DARPA, Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США, в настоящее время работает над созданием бесшумной водной двигательной установки с магнитным приводом – магнитогидродинамического (МГД) привода. Основная причина заключается в разработке бесшумных военных кораблей. Представьте себе атомную подводную лодку с МГД-приводом, без движущихся частей, которая может бесшумно рассекать воду. Отсутствие движущихся частей также означает гораздо меньшие затраты на техническое обслуживание (я могу подтвердить, что обладание полностью электрическим транспортным средством является преимуществом).
Но не отвлекайтесь на очевидное военное применение – если исследования DARPA приведут к успешному созданию МГД-накопителя, это может иметь значение и за пределами военной сферы, и в этой истории есть много интересных моментов. Давайте, однако, начнем с самой технологии. Как работает МГД-накопитель?
Идея создания двигателя впервые появилась в 1960-х годах. Это общий технологический урок № 1. технология часто имеет более глубокие корни, чем вы себе представляете, потому что разработка часто занимает гораздо больше времени, чем можно было бы предположить по первоначальной рекламе. В 1992 году Япония построила “Ямато-1”, прототип корабля с МГД-приводом, который работал. Это было важным доказательством концепции, но не было практичным. Даже более 30 лет спустя мы все еще не достигли этого. Привод работает за счет мощных магнитных полей, которые расположены под прямым углом к электрическому току, создавая силу Лоренца. Это сила, действующая на частицу, движущуюся как в электрическом, так и в магнитном поле под прямым углом к обоим полям. Соленая вода содержит заряженные частицы, которые ощущают силу Лоренца. Следовательно, при правильном расположении магнитные и электрические поля могут подталкивать воду к корме судна, обеспечивая движение.
Звучит довольно прямолинейно, так в чем же проблема? Их несколько. Наиболее важным аспектом Yamato-1 является то, что были проведены тщательные исследования всех технических проблем, связанных с этой технологией. Во-первых, МГД-привод крайне энергоэффективен, а значит, его эксплуатация обходится очень дорого. Для повышения эффективности в основном требовались более мощные и производительные магниты. Здесь мы переходим к общему технологическому уроку № 2. Базовая технология, разработанная для одного приложения, может иметь другую или даже большую полезность для других приложений. В этом случае МГД-приводы частично выигрывают от использования термоядерной энергии, для которой требуются мощные эффективные магниты. Мы можем использовать те же самые инновации в области магнитов и применить их в МГД-приводах, что сделает их энергоэффективными и экономичными.
Но все еще остается одна серьезная и одна второстепенная проблема. Основная проблема заключается в электродах и электронике, необходимых для выработки электрического тока. Электроника и соленая вода несовместимы – соленая вода обладает высокой коррозионной активностью, особенно при воздействии магнитных полей и электрического тока. Поэтому нам необходимо разработать электроды, устойчивые к коррозии. К счастью, подобные разработки уже ведутся в аккумуляторной промышленности, где также требуются надежные электроды. Очевидно, что мы еще не дошли до МГД, а это будет основным направлением исследований DARPA.
Существует также небольшая проблема, связанная с тем, что электроды электролизуют соленую воду, создавая пузырьки водорода и кислорода. Это снижает эффективность системы, что не является решающим фактором, но было бы неплохо уменьшить этот эффект. Я сразу же задался вопросом, можно ли каким-то образом улавливать образующиеся газы, одновременно решая проблему и производя экологически чистый водород для судоходной отрасли. В любом случае, это проблема № 2, которую предстоит решить DARPA.
Если все пойдет хорошо, то, вероятно, еще 10-20 лет (или больше) отделяют нас от использования МГД-приводов на кораблях. Вероятно, на первом месте будут военные применения. Я надеюсь, что они не будут использовать эту технологию, что они могли бы сделать, чтобы сохранить свое военное технологическое превосходство, но возможности ее применения в гражданских целях могут быть огромными. Шум, создаваемый судоходством, оказывает огромное негативное воздействие на морскую флору и фауну, особенно на китов и других китообразных, которые используют звук на большом расстоянии для общения друг с другом, навигации и миграции. Гребные винты, взбивающие воду, также являются экологической проблемой. Если когда-нибудь это станет достаточно эффективным с точки зрения затрат, работающий МГД-привод может революционизировать морские путешествия и судоходство. Электрификация океанских двигателей также может помочь сократить выбросы парниковых газов.
Кроме того, исследования DARPA могут принести и другие преимущества. Эти прочные, устойчивые к коррозии электроды, вероятно, найдут множество применений. Это может быть использовано в технологии создания аккумуляторов. Это также может привести к созданию более совершенных электродов для интерфейса мозг-машина. Это напоминает мне о книге и телесериале Джеймса Берка “Связи”. Это замечательный сериал, который я давно не смотрел, и, вероятно, мне стоит посмотреть еще раз. В нем прослеживаются длинные цепочки технологических разработок, от одного приложения к другому, демонстрируя, насколько широко технологии взаимодействуют. Потребность в одной области приводит к прогрессу, который делает возможным совершенно другое применение – и так далее, и тому подобное. Я полагаю, это общий технологический урок № 3.
DARPA имеет солидный опыт внедрения конкретных технологий для ускорения внедрения новых отраслей промышленности. Надеемся, что и здесь они будут успешными. Преимущества МГД-накопителя могут быть значительными, а побочные выгоды – для многих отраслей промышленности.
