Работающий на бензине мотор — настоящее волшебство. Только представь, тысячи разных кусочков металла сложили в определенном порядке, добавили немного бензина и масла, потом — одно нажатие кнопки, и все эти кусочки оживают, начинают гудеть и рычать, колеса вращаются с фантастической скоростью.

Роальд Даль. Дэнни — чемпион мира

Поддержание в порядке дорожной сети — чрезвычайно дорогая и трудоемкая работа, и в постапокалиптическом мире дороги на удивление скоро разрушатся, несмотря на то что былого плотного движения по ним не будет. В средних широтах разрушительная смена замерзания и таяния постепенно расширит малые трещины и изъяны полотна, а семена, занесенные ветром в бреши, быстро вырастут в цепкие кусты и мощные деревья, их корни примутся дальше крошить тонкую кожу дорожного покрытия.

Строго говоря, современные асфальтированные магистрали отлично подходят, чтобы мчаться по трассе со скоростью 150 км/ч, но их поверхность менее долговечна, чем поверхность прочно уложенных древнеримских дорог. Многие viae publicae, мощенные толстым слоем прочного булыжника, проходимы и поныне, спустя 1000 лет после гибели создавшей их цивилизации. Этого нельзя будет сказать о нашей нынешней дорожной сети. Даже самые важные дороги, главные транспортные пути рухнувшей цивилизации, станут почти непроезжими. Чтобы обследовать опустевшие города, понадобятся прочные внедорожники: впервые в истории паркетные джипы будут необходимы для перемещения по улицам.

Стальные рельсы железных дорог значительно прочнее дорог шоссейных, но и их со временем пожрет коррозия. И все же в первые десятилетия после апокалипсиса поддерживать дальние торгово-хозяйственные связи, вероятно, лучше помогут рельсовые пути — при условии, что им не дадут зарасти лесом.

Большинство транспортных средств нашего века приводится в движение двигателем внутреннего сгорания: он крутит колеса семейных авто, тянет поезда и носит по небу легкие самолеты. Но самоходные машины — трактора, комбайны, рыболовецкие траулеры, развозные грузовички — выполняют многие другие важные функции, связанные с удовлетворением потребностей людей. Нужно будет сохранить такие машины на ходу как можно дольше. Давайте сначала поговорим о том, как обес­печить моторный транспорт основными расходными материалами: топливом и резиной, а затем рассмотрим, какие запасные варианты остаются у общества, которое не способно сохранить механизацию и деградирует еще сильнее.

Поддержание машин на ходу

Чуть дальше мы поговорим о немного различных принципах работы бензинового и дизельного двигателей, но сейчас достаточно будет сказать, что для них нужно разное топливо. И бензин, и дизельное топливо (соляр) — это жидкие смеси углеводородов: их молекулы подобны молекулам растительных масел, описанным в главе 5. Бензин — это набор углеводородов с хребтами в основном длиной в 5–10 атомов углерода; дизтопливо несколько тяжелее, это более вязкая жидкость, составляющие ее молекулы длиннее: от 10 до 20 атомов. Как мы говорили выше, после апокалипсиса останутся немалые запасы этих видов топлива — на автозаправках, в нефтехранилищах, наконец в баках брошенных транспортных средств. Однако довольно скоро людям, пережившим конец света, придется налаживать новое производство топлива, чтобы поддерживать механизацию сельского хозяйства и моторный транспорт.

Сегодня бензин и дизельное топливо получают, перерабатывая сырую нефть. Методы переработки относительно просты и вполне применимы для малых объемов производства. Жидкие фракции отделяют путем дробной перегонки, по тому же принципу, на котором основана дистилляция спирта из сброженного сусла. Фракции с крупными углеводородными молекулами можно расщепить на более удобные короткомолекулярные жидкости путем нагрева с глиноземным катализатором (например, толченой пемзой).

Трудность обеспечения топливом не в том, как его выделить из сырой нефти, а в том, что добыть сырую нефть из недр Земли уже невозможно без сложного бурового оборудования и морских платформ. Но при этом автомобильное топливо можно получить и не из нефти, и постaпокалиптическое человечество многому могло бы научиться у нынешних «зеленых». Как писал в начале 1900-х гг. сам Рудольф Дизель, «энергию можно добыть из солнечного тепла, которое всегда будет доступно для земледелия, даже после истощения всех природных запасов твердого и жидкого топлива».

Удобная замена бензиновому транспорту — этиловый спирт (который, как мы видели в главе 4, производится путем ферментации). Мировой лидер по применению алкомобилей — Бразилия: там все машины работают либо на смеси бензина со спиртом (20%), либо на чистом спирте. Даже во многих штатах США закон требует, чтобы бензин содержал определенную долю спирта (обычно до 10%), при которой не требуется переделка двигателя. Не все знают, что конструкция знаменитого автомобиля Ford Model T позволяла заправлять его либо дистиллированным из нефти бензином, либо спиртом, и несколько спиртзаводов в США перерабатывали зерно на автомобильное топливо, пока введение сухого закона не положило конец спиртовым заправкам.

Промышленное производство этанола для заправки машин сдерживается необходимостью получать достаточно сахара для микробной ферментации. Культуры типа сахарного тростника, на котором основана бразильская экономика возобновляемого биотоплива, можно возделывать только в тропиках. И хотя сахара присутствуют в любых растительных организмах, составляя волокна целлюлозы, обеспечивающие растению скелет и опору, целлюлоза настолько прочна и химически стабильна, что сахар в ней крепко «заперт» и неизвлекаем. Куда удобнее и проще не пытаться выгнать из такой биомассы чистое топливо, годное для моторного транспорта, а дать ей перегнить в биореакторе и получить метан или просто отправить в топку котлов на электростанции.

Но и рокот дизелей в постапокалиптическом мире, скорее всего, не смолкнет. Дизельный двигатель довольно неприхотлив, он может работать на растительном масле, переработанном в биотопливо: делается это путем соединения масла с простейшим спиртом, метанолом, в щелочной среде (добавляется щелок — едкий натр или едкое кали — см. главу 5). Метанол, также называемый древесным спиртом, можно получить сухой перегонкой дерева, но для реакции с маслом подойдет и полученный путем ферментации. Все остатки метанола или щелока, как и ненужные побочно получаемые глицерин и мыло, можно удалить, растворив в воде, барботированной сквозь готовое топливо, которое после этого тщательно просушивают нагревом, чтобы удалить воду.

Растительное масло годится практически любое. Для Британии хорошо подходит рапс: он дает с гектара большой объем масла (больше, чем другие культуры, в том числе подсолнечник и соевые бобы), которое легко отжимается из семени, а ботва служит питательным кормом для скота. При необходимости можно использовать и животные жиры. Технический жир получают, проваривая в воде мясную обрезь и кости: жир вытапливается, а затем всплывает на поверхность воды, откуда его после охлаждения собирают. Технический жир превращают в биотопливо точно так же, как и растительные масла, но присутствие длинномолекулярных углеводородов означает, что на холоде он может застыть прямо в баке.

Проблема биотоплива в том, что оно вырабатывается из сельскохозяйственных культур, и даже небольшому автомобилю, чтобы заправляться, понадобится поле площадью не меньше чем 0,2 га. Сценарий восстановления после апокалипсиса может оказаться таким, что продовольствие будет в дефиците. В таком случае следует подумать, нельзя ли заправлять машины топливом из несъедобного сырья.

Любой двигатель внутреннего сгорания работает, по сути, на газе, а не на жидком горючем. Из бензина или дизтоплива создается капельно-воздушная смесь, которая перед воспламенением в цилиндре испаряется. Поэтому другой способ сохранить моторный транспорт на ходу состоит в том, чтобы подавать горючий газ в двигатель прямо из баллона. Именно так работают современные газовые автомобили на сжатом природном газе (метане) или сжиженном нефтяном газе (смеси пропана и бутана).

Для постапокалиптического сценария, вероятно, лучше подойдет нетехнологичный вариант: если закачивание газа в емкости под давлением в сотни атмосфер окажется слишком сложным делом, можно оборудовать машины газовыми по­душками. Эти подушки, бывшие в ходу в Первую и во Вторую мировые войны при дефиците топлива, представляли собой мешки из прорезиненной ткани, наполненные метаном или угольным газом, а 2–3 куб. м газа эквивалентны литру бензина.

Чуть менее громоздкий вариант — производить газ прямо на ходу, то есть построить автомобиль на дровяной топке.

Его конструкция основана на принципе газификации. Чтобы понять его, зажгите спичку и присмотритесь внимательнее к ее пламени. Вы заметите, что светящееся желтым пламя танцует не прямо на обугливающейся спичке, а как бы на расстоянии. Дело в том, что пламя питается в первую очередь не древесиной спички, а горючим газом, возникающим при тепловом разложении сложных органических молекул древесины, которые ярко загораются, только соединившись с атмосферным кислородом. Это тот же самый процесс пиролиза, который мы исследовали в контексте сухой дистилляции древесины и конденсации паров в различные полезные жидкости, но для производства моторного топлива нужен максимальный выход горючего «генераторного» газа, и необходимо отнести дерево от пламени гораздо дальше, чем на спичке. Газ не должен вспыхнуть, пока он не поступит в двигатель, где он может наконец смешаться с кислородом, чтобы, взорвавшись в цилиндрах, совершить полезную работу.

Во время Второй мировой войны для осуществления необходимых гражданских перевозок по европейским дорогам курсировал почти миллион газогенераторных автомобилей. В Германии разработали версию «Фольксвагена»-«жука», где все газогенераторное оборудование было спрятано внутри кузова, и только люк для загрузки дров в капоте указывал на необычный источник энергии, а в 1944 г. в войска вермахта поступило более 50 танков «Тигр» на дровяных генераторах.

Газогенератор — это, по сути, герметичный цилиндр с крышкой, и его можно изготовить из подручных материалов — например, оцинкованной урны, стального барабана и бытовой сантехнической арматуры. Дрова подкладываются сверху. Постепенно проваливаясь, они сначала высушиваются, а затем пиролизуются при высокой температуре в замкнутой камере и частично сгорают в ограниченном объеме кислорода, чтобы поддерживать необходимую для процесса температуру. Важно, что внизу колонны образуется слой раскаленного древесного угля и он реагирует с парами и газами, выделяющимися при пиролизе, чем и завершается их химическое превращение. После этого через отвод у дна колонны выходит готовый продукт — генераторный газ, богатый горючим водородом, метаном и угарным газом (последний ядовит, так что работайте только в хорошо проветриваемом месте) плюс инертный азот, составляющий до 60% смеси. Охладите газ, чтобы конденсировались все примеси, иначе они могут засорить двигатель, а затем подавайте его в цилиндры.

Литр бензина заменяют примерно 3 кг древесины (зависит от ее плотности и влажности), и поэтому расход топлива у газогенераторных автомобилей измеряется не в литрах, а в килограммах на километр — генераторы времен войны позволяли про­ехать на килограмме дров примерно 2,4 км.

Топливо не единственный расходный материал, необходимый для автомобильного движения. Нужна еще резина, чтобы отливать шины, постоянно изнашивающиеся при езде, и камеры — баллоны в форме бублика, которые накачивают воздухом, чтобы смягчить тряску в пути.

Для практического применения свойства сырого каучука приходится корректировать с помощью вулканизации: его плавят с добавлением серы, а затем отливают в форму. В процессе вулканизации свернутые молекулярные цепочки сцепляются в тугую, упругую массу. Так получается практически неразрушимое вещество, более эластичное, чем природный каучук, но не плавящееся при нагреве и не трескающееся на холоде.

Проблема в том, что после вулканизации резину уже нельзя снова расплавить и отлить в новую форму. Постапокалиптическое сообщество не сможет утилизировать старую резину, чтобы иметь достаточный запас шин с четким протектором, а также, например, ниппелей и камер. Придется найти новый источник сырья.

Исторически каучук получали из млечного сока (латекса) дерева гевеи, которое растет только во влажном жарком климате, в узком поясе вдоль экватора. Альтернативный источник латекса — стебли, ветви и корни гваюлы. В отличие от гевеи этот невысокий кустарник обитает на полупустынных нагорьях Мексики и Техаса. Гваюла прославилась в годы Второй мировой, когда союзники после вторжения Японии в Юго-Восточную Азию потеряли 90% каучуковых плантаций. На ранних стадиях постапокалиптического восстановления химические процессы, необходимые для производства синтетического каучука, будут человеку недоступны, поэтому к моменту истощения имевшихся запасов одной из главных задач станет налаживание дальних торговых связей — если вы не живете поблизости от источников природного латекса.

Даже если вы сумеете обеспечить машины топливом и резиной, все равно они не могут работать вечно. Сохранившийся парк неизбежно износится и разрушится, и, хотя какое-то время у вас будет возможность снимать запчасти с других машин, рано или поздно придется осваивать их производство. Изготовление деталей современных двигателей потребует сложных знаний и технологий, а также станков, позволяющих обрабатывать заготовки с нужной точностью, — мы говорили об этом в главе 6. И если эти условия не будут выполнены к моменту остановки последнего мотора, общество демеханизируется и деградирует еще на одну ступень. Какие запасные возможности останутся у вас в этой ситуации для поддержки жизненно важных областей: транспорта и сельского хозяйства?

Что делать, если вы лишились моторов?

Если общество лишилось моторов, придется вернуться к животной тяге. Первыми в истории животными, примененными для тягла, таскавшими телеги, кареты, плуги, бороны и сеялки, были волы — холощеные быки, и их можно использовать вновь, когда замрут последние трактора. Тягловые лошади, такие как шайрские тяжеловозы, происходят от коней, носивших по полям сражений средневековой Европы закованных в броню рыцарей, эти лошади быстрее, сильнее и выносливее волов. Но если вы решите заменить волов лошадьми, сначала придется вновь изобрести подходящую упряжь — важнейший инструмент, до которого не додумались древнейшие и античные цивилизации.

Волов можно запрячь при помощи деревянного бруса. Его кладут на загривок животного, а перекладины слева и справа не дают брусу съезжать, Можно запрячь вола и с помощью лобного ярма, укрепляемого перед рогами. А вот анатомия лошади требует упряжи в виде системы ремней. Простейший образец — постромочная упряжь, когда по плечам и вокруг шеи накладывается один ремень, под животом протягивается другой, и на середине спины находится точка прикрепления постромок. Эту упряжь широко применяли в Древнем мире, так веками впрягали лошадей в колесницы ассирийцев, египтян, греков и римлян. И все же она не подходит к строению лошади и не годится для тяжелой тягловой работы, например пахоты. Дело в том, что нагрудный ремень передавливает лошади яремную вену и трахею, так что она, если тянет слишком усердно, задыхается. Выход — переделать упряжь и перенести точку, к которой лошадь прилагает силу.

Хомут — это металлическое или деревянное кольцо в толстой мягкой обивке, плотно облегающее шею лошади. Точки приложения силы при использовании хомутной упряжи расположены не на загривке, а низко на боках лошади, так чтобы нагрузка равномерно распределялась по ее груди и плечам. Этот анатомически комфортный ворот — один из первых опытов эргономичного дизайна — придумали в Китае в V в., но в Европе он получил распространение лишь в 1100-х гг. Хомутная упряжь позволяет лошади тянуть во всю силу: развиваемое тяговое усилие выходит в три раза больше, чем в прежней, неудобной запряжке — а именно конный плуг стал основой средневековой аграрной революции.

Странные сцены мы увидим при соединении конной тяги и остатков автомобильного парка. Исправный задний мост от мертвой легковушки или грузовика можно приспособить как шасси для деревянной телеги. А еще проще будет разрезать авто поперек, выбросить переднюю часть с бесполезным мотором, а заднее сиденье и колеса применять как двуколку. Пара оглобель из тонких труб, приделанных по бокам, позволит запрячь осла или быка вместо энергетической установки.

В то же время откат к животной тяге потребует часть урожая полей и огородов пускать на корм скоту, забрав ее у людей. На пике использования тягловых животных в сельском хозяйстве Великобритании и Соединенных Штатов, который удивительным образом пришелся примерно на 1915 г. (хотя к тому моменту целых полвека существовали самоходные механизмы с паровой машиной и уже появились бензиновые трактора), на трети всех возделываемых земель выращивали корма для лошадей.

Первоочередной задачей, наряду с поиском тягловой силы для сельскохозяйственных орудий и сухопутных перевозок, будет покорение морей и возобновление рыболовства и торговли, и, если ваше общество утратит способность производить сложные механизмы, в море придется положиться на парусный флот.

Простейший тип паруса интуитивно понятен любому, кто хоть раз видел, как вывешенные сушиться простыни развеваются под порывами ветра. Укрепите в середине своего судна столб — мачту, на макушке горизонтально подвесьте брус перпендикулярно продольной оси судна: это будет рея. На рее закрепите верхний край большой холстины, снизу привяжите холстину веревками, и у вас получится простой квадратный парус, многажды в истории человечества изобретенный самыми разными народами. Парус действует как ловушка, захватывающая попутный ветер, при котором даже примитивные суда могут идти довольно быстро. Но с такой оснасткой двигаться веред можно, только если угол к ветру не меньше 60°, и потому мореход оказывается полностью во власти стихий.

Более сложный вариант — косой парус. Он не натягивается перпендикулярно поперек палубы, но ориентируется вдоль линии борта и висит диагонально благодаря наклонной рее или веревке, одним концом закрепленной на мачте. Суда, оснащенные косыми парусами, гораздо более маневренны и могут идти галсами много круче к ветру, чем суда с прямыми парусами: у современных яхт угол к ветру доходит до 20°, но большинство крупных парусников используют оба типа парусов. Косой парус восходит еще к римлянам, бороздившим воды Средиземноморья, но окончательную форму обрел в эпоху Великих географических открытий, которая началась в XV столетии: под косым парусом корабли испанских и португальских мореплавателей проходили через океаны, чтобы открыть далекие земли и проложить дальние торговые пути.

Если вы ставите косой парус под углом к ветру, возникает совершенно новый эффект. Наполняя парус, ветер отдувает его в сторону и превращает в своего рода крыло: поток воздуха, обтекая выгнутую поверхность, отражается и создает перед парусом область низкого давления. Корабль с прямым парусом ветер толкает по воде, корабль с косым парусом тянет спереди аэродинамическая подъемная сила. В 1552 г., не понимая до конца физику этого процесса, Фернан Магеллан с командой первым в истории обогнул Землю, применив те же принципы аэродинамики, которые используются в самолетном крыле и реактивной турбине.

Однако, если мы ставим косой парус на боковом ветру, судно теряет устойчивость и возникает риск опрокинуться и перевернуться. Чтобы этого не произошло, ближе к днищу судна для устойчивости помещают балласт, а под днищем приделывают киль, часто напоминающий по форме перевернутый акулий плавник, — он противодействует опрокидывающей силе парусов. Если вы умеете управиться с этими противоборствующими силами и точно наладить снасти для управления косыми парусами и установки наилучшего угла к ветру, то физика, лежащая в основе аэродинамического эффекта, удивительным образом позволит кораблю идти даже быстрее скорости дующего в паруса ветра.

Если не удастся найти пригодных для использования судовых корпусов, придется строить их своими руками. По традиционной технологии доски обшивки кладут вдоль и крепят на каркас, а стыки герметизируют, затыкая паклей и замазывая смолой. Если найдется достаточно собранного или выплавленного железа либо листовой стали, можно скрепить доски заклепками. Паруса же, по сути, просто большие куски полотна, продукт ткацкой технологии, описанной в главе 4. Для паруса нужно использовать гладкое переплетение и помнить, что ткань всегда труднее рвется вдоль утка, поскольку уточные нити прямее, чем нити основы, и легко растягивается и рвется по диагонали (попробуйте на небольшом участке собственной рубашки). Похожим образом веревки, связывающие снасти воедино, делаются путем сучения из волокна нитей, которые затем сплетаются в пучки, а те — в веревку. Далее, если нужно, из веревок плетется канат. Блоки и тали, применяемые для управления парусами, не отличаются от тех, с помощью которых строители поднимают тяжелые грузы.

Будем надеяться, что довольно скоро возрождающаяся цивилизация заново освоит обработку металлов и изготовление станков. Одним из видов простого механического транспорта для передвижения людей в мире, где смолкли моторы, мог бы стать велосипед. Сердце педальной машины — это кривошип, превращающий взмахи ваших ног во вращение, которое можно передать на колеса. Однако есть непростая инженерная задача: нельзя вращать педалями колесо напрямую, как на детском велосипедике, потому что в таком случае, чтобы развить сколько-нибудь приличную скорость, седоку придется сучить ногами как сумасшедшему.

Простейшее решение — сделать переднее колесо большим. Значительная длина окружности даже при несильном вращении обеспечит неплохую скорость, именно по этому принципу сконструированы старинные «пенни-фартинги» карикатурных пропорций, с полутораметровым колесом. Но есть выход гораздо лучше — очевидный нам сегодня, но до 1885 г. не приходивший в голову производителям велосипедов: применить шестерни, механизм из Древнего мира, соединенные цепью. Две звездочки разного диаметра, позволяющие колесу вращаться значительно быстрее, чем оси педалей, соединяются роликовой цепью (ее устройство весьма схоже с тем, что нарисовал в XVI в. Леонардо да Винчи). Еще одна важная техническая особенность — передняя стойка, соединяющая ступицу колеса с рулем, должна быть слегка отклонена назад, чтобы переднее колесо само собой поворачивалось в сторону, куда клонится велосипед, придавая машине естественное равновесие.

Изобретаем заново моторный транспорт

Настанет день, когда возрождающаяся цивилизация достигнет того уровня развития металлургии и технического конструирования, при котором возможно производство двигателей. Если сообщество откатилось к тягловым животным и парусам, как ему заново создать двигатель внутреннего сгорания, не располагая образцами, пережившими апокалипсис? Как устроено сердце, бьющееся под капотами наших машин?

Двигатель внутреннего сгорания — отличная иллюстрация того, что сложный механизм — это не более чем совокупность простых узлов самого разного происхождения, организованных неким новым образом для решения той или иной насущной задачи. Если бы можно было содрать с семейного авто металлическую шкуру и рассечь его, как живой организм, то внутри обнаружилось бы множество устройств и агрегатов, взаимодействующих, как органы и ткани в человеческом организме.

Каковы же главные принципы работы автомобиля и как собрать машину с нуля?

В главе 8 мы разобрали принцип работы двигателя внешнего сгорания: паровая машина движется за счет нагнетания в цилиндры пара из котла, который нагревается сожжением топлива. Гораздо более эффективный способ высвобождения химической энергии, заключенной в топливе, — это исключить посредника и заставить толкать части машины сам горячий газ, образующийся при сожжении. Если малое количество топлива перед воспламенением поместить в замкнутый объем цилиндра, взрывным расширением высвободившегося горячего газа можно будет вытолкнуть поршень и совершить полезную работу. Повторяя такой цикл по нескольку раз в секунду, получаем надежный и точный процесс развития мощности. Чтобы подготовить цилиндр к следующему взрыву, открывается клапан, и цилиндр вдавливается обратно, вытесняя, как шприц, отработанный газ, а затем вновь оттягивается, чтобы в цилиндр через другой клапан всосалась новая порция топлива. Перед воспламенением ее еще нужно немного сжать, чтобы она стала плотнее и нагрелась. Этот четырехтактный цикл и есть быстро пульсирующее сердце абсолютного большинства двигателей внутреннего сгорания.

Есть два способа поджечь топливо, поданное в цилиндр, и в этом состоит разница между современным бензиновым и дизельным двигателями. Летучие жидкости типа этанола (или бензина) можно превратить в газ, перед впрыском смешав их с воздухом в карбюраторе, а затем воспламенить электрической искрой пусковой свечи. Смеси более тяжелых углеводородных молекул, например дизельное топливо, можно вдувать в цилиндр в состоянии тонкой капельной взвеси в конце такта сжатия, чтобы испарить и воспламенить одновременно путем резкого подъема температуры в цилиндре за счет резкого сжатия воздуха. (Всякий, кто трогал патрубок ножного насоса после накачки колеса, замечал, как он нагревается от нагнетаемого воздуха.) Или же, как мы видели в начале этой главы, можно питать двигатель непосредственно газом, нагнетаемым в цилиндры.

Но чтобы машина двигалась вперед, нужно преобразовать возвратно-поступательное движение поршней в равномерное вращение, которое можно передать на колеса или пропеллер. Осуществляет это необходимое преобразование кривошип, как и в велосипеде. Кривошип в механизмах часто используется в паре с поворотным шатуном, соединяя элемент, совершающий возвратно-поступательное движение, с вращающимся валом (у велосипеда роль шатуна, соединенного с кривошипом педалей, исполняют ноги седока). Самое ранее известное нам применение этого полезнейшего механизма — римское водяное колесо (III в.), где кривошип преобразовывал вращение толкаемого рекой колеса в возвратно-поступательный ход пил на пилораме.

В современных моторах, объединяющих работу множества поршней, этот механизм слегка модифицирован — там есть коленчатый вал, состоящий из нескольких гнутых звеньев, составленных так, чтобы ход поршней вращал вал. Но несколько цилиндров, даже если они выполняют рабочий цикл в заданной последовательности, вращают вал не равномерно, а толчками, и поэтому нужно как-то стабилизировать его вращение. Здесь техническое решение заимствовано из античной гончарной технологии. На конце коленчатого вала крепится маховик, выполняющий точно ту же функцию, что и тяжелый каменный диск гончарного колеса, — он должен сохранять импульс и сглаживать рывки при вращении.

Другой древний механизм применяется для упорядоченного открывания и закрывания клапанов, чтобы впускать топливную смесь и выбрасывать отработанный газ в течение рабочего цикла. Кулачок имеет вытянутую, смещенную от центра форму, чтобы, вращаясь на распределительном валу, он в установленном ритме поднимал рычажок-коромысло или отбрасывал стержень-толкатель. В прошлом кулачковый механизм использовался в свайных молотах: энергия водяного колеса раз за разом поднимает молот, а падает он, нанося удар, спущенный вертящимся кулачком. Кулачковый механизм был известен древним грекам и появляется вновь в средневековых машинах XIV в. В современном двигателе внутреннего сгорания набор кулачков, вращаемых распределительным валом, обеспечивает точную синхронизацию работы впускных и выпускных клапанов с рабочим циклом цилиндров.

Если вы намерены установить двигатель на сухопутное транспортное средство, а не просто вращать им гребной винт судна, придется решить еще несколько технических задач. Разобравшись с устройством двигателя, придется перейти к следующему этапу — передаче вращения на колеса. Трансмиссия — одна из самых простых для понимания частей автомобиля; в сущности, это не более чем коробка, позволяющая выбрать, какие шестерни сцепить между собой, и работающая по тому же принципу, что и зубчатые передачи, восходящие к III в. до н.э. Двигатель внутреннего сгорания вращается с огромной частотой, и поэтому низкие передачи, когда вал трансмиссии сцепляется с шестерней, меньшей, чем на валу двигателя, используются, чтобы «обменять» частоту вращения на вращающее усилие. Оно нужно для ускорения или движения на подъем.

Смену шестерен облегчает еще один сопутствующий агрегат — диск сцепления. Во многих машинах вращение двигателя передается через диск с рельефной поверхностью, сцепленный с маховиком, — как ни странно, именно трение обеспечивает равномерность вращения. Специальный механизм позволяет разъединить маховик и диск сцепления, отцепив двигатель от карданного вала. Подобная система применялась в ранних деревообрабатывающих станках, например токарных, — так механизм станка отсоединялся от источника энергии.

Первые автомобили заимствовали трансмиссию у велосипедов и передавали вращение на заднюю ось посредством цепи и звезд. Более эффективный способ — карданный вал, но, чтобы он не сломался от сотрясений и толчков при езде, ему необходима некоторая степень гибкости. Как же придать жесткому стержню способность сгибаться в любом направлении, при этом передавая усилие? Решение в том, чтобы разместить в двух местах на валу универсальные шарниры. Такой шарнир состоит из пары соединенных муфт, его принцип был описан еще в 1545 г.

После того как ваша моторная колесница покатила, нужно изобрести средство для управления поворотными колесами прямо с водительского места. На первых автомобилях применялся румпель — тяж, посредством которого на судах управляли положением рулевого пера. Однако позже было найдено более удобное решение — тут пригодилась технология, восходящая к античным водяным часам, появившимся около 270 г. до н.э. Реечная передача — механизм, состоящий из зубчатого колеса и длинной планки с такими же зубцами. Рулевое колесо в кабине связано валом с зубчатым колесом, которое двигает рейку вправо и влево, поворачивая передние колеса.

Наконец, последняя техническая проблема возникает, если два колеса держатся на одной оси. Когда машина поворачивает, внешнее колесо должно вращаться чуть быстрее внутреннего, если же оба вращаются одной осью, они могут скользить и буксовать, снижая управляемость машины и изнашивая покрышки. Механизм, называемый дифференциалом и представляющий собой систему не более чем из четырех шестерен, позволяет передавать мощность на оба колеса, но вращать их с разной скоростью. Эта изящная конструкция в европейских механизмах появляется с 1720 г., но не исключено, что возникла еще в 1000 г. до н.э. в Китае.

Одним словом, заглянув в нутро новенького спортивного авто, соединяющего в себе новейшие технические достижения, вы обнаружите винегрет компонентов, заимствованных из механизмов, восходящих к далеким этапам человеческой истории: гончарного круга, римских лесопилок, свайного молота, токарного станка и водяных часов.

Двигатель внутреннего сгорания — чудесный аппарат, умеющий превращать химическую энергию топлива в равномерное движение и применяющийся сегодня на абсолютном большинстве транспортных машин (наряду с реактивным двигателем скоростных самолетов и паровой турбиной больших кораблей). Мы рассмотрели способы производства жидкого или газообразного топлива для таких двигателей, а полный топливный бак — это восхитительно емкий резервуар энергии, позволяющий покрывать без дозаправки большие расстояния, так что внутреннее сгорание непременно сыграет свою роль в организации наземного и водного транспорта в постапокалиптическом обществе, вышедшем на продвинутый этап восстановления. Есть, впрочем, своя трудность: без легкодоступных источников сырой нефти цивилизации, последующие за нашей, столкнутся с дефицитом топлива. Активный рост моторного транспорта, наблюдаемый с 1920-х гг. и поныне, обеспечен наличием дешевого бензина, подвозимого с нефтеперерабатывающих заводов. Каким же может быть альтернативный путь восстановления транспортной структуры в обществе, поднимающемся из пепла?

Возможно, вместо того чтобы пускать на отжим для дизельного биотоплива или в ферментацию на этанол лишь часть выращенного растения, проще будет сжечь весь урожай целиком. Вскипятить котлы под паровыми турбинами и произвести электричество — гораздо более рациональное использование солнечной энергии, запасенной вырубленным лесом или быстрорастущими энергетическими культурами типа проса или мисканта. Электричество, произведенное на возобновляемом биотопливе, а также энергией воды и ветра, потечет по проводам, чтобы оживить поезда и трамваи на рельсовых путях и зарядить батареи небольших автомобилей. Электромобиль на биомассе, полученной с гектара земли, пройдет больше, чем авто с двигателем внутреннего сгорания на топливе, выжатом из той же биомассы, и что важнее, котел, вертящий паротурбину, можно топить разными и грубыми растительными материалами, а для производства биотоплива их нужно отбирать. Если же электричество вы производите на теплоэлектростанции (ТЭС), то попутным теплом можно отапливать ближайшие здания. Обществу, стесненному в энергетических ресурсах, лучше решать проблемы комплексно, извлекая максимум пользы из потребляемого топлива, поэтому есть вероятность, что городской транспорт постапокалиптической цивилизации будет преимущественно электрическим.

Строго говоря, в свое время электромобили были довольно обычным делом. В начале ХХ в. на равных конкурировали три фундаментально различных направления в автомобилестроении, и электрокары успешно соперничали с паровыми и бензиновыми машинами, поскольку механически они значительно проще, не шумят и не дымят. В Чикаго они даже преобладали. В 1912 г., на который пришелся пик производства электромобилей, по дорогам Америки катались 30 000 бесшумных экипажей и еще 4000 ездили по Европе; в 1918 г. пятая часть берлинских такси была оснащена электромоторами.

Недостаток электромобиля, несущего собственный аккумулятор (не в пример трамваям и поездам, имеющим постоянный источник питания в виде контактного провода, протянутого над рельсами), в том, что даже объемная и массивная батарея хранит не так уж много энергии, а перезарядка отнимает много времени. Максимальный запас хода тех первых электромобилей составлял около 150 км, это больше, чем у конного экипажа, и вполне достаточно для внутригородских сообщений. А вместо того чтобы дожидаться восстановления заряда в батарее, можно просто заменить на специальной станции разряженный аккумулятор на полный: еще в 1900 г. на Манхэттене успешно работал парк электрических такси, располагавший центральной станцией, где севшие батареи моментально меняли на свежие.

Таким образом, сочетая двигатели внутреннего сгорания на биотопливе и электромобили, восстанавливающееся пост­апокалиптическое общество сможет удовлетворить свои транспортные нужды даже при дефиците нефти, которого не знала в свое время наша цивилизация. Теперь настало время перейти от транспортировки людей и грузов к трансляции идей: в следующей главе мы рассмотрим технологии связи.