Описание аппарата из книги Ф. Нансена «Фрам в полярном море» (Нансен Фритьоф. Собрание сочинений т. 3: Фрам в полярном море Ч.2 Ленинград, Главсевморпути, 1940. - 480 с.):
«Аппарат состоял из котелка для варки пищи и двух котлов для таяния льда или снега. Устройство его было следующее: котелок для варки пищи помещался в самом центре, и его окружал кольцеобразный котел для льда или снега; на этот котел ставился второй, более плоский, для той же цели, и все вместе накрывалось колпаком или кожухом. Для согревания служил примус, помещавшийся под котелком для варки. Все продукты сгорания проходили сначала кверху в промежутки между котлами, а затем шли вниз между кольцеобразными котлами и кожухом, отдавая по пути почти весь свой жар этим котлам. Неоднократные испытания этого аппарата в лаборатории профессора Торупа показали, что при обычных условиях аппарат использует 90-93% того количества тепла, которое в состоянии развить сгорающий в примусе керосин. Лучших результатов, мне кажется, трудно достигнуть.
Котлы аппарата были сделаны из нейзильбера, а колпак и другие части из алюминия. Вместе с двумя алюминиевыми кружками, двумя ложками и черпаком весь аппарат весил 4 кило; примус же 0,8 кило.
В качестве горючего я выбрал в этот раз американский первосортный керосин «Снежинку». Обычно в санных экспедициях употребляется спирт, имеющий вообще ряд преимуществ; прежде всего, он быстро разгорается. Однако несомненный и существенный недостаток его тот, что развиваемое им тепло далеко не соответствует весу сгорающего продукта; керосин, почти полного сгорания которого мы добились в нашем аппарате, оказывался куда выгоднее, и никаких осложнений в пользовании при столь низкой температуре у нас не было».
Фактический расход топлива в аппарате возможно посчитать только грубо. Периодически это кто-нибудь пытается сделать, теперь моя очередь )) В свою очередь, мне это нужно для сравнительного анализа и доработок своих горелок.
При расчетах обычно принимаются данные из книги Ф. Нансена «Фрам в полярном море» (Нансен Фритьоф. Собрание сочинений т. 3: Фрам в полярном море Ч.2 Ленинград, Главсевморпути, 1940. - 480 с.), либо из Бермана (Берман A., Путешествия на лыжах, M.: изд. «Физкультура и спорт», 1968. — 128 c.) со ссылкой на ту же самую книгу Нансена.
В источниках приводится расчетное количество 20 литров, на 120 дней и на двух участников.
Тогда у нас получается 167 мл керосина в день, или 140 грамм в день (70 гр в день на одного), исходя из расчетной плотности 0,84 гр/мл.
Однако у Нансена есть определенное расхождение данных. В разделе про снаряжение он действительно пишет, что взял «около 20 литров керосина» и им его хватило на 120 дней. Но при чтении дневника путешествия видно, что спустя 100 дней путешествия в экспедиции произошло событие, едва не погубившее часть снаряжения.
В субботу, 22 июня, им удалось загарпунить крупного тюленя, в борьбе с которым один из каяков дал сильную течь, и часть снаряжения свалилась в воду - в том числе кухня. Тем не менее, снаряжение было спасено, а тюлень вытащен на лед.
Спустя несколько дней они едва не взорвали палатку самодельной жировой плиткой. Примус с момента происшествия не упоминается - Нансен пишет, что готовили именно на жировой печке.
К моменту происшествия керосин у них подходил к концу, и они уже пытались его экономить. Нансен пишет: "После того, как потребление продовольствия и горючего было доведено до предельно малых размеров, вдруг в нашем распоряжение и того и другого сколько угодно...".
20 июня, например, горячее вообще не делали. Паек состоял из 110 гр хлеба, 50 грамм пеммикана и 30 грамм масла. 21 июня приготовили рыбную запеканку.
Если предположить, что к тому времени они сожгли 18,5 литров керосина, тогда у нас получится средний расход примерно 155 грамм в день. При этом только в самом конце путешествия примуса им удалось разово готовить еду на воде – все остальное время они топили снег.
Для облегчения понимания предмета: теплота сгорания у керосина с бензином фактически аналогична (у спирта в полтора раза меньше – и поэтому Нансен его забраковал), т.е., для сравнения расходов необходимо рассматривать именно расход в граммах.
Опять же, для сравнения, в своих походах (одиночных) я рассчитываю запас жидкого топлива исходя из:
- межсезонье 60 гр/день;
- мягкая зима 72 гр/день
- холодная зима 84 гр/день.
Цифры справедливы для двухразовой горячей готовки в день. При этом Полярный Урал в марте-апреле у меня относится к категории «мягкая зима», а Кодар в феврале-марте к категории «холодная зима».
Тщательно подсчитанный фактический расход топлива на Полярном Урале в 2021 году у меня составил 70,1 грамма в день, что полностью совпало с моей давней расчетной схемой для зимних соло.
Есть два момента. Первый – даже в условиях Кодара средние температуры все равно теплее, чем были у Нансена в первый месяц его путешествия. По опыту – при температурах ниже -35 расход топлива возрастает очень сильно, так как потери тепла от котла (или, точнее, от системы «котел-горелка») в стороны становятся так же велики. К тому же начинает играть роль низкая температура снега.
Второй, куда более важный, момент заключается в количестве кипятка, который мы производим жидкотопливной кухней.
На Полярном Урале при среднем расходе 70,1 грамма в день я готовил в среднем 2,2 литра кипятка в день. Это совсем небольшое количество, и когда спустя 20 дней я вышел с маршрута, у меня наблюдалось легкое обезвоживание. При маршрутах свыше месяца количество потребляемой жидкости априори в схожих условиях должно составлять от 2,6…2,8 литра в день.
При этом у меня небольшой собственный вес (66…68 кг) и рацион питания в 450 гр/день.
Количество же необходимой воды у нас имеет прямую зависимость от калорийности рациона – чем выше калорийность (и масса пайка), тем больше организму требуется воды для усвоения пищи. Так же имеется зависимость и от массы тела.
Рацион Нансена превосходил мой почти в три раза по калорийности. Вес самого Нансена при отправлении с "Фрама" к Северному полюсу составлял 82 кг, Юхансена 69 кг.
Нансен писал, что к их удивлению они смогли справиться с синдромом «арктической жажды», так как их кухонный аппарат производил достаточное количество воды. Думаю, что за нижний предел среднего дневного объема воды на двоих при их рационе можно считать цифру в семь литров (3,5 литра на каждого).
Таким образом, при наших грубых расчетах, кухня Нансена тратила в среднем 22 грамма топлива на литр кипятка. В моем случае на Полярном горелка тратила 32 грамма топлива на литр (при более мягких условиях работы), и расходует порядка 38 грамм на литр в более холодных условиях. При этом экономия топлива на втором участнике (эффективнее топить снег на двоих, чем на одного) при жестких температурных условиях не превышает даже в идеале 20% - что составляет, в свою очередь, 30,5 грамм на литр.
При этом в расчетах мы не учитываем, что Нансен и Юхансен часть приготовлений пищи не заваривали ее кипятком, а проваривали – что было связано со свойствами концентратов того времени.
Но в любом случае с семи литров кипятка экономия топлива в теплосберегающей системе составляет порядка 58 грамм в день (против системы с обычным котлом), или 5,8 кг топлива на сто дней.
В целом, становится понятным, почему схожие самодельные системы для длительных полярных путешествий все еще в ходу – если мы говорим именно о полностью автономных походах, а не об экспедициях с внешним обеспечением (как у Н. Уэмура при путешествиях к Северному полюсу и через Гренландию; или у части экспедиций Шпаро).
Что же касается сравнительно высокой массы котла у Нансена, то в принципе его можно было сделать легче. Но тогда возрос бы и риск его прогорания при топке снега в условиях столь длительного похода.