Как изобрести всё. Создай цивилизацию с нуля

Конечно, есть верхний предел того, сколько энергии может запасти любое маховое колесо: начав вращаться с достаточной скоростью, оно превосходит собственный предел прочности на растяжение и разрывается изнутри, так что осколки его разлетаются в стороны с невероятно большой скоростью. Именно по этой причине работать со стальными колесами безопаснее, чем с железными: у стали предел прочности выше, а значит, меньше шансы на то, что маховое колесо внутри вашего механизма превратит себя в удивительную металлическую бомбу.

Рис. 21. «Маховое колесо», также известное под менее техническим именем «колесо на палке»

Вы можете повысить объем энергии, которую в состоянии запасать любое колесо, увеличив либо его размер, либо скорость. Энергия, запасенная во вращающемся колесе, пропорциональна квадрату его скорости, так что маленькое быстрое колесо даст лучший результат, чем большое, но медленное.

И наконец, хотя маховые колеса могут выглядеть старомодными, они используются не только в поршневых двигателях. Экспериментальные колеса были сконструированы в 2004 н. э. в НАСА как способ дешевого и надежного сохранения энергии в космосе. Так что технически, если вы изобрели маховые колеса, вы также сделали первый шаг вашей космической программы!

10.5.4. Паровой двигатель

Применение такого мощного действующего вещества, как пар, к экипажам на колесах сильно изменит положение человечества.

Вы (также Томас Джефферсон)

Что это

Двигатель, использующий тот факт, что воде требуется больше места в парообразном состоянии, чтобы делать всякие штуки. Это технология столь полезная, что, когда она наконец оказалась изобретена, общество перестроило себя вокруг таких двигателей в процессе, который мы именуем промышленной революцией.

До того как был изобретен

Если вы хотели сделать что-либо, вам приходилось выполнять это самостоятельно, или использовать животных, или платить кому-либо, чтобы он сделал это за вас, но вы определенно не могли вскипятить некоторое количество воды и на этом отстреляться.

Изобретен

100 н. э. (движимые паром игрушки, технически бывшие паровыми турбинами);

1606 н. э. (первые водяные насосы, работающие на пару);

1698 н. э. (первые практичные водяные насосы, работающие на пару);

1765 н. э. (камера сепараторной конденсации, коммерциализирована в 1776-м);

1783 н. э. (пароход);

1804 н. э. (паровоз);

1884 н. э. (переизобретение паровых турбин).

Предпосылки

Железо (для котлов), чугун (для поршневых колец и цилиндров), сталь, сварка.

Как изобрести

Паровой двигатель, вероятно, выглядит немного устаревшим, но даже в наши дни бо́льшая часть электричества в мире производится именно с помощью пара. Единственная реальная разница между старомодными и современными паровыми машинами в том, что вместо дерева мы используем в котлах уголь, газ или даже саму богоподобную силу, скрытую внутри атома. И это правда: получив в распоряжение мощь, способную покончить с цивилизацией, и заточив ее в ядерных реакторах, мы используем ее большей частью для того, чтобы кипятить воду.

Ранние паровые двигатели были изобретены без приложения научной теории, без объяснения того, как они работают, так что даже если вы просто пролистаете этот раздел перед тем, как соорудить двигатель, то вы начнете в лучшей ситуации, чем первые изобретатели. Было сказано, что наука должна больше паровому двигателю, чем паровой двигатель должен науке, и хотя это неправда (наука в натуре никому ничего не должна), эта фраза дает вам представление о том, как много люди смогли узнать, изучая эти двигатели, которые сами и создали, в том числе они узнали и второй закон термодинамики[105].

Паровой двигатель состоит из двух частей:

• котел, который использует некую форму горения, чтобы кипятить воду и производить пар под давлением;

• двигатель, использующий пар, чтобы двигать поршень, турбину или себя самого.

Котел сделать несложно, если у вас есть металл: просто изготовьте герметичные трубы, которые будут проходить через нагреваемую на огне камеру сгорания (это именуется «водотрубным котлом»), или трубы с нагретым на огне газом, который будет проходить через герметичную, частично заполненную водой камеру («газотрубный котел»). Оба производят пар (и риск того, что ваш котел взорвется, так что поглядывайте за этим), но водотрубный котел обычно оказывается дешевле.

Как только у вас есть пар, вы можете прогнать его через вторую камеру сгорания, чтобы нагреть еще сильнее, создав перегретый пар, несущий больше энергии и способный на бо́льшую работу. Перегретый пар можно также слегка охладить без конденсации его в воду, и это отлично, поскольку вам не придется беспокоиться о том, что вода все время будет засорять ваш новенький паровой двигатель.