обычная вода. Единственный вредный побочный продукт сгорания окись азота, но ее в 10 раз меньше, чем у самого лучшего современного двигателя.

Решена в принципе и проблема взрывобезопасности. Осталось решить еще одну: где взять водород? Точнее, как добыть: ведь источником его может быть обычная вода — и морская и пресная. Ее на Земле пока хватает — миллиард кубических километров! Стоимость полученного из нее водорода еще высока, но ведь, помимо всего сказанного, следует учесть и то, что, сжигая нефтепродукты, по словам академика Н. Семенова, мы «бездумно расходуем запасы ценнейшего сырья, которое понадобится будущим поколениям людей для обеспечения производства химических препаратов, органических материалов, моющих средств» и, добавим, синтетических пищевых Продуктов. Нефть, а также уголь, природный газ, древесина — все это в относительно недалеком будущем из энергетического сырья превратится в более ценное техническое и пищевое сырье, использование которого позволит человечеству сделать новый шаг вперед.

Высушенный на солнце навоз домашних животных и птиц — один из древнейших строительных и топливных материалов. Если исходить из приведенных цифр, то сегодня его роль в энергетике вовсе ничтожна. Однако утверждать так было бы ошибкой. Оценки специалистов очень сильно разнятся, но все они сходятся в том, что значительно больше половины человечества продолжает пользоваться кизяком все в тех же целях. В такой стране, как Турция, он до сих пор покрывает 26 процентов потребности в энергии!

Здесь нет ничего странного. Теплотворная способность коровьего навоза вполне удовлетворительная. В пересчете на другие виды топлива получается, что одна «средняя буренка» способна произвести 262 литра бензина или 525 килограммов каменного угля. Расчеты показывают, что в зависимости от совершенства методов получения топлива из экскрементов животных и человека оно может покрыть до 30 процентов современной мировой потребности в энергии и стать, таким образом, одним из основных ее источников. Тем более что в отличие от других видов топлива, это — по природе своей — неисчерпаемо, так как количество его растет пропорционально росту числа людей и их домашних животных.

«Микробиологический мотор» изобрел русский инженер А. Мельников в 90-х годах прошлого столетия. Вот в чем состояла его идея…

В отсутствие кислорода (в специальных емкостях) и при температуре 32–35 градусов происходит сбраживание осадка сточных вод или навоза. Брожение навоза осуществляется в две фазы под действием специфических бактерий и выделяемых ими ферментов. Вначале происходит расщепление сложных органических веществ (белков, жиров, углеводов), содержащихся в упомянутом осадке, на более простые соединения с образованием органических кислот жирного ряда (муравьиной, уксусной, масляной и других), затем — их разрушение с образованием углекислоты и метана.

Биогаз, полученный в результате сбраживания навоза, состоит из углекислоты и метана, который, как известно, горит неплохо: его теплотворная способность лишь в 1,5–2 раза ниже теплотворной способности нефти и угля. Причем последние загрязняют среду, а биогаз — нет. Кроме того, из метана можно «достать» водород — топливо будущего…

Биогазовые двигатели в начале пути, но не исключено, что в скором времени заправочные станции для тракторов и автомобилей начнут строить в… коровниках. Во всяком случае, недавно французские инженеры создали технологию и двигатель, работающий на «бензине» из смеси навоза, сухой ботвы, соломы, стеблей кукурузы и других отходов. В США разработали установку, перерабатывающую стоки животноводческих ферм в горючий этилен и брикеты древесного угля. В Токийском технологическом институте создали «биоэлементы», конечным продуктом которых является электрический ток. Ведутся аналогичные работы и в Советском Союзе.

Итак, превратить экскременты, бытовые отходы городов и деревень в топливо можно. Однако как быть с землей, которая уже сейчас не получает взятого из нее? Что станет с ней, если человечество начнет перерабатывать весь навоз в горючий газ?

Вопрос очень серьезен. В поисках его решения предлагали даже делать биогаз не из навоза, а из… растений, специально для этой цели выращиваемых. Таким образом, трактору, возможно, придется еще раз вспомнить о своей четвероногой родственнице. Впрочем, проверка расчетов показала, что при существующем низком КПД фотосинтеза выращивание «топливных чурок» экономически не эффективно: нефть обходится дешевле. Да и занимать под новый вид топлива значительные площади — не слишком-то прогрессивная идея: не успели освободиться от забот, связанных с кормом для лошадей, и на тебе… Правда, недавно было найдено «бензиновое» дерево. Сок этого дерева — эуфоры, — растущего в некоторых засушливых районах мира, обладает теми же свойствами, что и сырая нефть…

Так или иначе, а поиски «чистого горючего» продолжаются… Задача эта, безусловно, будет решена, и, возможно, в недалеком будущем. Пока же борьба с вредными выхлопными газами трактора сводится к тому, что его стремятся снабдить высокой выхлопной трубой и кабиной с… кондиционером. Кстати, последний оказывается вовсе не лишним и в очень жаркое и в очень холодное время года.

С вибрациями (а с увеличением скорости тракторов они, естественно, увеличиваются) конструктору бороться куда труднее. Еще раз напомним, трактор не автомобиль, а поле не шоссе. По данным английского исследователя Р. Симонса, преобладающая частота колебаний трактора на пневматических шинах равна 3–6 герцам. Это как раз соответствует собственной частоте колебаний человеческого тела и способствует развитию резонансных явлений. К чему приводят последние, читатель, вероятно, хорошо знает: вспомните хотя бы классический случай с мостом, рухнувшим только оттого, что его собственная частота колебаний совпала с частотой солдатского марша.

Исследования, проведенные во многих странах, показали, что длительное воздействие вибрации и толчков может привести к серьезным заболеваниям пищеварительной, сердечно-сосудистой и центральной нервной систем, ухудшению зрения и потере чувства равновесия, снижению быстроты реакции, нарушению работы желез внутренней секреции и преждевременному старению организма.

Казалось бы, задача ликвидации вибраций достаточно проста: стоит только как следует подрессорить сиденье тракториста или всю кабину, как… Однако просто хорошо подрессоренная кабина вопроса не решает: слишком упруго подвешенная мешает работе, ориентации и управлению, а слишком жесткая приводит к появлению профессиональных заболеваний позвоночника и желудка.

Для гашения вибраций (вертикальных и горизонтальных, разных по частоте и фазе) приходится разрабатывать чрезвычайно сложную систему демпфирования и подрессоривания. В принципе задача полного освобождения тракториста от вибрационных нагрузок и тряски оказалась разрешимой, но чрезвычайно дорогой. По-видимому, в связи с этим некоторые зарубежные фирмы объявили, что тракторист, сидя в герметичной кабине с хорошей антивибрационной защитой, может впасть в психологическую ошибку и потерять контроль над реальными условиями, в которых движется и работает трактор, что может явиться причиной аварии.

Шведская статистика свидетельствует, что до середины 60-х годов на каждые 100 тысяч сельскохозяйственных тракторов приходилось 20–30 несчастных случаев от опрокидывания. За период с 1920 по 1970 год число несчастных случаев со смертельным исходом от опрокидывания тракторов во всем мире составило 30 тысяч.

Конечно, приведенные цифры значительно ниже тех, которые характеризуют безопасность на автомобильных трассах, и тракторист имеет значительно больше шансов дожить до преклонного возраста, чем счастливый владелец автомашины. И тем не менее…

Тем не менее… в последние 10 лет особо пристальное внимание оказывается проблеме устойчивости трактора против опрокидывания, разработке таких кабин, в которых было бы «удобно» и безопасно опрокидываться. Это вызвано опять-таки повышением скорости тракторных агрегатов. Результаты достигнуты вполне положительные: трактор стал более безопасной машиной, но и, конечно, более дорогой.

Бороться с шумом трактора, пожалуй, еще труднее, чем с вибрациями. Правда, Национальный институт механизации сельского хозяйства Англии еще в начале 60-х годов опубликовал успокоительное заявление о том, что у трактористов не наблюдаются профессиональные ушные заболевания и не замечаются случаи ослабления или потери слуха. Тем не менее признано, что из-за слишком большого уровня шума они быстро утомляются, а производительность труда снижается.

Австралийская опытная станция в Уэрриби произвела замеры уровня шума на рабочем месте тракториста. В результате была опубликована «лестница шума». На верхней ее ступеньке помещается шум, вызванный взрывом бомбы. Его величина — 135 децибелл. Рев реактивного самолета — 130, винтового — 120, а трактора — 105 децибелл. Для сравнения укажем, что самая шумная городская улица дает всего 80 децибелл. Вот еще одно свидетельство того, что «звуковое загрязнение» рабочей среды в сельской местности частенько превышает городской уровень. Что поделаешь: современному человеку некуда спрятаться от утомляющей машинной цивилизации.

Учитывая, что болевой порог равен всего 130–140 децибеллам, бороться с шумом на рабочем месте тракториста просто необходимо. Наилучшая защита акустически плотно изолированная кабина. Однако звукоизоляция обходится дорого. Дешевле так называемые слухопротекторы, или, проще говоря, «затычки». Они не совсем удобны и непривычны, но специалисты убеждены в их полезности и делают все возможное для рекламирования.

Возможно, что весьма перспективны попытки гасить шум… шумом (той же частоты, но другой фазы). С этой целью применяют специальные акустические генераторы, излучающие звук, «обратный» издаваемому двигателем. Но это дорого; без сложнейшей автоматики и хотя бы «простенькой» вычислительной машины здесь не обойтись. Ну и, по-видимому, прежде чем ставить генератор антишума на трактор, следовало бы поставить его в наших городских квартирах: сейчас в них живет значительная часть человечества, и «шумокондиционер», перерабатывающий грохот городских автотрасс в шепог листвы и шум падающего дождя, просто необходим.

Итак, чтобы трактор догнал страуса, необходимо позаботиться прежде всего о человеке, сидящем в его кабине. По мнению крупнейшего в СССР специалиста, работавшего в области скоростной сельскохозяйственной техники, академика В. Болтинского, последняя в связи с этим должна быть оборудована:

а) кондиционером, регулирующим чистоту, состав, температуру, влажность и давление воздуха;

б) спецзащитой, снижающей уровень шума до 50 децибелл (это уже почти «шепот леса»);

в) защитами от «беспокоящих солнечных лучей», от тряски и грязи;

г) устройствами, позволяющими на ходу позавтракать и пообедать, выпить стакан черного кофе или молока…

Управление первыми самолетами было предельно простым — лишь рули высоты. Теперь пилот, сидящий в кабине современного самолета, один не управляется. Чаще всего ему помогает второй пилот, штурман, радист… автопилот, радар, десятки и сотни автоматических приборов. На вооружение взяты вычислительные машины. Но функции пилота ненамного сложнее функций тракториста. Разве что ответственнее, поскольку от правильного выполнения их зависит и его собственная жизнь, и жизнь пассажиров. А вот разнообразие задач, стоящих перед трактористом, пожалуй, больше. Ему ведь приходится не только правильно прокладывать курс, но и следить за работой движущихся вместе с трактором машин. Совсем еще недавно эту задачу выполняли его помощники: прицепщики, комбайнеры. Теперь чаще всего тракторист (или водитель самоходной машины) один, Без помощников и без автопилотов. Пока…

Технически осмысленная идея самовождения трактора почти так же стара, как и сам трактор. Один из вариантов решения ее предложил Джек Лондон в 1916 году: «…Посреди поля возвышалась массивная стальная мачта футов двадцать в вышину. От барабана на верхушке шеста к самому краю поля тянулся тонкий трос, прикрепленный к рулевому механизму маленького бензинового трактора… Барабан сам, без управления, начал накручивать кабель; машина, описывая окружность, или, вернее, спираль, радиусом которой являлась длина троса, соединявшего ее с барабаном на стальной мачте, пошла, оставляя за собой глубокую борозду…»

За истекшие 60 лет с момента выхода в свет романа «Маленькая хозяйка большого дома» числу патентов, выданных на «способ автоматического вождения трактора», буквально числа нет. Все изобретения основывались примерно на одних и тех же принципах…

Первая борозда прокладывается «вручную», все последующие автоматически, по следу первой борозды (или вообще прохода, если ведется не почвообработка, а, скажем, уборка). Следящие устройства — щупы разных конструкций — от механических до лазерных.

Другой принцип: «групповое вождение» нескольких тракторов одним трактористом. Связь между агрегатами осуществляется тросами, проводами, шнурами или бесконтактно — по радио, лазером и т. д. Системы эти не прижились, так как требуют периодических пересадок водителя с машины на машину и обязательного «ручного» поворота на краях полей. Но есть и еще один вариант.

В недавнее время в Англии разработана система автоматического управления тракторами по подземным кабелям. Она проверялась в небольшом саду на операциях сенокошения, борьбы с сорняками и опрыскивания деревьев. Неудобно и дорого зарывать кабель в землю? Пожалуйста: разработан метод управления с помощью звуковых сигналов! В этом случае агрегат повинуется окрикам, раздающимся из динамика…

Однако достаточно дешевый и надежный трактор-автомат пока не создан. Тракторист все еще плотно сидит на своем месте. Переселится ли он из кабины трактора в диспетчерский пункт телеуправления и когда это случится, трудно сказать. Во всяком случае, многое из того, что сделали инженеры для этого, останется. Вот, например, следящая система, обеспечивающая автоматическое вождение в строго заданном направлении… Она нужна уже сегодня и при «живом трактористе». Ведь на больших скоростях работа на поле требует буквально «невероятной» точности. Кстати, о точности…

В начале 60-х годов тракторостроители проверяли предложение изобретателя К. Солдатенкова применить при автовождении гироскопический механизм. Для автоматического пилотирования в космосе, на надводных и подводных судах этот прибор полностью себя оправдал. А в поле оказался недостаточно точным!

Совсем нетрудно подсчитать, что уклонение от заданного курса на долю миллиметра при обработке рядков свеклы, картофеля или кукурузы может через несколько сот метров привести к уничтожению растений. Поэтому точность работы трактора должна превышать точность продольно-строгального станка: ведь наибольший рабочий ход резца последнего — несколько метров. А длина хода трактора с плугом из конца в конец поля может превышать и километр, и два… Следить за «набеганием» ошибки на таком расстоянии да еще при высокой скорости человек не может. Значит, нужен автомат.

Другой пример — работа на склонах.

Последнее время нехватка земель заставляет инженеров строить машины-аль тинисты. Крутосклонные модификации трактора уже выпускаются промышленностью. В процессе работы на склоне их рама остается горизонтальной. Естественно, что эта особенность существенно усложняет и удорожает конструкцию. Вот, например, американец Д. Берд из Оклахомы поставил раму своего трактора на шесть ног, сгибающихся и разгибающихся независимо друг от друга. Это позволяет прекрасно копировать местность и оставаться в горизонтальном положении при работе даже на 30-градусном склоне.

Как экспериментальная «шестиножка», так и серийно выпускаемые горные трактора имеют автоматическую систему «слежения за склоном»: в сложных горных условиях у тракториста много других забот. Забыть о склоне ему позволяют автоматы.

Для разных автоматических систем в — тракторе есть и другое применение… Приборы контролируют работу двигателя, многочисленных рабочих органов, следующих за трактором, или навешенных на него сельхозмашин, они переключают скорости движения агрегата и выполняют еще целый ряд сложнейших функций…

Снять водителя с трактора мы пока не можем: слишком сложна среда, она требует быстрых решений, «спектр» которых очень широк. Конечно, можно посадить в кабину трактора самопрограммирующуюся электронно-вычислительную машину, но… сельское хозяйство насыщено миллионами тракторных агрегатов, и оборудовать их роботами пока не представляется возможным.

До недавнего времени статистика показывала, что стоимость «вливания» дополнительной энергии на 1 гектар обрабатываемой земли с увеличением энергонасыщенности (то есть мощности и скорости) трактора снижается. Однако необходимость дополнительных затрат на автоматизацию, улучшение условий труда водителя и обеспечение большей его безопасности постепенно «съедают» прирост экономии. По данным компетентных организаций ФРГ, относительная цена трактора начинает повышаться с переходом через порог 100–300 лошадиных сил (в зависимости от типа конструкции). Конечно, «высота порога» зависит и от размеров хозяйств, и от социальных условий. В социалистических странах этот порог, безусловно, выше. И тем не менее он существует. Значит ли это, что трактор изживает себя?

В какой-то степени — да. Об этом говорит хотя бы то, что с течением времени на «сельскохозяйственной сцене» появляется все больше самоходных машин, отказавшихся от услуг трактора. Это свидетельствует, что трактору не удалось стать таким же универсальным транспортно-энергетическим средством, каким была лошадь. Самоходные машины дают некоторый дополнительный прирост энергонасыщения земли. В принципе они отличаются от трактора только очень узкой специализацией, в остальном это тот же самый движитель — двигатель плюс рабочие органы сельхозмашины.

Не решают самоходные машины в полной мере и основного противоречия между трактором и обрабатываемой средой. Они лишь чуть-чуть снижают (и то не всегда!) суммарное давление техники на почву. Что же касается хлопот с рабочим местом комбайнера, то их едва ли не больше, чем с кабиной тракториста: шансов пересесть за пульт и надеть белоснежную сорочку у него пока так же мало.

Трактор привязывает, наконец, к старому и сельскохозяйственная техника. От техники промышленной ее отличают деконцентрированность (она как бы «размазана» по пригодной для возделывания растений территории), мобильность, необходимость работать на «свежем воздухе» в быстро меняющихся (чаще непредсказуемо) условиях. Это ставит ее в крайне невыгодное положение по сравнению с промышленной техникой.

Почти 100 процентов тракторов имеют двигатели внутреннего сгорания. В промышленности нет такого однообразия: здесь в зависимости от условий используют различные энергетические и транспортные средства. Это облегчает задачу их автоматизации. Кроме того, большая часть промышленных энергетических средств никуда не перемещается из-под крыш цехов и заводов и содержится, таким образом, в постоянных, искусственно поддерживаемых условиях. А когда эти средства предназначаются для использования под открытым небом в качестве транспортных, для них сооружают дороги.

Трактора лишены всех этих благ. Поэтому автоматизация их в десятки раз сложнее и дороже. Более сложная система далеко не всегда более надежная. Чаще (особенно в «грубых» эксплуатационных условиях сельского хозяйства) бывает наоборот.

Первая транспортная катастрофа, как свидетельствует мифология, произошла с колесницей царя Эномая, когда он преследовал ненавистного Пелопса. Подкупленный последним, слуга Эномая Миртил «забыл» вставить чеки в оси колес экипажа своего господина.

Забывчивость (неорганизованность, неумелость или небрежность) службы технического обслуживания машинно-тракторных агрегатов обходится куда дороже, чем во времена названных мифических персонажей. Ответственность (а следовательно, и необходимый уровень подготовки, и цена ее) растет с усложнением техники. Рассчитывать последнюю по старинке, как говорили когда-то «на дурака», уже нельзя. А это значит, что растущая цена эксплуатации и ремонта сельскохозяйственных энергетических агрегатов дополнительно понижают допустимые пороги их стоимости и соответственно энергонасыщенности гектара.

Безусловно, трактор еще далеко не исчерпал себя. В соответствии с прогнозами вплоть до 2000 года у него вполне обеспеченное и даже прекрасное будущее, возможности реализовать многочисленные резервы. Но…

…Но, несмотря на все разговоры о том, как сельскохозяйственная техника «перекроила природу» и изменила ландшафт Земли, один из основных элементов этой техники — трактор жил лишь тем, что приспосабливался к среде точно так же, как и его четвероногие предшественники. Именно эта среда породила крепкие копыта, замечательный экстерьер, огромную выносливость лошади, которая в руках человека много тысяч лет подряд была орудием перестройки той же среды. Так и трактор: «в агрегате» с человеком это мощнейшее средство воздействия на почву, на ландшафт в целом… Но сам по себе это образец приспособленчества к той же почве и к тому же ландшафту, может быть, и не столь великолепный, как лошадь, но все же достаточно выразительный. Вспомните о «копытах» трактора, о его двигателе, «экстерьере», наконец…

Уже сейчас он кажется нам слишком сложным, однако будущее обещает еще большие усложнения.

Чтобы сделать возможным работу трактора на косогоре, его приходится снабжать несколькими парами складывающихся ног и колес, специальными гироскопами… Трактор приспосабливается к горе. Но почему бы гору не приспособить к трактору, например, срыть ее? Дорого? А разве кибернетизированный трактор будущего дешев? Надо еще посчитать, что выгоднее: приспосабливать наши энергетические средства к среде (и, как мы видели, разрушать ее) или, наоборот, — среду к этим средствам.

В начале прошлого века тысячи изобретателей работали над усовершенствованием парусных судов. А лучшее решение состояло в том, чтобы отказаться от парусов и построить пароход. Быть может, нужен не усовершенствованный трактор, а что-то совсем новое…