Константин Циолковский - Промышленное освоение космоса

Механическая энергия, соответствующая такому (5000 кал) количеству тепла, составит более 2 000 000 килограмм-метров, т. е. она достаточная, чтобы в сутки поднять 1000 килограммов или тонну (61 пуд) на 2 километра (версты) высоты. В секунду квадратный метр дает около 0,06 калорий или 32 килограмм-метра.

На самом деле, вследствие постоянной облачности атмосферы, эта работа еще значительно менее. Почти вся она превращается в теплоту, и только примерно 1/5000 часть утилизируется и превращается в потенциальную энергию плодов, зерен, фруктов, овощей, древесины и других несъедобных частей растения. Были попытки непосредственно эксплуатировать солнечную энергию для кухонь, двигателей, прачечных и других технических целей. Употреблялись зеркала, стекла, тела темного цвета и т. п. Даже без зеркал температуру удавалось в приборе доводить до 100 и более градусов тепла, и все же серьезных применений пока не получали. С одной стороны, постоянные туманы и облачные дни наших стран, суровый климат, давали теплоту слабую и непостоянную, с другой стороны — не окупалась сложность аппаратов, с третьей — обилие топлива в виде растений, каменного угля, нефти и торфа делало применение его для нагревания гораздо дешевле и удобнее. Только в странах тропических и безоблачных можно еще думать о применении солнечных лучей к разным целям. Таковы: Египет, Сахара, Атакама и т. п. пустыни. Но они как раз пока не заселены и мало нуждаются в двигателях и тепле. При заселении их потребность в этих машинах увеличится. Там они могут дать огромную механическую работу.

В самом деле, калорические моторы могут утилизировать до 30% теплоты. Если мы допустим только 10% утилизации, так и то с каждого квадратного метра земли получим не менее двух килограмм-метров непрерывной работы днем и ночью. Если же ограничиться 8 часами, то 6 килограмм-метров, т. е. почти работу рабочего. А так как человеку приходится не менее 4 гектаров земли, то каждый может извлечь из Солнца работу 40 000 рабов на свою пользу. Разумеется, не под силу одному человеку построить один или несколько двигателей, занимающих 4 гектара пустыни. Если же допустить, что население увеличилось в 100 раз, то на душу придется 400 кв. метров. Пусть 3/4 этой земли пойдет на земледелие. Останется 100 кв. метров, которые могут дать работу 100 механических рабов в течение 8 часов.

Человек не умеет сейчас пользоваться химической энергией солнечных лучей, т. е. не может в аппаратах разлагать углекислоту и другие сложные тела на элементы, получать клетчатку, крахмал, белок и множество других необходимых человеку веществ. Если бы было такое умение, то получились бы великолепные результаты. Мы о них поговорим, когда будем разбирать таблицу солнечной энергии. Пока же эти химические работы совершаются посредством растений и животных.

Лучи Солнца могли бы человеком, с помощью двигателей, превращаться в механическую работу, а эта последняя легко бы давала энергию химическую, электрическую и т. д.; но пока известны только попытки это делать или очень незначительные применения.

Природа эту энергию частью рассеивает поверхностью почвы, воды, снегов и облаков, именно около 20%. (Так называемое альбедо для Луны принимается в 17,5%, для снега 78%, для белого песка 24%, для глины 16%, для облаков и воды — неизвестна. Для Земли, я лично, вычисляю 20%). Менее 80% превращается в теплоту почвы и воды, но, конечно, и эта теплота, в конце концов, почти целиком уходит в виде темных лучей в небесное пространство. Незначительная часть энергии солнечных лучей превращается в движение воздуха и воды, другая, тоже малая часть, идет на образование растений и животных. Но растения и животные, сгнивая, выделяют обратно эту энергию в небесное пространство. Однако малая доля растений не подвергается полному сгниванию, а образует залежи торфа и других полуистлевших растений, снесенных реками, океанами и засыпанных там песком, илом и морскими осадками. В древние времена эти запасы энергии накоплялись в большом количестве и образовали залежи каменного угля, нефти и торфа.

Будем говорить сейчас об энергии движущихся воздуха и воды. Для современного человека и эта работа громадна. Он пользуется ею и сейчас, но в незначительном размере. Ветряные и водяные мельницы, турбины и другие машины используют очень немного эту работу.

Можно пользоваться волнообразным движением воздуха и воды. Это только в зачатке. Больше всего пользуются поступательным движением воздуха и воды и, в особенности, падением воды в водопадах. Вода тут заменяет топливо и называется не без основания белым углем, вернее — прозрачным топливом.

Если принять среднее количество выпадающей воды в виде дождя в 100 сантиметров (предельное количество более 400 сантиметров), а высоту облаков в 1 километр, то работа, даруемая человеку на 1 квадратный метр поверхности земли, составит в год 1000 тонно-метров, или миллион килограмм-метров. В день будет 2800 килограмм-метров, т. е. только 1/700 или несколько более одной тысячной энергии лучей, доходящих до земной поверхности. Она не только сравнительно ничтожна, но и ее даже трудно использовать. Часть ее превращается в падение и движение воды и может быть использована, хотя и ее человек еще далеко не взял полностью. Абсолютно энергия падения дождей не мала: на одного жителя Земли ее приходится в секунду 3000 килограмм-метров, или непрерывная работа машины в 40 лошадиных сил. Все водопады дадут на долю одного человека много меньше. Но работа водопадов может быть легче использована, и для современного населения имеет большее значение. Для будущего же она чересчур ничтожна, так как население возрастет в сотни раз, и работа водопадов не будет достаточной для такого множества людей и их возросшей потребности в индустрии.

Энергия лучей накопляется в древесине и плодах растений. Древесина, сгорая и давая тепло, с помощью машин-двигателей превращается в механическую работу.

Плоды, годные как человеческая пища, также накопляют теплоту и энергию, проявляющуюся в животных и человеке.

По Тимирязеву, поле не утилизирует больше 1–2% солнечной энергии, но при лучших условиях, во время опытов, утилизация доходила до 5%, считая энергию всех частей растения — съедобных и несъедобных. А так как машины-двигатели пока не утилизируют более 30% энергии топлива, то этим путем мы не можем получить более 1,5% солнечной энергии, между тем как непосредственно солнечною теплотою можно утилизировать до 30%, т. е. в 20 раз больше. На практике поле дает лишь 0,02% утилизации. Так что, сжигая древесину в моторах и утилизируя 30% энергии, получим лишь 0,006%, или в 5000 раз меньше, чем непосредственно теплотою Солнца. Вот как невыгодна накопленная в древесине энергия в качестве двигателя!