Geum.ru

Антология Москва «Academia»

Вид материалаКнига
Подобный материал:
1   ...   51   52   53   54   55   56   57   58   59


Отталкиваясь от уже достигнутого, к середине 1991 года в Институте Скалистых гор [Rocky Mountains Institute, штат Колорадо] разработали концепцию гораздо более радикального характера. Почему бы не сконструировать автомобиль, начиная буквально с нуля? Почему не подвергнуть переосмыслению всю его концепцию, кардинально ее упростив? Эйнштейн говорил, что «все следует делать как можно проще, хотя и не упрощая за пределы возможного». Автомобили же с момента своего создания все более и более усложнялись, одно хитроумное приспособление добавлялось к другому в стремлении избежать тех проблем, отсутствие которых в идеале должно быть заложено в самой конструкции автомобиля.


Изучение физических основ автомобиля привело к поразительному заключению: талантливейшие инженеры в Детройте, Вольф-сбурге, Каули и Осаке превратились в настолько узких специалистов <...>, что вряд ли кто-нибудь из них способен сегодня сконструировать машину целиком. Оказался утерянным такой важнейший момент, как интеграция различных элементов конструкции. Слишком много внимания уделяется мелким деталям, слишком мало — всему автомобилю как единой системе. Индустрия упустила из виду решение такой инженерной задачи, как разработка целостной системы с дотошным вниманием к мелочам — инженерной задачи, которая требует крайней простоты и поэтому безумно сложна.


По сути дела, промышленность всегда ставила разработку автомобиля с ног на голову. Десятилетия напряженной работы привели к тому, что 80—85% энергии топлива теряются, прежде чем достичь колес автомобиля, а на то, чтобы перемещать в пространстве непосредственно его водителя, уходит всего лишь около одного процента бензина! Почему? Да потому, что автомобиль делается из тяжелой стали, и для того, чтобы разогнать такую конструкцию, нужен мощный двигатель, который вынужден в течение значительного времени работать вхолостую, в результате чего его эффективность падает вдвое. В ответ автомобильная промышленность стала работать еще более напряженно, усложняя конструкцию все больше и больше ради того, чтобы лишь незначительно повысить эффективность двигателя и трансмиссии. Прогресс был и остается заметным, однако экономия невелика, а усилия приходится прилагать непомерные.


Но давайте посмотрим на автомобиль под другим углом зрения. Что же происходит с 15—20% энергии, которая в конце концов все-таки достигает колес? Примерно треть ее при городском цикле езды уходит на нагрев воздуха, который автомобиль раздвигает при движении (этот показатель возрастает до 60—70% на автомагистралях), треть — на нагрев шин и дорожного покрытия и треть — на нагрев тормозов. Каждая единица энергии, сэкономленная на этих трех участках, сэкономила бы, в свою очередь, от 5 до 7 единиц энергии топлива, подающегося в двигатель! Поэтому конструкторы, вместо того, чтобы тратить свои усилия на уменьшение потерь энергии в двигателе и трансмиссии еще на одну десятую, должны рассматривать присущее автомобилю несовершенство как резерв для резкого увеличения экономии энергии в результате кардинального повышения его эффективности.


Пути такового очевидны. Используя сверхпрочные материалы, в основном современные композиты, удалось построить автомобиль весом всего в 473 кг, способный вместить четыре-пять пассажиров. Его аэродинамические качества были улучшены в 2—6 раз. Срок службы усовершенствованных шин, к тому же испытывающих меньшую нагрузку в результате снижения веса автомобиля, увеличился в 3—5 раз. Такой автомобиль задуман не как танк, а скорее как аэроплан.


Концепция «ультралегкого» автомобиля уже получила свое практическое подтверждение. В конце 1991 года фирма «Дженерал моторс» продемонстрировала модель четырехместной машины, изготовленной из углеродистого волокна и обладающей удвоенной эффективностью, прекрасно отвечающей требованиям безопасности, экологической чистоты и комфорта, характеризующегося высокими эстетическими данными и великолепными ходовыми качествами: время разгона этого автомобиля до 100 км/ч составляло 8 секунд, что сопоставимо с ходовыми качествами двенадцатицилиндрового БМВ, тогда как мощность двигателя у него была меньше, чем у «Хонды Сивик» (111 лошадиных сил). Пятьдесят специалистов фирмы «Дженерал моторс» изготовили два экземпляра подобной машины всего лишь за 100 дней.


Этот и другие эксперименты показали, каким образом, пойдя по пути уменьшения веса и повышения аэродинамических качеств, можно создать прекрасный автомобиль, который по своей эффективности в 2—2,5 раза превосходит обычный.


Следует дать определение и понятию эффективности использования материалов. Смелую попытку предпринял в 1994 году Шмидт-Блик, введя такую категорию, как материалоемкость услуги (material intensity per service), или MIPS. Для всех видов товаров и услуг он и его сотрудники осуществляют оценку или расчет материальных затрат в тоннах по принципу «от колыбели до могилы». Затраты материа- лов можно подсчитать в отношении таких товаров, как золотое кольцо у вас на пальце, ежедневная газета, апельсиновый сок, автомобиль. Поскольку товары, как правило, представляют собой наличие услуг, именно услуги в конечном счете интересуют потребителя товаров. Речь идет о километре пути, который вы проехали в своем автомобиле, о том, насколько удобно сидеть в том или ином кресле, или же о такой «услуге», как демонстрация вашего матримониального статуса при помощи золотого кольца на пальце, которое в конечном счете можно использовать в качестве общего знаменателя при расчете MIPS. (При этих расчетах наиболее трудным оказывается дать практическое определение такому понятию, как услуга.) Чем дольше служит товар, тем ниже MIPS и, следовательно, тем лучше показатель материалоемкости в отношении соответствующей услуги.


Шмидт-Блик и его сотрудники пользуются концепцией MIPS настолько широко, что даже применяют этот показатель в качестве общего критерия экологических последствий оказания тех или иных услуг. Не будем забывать при этом, что существуют другие, более точные критерии: например, токсичность, [объем] выброса газов, ведущих к парниковому эффекту, и т.д. Однако так или иначе все они связаны с интенсивностью использования материалов, и чрезвычайно важно располагать каким-то простым способом оперативной оценки экологических последствий.


Для получения килограмма металла подчас требуется переработать тонны руды. Шмидт-Блик использует такое понятие, как «экологическая нагрузка» (ecological rucksack). В том, что касается золота и платины, соотношение между конечным продуктом и рудой составляет 1:350 000. Представьте, какова «экологическая нагрузка» золотого кольца, которое вы носите у себя на пальце: 3 тонны для колечка весом всего лишь 10 граммов.


Понятие «экологическая нагрузка» Шмидт-Блик использует не только в отношении металлов: оно относится и к энергии. 3 млрд. тонн угля, сжигаемые нами ежегодно, несут экологическую нагрузку в виде шлака и воды, которые весят не менее 15 млрд. тонн, не говоря уже о 10 млрд. тонн углекислого газа, образующегося в процессе сжигания угля. Что касается бурого угля, то соотношение оказывается еще хуже: экологическая нагрузка в десять раз превышает добытый уголь.


Экологическую нагрузку несет любой товар, любая услуга. Каталитическое устройство в автомобиле, которое некогда превозносили как спасителя немецких лесов, весит менее 9 кг, однако несет экологическую нагрузку по крайней мере в 2,5 тонны, в основном в результате использования в нем платины. <...> Далеко не безобиден даже апельсиновый сок. В зависимости от страны происхождения, один литр его требует перемещения свыше 100 кг почвы и воды. Экологическая нагрузка толстой газеты, которая весит до 500 г, может составлять порядка 10 кг. Изготовление одного автомобиля, как правило, означает 15 тонн твердых отходов, не говоря уже об использованной и загрязненной при этом воде.


Однако принцип «в четыре раза», применяемый в отношении производительности использования материалов, именно во столько раз мог бы сократить экологическую нагрузку. Беда заключается в том, что даже его может оказаться недостаточно для обеспечения устойчивости окружающей среды. Шмидт-Блик считает, что речь должна идти о сокращении экологической нагрузки по крайней мере в десять раз.


Любая перевозка людей и товаров требует затрат в виде энергии и материалов, однако экологическая нагрузка, оказываемая транспортом, этим не ограничивается. Надо рассматривать и такие факторы, как разрушение среды обитания (в результате строительства дорог), шум, массовый туризм и все более широкий доступ к природным ресурсам. Очевидно, что конфликт между транспортом и окружающей средой носит столь острый характер, что любое повышение эффективности транспортных услуг имело бы особо важное значение, даже если бы речь шла только о сохранении природных ресурсов. Характеристика путей и средств, позволяющих повысить производительность транспорта в четыре раза, даст читателю представление о том, как будет выглядеть новая цивилизация, которую нам так или иначе придется построить по причинам, выходящим за рамки простого повышения эффективности человеческой деятельности.


Рассказы о том, что будет вскоре твориться на европейских дорогах, напоминают сценарии фильмов ужасов. Общеевропейский рынок, который к 1995 году разросся до 15 государств-членов, дол- жен привести, как прогнозируют, к тому, что за период с 1990 по 2010 год объем международного грузового транспорта возрастет в два раза. Свою лепту в эти опасения внесло и исчезновение «железного занавеса», что означает резкое расширение торговли между Востоком и Западом. Для водителей грузовиков поездки с Востока на Запад и обратно стали сущим кошмаром. Им постоянно приходится тратить часы, если не дни, на таможнях между Польшей и Германией. Строительство же дорог является делом дорогостоящим и небыстрым, не говоря уже о том, что вызывает вполне понятное сопротивление, в особенности на перенаселенном Западе.


Способна ли железная дорога решить эти проблемы? Расчет и прокладка новой линии занимают 15 лет и стоят уйму денег, не говоря уже о последствиях для окружающей среды, а ее пропускная способность составляет, как правило, всего лишь 50% от аналогичного показателя четырехполосной автомагистрали.


Но разве нельзя резко увеличить пропускную способность железных дорог? Можно, утверждает профессор Рольф Краке из Ган-новерского университета. В 1990 году им была разработана концепция «умной железной дороги», и в настоящее время он развивает эту идею в новом крупном исследовании, готовящемся для приватизированной немецкой железнодорожной компании «Bahn AG».


Основным компонентом предложения Краке является безопасное увеличение как частоты движения поездов по железной дороге, так и грузоподъемности каждого состава. Сегодня расстояние между движущимися поездами составляет примерно три километра, в зависимости от их скорости. Это объясняется тем, что, исходя из самого худшего варианта, в зависимости от скорости и от работы сигнальной системы, поезду после получения первого сигнала, требующего остановиться, требуется для полной остановки от трех до пяти километров. Краке и его сотрудники разрабатывают новую электронную систему контроля, позволяющую уменьшить безопасную дистанцию.


Пропускная способность железной дороги зависит не только от перегонов. Необходима и модернизация станций, однако без увеличения их размеров. Дело в том, что грузовые железнодорожные станции, построенные по технологии XIX века, слишком велики. Они безнадежно отстали с точки зрения как рационального использования земельных площадей, так и технического прогресса. Современный процесс перегрузки товаров может осуществляться за счет горизонтального движения через платформу контейнеров, а не вагонов целиком. С одного поезда на другой или же в крупный склад можно одновременно перебросить двадцать контейнеров и более. Благодаря использованию столь простой современной методики целый поезд можно перезагрузить за какие-нибудь 15 минут.


В том, что касается использования ресурсов из расчета «пасса-жиро-километров» или «тонно-километров», железнодорожное сообщение, как правило, оказывается предпочтительнее автомобиль-ного или воздушного. Помимо этого пассажиры имеют возможность с удобством поработать в дороге, поспать, сходить в ресторан, чего они не могут сделать в случае поездки на машине. Что же касается неудобств, то это, конечно, отсутствие свободы передвижения по прибытии на место. Нижний предел расстояния, на котором поезда конкурируют с частными автомобилями, составляет порядка 50— 100 км. Высший предел конкурентоспособности, на котором поездам приходится соперничать с самолетами, составляет порядка 400 км. Это расстояние может увеличиваться, когда речь идет о скоростных поездах. Так, французский TGV (train a grande vitesse, или высокоскоростной поезд), японский «Синкансен» и немец-кий ICE (Inter-City Express, или межгородской экспресс) стали популярной формой транспорта для деловых и частных поездок на расстояние примерно до 800 км. Германия планирует построй-ку «Трансрапида», поезда на магнитной подвеске, который должен «лететь» со скоростью 500 км/час.


Беда заключается в том, что «Трансрапид» обойдется в кругленькую сумму, а при движении на большой скорости будет создавать сильнейший шум. Многие отнюдь не убеждены, что в экологическом плане он окажется чем-то лучше автомобильного или воздушного транспорта. Не выше оцениваются и такие поезда, как TGV или ICE, поскольку они требуют железнодорожной колеи, которая рассекает ландшафт и опять-таки обходится очень дорого.


К счастью, в отношении быстрых поездов найдено более эффективное решение. Оно носит название «Пендолино» и было разработано итальянскими инженерами. Речь идет о том, что при изгибе железнодорожной колеи поезд наклоняется, что позволяет ему достичь средней скорости примерно в 150 км/час, даже на самых изогнутых железнодорожных колеях, которые есть сегодня только в европейских странах. Поэтому создание такого поезда потребует гораздо меньших средств, чем TGV или ICE, не говоря уже о «Трансрапиде», а конкурентоспособное расстояние для него почти удвоится. Положительным является и то, что ряд европейских железнодорожных компаний, включая приватизированную немецкую фирму «Bahn AG», вкладывает серьезные средства в технологию «Пен-долино», которая, как представляется, вполне сможет обеспечить соблюдение принципа «в четыре раза» по сравнению с пассажирским автомобильным или воздушным транспортом.


Если же речь идет о разработке совершенно новой системы, то с точки зрения использования ресурсов она должна быть гораздо более эффективной, чем все существующие ныне. Национальная инженерная лаборатория в Айдахо разработала действующий прототип транспортной системы, использующей в десять раз меньше топлива на одного пассажира, чем автомобиль или самолет. Ее строительство из расчета на один километр стоит в пять или, может быть, даже в десять раз меньше, чем строительство железной или автомобильной дороги, а для пассажира поездка обойдется значительно дешевле, чем на автобусе, поезде, автомобиле или самолете. Это интересное изобретение называется киберпоездом.


Киберпоезд представляет собой управляемый компьютером (то есть не имеющий машиниста) небольшой сверхлегкий вагон, который движется по рельсам. Каждый вагон, включая 14 его пассажиров, весит менее 5 тонн (одна десятая от веса обычного железнодорожного вагона). При более плотной рассадке в вагоне могут поместиться до 32 пассажиров. В движение киберпоезд приводят два электрических мотора мощностью по 75 киловатт каждый, позволяющие развивать ему скорость до 150 миль в час при движении по рельсам, поднятым над уровнем земли. Колеса поезда опираются на две простые стальные трубы, приваренные к горизонтальной плите; сила сцепления с небольшой контактной лентой достаточно велика для того, чтобы киберпоезд мог подниматься круто вверх. Колея его настолько узка, что ее можно прокладывать над уже существующими дорогами. Если же эта колея будет строиться заново, то для ее создания прокладывать под ней дорогу не требуется.


Но самое интересное в том, что киберпоезд представляет собой транспортную систему, действующую по заказу. Это означает, что он начинает движение только в том случае, если этого требует пассажир (подобно автомобилям и лифтам), причем отправляется в конечную точку следования максимально прямым путем. В отличие от киберпоезда, все традиционные массовые транзитные системы действуют только по расписанию либо на периодической основе. В зависимости от того, много у киберпоезда пассажиров или мало, в путь отправляется лишь столько вагонов, сколько требуется. В периоды малой нагрузки пустые вагоны распределяются по всей системе, готовые к немедленному обслуживанию потенциальных пассажиров (например, на каждом километре). По сравнению с транзитными системами, действующими на периодической основе или на основе расписания (как, например, автобусы и самолеты, которые отправляются в путь даже в периоды низкой загрузки), киберпоезд позволяет добиться десятикратной экономии энергии, не ущемляя интересов пассажиров. Эта система даже более экономична, чем система заказных автобусов, поскольку для управления киберпоездом человек не нужен.


Небольшой размер и вес каждого вагона позволяют добиться значительного снижения капитальных расходов и потребления энергии из расчета на одного пассажира. При создании новой железнодорожной системы от 70 до 80% расходов идет на прокладку дороги, укладку рельсов, строительство мостов и установку линии электропередачи. Эти затраты на создание инфраструктуры столь велики потому, что она должна обеспечивать движение вагонов поезда, каждый из которых весит до 50 тонн. Уменьшение веса вагона на 90% позволяет более чем в десять раз сократить расходы на создание инфраструктуры для системы киберпоездов. Например, стоимость обеспечения движения киберпоездов прогнозируется из расчета 2 млн. долл. на одну милю, что примерно на 87% меньше стоимости новой трассы для высокоскоростных поездов и в пять раз меньше стоимости строительства новой автомагистрали. <...>


Малый вес киберпоезда обеспечивает значительную экономию энергии по сравнению с другими видами транспорта. Для него требуется лишь 10% того объема топлива, который потребляет автомобиль с одним пассажиром из расчета «пассажир на милю», и 7% объема топлива, которое потребляет «Боинг 737», заполненный на три пятых (средняя загрузка самолетов на авиалиниях США). Киберпоезд потребляет значительно меньше топлива, чем существующие высокоскоростные поезда, такие, как французский TGV. И действительно, TGV расходует больше энергии из расчета на одного пассажира, чем киберпоезд, если только в нем не заняты все 500 его пассажирских мест.


Экономия топлива и малые расходы, характеризующие кибер-поезд, отнюдь не ведут к снижению уровня обслуживания пассажиров. На расстояниях от 100 до 300 миль он является столь же быстрым средством передвижения, как и самолет, если учитывать время, необходимое для того, чтобы добраться до аэропорта, зарегистрироваться и т.д. Что же касается автомобилей, то киберпоезд обеспечивает перевозку на то же самое расстояние в 3—5 раз быстрее, причем в отличие от этих видов транспорта вполне может работать в плохую погоду.


Разработчики киберпоезда считают, что это транспортное средство в наибольшей степени отвечает потребностям межгородских перевозок на расстояние от 100 до 500 миль. Как отмечалось выше, в этом случае киберпоезд особенно удобен потому, что он оказывается столь же быстрым, как самолет, и более быстрым, чем автомобиль, одновременно будучи менее дорогостоящим и гораздо более экологически чистым, чем оба эти вида транспорта. Однако специалисты из лаборатории в Айдахо также считают, что киберпоезд окажется более экономичным и эффективным средством по сравнению с большинством городских рельсовых систем. Исключение будут представлять только крупные, постоянно используемые системы городского метро и высокоскоростные системы, действующие с высокой нагрузкой. Примером, относящимся к первой категории, может служить значительная часть сети лондонского метро, ко второй категории — французский TGV.


Кто же первый воспользуется преимуществами изобретения, позволяющего добиться столь большой эффективности и экономии? Это мы узнаем впоследствии. Город Бойзе в штате Айдахо рассматривает вопрос создания экспериментальной сети, интерес к ней проявил и ряд других муниципалитетов.


Эффективность вполне можно определить как стратегию, не вызывающую сожалений. Если бы во многих странах и деловыми кругами по всему миру ей уделялось первоочередное внимание, это позволило бы сэкономить массу времени. Но сама по себе эффективность не ведет к решению проблемы. Если рост и дальше ничем не будет сдерживаться, если наиболее выгодные возможности для увеличения производительности ресурсов в конечном счете окажутся исчерпанными, экологические и социальные катаклизмы, которыми нас пугают сегодня, не заставят себя ждать. Рано или поздно нам придется установить какие-то цивилизованные пределы, [что предполагает] прекращение роста народонаселения и использования материальных ресурсов.


Задача, однако, заключается не в том, чтобы диктаторским образом ввести те или иные требования, которые должны обеспечить создание новой цивилизации. Идея, скорее, сводится к тому, чтобы дать другое толкование таким понятиям, как благосостояние и удовлетворение. Именно оно, наряду с переходом от толкования к действиям, характеризует то, что можно было бы назвать цивилизацией, выглядящей более привлекательно.


К задачам, связанным с созданием такой цивилизации, относятся следующие:


— Более глубокое понимание соотношения между экономическим ростом и реальным благосостоянием. Некоторые элементы того, что сегодня принято называть ростом, не имеют ничего общего с благосостоянием, а сводятся лишь к увеличению экономической активности.


— Более эффективная организация международного обмена. Трагедия заключается в том, что конкуренция в сфере торговли препятствует государствам в проведении внутренней экологической и социальной политики, на осуществление которой в противном случае они бы охотно пошли.