Супербатарейка

Загрузить видео YouTube YouTube might collect personal data. Политика конфиденциальности ПродолжитьDismiss (link) Экранизация шутки про чемодан батареек

Супербатарейка — очередное достижение резиновой науки. Электростанция в кармане, небольшое устройство, способное давать на протяжении долгого времени ватты, как минимум как у бензинового генератора, а как максимум как у небольшой ТЭЦ. Является необходимым элементом таких традиционно научно-фантастических технологий, как:

• Энергетическое оружие;
• Силовая броня;
• Универсальный робот;

… и многих других.

Большинство этих технологий можно реализовать с нашими текущими научными знаниями, но… будут проблемы с питанием. Нужно будет включать устройство в розетку или носить с собой генератор. Расхожим штампом является «чемодан советских батареек» из одного из выпусков киножурнала «Ералаш» как источник питания для очередного футуристического гаджета. В большинстве же научно-фантастических вселенных достаточно одной супербатарейки. Обычно эта супербатарейка безопасна, как огурец, ей можно забивать гвозди, кидать её в костёр, ничего не случится (хотя в некоторых вселенных и указывается, что из предмета с такой энергоемкостью сделать импровизированное взрывное устройство — раз плюнуть).

Возможные физические принципы научно-фантастических супербатареек

• Ядерные. Причем не радиоизотопные, которые существуют в реальности и дают мизерную мощность, в такой батарейке идет какая-то регулируемая ядерная реакция. Один из видов ядерной реакции, который считается перспективным в этом плане — ядерная изомеризация, но о том, как ей управлять, пока слишком мало известно. Недостаток очевиден — батарейка требует массивной изоляции от радиации, а при нарушении ее становится опасной.
• Антиматериальные. Батарейка содержит маленький кусочек антиматерии, которая аннигилирует с материей. Недостаток один, но огромный: если вдруг батарейка испортится и перестанет работать поле, удерживающее кусочек антиматерии внутри — вся энергия высвободится одним чохом в виде взрыва. Вся, сколько бы ее там ни было.
• Микроколлапсары. Маленькие черные дыры, преобразующие материю в излучение Хокинга. Благодаря этому достигается total conversion — полное превращение материи в энергию. Но как создавать такую дыру, делать ее стабильной и удерживать, а тем более кормить, чтобы она не испарялась — слишком много резиновой супернауки требуется.

Примеры

Литература

• «Пикник на обочине» Стругацких — этаки, один из артефактов Зоны. Способны размножаться делением. Используются для питания электромобилей.
• «Подводные земледельцы» А. Беляева — изобретение советской лаборатории Йоффе, аккумулятор невиданной ёмкости, но размером со спичечный коробок. Используется главными героями для электролиза воды (кислород поступает в дыхательный аппарат, а водород просто булькает наружу или же используется для надувания резинового мешка, когда надо экстренно всплыть).
• «Пылающий остров», А. Казанцев — очередной сверхпроводящий аккумулятор. Правда, для него нужен хренполучий по имени радий-дельта, который привезли марсиане, чей корабль потерпел катастрофу, устроив Тунгусский взрыв.
• Василий Головачёв в произведениях про далёкое светлое космическое будущее часто упоминает МК-батареи — те самые микроколлапсары. И не только про светлое будущее: в «Реквиеме машине времени»/«Биче времён» исследователь из двадцатого века Иван Костров, попав в Ствол, подбирает себе в качестве дубинки именно такую батарейку.
• «Робур-Завоеватель» Жюля Верна — «Альбатрос» не иначе как от такой супербатарейки питается. Потому как с одной стороны, работает на электричестве, а с другой стороны — этому вертолету-переростку одной зарядки хватает на кругосветное путешествие.
  • «Двадцать тысяч лье под водой» того же автора — гальванических элементов для питания электродвигателей «Наутилуса» явно бы не хватило, и без супербатарейки тут явно не обойтись.
• «Сага о Форкосиганах» — батареи к энергетическому оружию (парализаторам, нейробластерам и т. д.). Несколько раз демонстрируется, что если закоротить контакты, будет небольшой, но эффектный взрыв.
• «Тайна двух океанов», Г. Адамов — «супер»-технологий, причём все советские, там столько, что подавление недоверия сбегает в ужасе. Данный троп представляют сверхпроводящие аккумуляторы подлодки «Пионер». А добывает электричество она за счёт разности температур морской воды на разных глубинах («супер»-термоэлементы), использует его для электролиза воды, а на полученных водороде и кислороде работает реактивный двигатель (да-да, независимо от глубины и давления забортной воды). Я сказал, что он ещё и бесшумный? Ах да, плюс ко всему «супер»-сплавы, включая тот, из которого сделан лёгкий, но прочный корпус «Пионера», благодаря чему он может погружаться на любую глубину. Ультразвуковая пушка, дезинтегрирующая скалы, и инфракрасные видеокамеры (инфракрасные, Карл!), при помощи которых эта махина видит, куда плывёт, прилагаются.
• «Тайна опаловой шкатулки» Х. Р. Ортиса — весь сюжет этой детской фантастической книги крутится как раз вокруг охоты за Аккумулятором Тысячи Искр, способным не только накапливать чудовищный заряд, но и стрелять молниями. Аккумулятор фантастичен даже для фантастического Города Изобретателей, и потому позарез нужен местному злодею.
• «Чёрные звёзды» Владимира Савченко — редкий случай, когда «супербатарейка» в открытую становится частью сюжета, причём это открыто подсвечивается в тексте — мол, обычно фантасты сооружают из небывалого вымышленного материала какой-нибудь супервездеход, набивают его героями и отправляют навстречу приключениям, а мы не будем набиваться в танк, мы вместо этого посвятим всю историю созданию «суперматериала» — и пусть кто-нибудь скажет, что это менее интересно. Пресловутый «суперматериал», нейтронное сверхплотное вещество, оказался среди прочих необычных свойств обладающим ещё и невероятной электрической ёмкостью — и узнавший об этом герой-исследователь начинает едва ли не сразу фантазировать о том, как от внедрения повсюду крохотных «нейтридных» аккумуляторов изменится вся жизнь на Земле, как повсюду появятся электромобили, электроходы, электролёты.

Кино

• «Звёздные войны» — супербатарейки повсюду. В световых мечах, в бластерах, в спидерах… В самих фильмах природа супербатареек не разъясняется, они подразумеваются. В расширенной вселенной нагородили кучу выдуманного технотрепа о том, как они работают.
• «Терминатор 3: Восстание машин» — водородные топливные элементы, на которых работает Т-850. Рассчитаны на 200 лет работы каждый (в боевом режиме — на 50 лет), но при повреждении устраивают мощный взрыв.

Телесериалы

• «Звёздные врата SG-1» — гоа’улды используют для питания своих технологий источники энергии на основе наквадаха (трансуранового элемента, который не встречается в Солнечной системе). От наквадаховых батареек с палец величиной, в частности, работают энергетические посохи джафа. Люди долгое время не могли повторить эту технологию, так как для энергоэлементов нужен так называемый «жидкий наквадах», технологию получения которого гоа’улды очень берегли, а попытки использовать этот нестабильный материал в качестве источника энергии как-либо по-другому в подавляющем большинстве случаев чуть не приводило к мини-Чернобылю.

Мультсериалы

• «Рик и Морти» — s2e6: Рик создал такую батарейку, внутри неё — целый мир, населённый разумными существами, которые и заняты выработкой электричества. Использовал он это чудо техники в качестве аккумулятора для своей летающей тарелки.

Комиксы

• Schlock Mercenary — вездесущие ан-реакторы (annie-plants в оригинале), микроколлапсарный тип. Внешний вид и принцип их работы строго стандартизирован — сфера из сплава пост-трансурановых металлов, набитая нейтронием, который с помощью гравитационных технологий дозированно сдавливается в чёрную дыру и конвертируется в энергию, но вот размеры варьируются от многокилометровых «сердец» космического линкора до вишнёвой косточки, вшитой в штаны космодесантника и питающей его броню и оружие.

Настольные игры

• Warhammer 40,000 — батареи для лазганов, а также их аналоги для другого оружия — дуговых пистолетов скитариев Механикус, например. Интересно, что, будучи кинуты в костёр, эти элементы питания не только не взрываются, но наоборот — заряжаются энергией. Пример на тормозах, потому что ёмкость у них не такая уж и большая, и любое оружие мощнее лазгана разряжает их крайне быстро.
  • Аналогично и для реакторов плазменного и мельта-оружия, и источников энергии для портативных генераторов дефлекторных щитов (в просторечии «розариев») и силового поля для силового холодного оружия.
  • Isotropic Fuel Rods — метровые стержни, содержащие достаточно энергии чтобы питать небольшое поселение в течение нескольких недель.

Видеоигры

• Doom 2016 — аккумуляторы на основе сжатой аргент-плазмы имеют совершенно чудовищную ёмкость. Первый прототип вмещал 500 мегаамперчасов (примерно в 14 миллионов раз больше, чем качественный литиевый аккумулятор формата 18650), и при этом был размером где-то с крупное яблоко. Естественно, после появления такой технологии все остальные способы производства и хранения энергии почти мгновенно отмерли. Единственная проблема — аргент-плазму получают прямиком из ада, производится она там в процессе адских мучений человеческих душ, а ещё в комплекте с ней идёт вторжение демонов.
• Fallout — вездесущие атомные и микротермоядерные батарейки. До войны их наделали столько, что их хватает на запитывание всего, что только требует электричества, 200 лет спустя. На них работают лазерные пистолеты и плазменные ружья, электромобили, силовая броня….
• RimWorld — ванометрический генератор весьма похож на огромную светящуюся батарейку. Вырабатывает 1000W, при этом не требуя никакого топлива извне. Согласно лору игры, созданием таких генераторов занимаются архотехи — разумные суперкомпьютеры из глубин космоса. Нестабильные ванометрические батарейки меньшей мощности часто спаунятся в кластерах механоидов (с дополнением Royalty), да и внутренние реакторы самих механоидов — именно ванометрические. Toxifier generator производит даровую энергию, но каждые три дня выпускает токсичное облако, загрязняя окружающее пространство. Если загрязнять больше нечего — вырубается. Что делать с этим загрязнением — вопрос отдельный. Впрочем, если использовать механоидов, вопрос утилизации токсичных отходов придется решать в любом случае.
• SCP: Containment Breach — такую батарейку с напряжением 22500 вольт можно сделать из обычной 9V с помощью SCP-914. Но погодите, даже сухой воздух 22 киловольта легко пробьют на сантиметр. Почему не пробивает между контактами? О, это очень сильная аномалия! Попытка взять её приведёт к тому, что D-9341 получит смертельный удар током.
• Subnatiuca — батареи служат источником питания для всех электронных инструментов. Примечательны тем, что их нужно будет делать самому — нужен кислотный гриб и кусок медной руды. Также существует улучшенный вариант — ионная батерея, которая даёт ещё больше энергии, но и материалы для неё достать сложнее. Оба вида батарей можно перезаряжать на зарядной станции.
• X-COM — элементы питания на элериуме-115. Земляне могут их воспроизвести, но на Земле нет элериума, поэтому в земные супербатарейки приходится перерабатывать трофейные инопланетянские, или их же и использовать.

Реальная жизнь

• Учёные очень хотят выдумать супербатарейку. Именно учёные, потому что задача пока фундаментально-научная, а не инженерная: найти физический принцип, на котором такая батарейка сможет функционировать. Предложений было множество. Какие-то породили эффективные, но громоздкие, низкоёмкие или маломощные аккумуляторы. Какие-то не увенчались ничем. К примеру:
  • Современные электромобили используют обычные химические аккумуляторы, просто большие и эффективные… или просто собранные из большого количества стандартных китайских аккумуляторов в формате «пальчиковых батарей» (собрать на их основе блок питания для электромобиля проще, чем разрабатывать технологию производства с нуля даже на основе тех же приципов). То есть многие электромобили работают буквально на чемодане китайских батареек, и это не шутка.
  • Суперконденсаторы используют старейший из известных способов аккумулирования электричества — накопление заряженных ионов, известное со времён лейденской банки. Просто в них применяются не банальная электростатика, а другие способы «солить» ионы, позволяющие на порядки увеличить накапливаемый заряд — например, двойной электронный слой на границе электролита. Делятся на два типа: конденсаторы традиционного типа и ионисторы. Традиционный конденсатор позволяет развить очень высокую мощность на краткий миг, но… только на краткий миг. Ионистор — напротив возможно очень быстро зарядить огромным током буквально за секунды, а затем… использовать как обычную батарейку. Соответственно традиционные нужны для каких-нибудь рейлганов и гауссганов, а ионисторы можно использовать как обычную батарейку, но с возможностью очень быстро зарядить. По удельной энергоемкости самый продвинутый конденсатор до сих пор отстает от самой паршивой батарейки системы Лекланше.
  • Если не требуется высокая мощность, но нужно питать какое-то устройство годами без подзарядки, существует РИТЭГ — радиоизотопный термоэлектрический генератор. Опасная и непригодная для широкого примерения «батарейка» — внутри у него кусок злющего радиоактивного изотопа. Поэтому не жди появления на рынке «вечного айфона» на РИТЭГе. А ещё у РИТЭГа за период полураспада вдвое падает его мощность. То есть РИТЭГ на каком-нибудь стронции-90 (с периодом полураспада 28 лет) будет продолжать работать и через сто лет, но его мощность за это время упадёт более чем в десять раз.
  • Собственно атомная батарейка тоже работает от куска изотопа, но вместо нагрева используется бета-вольтаический эффект — проще говоря, она использует испускаемые изотопом электроны, чтобы создавать движение электронов в полупроводнике. Недостаток тот же — батарейка опасна в случае нарушения целостности. Преимущество по сравнению с РИТЭГом — она намного легче и компактнее, и в ней в теории можно использовать изотопы поспокойнее, с более высоким периодом полураспада — соответственно, мощность батарейки упадет вдвое только через несколько веков (на практике пока что используются те же 20-50-летние). Недостаток — мощность еще ниже, чем у РИТЭГа. Тем не менее, технология Radioactive Diamond Battery (Батарея на радиоактивных алмазах) с 2016 года активно разрабатывается: при удаче она позволит перерабатывать на компактные и долговечные источники энергии использованные графитовые стержни АЭС, в которых под воздействием нейтронного потока часть атомов углерода-12 превратились в радиоактивный углерод-14.