燃烧“固体燃料”的红军汽车
【注】本文编译自James Kinnear. Eco Warriors: Soviet solid-fuel military vehicles[J]. Classic Military Vehicle, 2019, 12: 60-64.
苏德战争早期，苏联红军鲜为人知的一件事就是使用了燃烧“固体燃料”的军用车辆。
在1941年6月苏德战争爆发后的几个月里，苏联红军对燃烧“固体燃料”（主要是木材）的车辆使用相对较多。其中，一些处于毁伤状态的此类车辆的照片是由德军拍摄的。这类车辆的动力装置在俄文中被称为“燃气发生器”，但就目前所了解的情况来看，西方国家的出版物中尚没有较好地解释苏联方面研制和部署这类车辆的原因。
本文试图对苏联的这种燃烧“固体燃料”的汽车一探究竟，这种技术非常适合苏联的地理环境，而且苏联生产和部署的采用固体燃料技术的此类汽车在数量上也是不容忽视的，此外这种汽车在苏联红军和游击队中都服役过。
上图：白俄罗斯游击队使用的一辆燃气发生器驱动的嘎斯-42卡车，照片摄于1943年秋天。
回溯历史
苏联使用固体燃料动力汽车的历史，以及更宽泛意义上的固体燃料汽车发动机的历史，起源于19世纪的比利时。
1858年，比利时工程师让·埃蒂安·莱诺瓦（Jean Étienne Lenoir，1822-1900年）研制出了一种二冲程发动机，这种发动机以可燃气体和空气的混合气为燃料。在莱诺瓦开展其工作的同时，其他工程师也在研究由固体燃料驱动的类似发动机。
在莱诺瓦的这一开创性发明问世大约二十年后，机械工程师尼古拉斯·奥托（Nicholas Otto，1832-1891年）研制了一种以固体燃料气体为动力的发动机，这种发动机的体积足够小，可以安装到机动车辆上，并且与内燃发动机（当时尚未被发明出来）不相上下。
在19世纪的最后二十年，即所谓的“苯时代”或“汽油时代”开始时，俄罗斯帝国也开始尝试研制类似的发动机。不过，在俄罗斯帝国，这些早期的研发活动总是被导向农业用途，而不是为运输车辆提供动力。1891年，俄罗斯海军上尉叶夫根尼·雅科夫列夫（Evgeny Yakovlev）在圣彼得堡建起了俄国第一个燃气发生器和煤油发动机的装配车间。
在接下来的几十年里，与固体燃料发动机互为竞争对手的、以石油和汽油为燃料的内燃发动机在“商业化”方面将变得更加成功。虽然煤油仍被用作许多农用车辆的燃料，但“燃气发生器”发动机的研发工作却被继续搁置到一边。
俄国的工业化
对于包括俄罗斯帝国在内的所有参战国而言，在让他们各自的军队实现机械化的过程中，第一次世界大战可谓是一道“分水岭”：第一次世界大战是人类历史上第一场大规模使用机械化运输手段（辅之以马匹等畜力）进行人员、物资和火炮机动的战争。
第一次世界大战、俄国革命和随后的俄国内战结束后，布尔什维克把让原本以农业经济为主的苏联实现快速工业化视为该国发展的最重要需求。然而，苏联巨大的国土面积给提炼和分配车辆燃料以便进行长途运输带来了问题。
开发车用汽油的代用品是必需的，尤其是对于农业生产工作而言，因此苏联人转向了替代燃料。他们认为，实现固体燃料驱动的发动机的工业规模化生产在技术上是可行的。
上图：莫斯科附近帕迪科沃（Padikovo）博物馆展出的一辆吉斯-21卡车，安装有NATI-G14燃气发生器系统。
上图：还是帕迪科沃博物馆中的那辆汽车，从远处看不太明显，从近处看可见庞大的燃气发生器圆柱形筒体伸入了汽车驾驶室后排的乘客一侧。
上图：混合燃气在到达发动机气缸之前需要先经过清洁、干燥和过滤。
上图：莫斯科附近的帕迪科沃博物馆中的那辆吉斯-21型燃气发生器卡车已被完全修复。
上图：这种汽车可以从最近的森林中迅速获得燃料——劈碎的木材。
众所周知，俄国最丰富的燃料是木材、煤炭或泥炭等固体燃料。在苏联广袤的领土上，研制可以燃烧这些固体燃料的发动机将大大节省用于运输的内燃机车辆对液体燃料的需求，因为这个国家最不缺的原材料之一就是无尽的森林。
苏联“燃气发生器”汽车的研制先驱是列宁格勒电气技术大学的纳莫夫（V. S. Naumov）教授，纳莫夫教授研制了可安装到机动车辆上的U-1式燃气发生器发动机，这种发动机采用了直接将木炭气化的工作过程。
1928年，纳莫夫教授成功地将改进型U-2式燃气发生器发动机安装到一辆由莫斯科阿莫汽车厂（即AMO，十月革命后改称“莫斯科斯大林汽车厂”，简称“吉斯”）生产的F-15型（即意大利的“Tel”牌）卡车上，这是苏联第一款量产的4×2卡车，由意大利菲亚特公司提供技术转让。这辆车先是从列宁格勒开往莫斯科，然后再原路返回，从而成功地进行了首次测试，往返行程达1200公里。位于莫斯科的全苏汽车拖拉机研究院（NATI）负责苏联国内车辆和拖拉机的研制工作，该研究院也于1928年开始研究采用燃气发生器的发动机，并对其进口的该类型的发动机进行了评估，以探究这类发动机的最佳性能。1930年，全苏汽车拖拉机研究院正式成立了一个燃气发生器部门，并研发了第一台被设计为以木材为燃料运行的燃气发生器发动机。
木炭
从20世纪30年代初开始，军事工程师卡尔波夫（V. P. Karpov）就在苏联红军机械和摩托化军官学校研究燃烧木炭驱动的发动机，而其他几家研究所则基于农业和林业用途而研制了类似的发动机。相比于未经处理的原木，木炭是一种效率更高的可燃固体燃料，但生产木炭这种燃料需要一定的加工过程，并且在运输时增加了后勤成本。
上图：安装有德卡伦科夫研制的D-8型燃气发生器的苏制吉斯-5卡车的示意图。
就研制比铁路蒸汽机车或牵引机车小的任何交通工具而言，倘若采用固体燃料动力原动机的话，主要问题之一就是用于公路车辆上的“锅炉”的建造材料，以及车载运量的问题——对小型车辆来说，这确实是一个问题。
为了制造这种固体燃料动力车辆，特别是其发动机，各种材料都被考虑在内：从铁到铝，再到高铬镍含量的钢，甚至是陶瓷。最终发现，最合适的材料是高铬钢，但这种钢材当时需要进口。不难理解，在俄国内战之后，苏联对工业上的不受制于人有很高的追求。
1932年，在梅京（Mezin）的领导下，全苏汽车拖拉机研究院的一个专家小组研制了“高速公路-P”动力系统，这是一种完全由钢制成，并用于运输车辆的燃气发生器系统。梅京领导的专家小组一共研制了两种版本，一种是供一吨半的嘎斯-AA型4×2卡车使用的NATI-11型，另一种是供三吨的吉斯-5型4×2卡车使用的NATI-10型。
饶是如此，这两种燃气发生器系统在结构上仍然有些过时，因此人们开展了进一步的工作，以便生产出一种更现代化、相对更紧凑的结构，这种新结构可以适用于嘎斯-AA和吉斯-5这两种当时苏联的主力民用和军用车型。此类工作的结果之一就是在科索夫（S. G. Kossov）的指导下研制的NATI-G14燃气发生器。
安装在嘎斯-AA型一半吨卡车上的燃气发生器系统的批量生产安排在高尔基市的“嘎斯”汽车厂进行，相关工作是在全苏汽车拖拉机研究院的工程师尤达斯金（N. G. Yudashkin）的指导下开始的。新车名称为嘎斯-42，使用标准的四缸四冲程发动机，压缩比为6.5比1，以补偿“低辛烷值”（更准确地说，根本就没有辛烷值）燃料的不足。在空载及无驾驶员，但满载燃料的情况下，整台车的重量略低于2公吨，这限制了其运输货物的能力。但毋庸置疑的是，其拥有近乎“无限”的燃料供应，只是需要一些时间去收集木材并把它们劈碎。
上图：一辆嘎斯-42燃气发生器卡车，照片中的这辆嘎斯-42是在战争后期生产的嘎斯-MM卡车底盘的基础上改装的，可见车上配有帆布驾驶室、折叠式翼子板、单个大灯和其他战时简化生产措施。
以木材为燃料运行的四缸发动机的输出功率约为30马力，是同等规格汽油发动机输出功率的75%。汽车最高时速为50公里/小时，每行驶100公里需要消耗50至60公斤木材（其他来源的资料也有称燃料消耗率为100公斤/100公里）。燃气发生器装置重约400公斤，从冷态启动发动机大约需要10到15分钟，因为固体燃料需要燃烧一段时间产生气体才能形成压力。1936年，苏联生产了第一批采用类似设备的吉斯牌汽车，即吉斯-13卡车，这种汽车的结构与嘎斯-42不同，但用途相同。在加满一个基数的燃料的情况下，吉斯-13型卡车的行程约为200公里。
新的解决方案
1935年1月，苏联政府通过了两项决议，一项是关于将林业工作中使用的车辆改换为使用燃木发动机的决议；另一项是在1935年6月通过了另一项决议，该决议涉及通用的采用燃木燃气发生器的发动机，指示木材生产行业的人民委员（通常缩写为NKL）受命准备一些替代车辆类型的试验。如前文所述，当时推动开展燃气发生器汽车研制工作的主要动力仍然是用于农业用途，以及可以通过使用在当地就能获得的燃料（比如木材）来克服燃油短缺地区对石油等资源的依赖问题。
苏联政府鼓励制造工厂加强研发工作，从莫斯科到哈尔科夫，从基辅到哈巴罗夫斯克，广大地域内的城市都开始使用燃气发生器驱动的车辆开展当地的客运和货运活动——更常规的城市化使用方式是，汽车上随身带着一个圆柱形的储气罐，用于贮存燃气。
采用燃气发生器驱动的车辆被设计为可燃烧木材或木炭运行，但就像在灶台里生火一样，其可以燃烧从草皮到松果在内的各种可燃物，不过燃烧效率各不相同。1935年9月28日，一队采用燃气发生器驱动的汽车离开莫斯科前往基辅，然后又返回莫斯科，进行了另一次对燃气发生器驱动的技术验证。这些汽车到达基辅时没有发生任何技术问题。
由于履带式车辆被广泛用于农村地区，或是在市区以外的地区用于农业生产和林业用途，因此苏联方面对燃气发生器的使用也推广到了重型履带式车辆上。1933至1935年间，工程师德卡伦科夫（S. I. Dekalenkov）研制出了“先锋”燃气发生器，并在一辆无炮塔的“雷诺-罗斯基”（即苏联国产的雷诺FT-17坦克）和其他履带式底盘上进行了测试。在这些早期实验的基础上，苏联人开始大规模生产采用燃气发生器驱动的履带式车辆。
上图：安装在一辆进口履带式拖拉机底盘上的“先锋”燃气发生器。
1936年5月，在车里雅宾斯克拖拉机厂（ChTZ）的玛明（V. Mamin）的领导下，成立了一个特别设计局，并于同年晚些时候研制了第一台以燃气发生器为动力的S-60型拖拉机，在其车体后部安装有德卡伦科夫研制的D-8型燃气发生器，这种拖拉机也被称为SG-60型。
上图：以车里雅宾斯克拖拉机厂的“斯大林”S-60型履带式拖拉机为基础，全苏汽车拖拉机研究院研制了采用燃气发生器的版本，并以SG-60的代号投入生产。
在S-60型拖拉机的生产工作被S-65型拖拉机取代之前，车里雅宾斯克拖拉机厂仅生产了264台SG-60型采用燃气发生器驱动的拖拉机，此外他们还生产了SG-65型采用燃气发生器驱动的拖拉机，后者安装有NATI-G25型燃气发生器，这种燃气发生器具有更佳的燃烧过程，进入发动机气缸之前的燃气也更“洁净”。
上图：SG-65拖拉机是车里雅宾斯克拖拉机厂研制的“斯大林”S-65型履带式拖拉机的燃气发生器驱动版本，被广泛用作苏联红军的火炮牵引车。
与产量有限的SG-60型拖拉机相比，车里雅宾斯克拖拉机厂总共生产了7365台SG-65型采用燃气发生器驱动的拖拉机。与所有的此类车辆一样，其最明显的识别标志是在车辆后部垂直放置的圆柱形燃气发生装置。
上图：安装有德卡伦科夫研制的D-8型燃气发生器的另一种履带式拖拉机。
这些采用燃气发生器驱动的履带式拖拉机大多数都被用于林业和农业用途，但后来在1941年战争爆发后，它们被红军部队征用并在前线使用。在“巴巴罗萨行动”开始后的几个月里，无数装备被苏军丢弃，这种采用燃气发生器驱动的履带式拖拉机也是其中之一。
上图：苏联红军两辆采用燃气发生器驱动的SG-65型履带式拖拉机，被用作火炮牵引车，于1941年被德军完整地缴获。
木材vs汽油
与此同时，早在20世纪30年代末期，苏联人继续推进了将燃气发生器安装到批量生产的卡车上以开展一般性运输的研究工作。到1938年，已研制出了多款用于车辆的燃气发生器，并已准备好进行大批量生产。为了解决相比于汽油发动机车辆的可靠性问题，苏联方面组织了一次续航里程测试。
1938年6月1日，一支由17辆车组成的车队离开了莫斯科，开始了一段接近11000公里的测试行程。其中，12辆车由木材和木炭燃气发生器提供动力，其余5辆车由汽油驱动，以作比较。在试运行的5辆嘎斯-AA型卡车中，有4辆由NATI-G14M-1937改进型燃气发生器提供动力，并以木炭为燃料；另外1辆则安装有经过改进的NATI-G21型燃气发生器，使用相同的燃料木炭。至于较重的吉斯-5型卡车，有6辆安装有木材燃料燃气发生器，其中4辆安装有NATI-G21型燃气发生器，另外2辆安装有由工程师德卡伦科夫研制的DG-13型燃气发生器系统。除了这11辆卡车之外，还有1辆吉斯-8型公共汽车，使用燃烧木材的NATI-G23型燃气发生器。
测试行程路线为莫斯科-奔萨-古比雪夫-喀山-乌法-马格尼托哥尔斯克-车里雅宾斯克-鄂木斯克-彼得罗巴甫洛夫斯克-斯维尔德洛夫斯克-彼尔姆-基洛夫-雅罗斯拉夫尔-沃洛格达-列宁格勒-普斯科夫-维捷布斯克-明斯克-戈梅尔-切尔尼戈夫-基辅-图拉-莫斯科。列出城市名称似乎有些繁琐，但在地图上交叉查找城市的位置可以使读者对测试所涉及的绝对距离和试验的艰苦有所了解。车队中包括来自嘎斯和吉斯汽车制造厂以及全苏汽车拖拉机研究院的57位专家，他们在路上花费了53天，行程10897公里，其中两次穿越乌拉尔山脉，平均速度为20至30公里/小时，在平整的道路上最高时速可达40千米/小时，平均每天行驶205公里。车队于1938年8月30日回到莫斯科，出发时所有的车辆都没有掉队，而且都没有发生事故，此外车辆在途中只进行了小规模的维修——在20世纪30年代后期，这是一个了不起的成就。
这次国家级试验被认为是成功的，并巩固了人们对这种技术的观点，即其适合在苏联的众多偏远地区广泛使用，因为在这些地区，木材储备比燃料库存要丰富得多。苏联政府的有关技术委员会在对原型车进行评估并完成试运行后得出结论认为，采用固体燃料的汽车虽然有些陈旧，但实际上是高度可靠的。除此之外，燃气发生器系统的体积现在已经足够小了，可以安装到批量生产的标准型嘎斯-AA和吉斯-5型卡车上而不需要进行大的改动。更重要的是，就运输而言，这套系统拥有远比汽油可靠而充足（即使效率不高）的燃料。
有鉴于此，最终在苏联国家一级做出的决定是：1939年，位于莫斯科的吉斯汽车厂应在吉斯-5卡车底盘上生产8000辆采用燃气发生器驱动的汽车（如吉斯-21型），而位于高尔基市的嘎斯汽车厂同样应在嘎斯-AA卡车底盘上生产8000辆采用燃气发生器驱动的汽车（如嘎斯-42型）。预计到1940年，这两家工厂采用燃气发生器驱动的汽车的年产量将提高至2万辆。这一决定主要意在将此类汽车用于农业用途，但后来发现，这类汽车在红军后方部队和游击队中得到了广泛的使用。
上图：1944年7月16日，在一次庆祝解放明斯克的游行中，一支代号为“米哈伊尔·伊万诺维奇·加里宁”的游击队的吉斯-21汽车。在这次游行中，领头的是一只身披德国军大衣的山羊，大衣上还装饰着勋章。
嘎斯-42是标准的一吨半型4×2嘎斯-AA卡车的改进型。由于气体发生器和燃料的重量以及发动机输出功率的减少，车辆的有效载荷减少到了1.2吨。不过，正如前文所述，在人工铺筑路面上，该车在百公里燃料消耗量为50至60公斤的情况下，可以达到50公里/小时的速度。根据综合了各方面来源的原始数据，在行驶100公里的情况下，该车固体燃料的消耗量高达100公斤。
吉斯-21型卡车是对标准的吉斯-5/吉斯-5V型卡车的改进版。与标准的采用汽油发动机的吉斯-5型卡车相比，吉斯-21型卡车唯一的主要缺点是缺少与之相当的动力输出：标准的吉斯-5型卡车的汽油发动机的输出功率为75马力，而吉斯-21型卡车的燃气发生器的输出功率仅为48马力，重达400公斤的燃气发生器系统的重量也相应地降低了车辆的负载能力。
然而，只要手上有一把斧子，嘎斯-42和吉斯-21卡车就可以在任何地方“加油”，在苏联北部大部分地区都有相当丰富的森林资源，这一点根本不成问题。这些采用燃气发生器驱动的车辆可以容纳标称的80公斤燃料，并且燃烧每公斤固体燃料（木材）可获得的行驶里程约为1公里，在这种情况下，燃料消耗率就不是那么重要了。
上图：乌拉尔生产的吉斯-21A卡车，正在等待交付。从照片中可以看出，在战争初期就引入了木制驾驶室和车轮挡泥板。
无论是嘎斯-42卡车还是吉斯-21卡车，其气体发生器的圆柱形筒体都位于车身右侧，直接安装在驾驶室后方，并且部分占据了驾驶室的后部空间；在驾驶室后方左侧直径较小的圆柱形筒体中安装有微粒过滤器和离心风扇。
战争爆发
1939年，这在世界历史上是至关重要的一年。在这一年，苏联与德国一起进攻了波兰，并在当年年底参加了1939年至1940年冬天的那场针对芬兰的“冬季战争”。
到目前为止，以燃气发生器为动力的车辆在性能上依然劣于使用汽油发动机的汽车，这是因为苏联人的意图是主要在农业、林业用途和苏联偏远地区使用以燃气发生器为动力的车辆。当德国于1941年6月发起“巴巴罗萨行动”后，所有可用的和合适的农用车辆，不论轮式还是履带式都被征召进入红军服役。
战时，在德国人拍摄于“巴巴罗萨行动”最初几个月的照片中，有时会在红军部队丢弃的车辆残骸中隐约看到以燃气发生器为动力的车辆。在经历了战争初期的惨重损失之后，这些车辆通常被用于后方地区。战争期间，在俄罗斯西部和白俄罗斯的森林游击队中，轮式嘎斯-42和吉斯-21卡车还扮演了次要的角色，因为其燃料来源特别适合游击战争。
上图：一辆被摧毁的嘎斯-42燃气发生器驱动的卡车残骸，摄于“巴巴罗萨行动”早期。
尽管生产工作因战争爆发而中断，但苏联生产的以燃气发生器为动力的汽车的数量却并不是微不足道的，其中许多最终在红军部队、后方地区和苏联游击队中服役。基于嘎斯-AA和后来的嘎斯-MM汽车底盘，苏联人总共制造了33840辆嘎斯-42卡车，另外还有19445辆较重型的、在吉斯-5卡车底盘的基础上制造的吉斯-21卡车（生产于1931年至1941年间）。在苏德战争及战后初期，这类车辆继续进行了小批量生产，而且它们在苏联偏远的森林地区一直使用到20世纪60年代初。