Демонстрационная модель трактора; его приводила в движение батарея водородно-кислородных топливных элементов мощностью 15 киловатт.

вого взрыва хохота, которым были встречены мои слова... Аудиенция вскоре закончилась, безо всяких последствий...»

В конце концов Бэкон все же получил возможность продолжать работы на инженерно-химическом отделении Кембриджского университета (Англия).

Десять лет усилий дали уже неплохой результат: при давлении 27 атмосфер и температуре 200 градусов его элемент выдавал токи до 230 миллиампер и мог функционировать непрерывно много тысяч часов! В 1959 году Бэкон сконструировал и построил целую батарею из 40 топливных элементов общей мощностью в 6 киловатт (кпд — 80 процентов). Батарея Бэкона могла приводить в действие электрокар, циркульную пилу, сварочный аппарат.

Наконец-то, через 120 лет после открытия Грова, был создан вроде бы работоспособный топливный элемент!

Почти одновременно, в октябре 1959 года, в США был продемонстрирован экспериментальный образец двадцатисильного электротрактора на топливных элементах, спроектированного и построенного фирмой «Аллис-Чалмерс» по патенту Бэкона.

Все говорило за то, что топливные элементы вышли из стадии лабораторных исследований. Но где и как их использовать? Транспорт? Да, батарея Бэкона могла привести в движение небольшой автомобиль. По своим размерам батарея была примерно такой же, как и автомобильный двигатель. Однако общая масса установки вместе с баллонами газа и вспомогательным оборудованием, необходимым для управления работой батареи, составляла около 300 килограммов, и для ее размещения потребовался бы грузовик. Таким образом, отношение мощности к массе у детища Бэкона оказалось все же слишком низким, чтобы такой элемент можно было, скажем, использовать на транспорте.

А в энергетике? Ведь на стационарные генераторы, предназначенные для электрических станций, не налагаются столь жесткие требования в отношении массы и компактности. Здесь важнее то обстоятельство, что, поскольку они должны вырабатывать много энергии, в них желательно использовать доступное, дешевое топливо (например, горючие газы).

Батарея же Бэкона эффективно работала только на водороде, степень чистоты которого равнялась 99,5 процента! Столь чистый водород и стоит крайне дорого, и производство его ограниченно (тогда еще о водородной энергетике и речи не было).

Одноместная подводная лодка (демонстрационная модель, созданная в рекламных целях), работающая на гидразин-кислородных топливных элементах (США, 1964 год).

Металлы-катализаторы в элементе Бэкона были крайне чувствительны к малейшим загрязнениям как топлива (водород), так и окислителя (кислород). Примеси выводили их из строя.

Вспомним, каким в идеале представлялся топливный элемент. Мечталось, что он будет работать на кислороде воздуха, без разделения газов, и на неочищенных углеродистых продуктах, скажем, на пропане — углеводороде, который можно получить, например, при переработке углей. Лучшим катализатором была бы платина. Но при массовом производстве топливных элементов пришлось бы расходовать большое количество весьма дорогостоящего, дефицитного металла. Ясно, что это низвело бы топливный элемент опять на уровень лабораторной игрушки.

Вот и получился заколдованный круг: элемент создан, а экономически оправданной области применения для него фактически не оказалось. И выхода вроде бы не было.

Оставив за собой гигантский огненный хвост, космический корабль устремился ввысь... Сложное хозяйство у космонавтов. Необходимо управлять кораблем, собирать и передавать на Землю большое количество разнообразных данных. На борту действуют также системы жизнеобеспечения, например, устройства, поддерживающие в кабине нужные температуру и состав воздуха. И все это и другое оборудование требует для своей работы, конечно, электроэнергии.

Ориентировочные области оптимального применения различных вариантов энергоустановок для космоса (зарубежные данные): 1 — аккумуляторные батареи; 2 — двигатели внутреннего сгорания; 3 — двигатели, работающие на водороде и кислороде; 4 — ядерные энергоустановки; 5 — солнечные батареи; 6 — солнечные преобразователи; 7 — фотопреобразователи; 8 — топливные элементы.

Для маленьких спутников, массой в сотни граммов, требовались источники энергии мощностью в ватты. Космические же корабли с человеком на борту нуждаются в гораздо большем — в киловаттах, а обитаемым космическим станциям уже нужны десятки киловатт.

Что же взять в космос? Аккумуляторы, солнечные батареи, термоэлектрические генераторы, а может быть, ядерный реактор?

Основные показатели при выборе энергетической установки для космического корабля — ее масса и объем: они, естественно, должны быть (в расчете на единицу мощности) минимальными. Какая же энергоустановка будет удовлетворять этому требованию? Это зависит прежде всего от необходимой мощности источника и продолжительности его работы во время полета.

Сравнительный анализ и расчеты, проведенные зарубежными специалистами (см. рис. на этой странице), показывают, что каждый из рассматриваемых источников энергии имеет свою область применения. Так, топливные элементы наиболее выгодно использовать при полетах от нескольких дней до нескольких недель и когда нужна не очень большая мощность — примерно до 10 киловатт.

Поэтому, когда в США встал вопрос о том, какой должна быть энергоустановка для космических кораблей «Джемини» — они должны были крутиться вокруг Земли в течение двух недель, — выбор пал на топливные элементы. Космический полет требовал двухсот киловатт-часов электроэнергии. Чтобы ее обеспечить, самая совершенная батарея аккумуляторов — серебряно-цинковых — должна была иметь массу 1,5 тонны, батарея солнечных элементов — 335 килограммов, а вот расчетная масса энергоустановки из водородно-кислородных топливных элементов оказалась лишь 225 килограммов. Это и склонило в данном случае чашу весов в пользу топливных элементов — в космосе каждый грамм на учете.

Конечно, существенными для космоса оказались и другие преимущества топливных элементов. К примеру, в отличие от солнечных батарей они вырабатывают электроэнергию непрерывно, компактны, могут иметь любую геометрическую конфигурацию в соответствии с требованиями космического аппарата.

Вот так и получилось, что первое практическое применение топливные элементы нашли не на Земле, а в космосе.

Здесь уместно вспомнить, каким чрезвычайно сложным делом оказалось становление этих устройств, растянувшееся на целое столетие. Одного энтузиазма исследователей (как бы он ни был велик!) оказалось явно недостаточно. Требовались коллективные усилия и средства, причем немалые. И все это пришло, когда началась эра освоения космоса. Показательно, например, что в 1963-1964 годах только в США (а исследования велись во многих странах) на топливные элементы ежегодно шли десятки миллионов долларов. Ведь одно дело — создать остроумное устройство, действующее ограниченное время в лабораторных условиях, и совсем другое — построить надежный, долго работающий генератор электрического тока, какого прежде и видано не было и который бы не подвел космонавтов.

В середине 60-х годов в США проблемой топливного элемента занималось (проекты «Джемини» и «Аполлон») около шестидесяти организаций. Былые преграды: дороговизна платины, чистота водорода и кислорода — все, что мешало широкому распространению топливного элемента на Земле, теперь, в космосе, когда необходимо было изготовить для дела лишь несколько образцов, перестало быть помехой.

Испытание американской батареи топливных элементов (в центре) в искусственно созданных на Земле условиях невесомости.

Общий вид одной секции батареи топливных элементов, созданных по программе «Аполлон»; на фото справа видны 31 последовательно соединенный элемент; общая мощность — около 1,5 киловатта.

Топливные элементы побывали даже на Луне. Причем они не только снабжали космические экипажи электроэнергией, но и буквально поили их. В этом проявилось еще одно важное достоинство топливных элементов. При выработке каждого киловатт-часа электроэнергии в качестве побочного продукта они выделяют около литра чистейшей, годной для питья воды. Правда, на первых порах космонавты, которые пили воду, полученную в топливном элементе, испытывали некоторое неудобство. Вода напоминала «газировку», только вместо углекислого газа она была насыщена водородом, что вызывало необычные и малоприятные ощущения. Дело в том, что вода в топливном элементе выделялась (испарялась) с той стороны, где происходила подача в элемент топлива — водорода, с которым, естественно, и смешивались пары воды. Но в дальнейшем удалось получать воду без растворенного в ней водорода; для этого на краны надевались специальные фильтры...

Итак, в космосе топливный элемент нашел себе первое настоящее дело. И это сыграло важную роль: конструкция его непрерывно совершенствовалась. Можно сказать, что в космосе топливный элемент «окреп и возмужал». Теперь ему предстояло спуститься с небес на Землю, чтобы и здесь продемонстрировать все свои замечательные качества.