Кафедра Ваннаха: Зачерпнуть Солнца

Автор: Ваннах Михаил

Опубликовано 11 июля 2011 года

Энергию Солнца люди начали потреблять, когда людьми еще и не были. Солидно сидели на пальме или легкомысленно покачивались на лианах, жуя банан, накопивший энергию светила (на земле зевать не приходилось - по ней бродили киски, любившие побаловать себя прагоминидинкой). Потом гоминиды, по образу кошек, начали пользоваться еще более концентрированной энергией Солнца - мясом. Освоили охоту на ближних своих, что стимулировало развитее мозга. Открыли огонь - тоже энергия солнца, накопленная в древесине. Поплыли под парусом - опять она же, преобразованная в тепловой машине Земли в ветер. Запыхтели угольные пароходы - и это тоже Солнце, только былых эпох, накопленное в куске антрацита. Так что за исключением ядерных и экзотических термальных да приливных станций, вся наша технологическая цивилизация зависит от того же термоядерного реактора в небе, что и жизнь мартышек на лианах.

А с термоядом, синтезом легких элементов, что-то не выходит. Взрывной синтез научились осуществлять еще в 1952-м году (и он более полувека избавляет человечество от большой войны), но вот с управляемым что-то не заладилось. Может виновато недостаточное финансирование. Может - интриги углеводородного лобби. Энвироменталисты (не поворачивается язык звать их экологами, лучше уж чудовищный варваризм) и прочие зеленые призывают сосредоточиться на возобновляемых источниках энергии, вроде солнечных батарей и ветростанций, хотя запрудить равнинные реки Европы даже влиятельным зеленым слабо.

Серьезные же люди обращают внимание на низкую концентрацию энергии в системах, базирующихся на возобновляемых источниках энергии. Мачты ветряков в половину Эйфелевой башни - это действительно нечто... А заставить Сахару гелиоэнергетическими станциями, как до кризиса 2008 года мечтали европейцы, номер еще тот. Наставишь дорогущих батарей - а там местное население возьми да учини мальтузианскую революцию...

Вот одно из начал европейской учености - работы Архимеда и овеянная легендами осада Сиракуз. Город-государство успешно сопротивлялось военной машине набиравшего силу Средиземноморского гегемона. Взять Сиракузы удалось лишь благодаря измене.

Немалую роль в обороне города сыграли военные машины Архимеда, самой легендарной из которых было зеркало, с помощью которого ученый зажигал римские корабли. Долго это считалось легендой - на памятниках Архимед изображался со сферическим зеркалом, с помощью которого если и можно что-то поджечь, но на расстоянии не больше фута. Полагали, что в триеры кидали зажигательные снаряды, а луч солнца формировал прицельную метку, как современный лазерный целеуказатель. Но в 1973 году греческий инженер-энергетик Иоанн Саккас, по наущению историка Евангелоса Саккатиса, поставил эксперимент.

Семьдесят моряков, снабженных плоскими зеркалами в габарите медного щита, выстроившись в линию, подожгли модель античной триеры. Двух-трех секунд оказалось достаточным для того, что бы смоленый борт начал дымиться. Не гиперболоид инженера Гарина, конечно, но и у римлян же не было осаждавших Золотой остров супердредноутов (впрочем правдоподобность этой легенды вызывает большие сомнения - более современный эксперимент на эту тему показал, что фокусировка займёт слишком много времени, потребует современных зеркал и с половины указанного в легенде расстояния можно будет только поджечь парус, причём на всё это уйдёт уйма времени, так что в реальности это практически невозможно. - прим. ред.)...

Так вот. В ста пятидесяти миллионах километров от нас находится надежно функционирующий термоядерный реактор. Запасов топлива в нем еще на миллиарды лет. Мощность столь велика, что на каждый квадратный метр площади на земной орбите падает 1367 ватт. Это в космосе, на земле, на экваторе, в полдень - 1020 Вт. По мере увеличения широты и удаления от полдня величина эта падает. Плюс погода.

Человечество довольно давно уже умеет выводить грузы в космос. Фотоэлектрические батареи используются на космических аппаратах традиционно. Так что проекты космических энергостанций, с выведенными на орбиту солнечными батареями и микроволновыми передатчиками (представьте себе гибрид СВЧ-печки и спутниковой тарелки) обсуждаются регулярно. Но может быть пойти более простым путем, вспомнив опыт Архимеда?

Солнечным батареям в космосе несладко. То же солнце, что снабжает их энергией, выкидывает довольно большое число заряженных частиц. Которое вызывает их деградацию с той или иной скоростью... Плюс сложности с приемом микроволнового пучка, потери при преобразовании микроволн в переменный ток промышленных стандартов.

Возьмем же и ограничимся выведенными на орбиты зеркалами. Еще пионеры ракетной техники предлагали использовать их для уличного освещения городов. Парадокс однако - люди, вдохновленные идеей путешествий в междупланетных пространствах, норовили избавить сограждан от лицезрения звездного неба.

Но это одно зеркало - освещение. А если мы, по примеру греческого инженера, сосредоточим на одной точке "зайчики" от нескольких десятков зеркал? Так мы получим плотность энергии достаточную для работы промышленных энергоустановок. Не обязательно фотоэлектрических батарей. Могут быть и классические тепловые машины, паровые турбины, двигатели Стирлинга... Могут быть и термоэлектрические станции на эффекте Пельтье.

Космос имеет и преимущества. Зеркала могут быть там предельно малой толщины, из тончайших пленок. Придавать им нужную форму могут легчайшие и ажурнейшие конструкции. При сверхлегкости ориентировать их в космосе могут такие силы, как световое давление.

Большая часть нашей страны находится в высоких широтах. То есть - солнечная энергетика здесь малоэффективна. Но существуют и полярные орбиты. И точность ориентации космических зеркал может быть весьма высока. Какое-то количество их, работая в режиме высоких эллиптических орбит, сможет концентрировать энергию и в высоких широтах, превращая их в кусочки экватора. А терять (потери неизбежны в любой технической системе) лучше дешевую, всего лишь отраженную от пленочек-зеркал энергию солнечных зайчиков, нежели энергию, преобразованную в микроволны на дорогом оборудовании, выведенном на орбиту дорогими ракетами-носителями.

Критической технологией такой энергетикой будут вычисления. Задачи небесной механики в приложении к пространственным, предельно легким объектам. Учет всех возмущений, очень непростой... Учет изменений формы конструкций. Вычисление управляющих воздействий. Передача их исполнительным органам... Но все равно орбитальные зеркала окажутся дешевле орбитальных батарей и передатчиков. По сути дела они сопоставимы с одними лишь антеннами таких гипотетических комплексов.

Такие же системы могут использоваться и для регулирования погоды, и даже климата. Погреть одну точку, затенить другую. Но вот тут мы сталкиваемся с сугубо юридическими проблемами. Скажем, в США более полувека назад бушевали юридические страсти по поводу кражи дождей штатами друг у друга, после чего потеха эта (известная у нас под псевдонимом "разгон облаков") была запрещена. Так что воздействие на столь большую и столь хаотичную систему, как атмосфера Земли - проблема непростая не только с технической точки зрения. Будет у проблемы и военный аспект. Во всяком случае, для квазиколониальных войн, подобных ведущихся ныне в Ливии. Те, кто сейчас ограничивается бомбежками с воздуха, смогут "зажаривать" непокорные территории, самой что ни на есть экологически чистейшей энергией... Но пока человек остается человеком, отмены войн и преступлений не предвидится.

Сегодняшняя цивилизация пользуется энергией Cолнца, сконцентрированной во времени, минувшими геологическими эпохами, завещавшими нам уголь, нефть и газ. Поскольку исчерпание их неизбежно, то человечеству, видимо, придется перейти на каком-то этапе к концентрации солнечной энергии в пространстве, в космосе.