Юрий Чирков - Занимательно об энергетике

Сейчас (особенно в США) идет острая борьба между сторонниками и противниками идеи Глейзера. Вначале эта концепция была воспринята довольно скептически. На нее смотрели лишь как на смелую футуристическую фантазию. Дело далекого будущего. Однако прошло 10 лет, и взгляды начинают изменяться. Сейчас группа из 25 американских промышленных и технических организаций учредила совет по проблемам СКЭС. Возглавил его Глейзер. Ближайшая цель совета — развертывание кампании за принятие в конгрессе законодательства, которое предусмотрело бы создание в министерстве энергетики специального отдела космических электростанций.

Ректенны и прочее

Ну хорошо: допустим, гелиостанции выведены на геостационарные орбиты. Потекли реки космической электроэнергии. Но как передать ее на Землю? Не по проводам же!

Лазерный луч — вот что первое приходит на ум. Однако реальнее, как показывают оценки инженеров, другой путь — сверхвысокочастотное излучение (СВЧ).

Ничто не ново на этой грешной Земле! Старые идеи становятся новинкой, порой даже сенсацией лишь тогда, когда появляется в них великая нужда. Лишь тогда давно, казалось бы, забытая мысль становится «открытием», откровением.

Идея передачи энергии без проводов связана с именем выдающегося электротехника серба Никола Тесла (1856—1943). Высказанная на заре XX века, она на многие десятилетия опередила необходимый уровень развития техники. Только в годы второй мировой войны работы по СВЧ получили мощный стимул — появилась радиолокация. Начали совершенствоваться методы генерации сверхвысоких частот, методы приема и методы когерентного излучения направленных пучков сантиметровых волн.

(Выбор длины волны, равной 10 сантиметрам, обусловлен тем, что такие электромагнитные волны почти не поглощаются земной атмосферой. Поэтому передача, скажем, энергии из космоса на Землю будет осуществляться практически без потерь.)

Электроника сверхвысоких частот находит сейчас применение во многих областях: в измерительной технике (осциллографы, усилители, фотоэлементы), кибернетике (автоматы, счетно-решающие устройства, стабилизаторы), в связи (радио, телевидение, радиолокация) и так далее. Но мы-то говорим о другом — о том, что можно было бы условно назвать «энергетической электроникой», или «электроникой больших мощностей».

У нас в СССР это новое направление в последние десятилетия вместе со своими сотрудниками успешно развивает академик П. Капица. Он первый (работа была начата еще в трудные послевоенные годы: 1946— 1952) заговорил о возможности промышленной трансляции по СВЧ-каналам больших количеств электроэнергии.

«Я хочу напомнить, — прозорливо писал П. Капица еще в 1962 году, когда о СКЭС еще и не думали, — что электротехника, прежде чем прийти на службу энергетике, в прошлом веке занималась широко только вопросами электросвязи (телеграф, сигнализация и прочее). Вполне вероятно, что история повторяется: теперь электроника используется главным образом для целей радиосвязи, но ее будущее лежит в решении крупнейших проблем энергетики».

П. Капица указал и основное преимущество СВЧ-энергетики: возможность сосредоточения большой электромагнитной энергии в малых объемах и исключительную гибкость, с которой происходит трансформация СВЧ-энергии в другие виды.

Уже сейчас на Земле, видимо, можно было бы перекачивать электричество по волноводам — трубам, проложенным под землей, подобно нефте- и газопроводам. Конечно, не все технические проблемы решены. Но главное препятствие не в этом.

Трудность та, что приходится конкурировать с уже созданной мощной электротехнической промышленностью. С этим колоссом, который, хотя решает аналогичные задачи и не столь совершенно и экономически менее рентабельно, прочно стоит на ногах, буквально врос в земной шар и не собирается уступать свои позиции.

Это соображение и перевешивает все плюсы электроники больших мощностей: высокие уровни мощности, отсутствие изоляторов, мачт и опор, малые потери, возможность расположения волноводов под землей с целью сохранения лесных и земельных угодий.

Пока, видно, на Земле конкуренция невозможна, но ведь есть еще и космос! Где традиционные способы передачи электроэнергии малопригодны либо и вовсе неприемлемы.

Передача энергии из космоса мыслится таким образом.

Прежде всего полученный на гелиостанции в фотоэлементах постоянный ток должен быть преобразован в электромагнитное излучение с длиной волны 10 сантиметров. В космосе также должно оборудовать передающую СВЧ-антенну километровых размеров.

Это в космосе. А на Земле потоки энергии примет ректенна (гибрид английских слов «rectifier» и «antenna» — выпрямитель и антенна). Они предназначены для одновременного приема СВЧ-колебаний и выпрямления их в постоянный ток.

Полученная так энергия (ректенна мощностью в 10 миллионов киловатт займет на Земле площадку диаметром в 7,4 километра), как полагают, будет частично использована для производства горючего (разложение воды электролизом на водород и кислород), алюминия и на потребу других энергоемких промышленных комплексов, частично же будет потреблена как электроэнергия.

Техническая сторона дела развивается успешно. Но тут, увы, есть еще и другая сторона — экологическая! Мощные пучки СВЧ-излучения (порядка 200 ватт на квадратный метр) не могут не сказаться на состоянии пронизываемых ими участков атмосферы и ионосферы. Это излучение, особенно в его высокочастотной части, довольно сильно поглощается молекулами воды и кислорода, что может вызвать локальный перегрев воздуха.

И не только это. А птицы? Что станется с ними, если Земля будет окружена поясом космических электростанций?

А самолеты и вертолеты? Точнее, их бортовая электронная аппаратура? Они могут выйти из строя. И зоны, пронизанные пучками СВЧ-излучений, превратятся в рукотворные бермудские треугольники! По-видимому, их придется окружить радиобакенами: они оповестят самолеты об опасности, направят в спасительный фарватер.

А человек? Воздействие СВЧ-излучений на центральную нервную систему? Эти вопросы еще плохо изучены, соответственно отсутствуют и мировые стандарты предельно допустимых доз.

Район приемной антенны займет территорию в 250 квадратных километров. Не вымрет ли здесь все живое? Правда, напрашивается простой выход: поднять решетку ректенны над Землей. Она почти полностью поглотит СВЧ-излучение, но пропустит до 80 процентов солнечного света и не задержит осадков. И вроде бы здесь можно будет разместить сельскохозяйственные угодья — пашни, пастбища, сады.

Конечно, СКЭС — это пока еще уравнения со многими неизвестными. Но будут ли они реализованы или нет, все равно земной энергетике не избежать, видимо, использования электроники больших мощностей (вспомним прогноз Капицы). Дело в том, что определенный смысл в будущем может иметь концентрация энергетических комплексов (ядерная энергетика, солнечная и т. д.) в удаленных малонаселенных местах. Тогда непременно возникнет проблема передачи больших количеств энергии через материки и водные массивы к потребителям.