От керосинки до лазера: удивительная эволюция автомобильных фар

Интересный факт: между первым пилотируемым полетом братьев Райт и первым полетом Гагарина в космос в 1961 году прошло всего 58 лет. На этом фоне эволюция автомобильных фар от керосинки и ацетиленовой лампы до лазера за 100-120 лет кажется не такой впечатляющей. Но этапов развития автомобильной оптики было много, и каждый из них по-своему интересен.

Керосин и ацетилен

Первым автомобилям мощные фары были, в общем-то, и не нужны. Почему? Да потому что скорости были далеки от тех, к которым мы привыкли, и освещать дорогу на 100-200 метров вперед не было необходимости. Впрочем, и делать это было нечем. Первую оптику автомобили фактически унаследовали от конных экипажей, которым было достаточно простой керосинки или восковой свечи, чтобы обозначить присутствие самой кареты на дороге и осветить ближайшие окрестности. Ночью ездили не так часто, а плохая видимость частично компенсировалась малой скоростью и зрением самих лошадей. Так что фары порой и вовсе не входили в штатное оснащение автомобилей.

Впрочем, свечи, керосинки и прочие масляные лампы быстро показали свою непригодность для нового транспорта. Первым более-менее приемлемым вариантом освещения стали ацетиленовые горелки, запатентованные еще в конце 19 века. Они были гораздо более удобны, чем газовые лампы, которые вынуждали возить с собой тяжелый баллон. Здесь же горючий газ ацетилен вырабатывался прямо “на месте” благодаря простому генератору с водой и карбидом кальция. При этом сам карбид кальция был относительно безопасен, а скорость реакции и выделения ацетилена можно было легко контролировать. Но ацетиленовые лампы продержались недолго: удобными они были только по сравнению с еще более вынужденными конструкциями, а света все равно давали мало. Поэтому как только электричество в автомобиле перестало быть недоступной редкостью, задачу по освещению дороги переложили на него.

Электрический свет – от вакуумных ламп к линзованной оптике

Уже в начале 20 века электричество прочно обосновалось в автомобилях. Главным изобретением в этом деле стал генератор, который позволял подпитывать аккумулятор и поддерживать работу энергопотребителей. Ведь лампы существовали уже давно – Лодыгин и Эдисон запатентовали свои изобретения еще в 70-х годах 19 века, но вот в автомобиле зажигать их было нечем. Появление генератора подарило автомобилистам не только электрическое освещение, но и электрический стартер, который значительно облегчал жизнь тем, кто мог себе его позволить. Ну а первые электрические лампы в автомобилях хоть и были ненамного ярче ацетиленовых горелок, но избавляли от необходимости возить с собой карбид кальция с водой и чистить горелку и лампу каждые 20-30 часов работы.

C точки зрения технологических прорывов следующие лет 70-80 можно назвать скучными, ведь все принялись совершенствовать удобную во всех отношениях конструкцию электрической фары. Но если копнуть чуть глубже, любопытное можно найти и здесь. Эксперименты шли над каждой деталью. Лампы, например, стремились сделать максимально долговечными и яркими, для чего искали как материал нити накаливания, так и оптимальное наполнение колбы лампы. Например, угольная спираль была дешевой, но крайне недолговечной, а платиновая нить – наоборот, слишком дорогой. В итоге золотым стандартом стала вольфрамовая нить. Вакуум в лампах уступил место газам – в частности, аргону.

Отдельным развлечением инженеров стала конструкция самих фар. Во-первых, нужно было найти оптимальную форму отражателя, чтобы сделать световой пучок как можно более направленным и цельным. А во-вторых, этим пучком пробовали управлять, поворачивая фару целиком вслед за поворотом руля. Такая конструкция впервые была реализована на прорывном для своих лет автомобиле Tatra T77, но он массовым не стал. Поэтому обычно поворотные фары вспоминают, говоря о французском шедевре дизайна под названием Citroen DS.

Очередной ступенью эволюции стали стандартизированные галогенные лампы. Галогенными они называются потому, что в колбу лампы закачан буферный газ – пары галогенов, таких как йод или бром. Это позволяет спирали поддерживать высокую яркость и срок службы. Вдобавок яркие лампы единого формата отлично вписывались в конструкцию блок-фары, объединяющей ближний и дальний свет. Ну а вершиной развития фар с галогенными лампами стала так называемая линзованная оптика. Ее еще называют прожекторной, поскольку она собирает свет лампы в единый направленный пучок, повышая силу светового потока. Но у галогеновых ламп все равно был предел мощности и яркости, и в этом их обходили более эффективные – газоразрядные, они же ксеноновые.

Ксеноновые фары – расцвет и закат

Огромным шагом вперед с точки зрения силы светового потока стали ксеноновые лампы. Они тоже существовали задолго до появления в автомобилях, но достаточно компактную конструкцию создали только к началу 90-х, когда компания Hella стала поставщиком ксеноновых фар для новой “семерки” BMW E32.

Ксеноновые лампы, в которых светится не спираль, а весь объем газа, выдают на порядок больше света на единицу мощности. Правда, и хлопот с направлением этого света куда больше. Единственным удобным решением снова стали “линзы”, позволяющие формировать световой пучок. Без них ксеноновая лампа превращается в бесконтрольно светящий во все стороны фонарь – собственно, поэтому их и нельзя устанавливать в фары, изначально не предназначенные для ксенона. Это, впрочем, не единственная сложность: ксеноновая лампа требует огромного тока для включения, из-за чего ей нужен дорогой блок розжига, а еще она крайне не любит колебаний напряжения, сильно сокращающих ее срок службы, и нуждается в обязательном корректоре фар. Ну а простым следствием всего это становится еще и высокая стоимость как конструкции в сборе, так и фары по отдельности. Все это ксенону прощали за мощный и яркий свет, да к тому же комфортной цветовой температуры. Прощали, пока… на сцену не вышли светодиоды.

Диоды: холодно, дешево, гибко

Собственно, светодиоды тоже были на сцене уже давно, просто не на автомобильной. Однако понемногу они стали появляться и в машинах: сперва в задних фонарях, а потом и в фарах – все ведь помнят знаменитые “ангельские глазки” 5 серии BMW E39. Ну а во второй половине двухтысячных свет увидели автомобили с полностью светодиодными фарами – например, Audi A8 и Lexus LS600h. Стало понятно, что диоды хоть и немного уступают ксеноновым лампам в яркости, но при этом оказываются в разы проще в проектировании и эксплуатации, не требуют высоковольтных блоков, потребляют мало энергии, а также позволяют очень гибко формировать и фару, и ее световой пучок. Если галогеновые и ксеноновые фары – это всегда массивные элементы, то диодная оптика может быть в буквальном смысле тонкой линией, которую к тому же можно изогнуть в самую причудливую конфигурацию.

Еще одним плюсом диодных фар стала простота их настройки для работы в составе интеллектуальных матричных систем освещения. Такие системы предлагались и для ксеноновых фар, но диоды гораздо легче поддаются управлению: отдельные секции можно точечно выключать и включать, чтобы не ослеплять встречные автомобили, а также регулировать яркость диодов. Все это сделало “умный дальний свет” гораздо проще, дешевле и ближе для массового потребителя. Неудивительно, что сегодня именно диодная оптика стала “золотым стандартом” для большинства автомобилей от среднего до премиального сегмента. Совсем бюджетные модели пока довольствуются галогенными лампами, а в отдельных автомобилях премиум-класса встречаются… лазерные фары.

Лазер: очень мощно, очень дорого

Разумеется, инженеры не останавливали свое стремление к лучшему, и распространение диодной оптики не стало поводом отказаться от поиска новых технологических решений. В 2010-х годах этим решением стали лазерные фары. Звучит впечатляюще, хотя технически дорогу подсвечивает не сам лазерный луч: он светит на фосфорный конвертер, а испускаемый свет отражается зеркалом и собирается в пучок. В результате получается мощный световой поток с дальностью действия в 600 метров и более. К тому же лазерные фары еще более экономичны, чем диодные, потребляя примерно на 70% меньше энергии.

Однако история оказалась циклична. Помните первые автомобили, которым не нужны были мощные фары, потому что скорость движения была слишком низкой, чтобы пытаться разглядеть дорогу на сотню метров вперед? Так вот, новейшие автомобили наших дней тоже уперлись в похожее ограничение. Лазерный свет был полезен для спортивных прототипов Audi, которые накатывают в гонках на выносливость круг за кругом со скоростью в 200-300 км/ч, а вот в гражданских автомобилях он оказался избыточным. Если диодная фара стоит несколько сотен долларов, то лазерная – уже несколько тысяч, ее конструкция гораздо сложнее, а ремонтопригодность ниже. В итоге даже те немногие производители, которые увлекались лазерной оптикой – в частности, BMW, стали отказываться от нее в пользу светодиодов. Потенциал LED-фар еще не раскрыт до конца, а простота и сравнительная дешевизна оказались важнее, чем ощущение эксклюзивности, хоть и вполне настоящее. Но кто знает – возможно, лазерные фары слегка опередили свое время, и в будущем мы увидим их второй расцвет.