От угля к космической энергетике
(Продолжение. Начало в № 36)
Конечно, представления и терминология автора романа Алексея Толстого (а «Гиперболоид инженера Гарина» написан в 1926-1927 годах) заметно отличается от современных. Под оливиновым поясом Алексей Николаевич, по-видимому, понимал верхний слой земной мантии (слой В), или астеносферу. Её вещество, по мнению современных учёных, действительно находится в почти расплавленном состоянии. Истоки вулканов, очаги магмы как раз там.
И вот сегодня возникла «сумасшедшая» идея построить магменную электростанцию. В некоторых местах магма находится на глубине «всего» четырёх-пяти километров. Кстати, Пётр Гарин в романе Алексея Толстого очень рассчитывал на это обстоятельство.
Преимущество магмы для получения энергии состоит в том, что она находится в постоянном движении и поэтому будет обеспечен непрерывный подвод тепла к теплообменнику. Кроме того, как подчёркивает кандидат технических наук Валерий Родиков, высокая температура магмы (около 1000 градусов по Цельсию) даёт возможность генерировать энергию с большим коэффициентом полезного действия.
И всё-таки Родиков приходит к довольно пессимистическому выводу:
«Прирученная человеком энергия подземного тепла, ветра, морских и океанских приливов, рек всё-таки не станет равноценной заменой земным горючим ископаемым. Конечно, это весомая прибавка в энергетическую копилку человечества, но она, в конечном счёте, не спасёт мир от энергетической катастрофы в будущем. Она только может отсрочить её» («Загадки звёздных островов», книга вторая, Москва, «Молодая гвардия», 1983 год, стр. 179).
Вот настала, казалось, эпоха АЭС, но аварии на них и вызванное этим радио-активное загрязнение обширных территорий изрядно напугали население некоторых стран, и сегодня атомная энергетика не столь уж сильно развита на планете, как это в своё время предполагал академик Пётр Капица.
Каспий на нефтяной игле
На таком фоне громче и бодрее зазвучали голоса сторонников традиционных видов энергии. Вновь муссируется тема «безграничных» запасов нефти в Каспийском море. Мол, настоящая их добыча ещё не началась. Пошла нефть с месторождения Кашаган, но это лишь капля в море…
Капля? Каспий и без грандиозных планов добычи углеводородов испытывает колоссальную техногенную нагрузку. Водолазы на дне Северного Каспия обнаружили обширные кладбища тюленей, в массовых масштабах гибнет птица, а рыба и подавно. Авария на Тенгизском месторождении в 1987 году привела к тому, что косяки осетровых не пошли на нерест в Урал. А тут оказывается, что каспийский нефтяной пирог даже резать толком не начали. А нефтяная добыча в XIX и XX веках – это «каменный век», только прелюдия к настоящему освоению нефтяных богатств Каспия.
Супертехнологии, инновации, международная интеграция, всякого рода «мультимодальные хабы» – это и многое другое будет задействовано (и частично уже задействовано сегодня) для выкачивания и быстрейшей транспортировки каспийской нефти. Авария в Мексиканском заливе, загрязнение его разлившейся нефтью привела к грандиозной экологической катастрофе, последствия которой будут сказываться ещё десятилетия. А тут Каспий, замкнутый водоём. Авария, подобная «мексиканской», вообще может погубить его. Тут бы снизить нефтедобычу, в крайнем случае, стабилизировать, упорядочить, но не превращать море в частокол нефтяных вышек. Лучше бы с таким рвением боролись с браконьерством на Каспии!
Лишь на несколько дней в году на море становится относительно тихо: когда проводятся военно-морские учения. Особенно российской Каспийской флотилии, как самой мощной и боеспособной на этом водоёме. Когда же в начале «нулевых» на Каспии состоялся невиданный сбор-поход с участием кораблей и авиации России, Казахстана и Азербайджана, такая тишина, как уверяли СМИ, усилилась настолько, что аж в ушах зазвенело… Закончилось мероприятие, отсиделись браконьеры на своих базах, и всё вернулось на круги своя…
Как ни крути, время горючих источников энергии заканчивается. Не случайно взоры прогрессивно мыслящих учёных всё чаще обращаются в космос. Речь не только о Луне, как источнике гелия-3 в качестве топлива для АЭС.
Солнечное время
В космосе безбрежное море солнечных лучей, источник практически неисчерпаемой энергии. Только за минуту Солнце посылает её столько, сколько за полтора года вырабатывают все электростанции мира. Количество солнечной энергии на единицу поверхности в космосе в 10 раз больше, чем на Земле. Там нет экранирующего влияния атмосферы, облачности, туманов. Кроме того, космическая энергетика экологически самая чистая. Но чтобы создать в космосе промышленные солнечные электростанции, предстоит решить множество проблем.
Существующие сегодня преобразователи солнечной энергии в электрическую, которыми оснащается большинство космических аппаратов, работают на принципе фотоэффекта, происходящего в кремниевых пластинах при освещении их солнечными лучами. КПД кремниевых преобразователей – 10-12%. В итоге с одного квадратного метра солнечной батареи можно снять максимум 140-170 ватт электроэнергии.
Учёные рассчитали: если мы хотим получить в космосе 10 миллионов киловатт (а именно такие мощности считаются сегодня наиболее рентабельными), то площадь нашей солнечной батареи должна составлять 60-70 квадратных километров. Развернуть такую панель в космосе – задача сложная.
Один квадратный метр солнечной батареи с учётом веса конструкции сегодня весит 5-10 килограммов. Следовательно, электростанции мощностью в 10 миллионов киловатт будут весить от 300 тысяч до 600 тысяч тонн. А ведь таких электростанций нужны тысячи.
Для выведения на околоземную орбиту одного килограмма полезного груза жидкостной ракетой потребуется 30 килограммов ракетного топлива. Для выведения груза на стационарную орбиту, где и предполагается разместить солнечные электростанции, топлива потребуется в несколько раз больше. Согласно расчётам, количество топлива для доставки одной космической солнечной электростанции (КСЭ) на синхронную орбиту достигает десятков миллионов тонн. Воистину астрономические цифры! Где взять столько топлива? Во что это обойдётся?
Результаты дальнейших расчётов повергают просто в ужас. Оказывается, для выведения с помощью ракет на углеводородном топливе грузов для 1000 КСЭ надо сжечь топлива, сопоставимого по массе … с количеством углекислого газа в атмосфере Земли. Попадание такого количества продуктов сгорания в земную атмосферу по экологическим соображениям просто недопустимо!
Сложной остаётся сегодня и задача транспортировки полученной в космосе электроэнергии на Землю. Возник совсем не шуточный вопрос: по какому принципу должна осуществляться передача столь огромного количества энергии с высоты 36 тысяч километров с приемлемыми энергетическими потерями и экологическими издержками?
Энергетики убеждены, что рациональнее использовать микроволновое излучение. Для этого на станции должны быть установлены специальный преобразователь электроэнергии в микроволновое излучение и передатчик с остронаправленной антенной на Земле – приёмник излучения диаметром в несколько километров и преобразователь волн в промышленную энергию.
Не ясно, однако, как скажется на экологической обстановке длительное воздействие микроволнового облучения поверхности Земли, повлияет ли оно на работу наземных электронных устройств – радиолокаторов, компьютеров, средств связи, не разрушится ли озоновый слой, не изменятся ли ионо-сфера и магнитосфера планеты?
Поэтому другая группа учёных предложила использовать для передачи энергии на Землю лазерный луч. Его применение позволит заметно снизить размеры приёмных антенн – до нескольких десятков метров в диаметре и соответственно уменьшить неблагоприятное воздействие излучения на природную среду.
Сегодня в России, США, Китае, некоторых странах Европы решается комплекс сложнейших вопросов вывода на орбиту и начала промышленной эксплуатации КСЭ. Это создание специализированных буксиров (модификации американских «шаттлов» и советского корабля многоразового использования «Буран»), сборка космической электростанции, монтаж на огромной площади миллионов фотопреобразователей, организация работы на орбите сотен монтажников, создание специализированного инструмента.
Прорабатываются и другие вопросы: как обеспечить поддержание таких огромных сооружений в заданных точках стационарной орбиты, их постоянную ориентацию на Солнце, температурный режим станций, замену выработавших ресурс фотоэлементов, безопасность обслуживающего персонала от микроволнового или лазерного излучения…
Проблемы предстоит решать действительно сложнейшие. Сделать это одной стране будет не по силам, только с помощью международной кооперации. С этой точки зрения проект создания КСЭ имеет и политический подтекст: он должен и может стать важным фактором объединения человечества, прекращения войн и военных конфликтов.
По мнению одного из создателей космической техники космонавта Константина Феоктистова, создание солнечных электростанций на орбите – один из самых перспективных путей получить от космической техники весомую отдачу в интересах всего человечества, сделать космонавтику высокорентабельной сферой хозяйственной деятельности землян.
(Окончание следует)
