Разряд

Вы никогда не задавались вопросом: что произойдет, если в автомобиль попадет молния (особенно актуален он сегодня, в преддверии лета)? С одной стороны, страх перед буйством стихии живет в каждом из нас на уровне инстинкта. А с другой, согласно данным всезнающей статистики, вероятность удара грозового разряда в движущуюся машину ничтожно мала… А теперь перейдем от «лирики» к «практике»: дело в том, что поводом для написания данной статьи стал самый что ни на есть реальный случай попадания «огненной стрелы Зевса» в автомобиль. По счастью, в результате этого уникального события никто из находящихся в салоне подвергшегося «удару с воздуха» внедорожника не пострадал, да и сама принявшая на себя разряд небесного электричества Toyota Land Cruiser HZJ 77 практически не получила повреждений. Правда, история на этом не заканчивается: спустя некоторое время с автомобилем стали происходить необъяснимые на первый взгляд вещи. Но лучше давайте обо всем по порядку…

В один из дней прошлого лета белая экспедиционная Toyota Land Cruiser HZJ 77 ехала по извилистому узкому асфальту лесной дороги между Осташковом и Торжком, что в Тверской области. Машина была подготовлена для тяжелого автотуризма и уверенно опиралась на зубастые Interco TrXus размерности 265/75R16 (31"). Стояла полуденная жара. Парило. Асфальт был девственно сух, но на горизонте собирались серо-сиреневые тучи, вдали громыхал гром. И действительно спустя некоторое время автомобиль въехал в стену ливня, а еще километра через три в длинную антенну радиостанции, установленную на переднем «кенгурятнике» Toyota, ударила молния. На этом месте мы прервемся и передадим слово непосредственному участнику событийсидевшему в тот миг за рулем TLC 77 Максиму Панченко.

«Поскольку антенна радиостанции установлена слева на переднем бампере, я, несмотря на то, что все произошло за доли секунды, в буквальном смысле видел момент удара молнии. Выглядело это совершенно фантастически... Представьте себе нестерпимо яркий столб белого света толщиной с мачту уличного освещения, который сужался книзу наподобие заточенного карандаша, а его острие «опиралось» о кончик антенны, которая тем временем становилась все ниже. Я даже испугаться не успел. Ужас накатил только в момент, когда раздался гром и я увидел, как в яркой вспышке разлетается катушка антенны. Грохот был такой, что уши заложило. Причем все это происходило на скорости порядка 80 км/ч...

Останавливаться сразу я не стал: машина продолжала нормально двигаться и управляться. Но километров через пять (к этому моменту ливень уже закончился) автомобиль стало ощутимо тянуть влево. Я остановился на обочине, вышел из машины и увидел, что спустило левое переднее колесоближайшее к месту удара молнии. Пришлось его подкачать. А через час, добравшись до шиномонтажа, я обнаружил причину потери давления. Между шашечками протектора мы насчитали пять маленьких сквозных дырочек, как будто от иголки или тонкого шила диаметром около миллиметра. Мне их заклеили, и я стал ездить дальше, как ни в чем не бывало. Опасения за электрику машины не подтвердились: после удара молнии сгорел только контроллер подключения полного привода, управляющий электрическими хабами переднего моста. Да, чуть не забыл, тогда в шиномонтаже еще одна странность обнаружилась: в трех остальных колесах давление было значительно выше нормы- около 3,5- 4 атмосфер. И это при том, что я всегда качаю их до 2,5...

Но странности с шинами на этом не закончились. Примерно через месяц взорвалось левое заднее колесо- совершенно внезапно: в какой-то момент подъехал к светофору, встал- а оно лопнуло! Дальше- больше: спустя еще пару недель лопнуло следующее. Что характерно, они «взрывались» от обода, то есть у них радиально рвалась боковина. Третье колесо повело себя еще более странным образом. У него из закраины спиралью начал вылезать корд. С последним оставшимся колесом я не стал испытывать судьбу и снял его с машины, не дожидаясь разрушения.

Да, была и еще одна странная закономерность: все три шины взрывались, когда были установлены сзади слева, и боковины разрушались с внутренней стороны. Я это связываю с тем, что в этом месте проходит выхлопная труба, и ее нагрев дает на шину дополнительную тепловую нагрузку. Менять же колеса местами мне пришлось из-за того, что в заднем мосту у меня стоит самоблок. Поэтому, когда взорвалось первое колесо, я перекинул туда такое же спереди, а на его место поставил запаску немного другого размера. Два следующих случая произошли вообще вдалеке от Москвы, и мне пришлось обходиться какими-то случайно найденными шинами. После этого я поменял весь комплект резины, и все стало нормально. Разве что в последнее время вдруг лампочки стали перегорать одна за другой. Я их практически уже все заменил».

Ну что тут скажешь: захватывающее повествование. Но одними только воспоминаниями участника событий мы ограничиться не могли и попросили комментариев по поводу этого действительно неординарного происшествия у российских специалистов по «небесному электричеству». Но тут выяснилась достаточно неожиданная вещь: оказывается, детально и полноценно тонкостями взаимодействия молнии и автомобиля в России никто и никогда не занимался! Более того, похоже, что и за рубежом тоже нет авторитетных экспертов в этой области. Да-да, в это трудно поверить, но в лаборатории физики плазмы Московского энергетического института, изучающей в числе прочего и процессы взаимодействия молний с рукотворными объектами, не смогли припомнить ни одной работы, посвященной распределению токов по автомобилю, когда в него попадает молния. Как нам объяснили, проводить подобное исследование достаточно сложно и дорого, а потенциально изучаемые случаи столь редки, что этим просто никто не занимался.

И все же в нашем случае ученые мужи подтвердили предположение, что электрический удар, несмотря на наличие вокруг высоких деревьев, был спровоцирован антенной с усиливающей катушкой. Хотя рация в тот момент была выключена, антенна продолжала концентрировать вокруг себя электромагнитное поле, что и сформировало канал для пробоя на автомобиль. А затем физики попробовали объяснить и странное поведение шин. Слово руководителю лаборатории физики плазмы, профессору кафедры инженерной теплофизики МЭИ Олегу Синкевичу.

«По словесному описанию сложно определить, какой именно силы был разряд, пришедшийся на машину. Но в любом случае можно говорить о десятках киловольт и тысячах ампер. Разряд молнии через антенну пришел на бампер и раму автомобиля, затем через подвеску- на мосты и через мокрые шины колес ушел в землю. При этом имели место два явления. Во-первых, протекание электрического тока и сопровождавшее его выделение большого количества тепла привело к разогреву воздуха в шинах до температуры свыше ста градусов, что способствовало росту давления в колесах с нормальных 2,5 атмосфер до некоего неизвестного значения (непосредственно после удара там могло быть 10-20 атмосфер).

Это в свою очередь привело к серьезному напряжению материала шин. При таких нагрузках, очевидно, имели место не только упругие напряжения, но и остаточные пластические деформации. То есть растянутая резина после охлаждения нагретого воздуха в шинах, конечно, уменьшилась, но не смогла вернуться к своему первоначальному состоянию. Судя по всему, часть разряда прошла на землю по внешней мокрой поверхности шины, а часть могла пройти по радиусу внутри колеса, что и привело к образованию тех самых дырочек, которые были заклеены на шиномонтаже. Ток не смог пробиться в толстой части протектора, где большое сопротивление, но это ему удалось в тонкой. По крайней мере на одном колесе, ближайшем к месту разряда, так и случилось.

Во-вторых, в шине имеются металлические включения в виде корда. Поэтому в резине ток в первую очередь проходил по ним. Помимо выделившегося тепла нити корда расталкивали и электромагнитные силы. Все это увеличивало дополнительные напряжения, в результате чего корд приобрел свойства скрученной пружины. При этом вполне вероятны локальные разрывы корда в толще резиновой массы, что существенно ослабило силовую структуру шины. Это подтверждается характером последующего разрушения колес.

На мой взгляд, водителю очень повезло, что шины оказались прочными и не лопнули непосредственно в момент удара молнии при скорости 80 км/ч. Но после этого в материале шин возникли остаточные напряжения, которые в итоге и привели к его разрушению при куда более слабых динамических воздействиях. Для более детальных оценок все надо аккуратно рассчитать и, быть может, провести соответствующие лабораторные испытания. Необходимо знать, как распределялся ток и какие были в шинах температуры. В любом случае можно говорить о том, что в подобной ситуации находившиеся в салоне автомобиля люди были экранированы металлическим кузовом машины и находились в относительной безопасности. Току просто «невыгодно» было от бампера идти в салон.

Впрочем, даже если бы антенна стояла на крыше, никто, я думаю, тоже не пострадал- ток просто растекался бы по кузову. Недаром различные высоковольтные устройства огораживают обычной металлической сеткой- она экранирует. И кузов автомобиля в случае попадания молнии играет роль такого экрана. Тем не менее воздействие на машину было серьезное, иясчитаю, совсем не удивительно то, что сейчас происходит с электрооборудованием. Судя по всему, часть тока протекала по проводке автомобиля, и она могла повредить изоляцию. То есть полностью изоляцию не пробило, но она частично потеряла свои свойства. Отсюда и перегорающие лампочки. Ив заключение вот что я хотел бы сказать: в данном случае поражение движущегося автомобиля молнией было спровоцировано наличием длинной антенны, буквально притянувшей к себе разряд. Именно поэтому важно убирать автомобильную антенну, въезжая в грозу. Особенно на ее переднем фронте, где скапливается большая разность потенциалов».

А теперь давайте попробуем проследить возможный путь тока. Наиболее логичным представляется его путь с рамы через массовый провод на двигатель (попутно это дало пик напряжения в электрике автомобиля) и далее через трансмиссию и карданные валы на балки мостов и колеса, а затем через диски и шины на землю. Кстати, в этом свете было бы интересно проследить дальнейшую (в долгосрочном плане) судьбу пострадавшей машины. Дело в том, что даже заметно меньшие сварочные токи обычно наносят вред подшипникам качения, повреждая беговые дорожки и тем самым заметно сокращая их ресурс. Хотя, возможно, ток нашел и другой путь, напри мер, через тросик ручника.

P.S. Чтобы подтвердить либо опровергнуть выдвинутую гипо тезу, мы исследовали последнюю уцелевшую шину. Действительно, состояние закраины покрышки с внешней и внутренней стороны различалось. Местами (практиче ски вся внутренняя сторона и очагами - внешняя) на ней были за метные нарушения резинового покрытия. Но главное доказательство необратимых изменений в струк¬ туре шины мы получили, лишь распилив ее. Усилия оказались не напрасны. На срезе были от¬ четливо видны следы внутренне го отслоения корда. Что, собственно, и требовалось доказать.

текст: Евгений КОНСТАНТИНОВ
рисунок: Юрий БОРЗОВ
фото: Александр ДАВИДЮК