Научный прогноз транспорта будущего

Министерство просвещения и науки Украины

Национальный университет водного хозяйства и природоиспользования

Кафедра эксплуатации и ремонта машин

Реферат на тему:

НАУЧНЫЙ ПРОГНОЗ ТРАНСПОРТА БУДУЩЕГО

Выполнил:

студент I курса

МЕФ группы ОП-11

Копытко В. О.

Проверил:

профессор Сухарев Э. О.

Ровно-2004

Как всем нам известно, современные виды транспорта имеют большое количество недостатков: низкий КПД, вредные выбросы в атмосферу, большая занимаемая наземная площадь (в сумме) и другие. Кроме того, запасы главного топливного сырья для большинства средств передвижения - нефти - быстро и неумолимо исчерпываются. Поэтому уже долгий период времени люди стараются изобрести такой недорогой, быстрый и компактный вид транспорта, который бы использовал принципиально новое и доступное, и в то же время экологически чистое топливо.

Существует уже много различных разработок. Каждая из них имеет свои перспективы и недостатки, но в принципе идеи очень интересные. Некоторые из основных приведены ниже.

Краткая характеристика основных разработок

Летающие машины

Идея

Достижения конструкторов сверхлегких летательных аппаратов позволяют рассчитывать, что уже через несколько лет многие из нас смогут стать владельцами летающих автомобилей.

В отличие от многих мини-самолетов сегодняшнего дня, у таких аппаратов будут полноценные салоны - с обогревателями, магнитолами и так далее.

Взлетать такие "крылатые автомобили" смогут с любого поля, а максимальная дальность их рейса составит несколько сотен километров.

Приблизившись к месту назначения, летающая машина совершит посадку, ее крылья спрячутся в специальный отсек, и последние километры этот аппарат преодолеет по обычной автодороге.

Будет ли план реализован?

Специалисты полны оптимизма. Фирма Pegasus уже достаточно давно выпустила на рынок сверхлегкие самолеты с закрытыми салонами. Некоторые из этих машин развивают скорость 200 километров в час и способны находиться в воздухе до четырех часов.

Руководитель компании Pegasus Билл Брукс уверяет, что гибрид автомобиля и сверхлегкого самолета будет стоить около 50 тысяч долларов - во столько же сейчас обходится новый BMW самой престижной, седьмой серии.

Недостатки

Первое, что приходит в голову, - авиакатастрофы и пьянство за штурвалом.

Но не нужно забывать и того, что европейская погода часто не позволяет пилотам сверхлегких машин подниматься в воздух, а обучение управлению таким самолетом может занять больше года.

Реактивный рюкзак

Идея

Это устройство Джеймс Бонд использовал для того, чтобы выбраться из французского замка, где легендарный разведчик в фильме "Шаровая молния" убивает Жака Буатье.

В 1984 году каскадер с таким рюкзаком за спиной несколько раз пролетел над стадионом Лос-Анджелеса, на котором проходила церемония открытия Олимпиады-1984.

Ракетный двигатель, встроенный в этот аппарат, может работать лишь очень недолго, и в лучшем случае с его помощью можно будет добраться до ближайшего магазина и обратно.

Спасатели смогут применять реактивный рюкзак для того, чтобы снимать котов с деревьев, а мойщики окон - для работы под крышами небоскребов.

Будет ли план реализован?

Вряд ли, хотя прототипы были испытаны еще несколько десятилетий назад. Такие аппараты стоят очень дорого, а их надежность до сих пор крайне невысока.

Недостатки

"У вас за спиной, по сути дела, находится мощный ракетный двигатель. Во-первых, им еще нужно уметь управлять, а во-вторых, кому захочется тушить ваши штаны?" - спрашивает сотрудник британского Института транспорта Остин Уильямс.

Автоматические такси

Идея

Капсулы, которыми управляет компьютер, будут ездить по фиксированным маршрутам - но зато смогут останавливаться в любом нужном вам месте, в любое время суток и при любой погоде.

Стоимость проезда в таком такси будет такой же, как цена билета на автобус, скорость движения будет достигать 50 километров в час.

Энтузиасты этого вида транспорта утверждают, что аварии практически исключены - во-первых, за всем будет следить компьютер, а во-вторых, трассу оградят заборами и насыпями.

Такие капсулы будут расходовать на 75% меньше энергии на пассажирокилометр, чем обычные машины. По сравнению с автобусами, экономия составит 50%.

Будет ли план реализован?

Вполне возможно. Автоматические такси уже испытывают в Кардиффе, и к 2006 году на трассу в этом городе выведут более 160 компьютеризированных капсул.

"Нам звонят отовсюду, спрашивают, как построить такую же систему", - говорит глава кардиффской компании ULTra Мартин Лоусон.

Чаще всего, по словам Мартина Лоусона, инженерам его компании пишут из крупных европейских аэропортов, пассажиры которых до сих пор вынуждены пешком пробираться через гигантские залы ожидания.

Недостатки

Инвесторов может отпугнуть высокая стоимость самого полотна и ограждений - и медленная окупаемость проекта.

Полиция же напоминает о росте вандализма и предполагает, что новые блестящие такси-автоматы наверняка привлекут внимание многих городских хулиганов.

Автомобили на топливных элементах

Идея

Машины будущего будут практически на 100% экологически безопасными. Жизнь и здоровье их пассажиров будут обеспечивать сложнейшие компьютерные устройства, о которых водители сегодняшнего дня могут лишь мечтать.

Возможно, двигатели таких автомобилей будут перерабатывать обычный мусор. Не исключено также, что конструкторы сделают ставку на водородно-кислородные топливные элементы.

Специалисты по обеспечению безопасности считают, что машины будущего должны стать более округлыми, а при их изготовлении следует использовать материалы с программируемой деформацией.

Кроме того, такие автомобили планируется снабдить сенсорами, которые будут следить за дорогой вместо водителей, не уставая и не отвлекаясь на разговоры с попутчиками.

Будет ли план реализован?

Машины на топливных элементах, по словам сотрудников Ассоциации автопроизводителей Великобритании, вот-вот появятся на улицах европейских городов.

"Осталось подождать всего 10-15 лет", - утверждают они.

Первый водородный автобус уже перевозит лондонцев по западу города. Результаты эксперимента, поставленного городскими властями, пока не обнародованы.

Недостатки

В мире слишком много автомобилей, а значит, на то, чтобы заменить весь автопарк планеты, уйдут многие десятилетия.

Кроме того, неясно, пойдут ли автопроизводители на необходимые для создания таких машин инвестиции.

Поезда на магнитной подушке

Идея

Поезда на магнитной подушке буду развивать скорости до 500 километров в час - они будут лишь на 30-40% медленнее привычных для нас самолетов.

Такие составы будут левитировать в нескольких сантиметрах от специальных рельсов, над которыми будет создано мощное магнитное поле.

Это позволит существенно снизить силу трения, а значит, сэкономить энергию и увеличить скорость движения.

Будет ли план реализован?

Поезд на магнитной подушке уже эксплуатируется в Шанхае. В Европе возможность строительства таких систем обсуждают, прежде всего, в Германии и Великобритании.

Недостатки

Главный из них - стоимость нового средства транспорта. В Китае изначально планировали соединить путями для магнитных поездов Шанхай и Пекин, но от этой идеи отказались из-за огромных затрат.

Электронный самокат

Идея

Тем, кому совсем уж лень перемещаться в пространстве по старинке, пешком, инженеры еще два года назад предложили замечательное устройство - самокат Segway, который развивает скорость до 30 километров в час и работает на обычных аккумуляторах.

В вертикальном положении Segway удерживает сложная система гироскопов, работающая под управлением микропроцессора.

Самокат позволяет добраться от дома до работы с ветерком, минуя при этом автомобильные пробки и шумные запыленные магистрали.

Будет ли план реализован?

Segway уже продается и в Европе, и в США. Он стоит около 5400 долларов.

Недостатки

Самокат может преодолевать лишь относительно небольшие расстояния - на дачу, например, на нем не поедешь. Кроме того, он боится дождя, снега и уж тем более льда.

И, наконец, им далеко не так просто управлять, как утверждают представители фирмы Segway - президент Буш, например, с него чуть было не упал.

Быстродвижущийся тротуар

В главном переходе станции Монпарнас в парижском метро из динамиков непрерывно звучит фраза: "Не отрывайте ноги от земли, не отрывайте ноги от земли!" И не зря: если не послушаться ценного указания, то к земле можно припечататься лицом. Динамики обращаются к пассажирам нового высокоскоростного тротуара, изобретения, которое, по мнению многих, может произвести революцию в городских транспортных системах.

Быстродвижущийся тротуар (БДТ) находится здесь на испытаниях до того времени, когда комиссия по безопасности на метрополитене решит, удачно ли прошли тесты, и стоит ли установить подобные дорожки и в других местах.

Экспериментальный образец перемещает пассажиров по станции Монпарнас со скоростью 9 километров в час - в три раза быстрее привычных движущихся дорожек, или приблизительно со средней скоростью парижского автобуса.

В толпе сразу выделяются уже привыкшие к тротуару люди, ловко ступающие на него и идущие по дорожке. Есть, конечно, и новички. Некоторые из них тут же падают, за что парижскому метро порой приходилось выплачивать компенсацию.

"Люди должны научиться им пользоваться, а на это уходит время", - сказал изобретатель тротуара Ансельм Кот. Он утверждает, что привычные эскалаторы на первых порах вызывали схожие проблемы.

Если ступить на БДТ сразу, неизбежно потеряешь равновесие. Поэтому пассажиров для начала нужно разогнать, а на другом конце - постепенно замедлить.

"Проблема в переходе: от одной фазы к другой надо проскользить. Мы просим пассажиров не двигаться, но они пока не привыкли, - говорит изобретатель. - Нужно стоять на тротуаре, а люди начинают идти. Техника особая, но овладеть ей можно крайне быстро".

Сходя с ленты более или менее стройными рядами, новые пользователи БДТ либо вздыхают с облегчением, либо сияют. Есть и скептики.

"Дрянь какая, - говорит 25-летняя медсестра Нурия эль-Гуи, впервые использовавшая БДТ. - Неубедительно. Я с мамой проехалась, и она сильно напугалась".

Еще один пассажир не впечатлен по другим причинам. "В первый раз еду, и что-то он не так быстр, как я думал", - сказал 28-летний Никола Деженн.

Некоторые частые пользователи говорят, что времени БДТ и впрямь экономит много, но с чемоданом на колесиках или коляской на него лучше не ступать. Не рекомендуется тротуар и тем, кто ходит с тросточкой.

Питер Уайт, специалист по транспортным системам из Вестминстерского университета в Лондоне, отмечает, что у БДТ может быть большое будущее, если он не окажется слишком дорогим. К тому же, ему требуется ровная поверхность. Об этом сообщает Би-би-си.

Автомобиль Tango

Судя по тому, насколько часто стали появляться репортажи о сенсационных изобретениях в области индивидуального городского транспорта, проблема (по крайней мере, в США) явно назрела и требует своего решения.

О таком чуде конструкторской мысли, как Segway Human Transporter не знают уже разве что слепоглухонемые и жители отрезанных от цивилизации оленьих стойбищ Крайнего Севера. Теперь пришёл черёд Tango быть прославленным и поруганным одновременно.

Начнём, как и полагается, с сути проблемы. Проблема типичного американского мегаполиса состоит в его чрезмерной перегруженности разнообразными транспортными средствами.

В пробках рождаются и умирают люди. В пробках простаивают официантки дешёвых забегаловок и президенты транснациональных корпораций. Пробки изымают из американского ВВП миллиарды долларов в виде вынужденных опозданий и простоя грузов и служебного автопарка. В общем, если Америке и суждено погибнуть, то причиной её гибели станет не пресловутый Усама бен Ладен и даже не гигантский метеорит, а именно пробки.

Решить эту проблему можно несколькими способами. С одной стороны, можно ввести драконовские акцизы на бензин для частников и взамен предложить лучший в мире общественный транспорт, что, разумеется, не решит транспортную проблему, но приведёт к падению правительства.

С другой стороны, можно забить весь город многоэтажными паркингами и многоуровневыми шоссе, но тогда жилые дома, деловые районы, государственные учреждения и пункты общественного питания придётся переносить за пределы городской черты. Тоже не подходит.

Но есть и третий способ: сократить площадь, занимаемую отдельно взятым транспортным средством. Действительно, ведь современный полноразмерный автомобиль крайне редко используется на всю расчётную мощность.

Водитель, как правило, сидит за рулём в гордом одиночестве и за те десять-пятнадцать километров, которые ему приходится проехать по пути из дому на работу, даже не успевает толком разогнаться, как уже пора и тормозить. Спрашивается: кому нужны такие монстры?

Западные дизайнеры уже давно и плодотворно работают именно над этим способом решения проблемы. Однако, по всей видимости, только создатели Tango, работающие в компании Commuter Cars (то есть, "машины для поездок из дому на работу") предлагают по-настоящему радикальный способ.

По их версии, автомобиль не следует превращать в аналог грузового лифта: достаточно просто избавиться от пары лишних сидений и -- дело в шляпе.

Дабы Tango не утратила лёгкий налёт "семейного автомобиля", избавиться решили только от боковых сидений: иначе, сделав машину по классической двухместной формуле, компания сразу потеряла бы симпатии молодых мамаш, рассчитывающих возить своих малолетних чад в детские садики.

В итоге получился автомобильчик, шириной чуть меньше метра (всего 39 дюймов) и длиной чуть больше двух с половиной метров. Грубо говоря, переход на такие машины автоматически учетверяет пропускную способность дорожного полотна и как минимум утраивает вместительность ныне существующих парковок.

Впрочем, столь мелкие размеры не помешали авторам позиционировать машинку в качестве конкурента дорогих спорткаров: если верить спецификациям, размещённым на сайте компании, машина делает сотню в час за... четыре секунды, то есть, быстрее, чем BMW M3 и даже Lamborghini Diablo!

Максимальная заявленная скорость составляет около 216 километров в час. Не совсем понятно, правда, откуда взялась такая прыть, ведь машина оборудована всего парой электромоторов (по одному на каждое заднее колесо), работающих от обычных аккумуляторных батарей на триста вольт. Видимо, стоит подождать, пока машина появится в продаже или хотя бы попадёт на тесты в серьёзные автомобильные издания.

Что касается пробега, то здесь всё в порядке. Авторы уверяют, что заряда аккумуляторов хватит на восемьдесят миль. Если же заряда всё-таки не хватит, то 400-амперного источника постоянного тока окажется вполне достаточно, чтобы за 10 минут подзарядить батарею на 80% и проехать ещё миль пятьдесят.

В штатном же режиме водителю рекомендуется подключать машину на ночь к обычному штепселю и к утру садиться в полностью готовую к эксплуатации машину. Стандартное время зарядки должно составить всего около трёх часов.

Топливная проблема и варианты ее решения

Автомобили на сегодняшний день являются основным источником загрязнения атмосферы. Их выбросы составляют 70-80% от общего количества загрязняющих веществ, попадающих в атмосферу благодаря человеку. Две проблемы чёрными тучами маячат на автомобильном горизонте: первая - это необходимость сокращать выбросы, вызывающие тепличный эффект, потому что 80% это огромная цифра. Вторая в принципе может облегчить решение первой, т.к. запасы добываемой нефти подходят к концу и надо будет искать что-то другое.

Прогнозы по поводу времени, когда иссякнет нефть в скважинах, сильно различаются. Самые пессимистичные заглядывания в будущее приближают к нам этот “чёрный день” через 10 лет, оговариваясь при этом, что где-то останется “плохая нефть”. Другие отдаляют от нас это время на 60-80 лет. Так или иначе, ни один прогноз не переходит за столетний рубеж. И хочется спросить, а что же дальше? А дальше перейдём на газ, запасов которого хватит на 150-200 лет. А после газа, очевидно, будут уголь, запасы которого некоторые специалисты оценивают в 600-800 и даже в 1000 лет. В принципе достаточно много альтернативных источников энергии, а со временем прогресс и человеческая фантазия найдёт новые и сделает доступными источники энергии, кажущиеся сегодня почти фантастическими.

Очевидно, что ресурсы неравномерно распределены между странами. Кому-то придётся столкнуться с топливным кризисом гораздо раньше общемировых прогнозов. Наверно, именно в таких условиях на первые позиции в энергетике и топливной промышленности станет переработка угля с получением топлива.

Ситуация, кстати, не нова для истории, когда в годы Второй мировой войны Германия испытывала дефицит горючего по причине нехватки нефти, и более 30% колёсного парка Вермахта ездило на топливе, получаемом из угля. Способ термической переработки угля с получением синтез газа был известен уже тогда.

Суть его заключалась в том, что измельчённый до порошкообразного состояния уголь вместе с водой подаётся в высокотемпературную зону, в которой поддерживается температура выше 2000⁰С. При этом образуются углеводороды, углекислый газ, водород. Процесс может вестись в зоне электрической дуги и в плазме. Синтез газ, получаемый в результате такой переработки, после отделения от него углекислого газа может использоваться как топливо. Ранее в качестве окислителя в данной технологии использовался кислород, что приводило к большому содержанию в продуктах термообработки углекислого газа. В настоящее время процесс переработки угля во многом усовершенствован, и получаемый синтез-газ практически не содержит балластного диоксида углерода, а температуру процесса, благодаря техническим новшествам, удалось снизить до 400-1000⁰С.

И опять же не все страны располагают запасами угля, поэтому для них будут перспективны разработки с другим углеродсодержащим сырьём. Некоторые территории обладают гигантскими запасами нефтяных битумов. Запасы их велики, но пока существует нефть, битумы практически никто не трогает. При окончании нефтяных запасов за счёт битумов, как полагают учёные, можно удовлетворить практически любые потребности человечества в топливе, но, бесспорно, стоимость топлива, получаемого из битумов, будет больше чем из нефти. Экспериментальное предприятие по переработке битумов в топливо уже существует в Канаде.

Ну и что же делать тем, у кого нет ни угля, ни нефти, ни газа. Остаётся ещё древесина. Метод получения горючего из древесины также сам по себе не нов. Всем известно, что при переработке древесины можно получать метанол и этанол. Оба спирта можно подмешивать к топливу, не меняя ничего в двигателе: этанол до 22% от массы топлива, метанол - до 50-60%. В Финляндии введена в эксплуатацию установка по быстрому пиролизу древесины, дающая топливо. В условиях той же Беларуси, не имеющей легко доступных запасов сланцев, битумов, углей переработка древесины выглядит наиболее благоприятным способом получения топлив.

Ещё одним источником сырья для получения топлива может быть растительная биомасса.

Растительное сырьё является возобновимым ресурсом и практически может использоваться бесконечно при рациональном подходе. Из одной тонны щепы, веток и т.п. можно получить до 300 кг нефтепродуктов, проводя процесс переработки под давлением порядка 28 МПа и температуре 350⁰C. Из одной тонны зелёной массы можно получить около 25 кг нефти и порядка полутора центнеров асфальтоподобного вещества.

В Беларуси и на Украине проводились эксперименты с использованием рапсового масла в качестве топлива, в том числе и с заражённых радионуклидами территорий. Кукурузу, сахарную свеклу и некоторые другие культуры можно рассматривать как источник получения топлив. Существует немало технологий по переработке отходов биомассы, отбросов сельского хозяйства направленных на получение топлив. При этом не забывают и о бытовых отходах. В Японии разработан крупномасштабный план по переработке бытовых и сельскохозяйственных отходов с получением топлив. Это поможет снизить зависимость страны от поставок топливного сырья и оказать положительное влияние на окружающую среду. При переработке 1 млн.т. отходов рассчитывают получить около 100 тыс.т. топлива.

В настоящее время мир с надеждой смотрит на водородную энергетику. Водород при сгорании выделяет более чем в два раза больше тепла, чем природный газ, и при сжигании водорода в атмосферу выделяется вода, т.е. процесс горения водорода не привносит загрязнений в атмосферу. Прельщает то, что на Земле существует гигантский, практически неисчерпаемый источник водорода - вода.

Ведётся обширный поиск катализатора, способствующего разложению воды на кислород и водород с небольшими энергетическими затратами. Японские специалисты заявили, что обнаружен и исследуется катализатор на основе оксидов редких металлов, разлагающий под действием солнечного света воду на кислород и водород, но очевидно, процесс далёк от совершенства.

Возможно, что водород можно получить, используя специально выращенные микроорганизмы, что делает перспективным разработки генной инженерии в этом направлении. Финские специалисты разрабатывают технологию получения водорода из растительных масел. Идея заключается в применении катализатора, который использует кислород воздуха для естественного подогрева, при котором масло, трансформируемое паром, отдаёт водород. При переработке одной тонны биомассы можно получить около 160 кг водорода. При этом для получения одной молекулы водорода расходуется 103 кДж тепла, а при сжигании той же молекулы выделяется 285 кДж тепла, таким образом положительный энергетический эффект очевиден. Срок окупаемости такой установки предположительно 3-5 лет.

Западные специалисты оценили мировые энергетические ресурсы и составили предположительную схему развития событий и перемен, которые будут наблюдаться в автомобиле в связи с изменением используемого топлива. По исследованию французского журнала “Наука и будущее” следующее пятилетие будет ознаменовано развитием дизельного двигателя с системой обезвреживания газовых выбросов. Система будет включать в себя фильтр для частиц, камеру дожигания для несгоревших углеводородов топлива, ловушку для оксидов азота и каталитическое устройство для обезвреживания оксида углерода. Параллельно со сверхэкологичным двигателем будет развиваться создание дизельных двигателей, работающих на биотопливе.

В качестве топлив предполагается использовать этанол, метиловые эфиры растительных масел и метанол. Предполагают, что количество машин в Европе, работающих на биотопливе, к 2010 году вырастет почти до 6%. Ну а пока что лидирующие позиции по количеству машин, работающих на биотопливе, занимает Бразилия.

После 2010 года начнётся активное развитие электромобилей преимущественно с использованием литиевых батарей и автомобилей работающих на природном и биогазе. Что касается электромобилей, то пока их использование упирается в экономику. Уж очень они дороги и тяжелы. Автомобили, работающие на газе, в принципе уже реальность. И на этом поле деятельности лидируют Аргентина с 370000 машин, работающих на природном газе, и Италия. Ну и только к 2040 годам по предположению исследователей человечество придёт к водородным двигателям, практически не выбрасывающим в атмосферу никаких загрязняющих веществ. Но, не трудно заметить, что в последнее десятилетие наука опережает даже самые смелые предсказания. Возможно, что все новинки, выставляемые пока что на выставках в единичных экземплярах, войдут в нашу жизнь гораздо раньше.