От лучины до лазера: эволюция света автомобильных фар

Необходимость хоть как-то разбирать направление движения при ограниченной видимости появилась задолго до первой самоходной машины. Попытки соорудить фару предпринимались ещё в конных экипажах. Тогда же обнаружилась главная проблема — автономный источник энергии, вернее его отсутствие. Долгое время повозки (а вслед за ними и более современные ТС) пользовались самыми банальными горелками (масляными или керосиновыми) или даже свечами в стеклянной колбе. Понятно, что как такового света в привычном нам понимании они не давали. Сейчас это приспособление можно было бы расценивать разве что как габаритные огни. Помимо откровенно низкого КПД, такие «лучины» обладали целым рядом других минусов. Основной из них — постоянное угасание пламени и копоть на защитном стекле. Безусловно, это лучше, чем ничего, но категорически неэффективно, поэтому поиск подходящего решения продолжился. 

Первым революционным прорывом стала инициатива французского изобретателя и авиаконструктора Луи Блерио. За несколько лет до конца 19 века он предложил установить на автомобили ацетиленовые горелки. Их принцип работы был уже хорошо изучен: в ёмкость с карбидом кальция подаётся вода, в процессе химической реакции выделяются горючие (и довольно токсичные) пары ацетилена, которые отводятся через трубку к горелке. В условленном месте газ поджигается и продолжает гореть при наличии кислорода и «топлива». Смесь, прямо скажем, довольно опасная, но при должном обращении не вызывала особых хлопот. Пламя практически не гасло и светило ярче, технические ёмкости находились снаружи автомобиля, так что при неисправности у водителя и пассажиров был шанс остаться относительно целыми, да и автономность света существенно повысилась, тем более мешочек с «энергоносителем» обычно держали под рукой в качестве ЗИПа. Решение прижилось и спустя без малого полтора десятка лет даже подверглось значительному апгрейду: за горелкой начали делать подобие зеркала, а отражённый свет пропускать через линзу, чтобы сфокусировать его на дороге. Для автомобилей без бортовой электросистемы такие фонари стали настоящим спасением. 

К моменту изобретения «продвинутых» горелок мир уже познакомился с электрическим светом и успел его «распробовать», поэтому исследования в этой области не останавливались ни на минуту. Закономерным результатом повышенного интереса к сфере энергетики стало изобретение генератора постоянного тока. Немудрено, что им тут же заинтересовались автопроизводители. Именно благодаря ему на заре прошлого века в носовой части начали появляться приборы освещения с самой примитивной, но наконец электрической лампой накаливания. Сперва нити в них были преимущественно угольными, но имели низкий ресурс, так что вскоре появился более подходящий материал — вольфрам. К слову, патент на вольфрамовую нить принадлежал нашему соотечественнику Александру Николаевичу Лодыгину.

Естественно, первые лампы не выдерживают никакой конкуренции даже с самыми простыми бытовыми приборами современности. Довольно скоро светлые умы догадались заменить вакуум внутри колб на газ. Наиболее удачным выбором оказались галогениды. Такое решение в немного доработанной вариации используется на бюджетных моделях по сей день.

Так же как и в случае с горелкой, лампы сами по себе не так хороши, поэтому осветительные приборы «обросли» дополнительным оборудованием. Поначалу банальными отражателями, а затем к ним добавилась линза (а то и не одна), отлитая прямо в защитном стекле. Позже инженеры усложнили заднюю стенку блока оптики — она стала рифлёной. Это сделали для того, чтобы правильно распределить световые потоки. Кстати, о проблеме слишком широкого светового пучка (и как следствие — ослепления водителей) задумывались с появлением электрических источников. И решили её не только конструктивно, но ещё и тонкой настройкой отражателей и линз. Чуть раньше этого внедрили новый вид ламп — с двумя нитями накаливания. В них одна отвечала за ближний свет, а другая — за дальний. Все эти «инновации» в итоге привели к законодательному утверждению асимметричного света в Европе в 1957 году.

Если кратко, то сначала рефлекторы просто отражали свет, всю остальную работу делало стекло довольно сложной формы. Одновременно с этим в автопроизводстве стали массово использовать поликарбонат — им заменили классическое стекло, прикрывавшее лампу. Такой подход буквально развязал конструкторам руки. Если раньше «разрез глаз» во многом зависел от возможностей отливки, то теперь можно было позволить себе практически любую форму. Лёгкость обработки положительно сказалась не только на дизайне, но и на КПД оптики — рефлектор оставался максимально простым, а все задачи по подгонке света под нужное лекало выполнял полимер. В нём появлялись мелкие затейливые узоры, отвечающие за корректное преломление и фокусировку лучей. Однако более половины энергии продолжало рассеиваться «в никуда». Тогда конструкторы снова взялись за карандаши. Следующим этапом стал сложный рефлектор, который самостоятельно справлялся с преломлением. Десятки своеобразных призм «играли» с направлением и «собирали» лучики в нужных точках. В такой конфигурации линза как таковая уже не требовалась, а значит, «экран» можно было немного «разгрузить» и удешевить. Такой тип фар сегодня по-прежнему в ходу.

Понятно, что слишком замысловатые рефлекторы тоже не предел мечтаний, поэтому изыскания в сфере линзованной оптики продолжились. Огромные плюсы такого типа ламп — максимально точная настройка и возможность полноценно применять объёмные источники света. Да и что уж там, внешность машины от объёмной полусферы внутри блока только выигрывает. Это решение не снискало большой популярности, но периодически встречается. Отчасти эта сравнительно тупиковая ветвь развития фар стала такой из-за необходимости внедрения новых источников — привычные лампочки хоть и понятны, но светят довольно посредственно, а их тёплый оттенок многих буквально убаюкивает. 

В самом начале 90-х годов на арену вышли газоразрядные лампы. В них уже не было нитей — свет исходил от «загнанного» в колбу инертного газа ксенона. Он превращается в «фонарь» благодаря двум электродам, между которыми загорается дуга. В созданной среде это свечение невероятно яркое, а визуально близко к дневному свету. Ночью такие лампы оказались куда комфортнее «галогенок» — «били» дальше и направленнее, в разы дольше служили и позволяли не терять концентрацию. Впервые подобный блок головного освещения появился на флагманском седане BMW 7 серии, но совсем скоро перекочевал даже на сравнительно бюджетные модели. Правда, у ксеноновых фар были и существенные недостатки. Главный — сложность дополнительного оборудования. Такие осветительные приборы нуждались в отдельном блоке розжига — бортовая система не могла обеспечить нужное напряжение для воспламенения дуги. Помимо этого, обязательным требованием являются корректор угла наклона фар и их штатный омыватель. В отсутствие этих «допов» велик риск ослепления других водителей. На десерт оставим стоимость самих лампочек: она крайне высокая, а менять их нужно исключительно парой (со временем газ «выгорает», от этого страдает яркость, да и оттенок светового пучка заметно трансформируется).

Вероятно, с этим бы смирились, если бы не появились они.

Первые попытки задействовать их в оптике предпринимали ещё во времена главенства ксенона, но тогда уровень технологий не позволял в полной мере оценить и внедрить новшество. На доработку потребовалось ещё чуть более десятилетия, и в 2007 году публика увидела первый автомобиль с полностью диодным освещением.

Когда стало понятно, как наконец обуздать этих «светлячков», случился настоящий бум, что неудивительно. Компактный размер, вариативность форм фары, прекрасные характеристики, практически бесконечные сценарии управления (вспомните матричные фары, способные гасить сегменты в зависимости от окружающей обстановки) и огромный ресурс, иногда соизмеримый со сроком службы современного автомобиля. Всё это дало диодам возможность взобраться на олимп светотехники и довольно долго на нём задержаться.

Само название переносит нас куда-то во вселенную «Звёздных войн» и прочую космическую фантастику. Но как неспокойное межзвёздное пространство оказалось заперто где-то под «куполом» из поликарбоната? На деле технология не так сложна, как принято думать. Лазерный луч не светит на дорогу и участвует в процессе исключительно в качестве своеобразного «двигателя». Испускают его специальные диоды, а зеркалами и отражателями волна направляется на пластину, покрытую люминесцентным веществом — люминофором. Главная его особенность в том, что оно начинает выдавать мощный поток света под воздействием энергии, которую как раз и обеспечивают лазеры. С точки зрения КПД система невероятно эффективна, а сила света практически превращает ночь в день. Правда, эта разработка пока не стала массовой: встретить подобные блоки можно разве что у премиальных брендов и то не во всех комплектациях. К слову, в настоящий момент лазеры отвечают только за адаптивный дальний свет, «приручить» и «заточить» их под ближний всё ещё не получилось.

Прогресс не стоит на месте. За сравнительно короткий промежуток времени автомобильная светотехника достигла уровня, о котором ещё в начале века нельзя было даже мечтать. Оглядываясь на припылённые страницы истории, мы можем смело предположить, что лазеры —далеко не предел и впереди нас ждёт самое светлое в буквальном смысле этого слова будущее.