Грани нетрадиционной энергетики

В перспективе подобные устройства могут быть использованы как усилители в будущих оптических ЭВМ. Пока же они проходят испытания в научных лабораториях.  

ÊÎÃÄÀ ÏÎÑÐÅÄÍÈÊÈ ÍÅ ÍÓÆÍÛ  

Всегда ли нужно ломать голову каким образом преобразовать свет в нужный нам вид энергии? Фотоны без каких-либо посредников «сами по себе» поглощаются атомами и в конечном счете увеличивают тепловую энергию вещества. Надо только сумåòü âîñïîëüçîâàòüñÿ äàðîâûì òåïëîì, è òîãäà íå íóæíî áóäåò òðàòèòü äåôèöèòíóþ ýëåêòðîýíåðãèþ (à ìû óæå çíàåì, ÷òî è ñîëíå÷íàÿ ýëåêòðîýíåðãèÿ íåäåøåâà), äîïóñòèì, íà îáîãðåâ ïîìåùåíèé,

Улавливают и переносят солнечное тепло к месту использования коллекторы. Ïðîñòåéøèé ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé òåïëîîáìåííèê, â êîãî" ðîì öèðêóëèðóåò æèäêîñòü. Ñâåðõó îí ïîêðàøåí â ÷åðíûé öâåò, ÷òîáû ëó÷øå ïîãëîùàòü ñîëíå÷íîå èçëó÷åíèå, è çàêðûò ñòåêëîì, íå ïðîïóñêàþùèì èíôðàêðàñíûå - òåïëîâûå ëó÷è. Ïîñêîëüêó ìàêñèìóì èçëó÷åíèÿ Ñîëíöà ïðèõîäèòñÿ íà âèäèìóþ ÷àñòü ñïåêòðà, íåõèòðîå óñòðîéñòâî ïîãëîùàåò íàìíîãî áîëüøå ýíåðãèè, ÷åì îòäàåò â ïðîñòðàíñòâî. Îíî àêêóìóëèðóåò òåïëî, êîòîðîå òåïëîíîñèòåëü (÷àùå âñåãî âîäà, òåêóùàÿ ïî òåïëîîáìåííûì òðóáàì) ïåðåäàåò ïîòðåáèòåëþ.

Êàê ïðàâèëî, êîëëåêòîðû íèêòî íå ïîâîðà÷èâàåò âñëåä çà Ñîëíöåì. Èõ çàêðåïëÿþò æåñòêî, îðèåíòèðóþò íà þã è óñòàíàâëèâàþò ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó, ðàâíûì óãëó øèðîòû ìåñòíîñòè.

Солнечное тепло «малокалорийно», оно рассеяно. Весьма заманчиво снабдить коллекторы концентраторамè. Åñëè ýòî áîëüøèå ïàðàáîëè÷åñêèå çåðêàëà, ñ èõ ïîìîùüþ ìîæíî èñïàðÿòü âîäó è ðàçîãðåâàòü ïàð

до высоких температур. Постепенно уже немало гелиостанций, на которых ток вырабатывается генераторами, вращаемыми паровой турбиной (как видите, без электроэнергèè âñå-òàêè íå îáîøëîñü). Ñîëíöå, êðîìå òîãî, ïëàâèò ìåòàëëû, â ãåëèîïå÷àõ ïîëó÷àþò îñîáî ÷èñòûå õèìè÷åñêèå âåùåñòâà. Âïðî÷åì, ãåëèî- òåõíîëîãèè - ýòî òåìà îòäåëüíîé ñòàòüè. Ìû æå îñòàíîâèìñÿ íà áûòîâîì èñïîëüçîâàíèè ñîëíå÷íîé òåïëîâîé ýíåðãèè.

Одна из поñëåäíèõ ðàçðàáîòîê - òðóá÷àòûé êîëëåêòîð ñ êîíöåíòðàòîðîì òèïà ïðèçìàêîí. Îí ñîñòîèò èç ñòåêëÿííûõ öèëèíäðè÷åñêèõ òðóáîê, â êîòîðûå íà ïîëîâèíó ðàäèóñà áûë çàëèò ðàñïëàâëåííûé îïòè÷åñêè ïðîçðà÷íûé êðåìíèé - îðãàíè÷åñêèé êàó÷óê. Êîãäà îí çàòâåðäåë, ïîëó÷èëñÿ âñòðîåííûé â òðóáêó ïðèçìàòè÷åñêèé êîíöåíòðàòîð.

Кстати, сама трубка - это тоже концентратор (цилиндрический). Предположим, она пуста (призматический концентратор мысленно убираем). Фокальная плоскость оставшегося цилиндрического концентратора - есть поïåðå÷íîå ñå÷åíèå òðóáêè. Åñëè ïóñòèòü âäîëü ýòîé ïëîñêîñòè òåïëîíîñèòåëü, ïîëó÷èì óïëîòíåíèå ýíåðãèè, ðàâíîå, îòíîøåíèþ äèàìåòðà öèëèíäðè÷åñêîãî êîëëåêòîðà ê âûñîòå òåïëîîáìåííûõ òðóáîê.  ÷àñòíîñòè, äëÿ êîëëåêòîðà ôèðìû «Ôèëèïñ» êîýôôèöèåíò êîíöåíòðàöèè òåïëîâîé ýíåðãèè ðàâåí 2. Âûñîòà òðóáîê â íåì ðàâíà ðàäèóñó öèëèíäðè÷åñêîãî êîëëåêòîðà.

Теперь нетрудно посчитать, что коэффициент концентрации у коллектора с призмаконом в два раза больше, чем у коллектора фирмы с «Фнлипс», ибо все попавшие в призмакон лу÷è óæå íå ìîãóò åãî ñ ïîêèíóòü èç-çà ïîëíîãî âíóòðåííåãî îòðàæåíèÿ è óñòðåìëÿþòñÿ ê ñîáèðàþùåé ïîâåðõíîñòè, âûñîòà êîòîðîé - âñåãî ïîëîâèíà ðàäèóñà öèëèíäðè÷åñêîãî êîëëåêòîðà. Âîäà, öèðêóëèðóþùàÿ â òàêîì êîëëåêòîðå, ìîæåò çàêèïåòü. Îïûòû ýòî ïîäòâåðæäàþò...  

ÏÐÎÌÛØËÅÍÍÛÉ ÔÎÒÎÑÈÍÒÅÇ 

По масштабам использования солнечной энергии нам еще далеко до растений. Ежегодно в деревьях,  кустарниках, траве, водорослях на- с капливается 3 х 10 ²¹ Äæ çàêîíñåðâèðîâàííîé ñ ïîìîùüþ ôîòîñèíòåçà ýíåðãèè. Ýòî â 10 ðàç áîëüøå òîãî,  ÷òî òðàòèòñÿ çà òîò æå ñðîê ÷åëîâå÷åñòâîì.

Заманчиво, конечно, использовать с живой фотохимический потенциал. Однако не губить же зеленые богатства планеты? Нужно создавать в энергетические плантации. В будущем, видимо, после решения продовольственíîé ïðîáëåìû áûñòðîðàñòóùèå âèäû ðàñòåíèé ñòàíóò âûñàæèâàòü ñïåöèàëüíî «íà îòêîðì» ìèêðîîðãàíèçìàì è â ðåçóëüòàòå èõ æèçíåäåÿòåëüíîñòè ïîëó÷àò öåííîå òîïëèâî - ìåòàí.

Впрочем, КПД фотосинтеза растений очень мал - в среднем 0,1 %. Есть другие перспективные íàïðàâëåíèÿ áèîãåëèîýíåðãåòèêè. Íàïðèìåð, íåñêîëüêî ëåò íàçàä îòêðûòî ÿâëåíèå áèîôîòîëèçà - ðàçëîæåíèå âîäû íà âîäîðîä è êèñëîðîä ïîä äåéñòâèåì ñîëíå÷íîãî ñâåòà ïðè àêòèâíîì ïîñðåäíè÷åñòâå âûäåëåííûõ èç ðàñòåíèé ôîòîñèíòåçèðóþùèõ âåùåñòâ. Äðóãîé íåîáõîäèìûé êîìïîíåíò - ôåðìåíò ãèäðîãåíåçà, èìåþùèé ñðîäñòâî ê àòîìàì âîäîðîäà. Èìåííî îí «óáåæäàåò» ôîòîñèíòåçèðóþùèå âåùåñòâà ïðèñòóïèòü ê ãèäðîëèçó. Çàäà÷à èññëåäîâàòåëåé - íàó÷èòüñÿ ñîçäàâàòü óñëîâèÿ, ïðè êîòîðûõ ýòîò ïðîöåññ èäåò ñòàáèëüíî. Âåäü èçúÿòûå èç êëåòêè õëîðîïëàñòû áûñòðî ðàçðóøàþòñÿ íà ñâåòó.

Довольно хорошо отработаны микробиологические способы разложения воды. Открыты и уже используются микроорганизмы, результат жизнедеятельности которых - водород. В специальных емкостях для них размножают корм - ìèêðîñêîïè÷åñêèå âîäîðîñëè îïðåäåëåííûõ âèäîâ. Âîäîðîñëè ïîãëîùàþò ñîëíå÷íûé ñâåò, îñóùåñòâëÿþò ôîòîñèíòåç, à ìèêðîîðãàíèçìû, ïîåäàþùèå èõ, ðàçëàãàþò âîäó, âûäåëÿþò âîäîðîä.

Водород - это экологически чистое химическое топливо. При его сгорании получаетсÿ èñõîäíûé ïðîäóêò - âîäà. Ýíåðãåòè÷åñêèé êðóãîâîðîò âîäû ìîæåò ïðîäîëæàòüñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà ñâåòèò Ñîëíöå.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ НА ОРБИТЕ, А ЕЩЕ ЛУЧШЕ...

НА ЛУНЕ !!! 

      Ïðèðîäà ïðåïîäíåñëà íàì, çåìëÿíàì, óäèâèòåëüíûé ïîäàðîê - Ñîëíöå. Åãî ýíåðãèè âïîëíå õâàòÿò íå òîëüêî ÷òîáû îáîãðåòü íàøó ïëàíåòó, íî è ââîëþ íàïîèòü ýëåêòðè÷åñòâîì. Òîëüêî âîò ýíåðãèþ äíåâíîãî ñâåòèëà íàäî áðàòü íå ñ ïîâåðõíîñòè Çåìëè, ãäå óñëîâèÿ ÷àùå âñåãî íåíàäåæíû, à ñ îêîëîçåìíîé îðáèòû, ãäå Ñîëíöå ñâåòèò êðóãëîñóòî÷íî, äà è ïëîòíîñòü ýíåðãèÿ ïî÷òè â 15 ðàç âûøå.

Идея создания орбитальных электростанций - не новость. Впервые ее высказал в печати еще в 1960 году наш соотечественник П. А. Варваров, а позже поддержал американец П.Е.Гпейзер.

      Специалисты проанализировали как  äîñòîèíñòâà, òàê è íåäîñòàòêè ñïîñîáà ïîëó÷åíèÿ ýíåðãèè. ×òîáû ïðåîáðàçîâàòü ñâåò â ýëåêòðè÷åñòâî è ïåðåïðàâèòü åãî íà Çåìëþ, íåîáõîäèìî  äîñòàâèòü íà îðáèòó è ðàçâåðíóòü òàì îãðîìíûå êîíñòðóêöèè ñîëíå÷íûõ ýëåìåíòîâ. Ïî ïðåäâàðèòåëüíûì ðàñ÷¸òàì, èõ ïëîùàäü äîëæíà ñîñòàâëÿòü 100 êâàäðàòíûõ êèëîìåòðîâ è áîëåå.

      В космос предстоит “забросить” десятки тысяч тонн грузов. Но ни одноразовые носители типа современных ракет, включая наиболее совершенный “Протон”, ни многоразовые “шаттлы” сегодня с такой задачей не сïðàâëÿþòñÿ.

      Да и как передавать получаемую энергию на Землю? В 1965г. провели такой эксперимент. С одной горной вершины на другую была передана электроэнергия с помощью СВЧ-излучения. Правда, ее хватило лишь на то, чтобы зажечь... гирлянду лампочек. Но амåðèêàíñêèå èíæåíåðû ïîëàãàþò, ÷òî êîíöå XXI ñòîëåòèÿ òàêèì ñïîñîáà ìîæíî áóäåò òðàíñïîðòèðîâàòü 100 ÒÂò ýëåêòðîýíåðãèè! Îäíèì ñëîâîì, öåëóþ Íèàãàðó!

Но не выгоднее ли и проще строить солнечные электростанции на Луне? Анализ поверхностного слоя грунта нашеãî ñïóòíèêà, äîñòàâëåííîãî áåñïèëîòíûìè êîñìè÷åñêèìè àïïàðàòàìè, “Ëóíà” è ïèëîòèðóåìûìè ýêñïåäèöèÿ. «Àïîëëîíîâ», ïîêàçàë, ÷òî îí ìîã áû ïîñëóæèòü íå òîëüêî ñòðîèòåëüíûì ìàòåðèàëîì äëÿ ýïåêòðîñòàíöèè, íî è òîïëèâîì äëÿ äâèãàòåëüíûõ óñòàíîâîê ìåæîðáèòàëüíûõ áóêñèðîâ. Ñ ó÷åòîì ýòî â íàñòîÿùåå âðåìÿ ðàññìàòðèâàþò ìèíèìóì òðè âàðèàíòà ýíåðãîñíàáæåíèÿ Çåìëè èç êîñìîñà.

В одном из них предусматривает развертывание сотен сравнительно не больших солнечных электростанций (мощностью до 10 ГВт) на геостационарной орбиòå. Íà Ëóíó æå â òàêîì ñëó÷àå äîñòäàïÿåòåÿ òîëüêî ãîðíîäîáûâàþùåå îáîðóäîâàíèå è êîìïëåêñ äëÿ ïåðåðàáîòêè ãðóíòà. Èçãîòîâëåííûå òàì ýëåìåíòû ñòàíöèè òðàíñïîðòèðóþòñÿ îðáèòó ñ ïîìîùüþ ìíîãîðàçîâûõ áóêñèðîâ, ðàáîòàþùèõ íà òîïëèâå, âûðàáàòûâàåìîì èç ëóííîãî ãðóíòà. Ïðè ýòîì ëóííûõ ðàêåò-íîñèòåëåé ïîíàäîáèòñÿ 35 ðàç ìåíüøå ïî ñóììàðíîé ìàññ ÷åì íàçåìíûõ.

Есть и такой вариант: на поверхности Луны строятся крупногабаритные энергоизлучающие СВЧ-станции с питанием антенных решеток от фотоэлектрических преобразоватåëåé. Ïðè ìîùíîñòè êîìïëåêñà äî 1 ÃÂò ãàáàðèòû àíòåíí ìîãóò äîñòèãàòü 100 êì. Íà îêîëîëóííûå îðáèòû âûâîäÿòñÿ îòðàæàòåëè ñîëíå÷íûõ ëó÷åé, à íà îêîëîçåìíûå - ÑÂ×-îòðàæàòåëè. Ñ èõ ïîìîùüþ ýíåðãèÿ ïåðåäàåòñÿ â ëþáîé ðàéîí Çåìëè.

При сооружении такой системы íå ïîíàäîáèòñÿ ïåðåïðàâëÿòü áîëüøîå êîëè÷åñòâî ãðóçîâ ñ Ëóíû íà îêîëîçåìíóþ îðáèòó, õîòÿ ìàñøòàáû ðàáîò âñå æå áóäóò íåìàëûå. Äëÿ ðàçâåðòûâàíèÿ êîìïëåêñîâ ñóììàðíîé ìîùíîñòüþ 10 ÒÂò ïîòðåáóåòñÿ â òå÷åíèå 30 ëåò ïåðåðàáîòàòü îêîëî 300 ìëí. ò ãðóíòà íà Ëóíå ê ñîçäàòü îêîëî 200 ìëí. ò êîíñòðóêöèè íà îðáèòàõ Çåìëè è åå ñïóòíèêà. Äîñòîèíñòâî äàííîãî ïðîåêòà - ïðèíöèïèàëüíàÿ âîçìîæíîñòü ïåðåäà÷è ýíåðãèè ñ Ëóíû óçêîïðèöåëüíûìè ïó÷êàìè çà ñ÷åò áîëüøèõ ðàçìåðîâ ïåðåäàþùèõ àíòåíí.

Наконец, прогнозируется также строиòåëüñòâî íà Ëóíå ïðîìûøëåííîãî êîìïëåêñà ïî äîáû÷å ãåëèÿ-3, êîòîðûé ëèáî áóäåò ïåðåïðàâëÿòüñÿ íà Çåìëþ, ãäå ñ åãî ïîìîùüþ íà òåðìîÿäåðíûõ ýëåêòðîñòàíöèÿõ ñ ýêîëîãè÷åñêè ÷èñòûì öèêëîì ñòàíóò âûðàáàòûâàòü ýëåêòðîýíåðãèþ, ëèáî èñïîëüçîâàòü â ïîäîáíûõ æå ðåàêòîðàõ íà Ëóíå, à óæ ïîëó÷åííóþ ýíåðãèÿ ïåðåïðàâëÿòü íà íàøó ïëàíåòó. Ýòîò âàðèàíò ïðèâëåêàòåëåí åùå è òåì, ÷òî ïðè ïðîèçâîäñòâå ãåëèÿ-3 ïîïóòíî ïîëó÷àþò âîäîðîä, âîäó, ìåòàí, àçîò è äðóãèå âåùåñòâà, íåîáõîäèìûå äëÿ æèçíåîáåñïå÷åíèÿ ëóííûõ êîìïëåêñîâ îáèòàòåëåé.

Ñ ×ÅÃÎ ÍÀ×ÀÒÜ?  

Подобные проекты, понятное дело, осуществить непросто, даже при широком международном сотрудничестве. Поэтому разработчики разбили их на несколько этапов.

В 2000 - 2015 годах после завершения научно-исследовательских работ предполаãàåòñÿ ðàçâåðíóòü ñèñòåìû îñâåùåíèÿ, ýíåðãî- è òåïëîñíàáæåíèÿ îòäåëüíûõ ðàéîíîâ Çåìëè èç êîñìîñà, à òàêæå íàëàäèòü òðàíñïîðòíóþ êîñìè÷åñêóþ ñèñòåìó ïî ìàðøðóòó Çåìëÿ - Ëóíà - Çåìëÿ äëÿ îáñëóæèâàíèÿ ïåðâîãî ïîñåëåíèÿ ëþäåé íà Ëóíå ñî ñìåííûì ýêèïàæåì ÷èñëåííîñòüþ äî 10 ÷åëîâåê.

Кроме того, на низкой орбите (высота 1000 км, наклонение 97 градусов) создаются солнечные космические электростанции (СКЭС) мегаваттной мощности.

СКЭС массой порядка 100т. нетрудно вывести на орбиту с помощью ракетоносителя «Энергия» è äîðàçãîííîãî áëîêà. Äâóõ òàêèõ ñòàíöèé äîñòàòî÷íî, ÷òîáû îáåñïå÷èòü ýíåðãèåé íåñêîëüêî ïîñåëêîâ â òðóäíîäîñòóïíûõ ðàéîíàõ Çàïîëÿðüÿ èëè Ñèáèðè ëèáî ïèòàòü ìíîæåñòâî ìàÿêîâ, ìåòåîñòàíöèè, áóåâ, èñïîëüçóþùèõ íûíå íåáåçîïàñíûå ðàäèîèçîòîïíûå èñòî÷íèêè.

      СÊÝÑ áóäóò ðàáîòàòü ïî íàêîïèòåëüíîé ñõåìå. Ñîëíå÷íàÿ ýíåðãèÿ, ïåðåâîäèìàÿ â ýëåêòðè÷åñêóþ, ñîáèðàåòñÿ â àêêóìóëÿòîðàõ èëè êîíäåíñàòîðàõ, à çàòåì ïåðåäàåòñÿ ïîòðåáèòåëþ â âèäå ÑÂ×-ýíåðãèè çà òå 7 - 8 ìèíóò, ïîêà ñòàíöèÿ ïðîëåòàåò â ïðåäåëàõ ïðÿìîé âèäèìîñòè.

      На следующем этапе - в 2015 - 2030 годы получит дальнейшее развитие система ночного освещения земных населенных пунктов “космическим“ электричеством. Откроется возможность подачи его в районы стихийны бедствий, где нарушено энергоснабжение. Предполагаютñÿ èñïûòàíèÿ ïåðâûõ òðàíñïîðòíûõ ñðåäñòâ (ñêàæåì, ñàìîë¸òîâ), êîòîðûå áóäóò ïîëó÷àòü ýíåðãèþ íåïîñðåäñòâåííî èç êîñìîñà.

      Наконец, после 2030 г. можно ожидать заметного повышения мощности лунной базы. И со временем она сможет полностью обеспечивать энергиåé âñþ íàøó ïëàíåòó.  

È ÏËÞÑÛ, È ÌÈÍÓÑÛ . 

      Журналистов, присутствовавших на пресс-конференции, интересовало: а не повлияют ли пагубно на все живое предлагаемые способы передачи энергии из космоса мощнейшими пучками энергии?

      Академик А-С-Коротеев поясниë, ÷òî ó÷åíûå ðàññìàòðèâàþò äâà âàðèàíòà ïåðåäà÷è ýíåðãèè - ïî ëàçåðíîìó èëè ÑÂ×-ïó÷ó. ßïîíñêèå èññëåäîâàòåëè îòäàþò ïðåäïî÷òåíèå ïåðâîìó, íàøè - âòîðîìó. ÊÏÄ ëàçåðíûõ ñèñòåì â ëó÷øåì ñëó÷àå ñîñòàâëÿåò 15 - 20%, à ÑÂ×-ñèñòåì - äî 90%. Ê òîìó æå ïðîèçâîäñòâî ëàçåðîâ òåõíîëîãè÷åñêè ñëîæíåå.

      Правда, СВЧ-пуч порождает в атмосфере ионизированные каналы, но ведь от ионизации можно получать и пользу, например, выжигая фреон в ионосфере и тем самым уменьшая «парниковый» эффект.

Что же касается вредного воздействèÿ èçëó÷åíèÿ íà íèæíèå ñëîè àòìîñôåðû è íåïîñðåäñòâåííî íà ïîâåðõíîñòü ïëàíåòû, òî ñïåöèàëèñòû íàäåþòñÿ ñâåñòè åãî ê ìèíèìóìó. Ìîæíî äî áèòüñÿ, ÷òî èîíèçèðîâàííûå êàíàëû áóäóò î÷åíü íåáîëüøèõ äèàìåòðîâ, à ëó÷ òî÷íî íàöåëåí íà ïðèåìíûå àíòåííû. Èíòåíñèâíîñòü æå èçëó÷åíèÿ çà ïðåäåëàìè êàíàëà ðåçêî óìåíüøàåòñÿ.  öåëîì íåãàòèâíûå ïîñëåäñòâèÿ ïðèìåíåíèÿ íîâîé ýíåðãåòè÷åñêîé ñèñòåìû áóäóò êóäà ìåíüøèìè, ÷åì, ñêàæåì, îò âîçäåéñòâèÿ íûíåøíèõ òåïëîâûõ ýëåêòðîñòàíöèé.

      В космическую систему энергоснабжения предполаãàåòñÿ âêëþ÷èòü è íûíå ñóùåñòâóþùèå ãèäðîýëåêòðîñòàíöèè, â òîì ÷èñëå ïðèëèâíûå. Íî íå ñòàíóò ïåðåäàâàòü ýíåðãèþ ïî ïðîâîäàì, êàê ýòî äåëàåòñÿ ñåé÷àñ, à ÷åðåç àíòåííû áóäóò ïåðåïðàâëÿòü åå â êîñìîñ, à óæ îòòóäà, ñ ïîìîùüþ ðåòðàíñëÿòîðîâ, ê íàçåìíûì ïîòðåáèòåëÿì. Òàêèì îáðàçîì ñïåöèàëèñòû íàäåþòñÿ ñóùåñòâåííî ñîêðàòèòü ïîòåðè ýëåêòðîýíåðãèè ïðè åå ïåðåäà÷å, êîòîðûå íûíå ñîñòàâëÿþò îêîëî 30% !