একজন প্রকৌশলীর একগুঁয়েমি: প্লাগ-ইন হাইব্রিড কীভাবে Andrew Frank নিখুঁত করে তুললেন?

প্লাগ-ইন হাইব্রিডের আধুনিক ধারণাটি একটিমাত্র নাম বহন করে: Andrew Alfonso Frank Davis বিশ্ববিদ্যালয়ের (UC Davis) মেকানিক্যাল ও অ্যারোনটিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং-এর ইমেরিটাস অধ্যাপক Frank 1971 সাল থেকে গ্রিড থেকে চার্জ করা যায় এমন হাইব্রিড যানবাহন নিয়ে কাজ করেছেন, এই যানবাহন শ্রেণিটিকে আজকের নামটি দিয়েছেন এবং শত শত ছাত্রকে অটোমোবাইল শিল্পে পৌঁছে দেওয়া একটি ইঞ্জিনিয়ারিং স্কুল গড়ে তুলেছেন। তাঁর গল্পটি হাইব্রিড যানবাহনের জনক বলে বিবেচিত দুই নামের পাশে নয়, সম্পূর্ণ আলাদা একটি ধারায় এগিয়ে চলে।

প্লাগ-ইন হাইব্রিড কে উদ্ভাবন করে: Frank-এর নেতৃত্বের দাবি এবং সীমানা

"কে?" - এই প্রশ্নের উত্তর নির্ভর করে যানটি কীসের ভিত্তিতে সংজ্ঞায়িত তার ওপর। হাইব্রিড ইলেকট্রিক ট্র্যাকশন নিজেই অনেক পুরোনো; 1915 সালের মতো তাড়াতাড়িই Woods Motor Vehicle-এর একটি হাইব্রিড মডেল বিক্রির জন্য বাজারে এসেছিল। এই প্রাথমিক উদাহরণটি কেন টিকেনি, তার ব্যাখ্যা Frank দেন একটি ব্যবহারিক কারণের ওপর: সে সময় এটি ব্যয়বহুল ছিল এবং এর খরচ কমাতে পারে এমন কোনো উপাদান ছিল না। আধুনিক অর্থে - ঘরের বিদ্যুতের সকেট থেকে চার্জ হওয়া, ব্যাটারি শেষ হলে স্বয়ংক্রিয়ভাবে অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিনে চলে যাওয়া এবং দৈনন্দিন ব্যবহারের উপযোগী একটি ধারণার কথা বললে - উৎসগুলো Frank-কে স্পষ্টভাবে অগ্রদূত হিসেবে চিহ্নিত করে; তাঁকে আধুনিক প্লাগ-ইন হাইব্রিডের জনক বলা হয় এবং Plug-in Hybrid Electric Vehicle অর্থাৎ PHEV শব্দটিও যিনি উদ্ভাবন করেছেন, তিনিই তিনি।

এই নেতৃত্বের কারিগরি সংজ্ঞাটিও স্পষ্ট: প্লাগ-ইন হাইব্রিড হলো এমন একটি যান, যা চার্জযোগ্য ব্যাটারি দিয়ে ইলেকট্রিক মোটর চালায় এবং ব্যাটারির শক্তি ফুরিয়ে গেলে স্বয়ংক্রিয়ভাবে পেট্রোল ইঞ্জিনে চলে যায়। 1999 সালের শেষে বাজারে আসা প্রথম আধুনিক হাইব্রিডগুলির সঙ্গে পার্থক্যটি ঠিক এখানেই। Honda Insight এবং Toyota Prius ব্যাটারি শুধুমাত্র ব্রেকের শক্তি দিয়ে চার্জ করত; প্লাগ লাগানোর মতো কোনো চার্জিং কেবল ছিল না। Frank-এর পদ্ধতিতে গ্রিড সংযোগ ছিল ডিজাইনের সূচনাবিন্দু, পরে যোগ করা কোনো বৈশিষ্ট্য নয়।

একটি অস্পষ্টতা শুরু থেকেই উল্লেখ করা দরকার: প্রথম প্লাগ-ইন হাইব্রিডের ইতিহাস উৎসগুলোতে ভিন্নভাবে পাওয়া যায়। একটি বর্ণনা উন্নয়নের শুরু 1971 সালে Wisconsin-এ, অন্যটি 1972 সালে UC Davis-এ স্থাপন করে। এই সময়রেখার পার্থক্যটি একক কোনো যানের বদলে ধাপে ধাপে এগোনো একটি উন্নয়ন প্রক্রিয়া থেকে উদ্ভূত এবং এটি Frank-এর নেতৃত্বকে প্রশ্নবিদ্ধ করে না; এটি কেবল প্রথম উদাহরণ যানটি কোন বছর কার্যকর হয়েছিল তা কীভাবে সংজ্ঞায়িত হয় সে বিষয়ক একটি বিচ্যুতি।

প্রকৌশলীর শিক্ষাজীবন: বিমান চলাচল থেকে অটোমোবাইলে

Frank-এর পটভূমি একটি চিরাচরিত অটোমোটিভ ক্যারিয়ার নয়। UC Berkeley-তে 1955 সালে মেকানিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং-এ স্নাতক এবং 1958 সালে স্নাতকোত্তর ডিগ্রি অর্জন করেন; এরপর USC-তে বৈদ্যুতিক প্রকৌশলে মনোনিবেশ করেন এবং 1965 সালে স্নাতকোত্তর ও 1968 সালে ডক্টরেট সম্পন্ন করেন। এই দ্বৈত বিশেষজ্ঞতা - যান্ত্রিক ও বৈদ্যুতিক - তার হাইব্রিড চালনা পদ্ধতির ভিত্তি গড়ে তোলে।

1955 থেকে 1968 পর্যন্ত North American Aviation এবং পরবর্তীতে North American-Rockwell-এ কাজ করেন। তার কাজের তালিকা চমকপ্রদ: X15 হাইপারসনিক গবেষণা বিমান, হেলিকপ্টার স্ট্যাবিলাইজেশন সিস্টেম, Apollo প্রকল্প এবং Minuteman আন্তঃমহাদেশীয় ব্যালিস্টিক ক্ষেপণাস্ত্র কর্মসূচি। 1969 সালে তিনি একাডেমিক জীবনে প্রবেশ করেন; 1969 থেকে 1985 পর্যন্ত University of Wisconsin-এ এবং 1985 থেকে 2006 পর্যন্ত UC Davis-এ অনুষদ সদস্য হিসেবে দায়িত্ব পালন করেন। অর্থাৎ তিনি তার প্রথম হাইব্রিড গাড়ি তৈরি করেন একটি বিমান চালনা কোম্পানি থেকে বেরিয়ে আসা দ্বৈত শাখার একজন প্রকৌশলী হিসেবে।

1971 থেকে প্রথম যানবাহন এবং অসম্পূর্ণ উপাদানের সমস্যা

Frank 1971 সালে Wisconsin–Madison-এ তার শিক্ষার্থীদের সাথে একেবারে শূন্য থেকে তার প্রথম হাইব্রিড ইলেকট্রিক যান তৈরি করেন। এই যানটিই ছিল 1972 URBAN CAR Competition-এ অংশগ্রহণকারী একমাত্র হাইব্রিড। UC Davis-এর নিজস্ব বিবরণ অনুযায়ী, Frank 1972 সালে সম্ভবত প্রথম প্লাগ-ইন হাইব্রিড অটোমোবাইল তৈরি করেছিলেন; তিনি যে লক্ষ্য স্থির করেছিলেন, তা ছিল সেই যুগের মানদণ্ডেও অসাধারণ: প্রতি গ্যালনে 100 মাইল পথ এবং 6 সেকেন্ডে 0-60 মাইল/ঘণ্টা ত্বরণ। দক্ষতা ও কর্মক্ষমতা একই প্যাকেজে প্রদান করা - আজও এটিই হাইব্রিড প্রকৌশলের সংজ্ঞায়ক বাক্য।

তাহলে কেন 1970-এর দশকে প্লাগ-ইন হাইব্রিড ব্যাপক উৎপাদনে যেতে পারেনি? Frank-এর নিজস্ব মূল্যায়ন সমস্যাটিকে উপাদান পর্যায়ে স্থাপন করে: সেই সময়ে সঠিক ব্যাটারি, ট্রান্সমিশন এবং মোটর প্রযুক্তি ছিল না। উৎপাদন যানবাহনের লক্ষ্য অর্জনের জন্য এই উপাদানগুলোকে শূন্য থেকে, উদ্দেশ্য অনুযায়ী ডিজাইন করা প্রয়োজন ছিল। এটি এমন এক নির্ণয় যা ধারণাটির অসময়িকতাকে প্রতিভার অভাব হিসেবে নয়, বরং একটি সরবরাহ চেইন সমস্যা হিসেবে ব্যাখ্যা করে এবং প্রকৌশল দৃষ্টিভঙ্গির প্রতি অনুগত থাকে।

তবুও 1970 ও 1980-এর দশক অনর্থক যায়নি। 1979 সালে তিনি তার শিক্ষার্থীদের সাথে ফ্লাইহুইল-ভিত্তিক একটি হাইব্রিড তৈরি করেন: ক্রমাগত পরিবর্তনশীল ট্রান্সমিশন অর্থাৎ CVT-যুক্ত একটি Ford Pinto রূপান্তর। এই প্রকল্পটি Frank-এর পছন্দের স্থাপত্যের প্রথম বাস্তব লক্ষণগুলো বহন করত।

Team FATE এবং Davis-এর বছরগুলো: পরিমাপযোগ্য ফলাফল

UC Davis-এ Frank-এর নেতৃত্বাধীন দল Team FATE নামে বছরের পর বছর ধরে একের পর প্রমাণ-যান তৈরি করেছে। 2004 সাল পর্যন্ত মোট সাতটি প্রমাণ-যান তৈরি করা হয়েছিল। এই যানগুলোর প্রতিটি প্লাগ-ইন হাইব্রিড ধারণার একটি দিক পরীক্ষা করেছে:

• Side F/X: 1991 সালে এক গ্যালন পেট্রোলে 3313 mpg নিয়ে বিশ্ব রেকর্ড; Frank-এর ভাষায়, এক গ্যালনে San Francisco থেকে New York পর্যন্ত যাওয়ার মতো দূরত্ব।
• Shamu: একই বছর M85 মেথানল জ্বালানি দিয়ে 2200 mpg বিশ্ব রেকর্ড।
• 1991 সালের একটি PHEV: লেড-অ্যাসিড ব্যাটারি দিয়ে 40 মাইল বৈদ্যুতিক পরিসর।
• 1990-এর দশকের শেষভাগ: নিকেল-মেটাল হাইড্রাইড ব্যাটারি দিয়ে 60 মাইল বৈদ্যুতিক পরিসর - তার শিক্ষার্থীদের কাছে যা ছিল এক বিশাল সাফল্যের দোরগোড়া।
• 1992-1993: PNGV কর্মসূচির প্রতি গ্যালনে 80 মাইল লক্ষ্যের কাছাকাছি, 72 mpg অর্জনকারী একটি প্লাগ-ইন হাইব্রিড প্রদর্শনী।
• 1996: Ford Taurus-ভিত্তিক একটি PHEV রূপান্তর; ডেট্রয়েট থেকে ওয়াশিংটন ডিসি পর্যন্ত যাত্রায় 68 mpg মানে পৌঁছানো হয়েছিল।

1990-এর দশকের শেষের দিকে GM, Frank-কে একটি EV1 বৈদ্যুতিক গাড়িকে প্লাগ-ইন হাইব্রিডে রূপান্তরের কাজে চুক্তিবদ্ধ করে; আর্কাইভ রেকর্ড দেখায় যে 2001 সালে এই EV1 প্রোটোটাইপের হাইব্রিডায়েজেশনের জন্য উল্লেখযোগ্য তহবিল পাওয়া গিয়েছিল। প্রকল্পটি ছিল একটি সুনির্দিষ্ট পদক্ষেপ, যেখানে Frank-এর ধারণা একটি বড় নির্মাতার হার্ডওয়্যারে পরীক্ষিত হয়েছিল - দুর্ভাগ্যবশত জানা যায় যে এটি সেই সময়ের উৎপাদন পরিকল্পনায় রূপ নেয়নি, তবে সম্পূর্ণ বাতিলের গল্পটি আর্কাইভ সামগ্রীতে বিস্তারিতভাবে নথিভুক্ত নয়।

Frank-এর আর্কিটেকচার: প্যারালাল হাইব্রিডের পক্ষে কেন সমর্থন করতেন?

Frank-এর পছন্দের কনফিগারেশন চারটি উপাদান নিয়ে গঠিত: বৈদ্যুতিক মোটর, অন্তর্দহন ইঞ্জিন, মেকানিক্যাল CVT এবং উচ্চ ক্ষমতার ব্যাটারি। এটিই আজ প্যারালাল হাইব্রিড নামে পরিচিত ব্যবস্থা। সিরিজ হাইব্রিডে ইঞ্জিন শুধুমাত্র জেনারেটর ঘোরায়, কিন্তু প্যারালাল আর্কিটেকচারে দুটি শক্তি উৎসই সরাসরি চাকায় অবদান রাখতে পারে; Frank এই কাঠামোকে মেকানিক্যাল দক্ষতা এবং উপাদানের আকারের বিবেচনায় পরিমাপযোগ্য সুবিধাসহ সমর্থন করেছিলেন।

তাঁর দৃষ্টিভঙ্গি গাড়ির বাইরেও বিস্তৃত ছিল। গ্রিড থেকে চার্জ হওয়া গাড়িটি পার্ক করা অবস্থায় গ্রিডে শক্তি দিতে পারত; vehicle-to-grid ধারণা এবং বাড়িকে শক্তি দেওয়ার vehicle-to-house পরিস্থিতি, Frank-এর প্রকল্পগুলিতে প্রাথমিক পর্যায় থেকেই গুরুত্ব পাওয়া দিকগুলি। তাঁর লক্ষ্য সম্পর্কে তাঁর নিজের সংজ্ঞাও উল্লেখযোগ্য: চূড়ান্ত লক্ষ্য ছিল নিখুঁত বৈদ্যুতিক গাড়ি নয়, বরং এমন একটি গাড়ি যা খরচের প্রায় দশ ভাগের এক ভাগ তরল জ্বালানি দিয়ে এবং বাকি অংশ সৌরবিদ্যুৎ দিয়ে পূরণ করে। এটি আজকের ব্যাটারি-বৈদ্যুতিক কেন্দ্রিক বর্ণনা থেকে স্পষ্টভাবে ভিন্ন একটি প্রকৌশল পছন্দ।

প্রভাব: প্যাটেন্ট, ছাত্র এবং একটি গবেষণা কেন্দ্র সৃষ্টিকারী কাজ

Frank-এর উৎপাদন কেবল প্রোটোটাইপেই সীমাবদ্ধ নয়। তিনি 35টিরও বেশি প্যাটেন্টের মালিক; তার মধ্যে 12টি UC Davis-এর মালিকানাধীন এবং PHEV প্যাটেন্টের সংখ্যা প্রায় 50-তে পৌঁছায়। সুনির্দিষ্ট উদাহরণগুলির মধ্যে একটি হল 1998 সালের হাইব্রিড গাড়ির জন্য চার্জ ডিপ্লিশন কন্ট্রোল পদ্ধতি সংক্রান্ত প্যাটেন্ট - প্লাগ-ইন হাইব্রিডের মূল কন্ট্রোল কৌশল।

তাঁর ছাত্ররাই সম্ভবত এই উত্তরাধিকারের সবচেয়ে দৃশ্যমান অংশ। শত শত ছাত্র অটোমোবাইল শিল্পে প্রবেশ করেছে; তার মধ্যে কেউ কেউ প্রথম সিরিয়ালি উৎপাদিত প্লাগ-ইন হাইব্রিডগুলির একটি Chevrolet Volt-এর ডিজাইনে কাজ করেছেন। Frank নিজেও 2010 সালের 21 ডিসেম্বর Volt-এর প্রথম মালিকদের একজন হয়েছিলেন - বছরের পর বছর যে ধারণার সমর্থন করেছিলেন তার বাণিজ্যিক পণ্যে রূপান্তর নিজের গ্যারাজে দেখা, একজন প্রকৌশলীর জন্য বিরল একটি সমাপ্তি।

Team FATE-এর সাতটি প্রমাণ-যান, ক্যালিফোর্নিয়ার নির্গমন আইনের শূন্য নির্গমন যানবাহনের লক্ষ্যমাত্রাকে প্লাগ-ইন হাইব্রিডকে অন্তর্ভুক্ত করার মতো পরিবর্তন করতে প্রভাব ফেলেছিল। 2006 সালে Frank, Efficient Drivetrains Inc. কোম্পানি প্রতিষ্ঠা করেন; UC Davis-এর প্যাটেন্ট এই কোম্পানিকে লাইসেন্স দেওয়া হয়। একই বছর, 2007 সালে UC Davis-এর পরিবহন গবেষণার অধীনে Plug-in Hybrid Electric Vehicle Research Center প্রতিষ্ঠিত হয় এবং প্রথম ভোক্তা গবেষণা শুরু হয়; 2010 সালে এর নাম বদলে PH&EV Research Center করা হয়।

প্রাপ্য আরেকটি নোট: বাজার 1999 সালের শেষে প্রথম আধুনিক হাইব্রিডগুলো দেখলেও - যদিও সেগুলো ব্রেকের শক্তিতে চার্জ হতো - Frank-এর কাছে এই উন্নয়ন ছিল একটি নিশ্চিতকরণ, একটি ন্যায্যতা প্রমাণের মুহূর্ত। ধারণাটি সঠিক ছিল; শুধু এর সময় এবং উপাদানগুলো তার জন্য অপেক্ষা করছিল।

বার্ধক্যেও যে প্রকৌশলী আঁকতে থাকেন: উত্তরাধিকার ও সংরক্ষণাগার

Frank 24 সেপ্টেম্বর 2023-এ 90 বছর বয়সে পৌঁছান; নার্সিং হোমে বসবাস করার পরেও তিনি কারিগরি নিবন্ধ লেখা এবং প্লাগ-ইন হাইব্রিড সমর্থন জোটগুলোকে সমর্থন দেওয়া চালিয়ে যাচ্ছেন। এই একগুঁয়েমি, নিবন্ধের শিরোনামের শব্দটির হুবহু প্রতিফলন: তাকে থামাতে পারেনি প্রকল্প বাতিলও নয়, বয়সও নয়।

তার উত্তরাধিকার এখন প্রাতিষ্ঠানিক রূপ নিচ্ছে। UC Davis Shields লাইব্রেরিতে, Frank এবং প্লাগ-ইন হাইব্রিড সমর্থনের অগ্রণী ব্যক্তিত্বদের একজন Felix Kramer কর্তৃক দান করা সংরক্ষণাগারসহ একটি প্লাগ-ইন ইলেকট্রিক যানবাহন গবেষণা সংগ্রহ প্রতিষ্ঠিত হচ্ছে। 1978–2012 সময়কাল জুড়ে বিস্তৃত, নয় লিনিয়ার ফুট আয়তনের এই সংগ্রহটি 2024 সালের শেষ নাগাদ গবেষকদের জন্য খুলে দেওয়ার পরিকল্পনা করা হয়েছিল; লাইব্রেরির লবিতে একটি প্রদর্শনীও পরিকল্পনায় রয়েছে।

এদিকে দীর্ঘ রেঞ্জের প্লাগ-ইন হাইব্রিডগুলোর আজকের আলোচনায় স্থানও Frank-এর দূরদর্শিতাকে নিশ্চিত করে: এই যানগুলো ব্যাটারি-ইলেকট্রিক যানবাহনের মতো নির্গমন সুবিধা দেয়, অথচ প্রায় চার গুণ কম সমালোচিত খনিজ ভোগ করে এবং গ্রিডের ওপর কম চাপ ফেলে। পঞ্চাশ বছরের একটি প্রকৌশল দাবি এখনও পরিমাপযোগ্য যুক্তিসহ আলোচনায় থাকা - এটিই Frank-এর অগ্রণী ভূমিকার সেরা সারসংক্ষেপ।

সূত্র

• In the 'Electrifying 100': Professor Andy Frank Recognized as 'Father of the Plug-In Hybrid'
• Shields to house archive of plug-in EVs
• Andrew A. Frank
• Plug-In Hybrid Electric Vehicle Research Collection, 1978-2012
• Dr. Andrew Frank - EAA-PHEV
• Biography – Frank, Andrew (UC Davis)