Юрий Чирков - Занимательно об энергетике

Ученые поставили вопрос: опасна ли ветряная, солнечная, геотермальная энергетика? Чепуха, скажет читатель, как могут быть опасными эти вроде бы экологически стерильные источники? Вот атом, с его радиоактивными отходами... А ведь дело спорное! Энергия солнца или ветра в своем первозданном виде рассеяна, не-концентрирована. Она требует громоздких и сложных устройств. В уране же или угле энергия, так сказать, сконденсирована. И чтобы освободить ее, необходимо гораздо меньше стали, бетона и других материалов. Вот исследователи и занялись подсчетом. Оказалось: по материалоемкости хуже всего обстоит дело у ветростанций (помянем Дон-Кихота!), а по затратам труда на каждый мегаватт не столь почетное первенство держат солнечные батареи.

Можно судить энергетику и по другим показателям. Всякое дело чревато риском: и оступиться можно, и буквально голову сломать. Так вот: если оценивать энергетику потерянными человеко-днями, то в лидеры тут выйдут уголь и нефть. И совсем недалеко от них окажется энергетика солнечная. Так что солнечная энергетика не так чиста, как кажется.

Но есть место, где царит вечное лето, где солнце сияет постоянно и щедро, где нет атмосферы, ослабляющей солнечные лучи, нет дня и ночи. Там можно использовать солнце, так сказать, на полную катушку, на все 100 процентов. Где расположен этот рай гелиотехников? Конечно же, в космосе!

Правда, космос тоже бывает разный. Для наших целей лучше всего выбрать так называемую геостационарную орбиту, удаленную от Земли на 35 800 километров. Ее период обращения ровно 24 часа, сутки! Тут предметы как бы зависают над Землей, стынут в недвижности.

Геостационарные или геосинхронные орбиты уже освоены: тут давно прижились трансляционные спутники связи. Сюда удобно поместить и гелиоэлектростанции.

Мы, люди, ощущаем тесноту Земли, ее крошечность и хрупкость. Но только космонавтам доступно иное ощущение — чувство бескрайности, беспредельности, неизмеримости космических просторов.

Тесно может быть на Земле, но не в космосе! Размещенная там солнечная батарея диаметром в 5 километров и дающая 5 миллионов киловатт электроэнергии (больше, чем Братская ГЭС!) при взгляде с Земли будет иметь такие же угловые размеры, как диск диаметром в 20 сантиметров с расстояния в 1 километр! Для космоса это песчинка!

И таких «песчинок» можно соорудить на геосинхронной орбите столько, сколько потребуется для полного обеспечения землян энергией.

Можно долго перечислять достоинства гелиостанций на орбите. Прежде всего поток солнечной радиации тут много больше, чем на Земле: выше в 15 раз (1,5 киловатта с квадратного метра). Площадку с солнечными батареями можно установить так, чтобы лучи солнца падали на нее оптимальным образом — вертикально.

В космосе не будет ни влаги, ни ветра, ни пыли. А они на Земле — досадная помеха для гелиоустановок. Кроме того, космос обладает привлекательными свойствами — невесомостью и глубоким вакуумом. Они позволят возводить гигантские инженерные сооружения с минимальными затратами материалов.

Гелиостанции вовсе не обязаны действовать в одиночку. Их симбиоз, скажем, с термоядерными установками даже очень желателен. (Для последних идеальный вакуум снимает проблему герметизации, а температура, близкая к абсолютному нулю, позволяет использовать сверхпроводящие магниты для удержания плазмы.)

Так вот, мыслим, к примеру, такой вариант. Гелиостанция дает энергию для мощной лазерной установки. А она, в свою очередь, будет инциировать процессы в установке термоядерной.

Конечно, рассуждать теоретически (на бумажный манер!) гораздо легче, нежели строить гелиоэлектростанции в космосе: туда прежде всего надо забросить с Земли тысячи тонн груза. Технических проблем немало (о них мы еще поговорим), но какие богатые перспективы сулят гелиостанции на орбите! Шесть таких станций мощностью в 10 миллионов киловатт каждая, как показывают оценки, могут полностью удовлетворить потребности в электроэнергии такой технически развитой державы, как Япония. 30—40 станций обеспечат энергией США.

Предтечи и проповедники

Можно подумать, что мысль о гелиоэлектростанциях лишь плод нашего времени: ничего подобного. Еще в глубокой древности человек с надеждой обращал свой взор к солнцу.

Извечное стремление завладеть хотя бы частицей колоссальной мощи солнца породило множество преданий и мифов в религиях всех народов.

Животворящий Ра — у древних египтян, веселый славянский бог Ярило, Гелиос и Аполлон — у античных греков и римлян.

Солнце подарило Земле жизнь. (К. Тимирязев говорил: «Человек вправе, наравне с самим китайским императором, величать себя сыном Солнца»), и, естественно, люди всегда питали к нему сыновние чувства, искали помощи и защиты. Однако тут было больше мистики, чем дела.

Но вот пришли времена Науки и Техники. В 1923 году в Калугу к К. Циолковскому пришло письмо от одесского школьника Валентина Глушко. Пятнадцатилетний подросток увлекся астрономией, мечтал о космических полетах.

А в 1928 году, всего пять лет спустя, будущий академик, тогда студент Ленинградского университета, В. Глушко создал дерзкий проект космического корабля, использующего для полета энергию солнечных лучей.

Гелиоракетоплан. Громадных размеров диск должен был собирать солнечную энергию и преобразовывать ее в электричество. Оно-то, а не химические источники энергии, по мысли Глушко, должно было привести в движение ракету, помещенную в центре этого диска-коллектора.

Это был первый проект, предусматривающий крупномасштабное использование космической солнечной радиации.

Понятно, в наши дни контуры подобных проектов стали более отчетливыми. Идея солнечных космических электростанций (СКЭС) была в 1968 году сформулирована Питером Глейзером, одним из крупнейших американских специалистов в области атомной энергии, бывшим президентом Международного общества по изучению солнечной энергии. В 1971 году Глейзер даже получил патент на эту идею. И другие страны проявили интерес к подобным проектам. В Европе, например, возможности СКЭС анализировали французская фирма «Дорнье» и немецкий концерн «Телефункен».

Подобные проекты обсуждаются и в Японии. Это понятно: Япония почти полностью лишена собственных ресурсов ископаемого топлива и целиком зависит от его импорта. В Японии разрабатывается широкая программа исследований по использованию новых источников энергии, получившая название «Солнечный свет». Она ставит задачу обеспечить «энергетическую независимость» страны. По этим планам до 2000 года будут израсходованы 3,5 миллиарда долларов. Причем значительная часть ассигнований выделена на разработки в области фотоэлектрической технологии.