Планета шин

Шины-трансформеры на основе техники оригами

(статья про микрометровую пыль) Транспортная стратегия России до 2030 года: минус автомобилизация всей страны

Согласно новой стратегии правительства, 82% самых опасных выбросов от автомобилей приходится на шины. Поэтому стратегия считает ограничения на личные авто и пересадку на общественный транспорт «безальтернативным» вариантом нашего будущего. Интересно, что и эти цифры, и «безальтернативный» вывод противоречат данным из научных работ и реальным тенденциям развития общества. Как транспорт на самом деле убивает десятки тысячи человек в год и каким будет его реальное будущее в России?

Как ни странно, причина вовсе не в выхлопных газах / ©drivetribe.com

Реакция на публикацию недавно принятой Транспортной стратегии-2030 была достаточно бурной. Газеты, в частности, писали: «Она предполагает “безальтернативное” ограничение использования россиянами личных автомобилей в пользу общественного транспорта». Пресс-служба Минтранса возразила: «Транспортная стратегия до 2035 года не вводит никаких ограничений». Кто прав — понять несложно, достаточно заглянуть в сам текст стратегии:

«развитие общественного транспорта в крупных городах (в первую очередь для обслуживания маршрутов “периферия — центр”) с одновременными ограничениями на использование личных автомобилей для сокращения негативного воздействия на окружающую среду является безальтернативным». В том же тексте есть и:

«повышение экологического класса подвижного состава, предусматривающее: поэтапное установление ограничений на использование транспортных средств низких экологических классов… нормативно-правовую дифференциацию условий использования личного автомобильного транспорта в центральных частях крупных городов при одновременном развитии пассажирского транспорта общего пользования».

Итак, есть и слово «ограничения», и «дифференциация», которая по сути сводится к тем же ограничениям на пребывание личных машин в центрах городов — с плановой пересадкой на общественный транспорт.

В теории, это дело благое: в Москве в центре использовать автомобиль хотя и проще, чем 15 лет назад, но, например, не так просто, как в Мадриде. Кажется, что если личный автотранспорт прижать, а общественный — улучшить, то ситуация с выбросами радикально изменится. Так и хочется сказать: разумная стратегия, разумные ограничения.

Но нет.

Кажется странным, что стратегия одновременно предполагает и «электромобилизацию» транспорта, и сокращение использования личных машин в городах. Зачем это, ведь электромобили не загрязняют воздух в тех городах, где используются?

В большинстве случаев идеи о развитии чего-либо в России после 1991 года берутся не из воздуха или голов работников госаппарата, а из зарубежной практики, откуда наши чиновники пытаются их импортировать. На Западе сегодня в большой моде идеи, что переход к электромобилям сам по себе будет недостаточен, чтобы затормозить глобальное потепление. Ведь на их производство уходит много материалов и энергии, и все это оставляет «углеродный след», повышает концентрацию СО₂ в атмосфере. С тем, чтобы сделать тезисы такого рода убедительнее, многие западные организации, позиционирующие себя борцами за экологию, пытаются обосновать тупиковость автомобилей и с точки зрения загрязнения воздуха.

Вот один характерный пример: британская компания Emissions Analytics в 2020 году решила сравнить объем загрязнения воздуха от износа шин с загрязнением воздуха от выбросов того же самого автомобиля. В качестве критерия загрязнения были выбраны микрочастицы. Это действительно опаснейшая вещь: они убивают несколько миллионов человек в год по всему миру. Причем окружающие воспринимают эти смерти как «естественные»: микрочастицы попадают в кровь, где дают тромбы, рост ее вязкости, в итоге — инфаркты и инсульты. Ученые согласны между собой в том, что безопасного уровня микрочастиц менее 2,5 микрометра вообще не существует: любое их количество, даже ниже так называемых норм ВОЗ, ведет к росту смертности.

Чтобы выяснить, какое количество микрочастиц дает износ автошин и автовыхлопы, представители компании взвесили новые шины на новом автомобиле, проехались на них — и взвесили их снова. Получилось, что те «худеют» на 5,8 грамма на километр. Нынешние европейские нормативы по выбросу микрочастиц из выхлопной трубы автомобиля — 4,5 миллиграмма на километр. Emissions Analytics так прямо и написали: «Загрязнение от шин в тысячу раз больше, чем от выхлопных газов».

Точно такая же мысль, только не с такими радикальными цифрами, встречается и в «Транспортной стратегии-2030: «Полностью проблему загрязнения путем обновления автопарка решить невозможно, в том числе потому, что до 82 процентов выбросов взвешенных частиц происходит не из выхлопных газов, а за счет стирания дорожного покрытия и составных частей автомобиля».

Если она верна, то логика с зажимом личных машин понятна. Хоть переходи на электромобили, хоть нет, а основную часть загрязнения воздуха дают шины, ну и отчасти истирающиеся тормозные колодки. Электромобили тоже будут изнашивать шины, так что, даже после перехода на них, пускать в центр города автолюбителей особого смысла нет. Напротив, надо их оттуда вытеснять.

Однако любой, кто знаком с историей импорта идей в нашу страну за последние 30 лет, хорошо помнит: у нас любят ввозить и ошибочные идеи (и это мы еще даже не вспомнили про импорт идей марксизма). Точно ли в этот раз не происходит что-то подобное?

И это очень правильный вопрос. Emissions Analytics — компания, конечно, крупная, и даже глобальный лидер в своей области, но приведенный выше подсчет вызывает вопросы. Комплект шин на испытанной ими машине весил 50 килограммов. Если бы они теряли 5,8 грамма на километр, то через 30 тысяч километров пробега их масса достигла бы минус 124 килограмма. В реальности за 50 тысяч километров шина теряет лишь меньшую часть своей массы. Причина ошибки британских специалистов ясна: любая новая шина в период обкатки в первую тысячу километров теряет заметную массу, а потом у «обтесанного» колеса потери резины на истирание резко снижаются.

Кроме того, что в описании испытаний указано: «Мы взяли самые дешевые шины, тяжело нагрузили машину, выбрали трек с не лучшим дорожным покрытием и применили тестовый цикл с высокими скоростями и резкими поворотами». Возможно, работники британской компании просто хотели получить результат погромче — пиар ведь сам себя не сделает. Вот они и «забыли», что износ новых шин много выше, чем средний износ тех же шин за их жизнь.

Реалистичные средние потери массы четырех шин среднего автомобиля — 0,08 грамма на километр, в десятки раз меньше, чем при «испытаниях» Emissions Analytics. При типичном для, например, США ресурсе шин в сто тысяч километров, это означает потерю примерно восьми килограммов массы за жизненный цикл.

Можно возразить: 0,08 грамма — это все равно 80 миллиграммов, а нормы выброса микрочастиц из выхлопной трубы в Европе — всего 4,5 миллиграмма. Выходит, Транспортная стратегия — 2030 права, когда пишет «до 82 процентов выбросов взвешенных частиц происходит не из выхлопных газов, а за счет стирания дорожного покрытия и составных частей автомобиля»?

Масса частиц от 10 микрометров и менее (но до 2,5 микрометра) в Сахаре и некоторых других пустынях — полграмма на кубометр  / ©Ventusky

И тут придется вспомнить, что частицы, вылетающие из выхлопной трубы авто «в основном меньше 0,1 микрометра». А то, что получается при износе шин, — в основном «в верхнем диапазоне измерения», то есть диаметром около 10 микрометров и больше. Износ «дробит» углеводородные материалы, из которых состоит шина, слабее, чем двигатель внутреннего сгорания «дробит» углеводороды из топливного бака.

Дыхательная система людей более или менее умеет отфильтровывать только частицы около 10 микрометров (они еще не слишком мелкие), — тем более что всего 20 тысяч лет назад пыли в воздухе практически по всему миру было сравнимо с тем, что сейчас в Сахаре (на карте выше). Дело в том, что тогда на планете был ледниковый период, а холодная Земля — неизбежно более пыльная Земля. Чем выше средние температуры на планете, тем больше водяных паров в атмосфере (и осадков), а чем больше осадков, тем быстрее вымывается из воздуха пыль. Именно поэтому на картах распространения микрочастиц (выше) Сахара выглядит настолько убийственной: при сегодняшнем климате на планете недостаточно тепло, чтобы эта часть Африки оставалась зеленой.

Почему это важно? Люди как вид появились в Африке, причем жили там и в ледниковый период, когда пыли в воздухе по всему миру было кратно или даже в десятки раз (для высоких широт) больше, чем сейчас. То есть их организмы неплохо адаптированы к отсеканию доступа крупных частиц в легкие — а значит, и в кровь. Мелкие частицы нами почти не фильтруются, потому что в природе просто не было такой долгосрочной угрозы — и естественный отбор не мог нас к ней подготовить.

Масса частиц от 2,5 микрометра и менее на кубометр воздуха даже в Сахаре меньше, чем десятимикрометровых частиц. Люди в меньшей степени сталкивались с этой угрозой исторически, бороться с ней наши дыхательные пути умеют куда хуже  / ©Ventusky

Поэтому слова «до 82 процентов выбросов взвешенных частиц происходит не из выхлопных газов» сами по себе лишены конкретного смысла. Важен другой вопрос: сколько эти самые шины дают микрочастиц диаметром в 2,5 микрометра и менее?

В реальной жизни изо всех микрочастиц 2,5 микрометра и менее (имея в виду частицы любого происхождения) в приземном слое только 3–7% — от шин. Остальные много крупнее, оседают на землю за минуты или часы, и даже если бы не осели там — не преодолели бы наши верхние дыхательные пути, оснащенные, повторимся, довольно эффективными системам фильтрации, позволяющей в большинстве случаев выживать даже в песчаной буре на открытой местности.

К сожалению, это не значит, что мы можем точно оценить число жертв микрочастиц от шин. Да, известно, что в мире примерно три миллиона человек умирают от частиц в 2,5 микрометра и менее, и в теории 3–7% от этого числа — примерно сотня тысяч в год. Это довольно четкий верхний порог ущерба от автомобилей в смысле микрочастиц.

Но на самом деле средний размер микрочастиц даже в диапазоне «от 2,5 микрометра и меньше» у частиц шин и дорожного покрытия заметно отличается от диапазона микрочастиц «от выхлопной трубы». Выше мы уже отмечали: последние, как правило, на порядок с лишним меньше 2,5 микрометра. Считается, что чем меньше частицы, тем выше их способность наносить вред здоровью. Иными словами, доля смертности, вызываемой износом шин и иных частей автомобиля, на деле может быть существенно ниже, чем 3–7% от общей смертности такого рода — на уровне десятков тысяч человек в год.

В 2016 году группа американских исследователей оценила, сколько смертей в Нью-Йорке вызвано микрочастицами 2,5 микрометра и менее — и какова доля грузовиков и автобусов среди этих смертей. Оказалось, что микрочастицы от автотранспорта дают 320 смертей в год, причем грузовики и автобусы отвечают за 170 из них — то есть, как ни странно, большинство. Причина очевидна: «Большинство первичных выбросов микрочастиц от транспортных средств приходится на грузовики и автобусы».

Особенно интересно то, что самые бедные районы оказались еще и наиболее подверженным таким смертям — хотя там в перевозках выше доля общественного транспорта, и ниже — доля личного.

Подчеркнем: этот вывод не зависит от того, какую долю микрочастиц в городском воздухе дают шины, а какую — выхлопные газы. Грузовики и автобусы выдают частицы шин так же, как и легковушки. Конечно, у общественного транспорта меньше масса на одного пассажира, но у него есть и минус: ему надо останавливаться на остановках, а потом разгоняться под более существенной нагрузкой на одно колесо. Именно поэтому давление воздуха в колесах грузовиков и автобусов выше, чем у типичного легкового автомобиля.

Все это значит, что надежда найти в общественном транспорте некий магический «волшебный ключик», который автоматически уберет проблему загрязнения воздуха, несколько наивна. Вовсе не личные автомобили — основной источник опасных микрочастиц в Нью-Йорке, и у нас пока нет оснований считать, что в России ситуация чем-то отличается. Поскольку отечественные ученые не исследуют такие темы, нет и причин ожидать, что у нас когда-либо появится информация, позволяющая считать, что наша ситуация — не как в Нью-Йорке. Визуально грузовики и ДВС-автобусы в российской столице выглядят дымящими чуть более сильнее, чем в американском «Большом яблоке».

Если и у нас в стране основная часть микрочастиц — от автобусов и грузовиков, то «дифференцировать цвет штанов», не разрешая легковушкам свободно ездить в центры крупных городов, — занятие в экологическом смысле бесполезное.

Тем временем в российской столице идет переход от ДВС-автобусов к электробусам. При всех плюсах электробусов у них есть один минус: масса батарей там много больше, чем масса двигателя и трансмиссии в обычном автобусе. Следовательно, износ шин там будет заметно расти.

Подведем предварительные итоги. Из существующих научных работ нельзя сделать вывод, что «82% взвешенных частиц» в воздухе у дорог порождены износом шин о дорожное полотно. Напротив, большинство существующих работ указывают на то, что доля опасных микрочастиц такого рода лишь 3–7% от общего их числа.

Кроме того, научные работы показывают, что значительная часть — а то и большинство — микрочастиц от транспорта вообще-то дают грузовики и автобусы. Те самые автобусы, на которые «Транспортная стратегия — 2030» предлагает пересаживать жителей России, ограничивая использование их личных автомобилей.

Иными словами, Минтранс не очень хорошо представляет себе реальную ситуацию с транспортными загрязнениями городского воздуха, и ставит цели, достижение которых не сможет заметно улучшить воздух больших городов.

Есть ли пути выхода из микрометрового кризиса?

От изложенного выше веет безысходностью. Получается, хоть переходи на электромобили, хоть не переходи, хоть лишай граждан права ездить в городе на авто, хоть не лишай — ситуация не улучшится. Так ли это? А вот и нет.

Во-первых, существуют способы связывать значительную часть — от половины и более — микрочастиц от дорожного движения. Речь идет о применяемом в Нидерландах крупнопористом асфальтобетоне. Благодаря наполнителю крупного размера и повышенной пористости, он пустой на 15–25%. В результате он становится ловушкой для микрочастиц, задерживая, в зависимости от условий, до 95% продуктов истирания.

Во-вторых, существуют известные с очень давних времен (и активно применявшиеся в отдельных городах еще при СССР) методы иммобилизации пыли от дорог. Банальные деревья с кустарниками у автодорог, особенно поливаемые, очень эффективно перехватывают значительную часть даже микрометровой пыли. Помогает и частое мытье дорог — там, конечно, где есть ливневая канализация, куда уносит смытую пыль.

Но, возможно, до сотрудников Минтранса пока не дошла информация о голландском пористом асфальтобетоне. А мэрия Москвы предпочитает неаккуратно выглядящим зарослям необрезанных кустарников красиво постриженные газоны с относительно редкими деревьями. Часто поливать их там тоже, видимо, считают излишним — возможно, потому что от этого их придется чаще стричь.

What if 3.

В 1937 году, заручившись поддержкой Чикагского технологического института и получив госфинансирование с хорошей спонсорской помощью, американский физик и исследователь Томас К. Полтер приступил к разработке невиданного доселе транспортного средства, получившего рабочее название Penguin, но вошедшего в историю под именем Snow Cruiser — «Снежный крейсер».

Будущий покоритель Антарктиды имел систему полного привода, управляемые передние и задние колеса, достигал в длину 17 метров, в ширину — 6 метров, а благодаря гидравлической подвеске, менявшей дорожный просвет, его высота колебалась от 3,7 до 4,9 метра

Автономность «Снежного крейсера» достигала одного года: в топливных баках машина перевозила почти 9500 литров солярки и 4000 литров авиационного керосина. Достаточно вместительная «кладовка» была под завязку забита продуктами с долгим сроком хранения, ну а с водой в Антарктиде проблем быть не могло. В заднем свесе находились два запасных колеса, которые вполне могли пригодиться, так как Полтер планировал пересечь Антарктиду вдоль и поперек, проехав в общей сложности около 8000 километров. И машина, и самолет были выкрашены в ярко-красный цвет, чтобы их было легко обнаружить в белой пустыне.

Машину строили 2 года

В двадцатых числах октября 1939 года постройка «Снежного крейсера» была завершена, и 24 октября он отправился своим ходом из Чикаго в Бостон, где его ждало зафрахтованное судно North Star. 1700-километровое путешествие Snow Cruiser проделал в целом без серьезных проблем, хотя небольшие технические неполадки случались. Самая серьезная из них — это перегрев дизельных двигателей, с которым так и не удалось справиться.

Но гораздо больше Томасу Полтеру досаждали разнообразные мосты, встречающиеся на маршруте следования. Под некоторыми из них машина не могла проехать, даже при полностью «поджатой» подвеске, а некоторые не могли выдержать её вес. Мосты, как и другие препятствия, приходилось объезжать, и «Снежный крейсер» продемонстрировал вполне приемлемые внедорожные качества, что ещё раз убедило Полтера в правильности выбранной им концепции. «Лысая» резина на бездорожье вела себя вполне сносно и нареканий не вызывала, и в середине ноября, уверенный в потенциале своего детища, Полтер приступил к погрузке «Снежного крейсера» на корабль. Машину пришлось «парковать» поперек палубы, так как North Star оказался весьма небольшим судёнышком. Для этого пришлось отстыковать задний «багажник» с запасными колесами, которые разместили на палубе. А биплан Beechcraft Staggerwing Scout вообще отправился в путешествие в разобранном виде и перевозился в нескольких контейнерах в трюме.

15 ноября North Star, при огромном количестве зевак, что сопровождали «Снежный крейсер» в течение всего его путешествия из Чикаго в Бостон, вышел из бостонского порта и взял курс на юг. Самое любопытное, что в своей долгой жизни, наибольший путь Snow Cruiser проделал не по льду и снегу Антарктики и не по американским дорогам, а по морю.

11 января 1940 года North Star достиг точки назначения в заливе Китов, и после постройки специальной деревянной рампы, Snow Cruiser, не без труда, но всё же съехал с корабля на берег шестого континента, который ему предстояло покорить. Адмиралу Бирду и Полтеру не терпелось испытать машину в действии, но их ждало горькое разочарование.

Узкие для 34-тонного «Снежного крейсера» колеса тут же ушли в снег почти на метр, а лысая резина не имела вообще никаких сцепных свойств. После получасового барахтанья в снегу всем стало ясно, что с выбором шин допущен чудовищный просчет и что машина абсолютно недееспособна.

Но Полтер не унывал и додумался установить на переднюю ось запасные колеса, а на задние колеса надели цепи. Таким образом попытались решить две основные проблемы — уменьшить давление колес на снег и улучшить сцепные свойства шин. Это отчасти помогло — Snow Cruiser мог двигаться с небольшой скоростью, причем наилучший результат был достигнут при движении задним ходом. Однако всем было ясно, что пересечь Антарктиду машина не сможет.

Эта неудача буквально раздавила Полтера, и 24 января он вместе с адмиралом Бирдом отправился в США. Последнего в связи с идущей Второй Мировой войной призвали на службу, а что касается Полтера, то он банально не видел смысла в своей работе, выполнять которую не мог. «Снежный крейсер» за две недели проехал задним ходом 148 километров, после чего было решено превратить его в стационарную научно-исследовательскую станцию.

Двигатели машины, несмотря на холод, продолжали перегреваться, и было решено на этом завершить путешествие, тем более что вскоре из США пришло известие о том, что в связи с военной угрозой правительство США прекращает финансирование этого проекта и отныне все средства направляет на нужды армии и флота. Во время движения также выяснилось, что большие передний и задний свесы не улучшили проходимость, а наоборот — ухудшили. Snow Cruiser проектировался для движения по ровной поверхности, но... «гладко было на бумаге, да забыли про овраги».

Зато система отопления работала отлично, экипаж дополнительно утеплил машину деревянными щитами и обсыпал её снегом и в таком виде переквалифицированный из спецтранспорта в стационарную научно-исследовательскую станцию «Снежный крейсер» просуществовал до 1941 года. Экипаж занимался исследованиями сейсмической активности, брал пробы льда и выполнил весьма значительный объем научных работ, впоследствии пригодившийся другим экспедициям. Но в 1941 году исследователи были вынуждены покинуть Snow Cruiser и отправиться домой — запах надвигающейся войны буквально витал в воздухе, и продолжение научных изысканий отложили до лучших времен.

Адмирал Бирд всю войну, в которую Америка вступила в декабре 1941 года, прослужил на штабной должности и в 1945 году был одним из представителей американской стороны принимавшей капитуляцию Японии. В 1946 году Бирд отправился в свою четвертую антарктическую экспедицию в рамках операции ВМФ США Highjump. Один из поисковых отрядов не без труда смог отыскать брошенный пять лет назад «Снежный крейсер», состояние которого было признано удовлетворительным. Но машину эксплуатировать не стали, и она так и осталась стоять на месте своей вечной стоянки. В 1956 году флот США начал проведение очередной антарктической операции Deep Freeze I в которой также принимал участие адмирал Бирд, но до конца её он не дожил, скончавшись от сердечного приступа в марте 1957 года.

Тем не менее, в следующем году американские исследователи опять смогли отыскать занесенный снегом по самую крышу «Снежный крейсер» и опять они пришли к выводу, что машина вполне работоспособна. После небольшого ремонта она вполне смогла бы двигаться, но так как цели экспедиции были другие, её оставили в покое и на сей раз уже окончательно.

Где сейчас «Снежный крейсер»?

Впоследствии попытки отыскать Snow Cruiser предпринимались не раз, но результатов они не дали. Некоторые исследователи пришли к выводу, что, скорее всего, машина оказалась на отколовшемся в начале шестидесятых годов огромном куске ледового поля ледника Росса и теперь находится на дне океана.

Любители конспирологии не исключают, что «Снежный крейсер» вывезли в СССР советские военные, маскирующиеся под исследователей Антарктики. По их версии, машина понадобилась советской стороне для того, чтобы получить доступ к передовым американским технологиям. Хотя вряд ли технологии тридцатых годов можно было считать передовыми двадцать лет спустя.

Как бы то ни было, но после 1958 года этот уникальный спецтранспорт больше никто не видел, и судьба его неизвестна до сих пор. Возможно, он не оказался на отколовшемся леднике и не достался советским военным, а так до сих пор и находится на месте своей вечной стоянки, погребенный под многометровой толщей снега.

Создатель «Снежного крейсера» Томас Полтер больше в арктических экспедициях не участвовал, а преподавал с 1948 года в Стэндфордском университете, попутно изучая жизнь морских млекопитающих. Этим он занимался вплоть до своей смерти в 1978 году, оставив после себя множество научных статей и книг, в основном посвященных морским обитателям. А вот о «Снежном крейсере» он вспоминать не любил, и понять его можно — мало найдется в мире людей, кто любит вспоминать о своих неудачах.