Константин Циолковский - Промышленное освоение космоса

Как видно, громадная Земля есть пустыня, с которой невозможно справиться человечеству. Его одолевают животные, растения и неорганическая природа. Он только тогда будет господином Земли, когда население возрастет в тысячи раз. Сейчас же ему стоит невообразимых, почти смертельных трудов эта борьба.

Мы показали, что население Земли и теперь, при самых шаблонных условиях, может возрасти в 300 раз. Необходимо только понимание вещей.

Общие источники земной энергии. Одной плодородной почвы мало. Нужен еще солнечный свет. Без энергии Солнца жизнь на Земле была бы невозможна. Энергия, отпущенная животным на Земле, состоит из солнечной энергии и энергии горения от остатков растений и животных в виде каменного угля и нефти. Это та же солнечная энергия, запасенная ранее, сотни миллионов лет тому назад.

Ничтожная часть солнечной энергии превращается в движение воды (водопады, реки, морские течения) и воздуха (ветры). Наибольшая часть ее, не совершив полезной для человека работы, превращается в тепло. Внутриатомная энергия пока недоступна.

Энергия земных недр и солнечного света. Итак, Земля имеет потенциальную энергию и кинетическую. Запасная энергия содержится в каменном угле и нефти. В недрах Земли и даже на ее поверхности имеем еще запасную химическую энергию. Например, мы знаем, что есть множество веществ в Земле, химическое или менее тесное соединение которых между собой может дать кинетическую энергию (теплоту и проч.). Кинетическая энергия Земли выражается внутренней теплотой, которая непрерывно возрастает по мере углубления или удаления от земной поверхности. Сначала температура повышается по 30° на каждую версту, потом все медленнее и медленнее. Во всяком случае, кроме тонкой земной корки в несколько десятков верст толщины вся масса Земли накалена до белого каления и выше. Мы не говорим о недоступной пока внутриатомной энергии, также об энергии движения Земли.

Пока главное значение для людей имеет только потенциальная энергия каменного угля и нефти. Но и та совершенно ничтожна по отношению к солнечной, непрерывно истекающей из Солнца. Только неумение пользоваться солнечной энергией делает временно значимой энергию ископаемых углей.

Обратимся же к солнечной энергии. Эта энергия чисто кинетическая, так как выражается микроскопическим движением эфирных волн и потоком частиц. И то, и другое невидимо и обнаруживается лишь наукой. Уже на Земле, вступая в атмосферу, падая на воду, на сушу, на растения и животных, она превращается в другие виды кинетической и потенциальной энергии.

Лучистая энергия Солнца источает: 1. Свет видимый и невидимый. 2. Теплоту (движение молекул и атомов). 3. Механическую энергию, то есть видимое движение твердых тел, жидких и газообразных (расширение, сжатие и поступательное движение воздуха и вод). 4. Электрическую энергию (атмосферное и вообще земное электричество). 5. Потенциальную энергию в форме растущих растений и животных.

Первые четыре вида составляют кинетическую энергию. По крайней мере половина лучистой энергии Солнца отражается от облаков, воздуха, воды и суши и уносится обратно и безвозвратно в пространство. Если бы этого не было, то средняя температура Земли была бы гораздо выше. На полюсах было бы тепло, а экваториальные страны были бы по жаре невыносимы для человека.

Вся годовая солнечная энергия, испускаемая на все планеты и мимо их, составляет 1,8×10 30тонно-метров (или 4,44×10 27тонно-градусов). На долю Земли приходится совершенно ничтожная часть, равная 8,6×10 20тонно-метров (0,02×10 20тонно-градусов). Эта часть в 2,23 миллиардов раз меньше всей энергии светила. На пару людей придется в год этой энергии 0,86×10 12тонно-метров (2×10 9тонно-градусов). На долю всех планет приходится в 10 раз больше, чем на долю Земли.

Сравним эту работу с работой ископаемого угля и нефти. На пару приходится в год не более 2 тонн ископаемого топлива. Они дают работу (8000-2,428) в 6 850 000 тонно-метров (16 000 тонно-градусов). Эта работа меньше солнечной в 125 000 раз. Значит, мы имели бы полное право пренебречь энергией ископаемого угля, если бы умели воспользоваться энергией Солнца.

Качество солнечной энергии. Солнечная энергия в отношении тепла ниже угольной, так как солнечное тепло рассеяно и концентрация его довольно хлопотна и экономически пока не оправдывается. То же верно и в отношении получения механической работы. Пока лучшее средство концентрации лучистой энергии — это растения.

Куда же эта чудовищная энергия девается, как используется человеком и как должна им использоваться? Мы видели, что половина отражается воздухом, облаками, морями, снегами и проч. Почти вся остальная превращается в теплоту, нагревая воздух, океаны и сушу. Только ничтожнейшая доля (не более 0,001) этой энергии обращается в потенциальную энергию растений и их плодов, необходимых для питания животных и человека. Такая же малая доля превращается в механическую энергию движения воздуха и вод.

Произведем сравнительную оценку солнечной энергии и потенциальной энергии ископаемого угля. Уголь может давать теплоту и механическую энергию. Пищу из угля мы пока получать не умеем. В отношении пищи солнечная энергия ценнее.

Энергия движущейся воды (водопадов) на пару людей составляет около 1,6×10 8тонно-метров. Она в 4,3 раза меньше работы ископаемого. Впрочем, используется только 8% работы воды (белого угля). Так что используемая работа водопадов в 34 раза меньше возможной наибольшей работы угля. Но работа водопадов в отношении механической работы гораздо выгоднее. Действительно, моторами используется примерно 10% энергии угля. Так что работа угля дает только в 3,4 раза больше, чем работа воды. Если бы использовали всю работу воды, что не за горами, то значение падения воды, в отношении механической работы, было бы даже в 3,7 раза больше, чем угля.

Труднее определить работу ветра. Поставим на каждые 10 аров поверхности суши по одной ветрянке. Тогда у нас получится на суше 150 миллиардов мельниц. Допустим, площадь мельничного круга в 100 м 2, средняя скорость ветра 5 м/сек. Теперь по известным формулам найдем, что работа каждой ветрянки в секунду составит 28 кг-м/сек, а работа всех — 4200×10 9 кг-м или 42 метрические силы. Эта воображаемая работа в 84 раза больше возможной работы водопадов и в 19 раз больше угольной. Если же принять во внимание, что уголь эксплуатирует только 10% энергии, то значение ветряной энергии будет в 190 раз значительнее. Но она рассеяна и концентрация ее еще далека от осуществления и дорога. Для мелкой промышленности она драгоценна и часто имеется под рукой, на каком-нибудь пригорке. Надо еще отметить достоинства ископаемого угля в сравнении с белым и голубым. Он работает на фабриках и заводах. Почти вся металлургия основана на каменном угле. Теперь, правда, стремятся совершать добычу металлов электрическими печами, что осложняет оценку угля. Уголь же дает и множество продуктов обихода и индустрии: краски, ароматы, масла, спирты, медикаменты и прочее. С другой стороны, энергия белого и голубого угля неисчерпаема, чего нельзя сказать про уголь черный. Все же полная энергия всех работ угля в 125 000 раз меньше полной энергии Солнца, отпущенной на долю Земли.