Космические технологии, взрывоопасность и смешной бюджет: мифы и факты о водородной Лада Антэл

Не секрет, что внедрение альтернативных источников энергии, в том числе и в транспорте – процесс весьма затратный и настолько масштабный, что без поддержки со стороны государства не обойтись ни частнику, покупающему электромобиль, ни производителю, занимающемуся разработкой принципиально новой технологии. Это касается и инфраструктуры, без которой не могут существовать ни традиционные дизельно-бензиновые автомобили, ни «альтернативщики», к которым формально можно отнести не только электромобили, но и машины с ДВС, работающие на газе. Зарядные или заправочные станции – это уже последнее звено, ну а начинается всё, как это ни банально, с огромного бюджета, без которого конструкторская мысль так и останется красивой идеей.

Поскольку АвтоВАЗ длительное время явно поддерживался руководством страны, в некоторых источниках упоминалась государственная поддержка проекта Ellada (электрической Калины), а также других перспективных разработок, в числе которых фигурировали и автомобили на топливных элементах. В действительности же даже задуманный как социальный проект по внедрению электрической Калины в такси провалился: из-за разногласий администрация Ставропольского края так и не субсидировала покупку запланированной партии из сотни таких машин, ограничившись смешной цифрой в пять экземпляров.

Однако вернемся к проекту Антэл, попутно объяснив, откуда взялось такое название. «Автомобиль на топливных элементах» – так расшифровывается эта аббревиатура, автором которой является идеолог «водородизации» Лад Георгий Константинович Мирзоев.

«FCEV (fuel cell electric vehicles) – это электромобиль на топливных ячейках (элементах), которые специалисты называют электрохимическими генераторами (ЭХГ)».

Именно Мирзоев являлся главным конструктором ВАЗа с 1976 по 1998 год и как раз в 1998-м вместе с группой единомышленников (Анатолий Сорокин, Андрей Тихонцев и Сергей Ивлев) он задумал создание ходового макета (то есть действующего транспортного средства), в качестве источника энергии для которого будут использоваться топливные элементы. При этом с самого начала ни о какой государственной поддержке перспективной «зелёной» технологии речь не шла, а дальнейшие шаги, о которых мы расскажем позже, Мирзоев предпринимал самостоятельно. И не в последнюю очередь для того, чтобы АвтоВАЗ стал в один ряд с мировыми производителями, также разработавшими собственный водородный автомобиль.

В конце ХХ века автопроизводители еще не остановили свой выбор на каком-то конкретном виде альтернативной силовой установки вместо традиционных ДВС: электромобили оставались слишком дорогими для того, чтобы стать реальностью на дорогах, а еще больше вопросов вызывала проблема ресурса батарей и длительности поездки на одной зарядке. Именно поэтому целый ряд зарубежных автомобильных компаний (Toyota, Honda, BMW, Volkswagen, GM и Ford) серьезно обратили своё внимание на возможность применения топливных элементов в качестве источника энергии для автомобилей. Не остался в стороне и российский автогигант, на котором всегда внимательно следили за тенденциями развития мирового автопрома.

В начале нынешнего столетия GM и Daimler Chrysler выделили по миллиарду (!) долларов на разработку технологий, связанных с топливными элементами, а компания Renault – свыше 700 миллионов

Работу над «водородной темой» в Тольятти начали со сбора информации и прощупывания почвы. По своим каналам инженерам во главе с Мирзоевым удалось выяснить, что подобные элементы использовались на «Буране-2». Выйти на разработчиков энергоустановки и самих батарей было отнюдь не простой задачей, ведь все они работали на режимных объектах и в условиях строгой секретности.

Производство топливных элементов, которые в СССР применялись в аэрокосмической отрасли, на Урале началось еще в 1971 году, а первый генератор под названием «Волна 20» был предназначен для лунного орбитального корабля, но что-то пошло не так, и во время запуска ракета-носитель попросту взорвалась. Правда, электрохимический генератор был здесь ни при чём.

В дальнейшем на Урале не просто продолжили работу над ТЭ, а построили отдельный завод (!), на котором с 1978 года производили генераторы «Фотон» для «Бурана».

На фото: Уральский электрохимический комбинат

  Инженерам Уральского электрохимического комбината и АвтоВАЗа не сразу удалось найти общий язык – точнее, сотрудничество началось с небольшого конфликта, поскольку уральские «генераторщики» думали, что тольяттинские автомобилисты ничего не смыслят в ЭХГ, ну а вазовские специалисты вполне обоснованно считали, что сотрудники УЭХК не слишком разбираются в автомобилях. Тем не менее заваренная Мирзоевым каша со временем превратилась во вполне готовое блюдо. И это именно тот случай, когда (позволим себе еще одну кулинарную метафору!) первый блин не оказался комковатым. И в этом случае – сделанным по сугубо российскому рецепту, без оглядки на Запад.

Разработка подобной технологии – процесс не только небыстрый, но и весьма недешевый. Однако ВАЗу из-за еще советских наработок по «Бурану-Энергии» удалось обойтись несколькими миллионами рублей, а не долларов, хотя западные компании выделяли на подобное направление баснословные суммы. Немного цифр: в Тольятти на разработку Антэла потратили от 7 до 9 миллионов «деревянных», то есть всего 30 тысяч по тогдашнему курсу, в то время как даже бывшая в то время на грани банкротства корейская компания Daewoo израсходовала на водородную тему тоже несколько миллионов, но долларов. Правда, в скромной цифре общего тольяттинского бюджета кроется один подвох: предназначенный для Бурана-2 и «взятый с уральской полки» генератор, который использовали вазовцы, по самым скромным прикидкам стоил свыше 300 тысяч долларов…

Как раз после запуска Антэла, то есть еще в 2002-м, Департамент Энергетики США поставил цель снизить к 2015 году стоимость одного киловатта до 30 долларов, чтобы сравнимый по мощности со средним ДВС (около 100 л.с.) бортовой источник энергии стоил все те же 3000 “баксов” – но не за киловатт, а за всю установку! Увы, достичь подобного показателя до сих пор никому так и не удалось

При этом вазовским инженерам нужна была не только сама технология в её, так сказать, академическом смысле, но и её практическая реализация в будущем, пусть и отдалённом, ведь только так стоимость одного киловатта с «космических» 3000 долларов можно было снизить до приемлемой пары сотен. Хотя в первую очередь тольяттинцев интересовала не столько финансовая сторона вопроса, сколько её техническая составляющая – то есть реализация проекта на практике хотя бы на уровне ХМ (ходового макета).

Поскольку у автомобильных конструкторов опыта работы с водородом не было, ходовой макет под названием Антэл-1 собирали в ракетно-космической корпорации «Энергия» в городе Королёв Московской области. Именно туда из Тольятти привезли будущий ходовой макет – «длинную» Ниву ВАЗ-2131 без силового агрегата.

«Немного теории: если к аноду (одной пластине) топливного элемента подать молекулярный водород, а на катод – кислород, то при соединении эти молекулы выделяют свободные электроны и образуют воду. “Поймать” электроны, эффективно и безопасно подав их на электромотор, – задача нетривиальная, но очень привлекательная для автомобильных инженеров вот уже несколько десятилетий».

При этом баллоны с водородом и энергетическую установку удалось разместить в багажнике, не занимая полезное пространство салона.

Благодаря опыту «космических» специалистов всё получилось с первого раза: Антэл-1 не только сразу запустился, но и отлично работал! После нескольких тестовых поездок свеженький концепт-кар отправился прямиком на Московский автосалон 2001 года. Без лишней скромности отметим, что разработка стала полной неожиданностью не только для рядовых посетителей, но и для представителей автомобильной отрасли, в том числе и зарубежных.

Ходовой макет Антэл-1 внешне отличался от обычной Нивы разве что наклейками на кузове​

Энергоустановка Антэл-1 вырабатывала ток напряжением 120В и выдавала до 17кВт максимальной мощности, что позволяло пятидверному «крокодилу» разгоняться до 80 км/ч и проехать на одной заправке до 200 км – для ходового макета таких показателей было вполне достаточно.

Удивительный факт: после автосалона у российских журналистов появилась уникальная возможность прокатиться на Антэле на Дмитровском автополигоне, куда вазовцы специально привезли концепт для пресс-дня.

В общем, и процесс сборки, и дебют «водородной» Лады состоялся не в Тольятти, а в Москве и её окрестностях.

Удачный результат по первому Антэлу предопределил начало работ над прототипом Антэл-2, который решили создать на базе ВАЗ-2111 – то есть, тоже универсала, но уже «десятого» семейства.

Во-первых, это позволяло уделить больше внимания компоновке и добиться желаемого результата – освободить багажное отделение для груза, разместив энергетическую установку в передней части кузова.

Во-вторых, Антэл-1 работал на кислороде и водороде, что повышало взрывоопасность установки и увеличивало её габариты. Поэтому Антэл-2 решили перевести с кислорода на воздух, что потребовало установки компрессора, позволившего поднять давление газа в баллонах с 250 до 400 атмосфер. В итоге водородно-воздушный Антэл-2 на топливных элементах был заметно мощнее первой версии – 240В и 25 кВт соответственно! Благодаря этому максимальная скорость выросла до 100 км/ч, а запас хода увеличился до 350 км.

В первом варианте (Антэл-1) для реакции использовался кислород. Во втором – воздух, нагнетаемый компрессором​

Все элементы энергоустановки, включая тяговый двигатель и систему управления, разместили в подкапотном пространстве, а сверхлёгкие и прочные баллоны – в подполье багажника.

Кроме того, чтобы дать машине возможность совершить короткий «рывок», в конструкции предусмотрели буферную никель-металлогидридную батарею, которая кратковременно увеличивала мощность почти вдвое. Батарея также могла накапливать энергию, образующуюся при торможении. Таким образом, работающий на топливных элементах Антэл-2 стал еще и немного гибридом.

Запуск установки Антэл-1 занимал около полутора часов – столько приходилось ждать, пока генератор прогреется до минимально допустимой рабочей температуры в 60 градусов. А на Антэл-2 установили специальные нагреватели, которые сократили время выхода на рабочий режим всего до 10-15 минут.

А вот сама батарея топливных элементов осталась всё той же «космической» – от Бурана, однако на второй версии водородного автомобиля ВАЗ её заметно модернизировали, подняв и напряжение, и емкость.

Взрывоопасность – один из главных стереотипных недостатков, которые приписывают автомобилям на водороде. Поэтому прекращение работ на ВАЗе некоторые современники тут же связали с недостаточной надежностью и стабильностью генераторов, используемых в Антэлах.

В действительности же при испытаниях устройств для космических аппаратов моделируются сверхвысокие нагрузки, которые достигают до 100 g. И уральский генератор их легко выдерживал, обладая при этом ресурсом в 5-7 тысяч (!) часов. Еще один пример надёжности: хранившийся свыше десяти лет генератор после диагностики оказался полностью исправным, не требуя никакого вмешательства.

Удачный старт и работоспособная концепция привела к тому, что в дальнейшем в Тольятти на полном серьезе планировали развивать тему водородных автомобилей путём создания концептов Антэл-3 и Антэл-4. Однако планам не суждено было сбыться – в начале двухтысячных автомобиль на топливных элементах по-прежнему оставался скорее дорогостоящей игрушкой энтузиастов-учёных, чем перспективным проектом автомобильного предприятия, поэтому на ВАЗе «в духе времени» вернулись к разработкам электромобилей. Остальные мировые производители на тот момент еще не полностью не «переключились на электричество», то есть продолжили заниматься разработкой концептов, работающих на топливных элементах, запуская при этом в серийное производство автомобили с электрической силовой установкой. Впрочем, японские компании Honda и Toyota все-таки реализовали собственные проекты по мелкосерийному выпуску и коммерческой продаже моделей Mirai и FCX соответственно. Но это уже совсем другая история.

Источник