Чирков Ю. Занимательно об энергетике

ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА 7
ЭНЕРГОХИМИЯ,  ИЛИ УГОЛЬНЫЙ  РЕНЕССАНС

Будущее находится скорее в «костях ученых», нежели на кончике их языка.
Ч, Сноу
Февраль 1978 года. Новосибирск. Общее собрание Сибирского отделения Академии наук СССР. Обсуждается новая крупномасштабная долгосрочная суперпрограмма — «Комплексное освоение природных ресурсов Сибири», или просто «Сибирь».
Все 24 подпрограммы проекта «Сибирь» нацелены на быстрейшее освоение богатств восточной половины нашей страны. Все очень интересны, значительны. Но, пожалуй, наиболее дерзок — он отличается размахом и теснейшей связью с самой современной передовой наукой — один из «красноярских пунктов» программы «Сибирь» — энергохимический.
Нефть против угля
Это, так сказать, заочное соревнование началось давно — много тысяч лет назад. Когда человек оценил горючие свойства угля и нефти. Однако соперничество резко обострилось лишь в последнее десятилетие.
Полистайте старые журналы начала века. На пожелтевших фотографиях вы непременно увидите паровозы, пароходы; кочегара, лопатой бросающего уголь в топку. Кучу угля в котельной...
Лет восемьдесят назад, с началом электрической эры, главным топливом был уголь. «Король-уголь» называли его тогда: он составлял четыре пятых в так называемом топливном балансе.
Уголь душил нефть, не давал ей ходу. Из него научились (воздействуя высокой температурой без доступа воздуха) выделять светильный газ, который начал широко использоваться для освещения и отопления городов.
Но угольное засилье не могло продолжаться вечно. Первая промышленная скважина (глубиной в десять метров), пробитая в США в штате Пенсильвания, дала «черное золото» — нефть — еще в 1859 году. И хотя местный священник проклял «дыру в Земле», через которую обкрадывали, по его мнению, подземное божье судилище и мешали поджаривать грешников на вечном огне,  нефть  вскоре согнала  уголь  с трона  энергетики.
После окончания второй мировой войны уголь отступил на второй план, сник. Нефтяники заслонили шахтеров. Пришла эра нефтяного бума. А к 1970 году нефть и природный газ (добываемый нередко из тех же месторождений, что и нефть) занимали уже две трети в мировом топливном балансе.
Любопытно, что из нефти вначале вырабатывали только керосин, а бензин считали вредной примесью. Он слишком легко воспламенялся и вызывал пожары. Старые рабочие Баку до сих пор помнят, как за пределами Черного и Белого городов время от времени возникали громадные столбы дыма: это заводчики сжигали накоплявшийся у них никому тогда не нужный бензин.
И вдруг на эту «опасную примесь» возник грандиозный спрос! Автомобили. В 1895 году в США было всего четыре автомобиля, сейчас сотни миллионов. И это стальное стадо пожирает колоссальное количество бензина, а с ним и нефти. Когда научились простой перегонкой получать из нефти бензин, керосин и попутные газы, «принцесса»-нефть прочно захватила трон, прогнав с него уголь — бывшего владыку.
Казалось, нефть победила уголь окончательно и бесповоротно, но то была иллюзия. О новом этапе старого соперничества возвестил разразившийся в странах капиталистического мира в сентябре 1973 года энергетический кризис. Он был как гром среди, казалось бы, ясного неба.
Суть кризиса ясна. Нефть на земном шаре распределена неравномерно. Как правило, там, где она нужнее всего, ее мало. И потенциальные запасы нефти невелики. Так, например, собственных нефтяных ресурсов США может хватить лишь на несколько лет. А пик мировой добычи нефти ожидается где-то к 2000 году: затем кривая нефтедобычи пойдет под уклон, хотя потребность в нефти и ее заменителях будет неуклонно расти.
Нефть в энергетике неохотно сдает свои позиции. И все же финал соперничества нефть — уголь уже сейчас нетрудно предсказать. Возврат к углю неизбежен. Слишком неравны запасы нефти и угля. Угля хватит на сотни лет. Вот только вопрос, как им лучше распорядиться.
Четвертая  кочегарка страны
Вероятно, уже трудно найти в нашей стране человека, который бы не знал смысла слова КАТЭК, не слышал бы про Канско-Ачинский топливно-энергетический комплекс. Про гигантскую стройку, развернувшуюся в Красноярском крае согласно директивам XXV съезда нашей партии. Но мало кто представляет себе истинные масштабы работ.
Предлагаем читателям побывать на одном из угольных разрезов КАТЭКа, а именно — Ирша-Бородинском.
Мы стоим на краю крутого обрыва. Под ногами — взрытая открытым способом на глубину сто метров сибирская твердь. Отчетливо виден протянувшийся на 5 километров жирной черной полосой 30-метровый пласт угля.
Вдали на угольных откосах совсем игрушечный (словно мы находимся в королевстве Диснея) электровоз тащит спаренный состав с углем. Сам себе в этом угольном царстве кажешься Гулливером. Хочется опереться взглядом на что-нибудь крупное, не игрушечное, а настоящее. Ага! Вот достойный объект. Роторный экскаватор ЭРШРД-5000. Гигант: высота — 58 метров, длина — 150. Его стальной хобот неутомимо грызет угольный пласт. Над зубьями ковша угольное облако. Машинисту электровоза зевать не приходится. Экскаватор способен каждую минуту нагрузить углем два железнодорожных полувагона грузоподъемностью в 65 тонн...
Сибирский поселок шахтеров Бородино имеет самое непосредственное отношение к Бородинскому сражению 1812 года. За стойкость и отвагу один из полков, участвовавших в битве с Наполеоном, по высочайшему повелению был переименован в Бородинский. Позднее герои Отечественной войны вышли на Сенатскую площадь. Самодержец Николай I сослал мятежников в Сибирь. Так в далекой Енисейской губернии возник поселок ссыльных декабристов — Бородино.
Многое изменилось здесь за 150 лет. В сибирскую глухомань пришла невиданная техника. На этом экскаваторе стоит второй номер. Всего в стране три таких силача. Каждый добывает в сутки 50 тысяч тонн угля, в год — 9 миллионов.
Угольное Бородино. Мирное поле, под которым природа спрятала миллиарды тонн бурого угля, в несколько раз больше того, что страна добудет в последнем году 10-й пятилетки.
А ведь Ирша-Бородинский разрез лишь малая толика богатств КАТЭКа. Только теперь начинаешь по-настоящему осознавать грандиозность возводимой за Уралом четвертой (после Донбасса, Кузбасса и Экибастуза, а в перспективе самой крупной среди них) «кочегарки»   страны.
Угленосные отложения КАТЭКа (в основном бурый уголь) протянулись на сотни километров вдоль сибирской железнодорожной магистрали — с запада, от реки Золотой Китат, до реки Бирюсы на востоке. На этой линии — города Ачинск, Красноярск, Канск.
В Канско-Ачинском бассейне уже сегодня два действующих разреза — Назаровский и Ирша-Бородинский — дают угля больше, чем бассейны Подмосковный и Печорский. О размахе работ говорит такое сравнение. Донбасс развивался около ста лет и дает сейчас 220 миллионов тонн угля. КАТЭК через 15—20 лет даст 350 миллионов.
Таких топливно-энергетических комплексов не было еще на планете. В США действует известный комплекс «Теннесси»: в нем 31 электростанция с суммарной мощностью лишь 13 миллионов киловатт. КАТЭК в перспективе даст 100 миллионов киловатт.
Лишь первенец КАТЭКа — Березовская ГРЭС-1 — будет обладать мощностью в 6,4 миллиона киловатт — столько же энергии в год будут давать Красноярская и Саяно-Шушенская ГЭС, вместе взятые.
У Сибири свой ритм и темп. Если, скажем, за десятое пятилетие промышленное производство нашей страны должно увеличиться в среднем на 35—39 процентов, то для Сибири установлены задания в полтора раза более высокие. И если европейская часть СССР мерит время пятилетками, то в Сибири счет идет уже на десятилетия.
Еще на XXV съезде партии Леонид Ильич Брежнев подчеркивал необходимость разработки крупных комплексных программ, рассчитанных на два-три пятилетия, — таких, как программа развития топливно-энергетических комплексов. От их реализации зависит весь технико-экономический  прогресс страны.
К западу от Красноярска строится административный центр КАТЭКа — новый город шахтеров и энергетиков — Шарыпово. Здесь сегодня кипит большая стройка. Неподалеку создается крупнейший в стране Березовский разрез № 1, уже ведется проходка его траншеи: она вскроет угольный восьмикилометровый пласт.
Здесь же, на шарыповской земле, скоро начнется нулевой цикл работ по возведению главного корпуса Березовской ГРЭС-1, и там, где сейчас стоит стела, через несколько лет поднимется величественный корпус крупнейшей в стране тепловой электростанции.
Разрез и ГРЭС свяжут две контейнерные линии: по ним станция будет получать более 25 миллионов тони угля в год. А у озера Ашпыл строится производственно-комплектовочная база Минэнерго СССР: она будет обслуживать строительство всех ГРЭС Шарыповского промышленного узла Канско-Ачинского бассейна.
Думали ли ребята, сидящие несколько лет назад за школьными партами в старинном сибирском селе Шарыпове, что вскоре тут начнется строительство города шахтеров и энергетиков с 250-тысячным населением? Что весь этот район прорежет сеть железнодорожных подъездных путей, станций и узлов? Словно по волшебству, возникнет аэропорт с бетонированной взлетно-посадочной полосой, многочисленные автострады, линии связи, телевизионный ретранслятор?..
Именно так начинались и КамАЗ, и БАМ, и Саяно-Шушенская ГЭС: первые поселки, базы, дороги, первая волна прибывающих новоселов...
Энерготехнология
Первобытный человек нашел и принес в пещеру горящую ветку. Это был прообраз длинной цепи источников энергии — даровой машины, дизельного двигателя, ГРЭС. Шли годы: менялись размеры устройств, рост КПД использования топлива, инженерное, конструкторское искусство. Но принцип был все тот же: законсервированная когда-то, миллионы лет назад, в растениях солнечная энергия при сжигании угля, нефти, природного газа превращалась в тепло, а затем в электроэнергию. «Не топить ассигнациями...» — об этом предупреждал еще Менделеев. Сейчас эти слова приобретают буквальный смысл, ибо в условиях энергетического кризиса на Западе нефть катастрофически дорожает. Ее стоимость за последние несколько лет возросла в пять раз и составила 80—90 долларов за кубический метр.
Нефть — ценнейшее химическое сырье. Из нее вырабатываются бензины, этилен, полиэтилен, ацетилен, метанол и другие незаменимые продукты. Но почему только из нефти? А углы, в частности бурые, канско-ачинские?
Уместно вспомнить недавнее прошлое. Прежде химические продукты получали в основном из угля. В 20— 30-е годы в Германии, Англии, США, СССР проводились обширные научно-исследовательские и опытные работы. Они привели к созданию, в том числе и у нас в стране, промышленности для производства из угля моторных топлив и всевозможных химических продуктов.
Однако после окончания второй мировой войны эти методы были забыты. Пришла Большая Нефть. Во времена нефтяного бума исследования по углю были почти что искоренены, заводы, производящие эрзац-бензины, демонтированы. Но время диктовало свои условия. Еще лет пять назад бесполезно было спрашивать про метод Лурги, про процесс Фишера — Тропша и другую технологию химической переработки угля: все было, казалось, прочно забыто... А в 1977 году в США был объявлен конкурс на создание к 1985 году промышленного предприятия мощностью 15—18 миллионов тонн в год синтетических топлив.
Вот так и оказалось, что угли сейчас — это не только топливо, но и сырье для химии. И очень жаль не только нефть, но и уголь сжигать просто так, безвозвратно расходуя накопленные природой богатства. Эта простая мысль и родила новые технологические подходы к использованию углей КАТЭКа, попытку получить из них одновременно и топливо, и химические продукты.
По-видимому, в будущем наукой будет предложено множество путей для реализации этого заманчивою варианта. Сейчас же наиболее четко определился подход, имя которому — знерготехнология.
Энерготехнологию разрабатывают ученые Энергетического института имени Г. М. Кржижановского под руководством директора этого института члена-корреспондента АН СССР 3. Чуханова.
Энерготехнологический метод комплексной переработки состоит в нагреве до высоких температур угля без доступа воздуха. При этом уголь разделяется на три вида продуктов: газообразные (их можно сжигать либо же использовать для химической переработки), жидкие (смола, бензол — высококачественное котельное топливо и сырье для производства синтетических веществ) и твердые (полукокс, кокс — бездымное, высококалорийное топливо, термоуголь с теплотой сгорания 6200—6400 килокалорий на килограмм, годен для перевозки на дальние расстояния).
В основе технологии, разработанной 3. Чухановым, так называемый скоростной пиролиз. Рядовой сырой уголь в отличие от прежней технологии подается в камеру термического разложения не кусками, а в виде сухой угольной пыли, находящейся во взвешенном состоянии б потоке горячих газов (циклонов). Скорость нагрева частиц угольной массы теперь возросла в тысячи раз. Сам процесс термического разложения (температура порядка 600—1000 градусов) стал высокопроизводительным и рентабельным.
Энерготехнологический метод облагораживает бурый уголь В исходном сырье много влаги (до 40 процентов), а возить воду за тысячи километров не очень-то выгодно. При высыхании же бурый уголь растрескивается, превращается в порошок, летучую пыль: при транспортировке в вагонах большие потери становятся неизбежными. Естественно поэтому, что получаемый при скоростном пиролизе полукокс более удобен для перевозок на дальние расстояния.
Сейчас на Красноярской ТЭЦ-2 возводится первая промышленная установка ЭТХ-175 для энерготехнологической переработки канско-ачинских углей. Ее производительность — 175 тонн угля в час (1,2 миллиона тонн в год).
Энерготехнологические комбинаты КАТЭКа, строительство которых предусмотрено постановлениями XXV съезда партии, позволят в будущем, по расчетам авторов этого проекта, экономить сотни миллионов тонн нефтепродуктов. Так угольный КАТЭК станет для страны не только четвертой кочегаркой, но и второй Тюменью!
Венерин башмачок
В Красноярье природа, казалось бы, сама пошла навстречу чаяниям человека. Залежи канско-ачинского угля расположены в обжитых местах, да еще вдоль железнодорожной магистрали. Добывай — грузи в вагоны — и в путь: к жаждущим топлива ГРЭС европейской части СССР.
Другой немаловажный плюс — этот уголь собран в мощнейшие пласты, расположенные горизонтально почти у самой поверхности земли. Их можно брать открытым способом. Техника для этого есть, и очень производительная. К примеру, гигантский экскаватор-драглайн ЭШ-100/100, имеющий размах стрелы 100 метров и 100-кубовый объем ковша, способен за минуту переместить 100 кубометров грунта на 200 метров по горизонтали и 80 метров по вертикали.
Вот и возникают заманчивые эпитеты — самый перспективный уголь, самый дешевый... Но это, к сожалению, лишь одна сверкающая, что ли, сторона медали. Увы, как во всяком большом деле, есть и другая, так сказать, негативная.
Когда затевают мероприятие столь внушительных размеров, как КАТЭК, прежде всего необходимо подумать о возможных и, в общем-то, неизбежных во всяком новом деле минусах.
По планам формирование КАТЭКа разбито на два этапа. Строительство энерготехнологических комбинатов начнется где-то после 1990 года, а до этой поры бурый уголь будет использоваться только в качестве топлива на мощных тепловых электростанциях, построенных в непосредственной близости от разрезов.
Но тут могут вступить в действие экологические ограничения.
За сутки мастодонты энергетики вроде Березовской ГРЭС будут пожирать 500 тысяч тонн угля, астрономические объемы кислорода воздуха и извергать колоссальное количество углекислого газа, горы золы (подсчитано, что за десять лет работы ГРЭС на поверхности земли вокруг них может появиться тридцатисантиметровый слой пепла), груды окислов азота и серы (ее в канско-ачинском угле мало, но масштабы переработки угля велики).
И все это в сравнительно небольшом и уже довольно плотно заселенном регионе. Следует добавить тепловое загрязнение сибирских рек, расположенных поблизости. На реке Чулым запланировано строительство ряда водохранилищ. И вот из недр ГРЭС потекут реки горячей (70—90 градусов) воды, и ее будет так много, что никакие тепличные хозяйства или потребности отопления вырастающих здесь городов не смогут ее «поглотить». Горячую воду придется сбрасывать со всеми вытекающими из этого последствиями.
Могут спросить: но так ли уж необходимо форсированное строительство таких гигантов энергетики на угле? Не проще ли, скажем, возводить гидроэлектростанции? Рек в Сибири предостаточно, они могучи.
Ответ однозначен. Сибирь — край суровый. Тут так: сначала энергия, потом жизнь. Взять таежные богатства, освоить новые места, жить завтра лучше, чем сегодня, смогут лишь люди, хорошо вооруженные электроэнергией.
Темп развития Сибири таков, что сейчас каждые два года необходимо возводить такой колосс, как Красноярская ГЭС. А в одиннадцатой пятилетке уже каждый год! Но понятно, что за год вводить в строй ГЭС масштаба Красноярской крайне затруднительно. Выход — сжигать канско-ачинский уголь как самый доступный и экономически выгодный. Но природа Сибири очень хрупка. Ее способность к восстановлению понижена. В свое время прошедший здесь ледник, словно скальпель, снял с черепа Земли и унес плодородный гумусовый слой. И земли Сибири еще не оправились от этого удара.
Добавьте сюда еще слой вечной мерзлоты, суровый резко континентальный климат. Летом на Красноярском море, на горячем песке глядишь вокруг на бескрайнюю гладь воды, на зелено-синие горы, и кажется, что ты на Кавказе. Но это мираж: достаточно слегка углубиться в тайгу, где растут реликты (например, занесенный в Красную книгу венерин башмачок), требующие самого бережного к себе отношения. И получается противоречие между необходимостью быстрого ввода в дело энергетического потенциала Красноярья и заботой об охране окружающей среды.
Так вот и складывается довольно типичная для Сибири ситуация: необходимость своего, сибирского, нестандартного, нетрадиционного решения проблемы КАТЭКа. И такой вариант, кажется, возник.
Энергохимия — слово неновое
Теперь даже ребенок знает: энергетика — это когда сжигают нефть или уголь, а полученное тепло превращают в электричество. Непременная деталь — дым из труб: это газы, продукты сгорания.
Дым вовсе не обязательно лишь отбросы, загрязняющие атмосферу. Есть тут и ценные вещества: из них можно получать химические продукты.
Столь же наивно можно представить себе и химический завод. Ему нужно сырье — какие-то органические газы — и энергия, чтоб добиться определенных химических реакций. Отходом же становится тепло.
Легко видеть: энергетическое и химическое производства — они словно свет и тень или негатив и позитив. В самом деле, в энергосхеме, скажем, энергия — это продукт, результат превращений, а в химической установке она, так сказать, исходное сырье, «полуфабрикат». То же можно сказать и про газы, что бесполезно выбрасываются из труб тепловых электростанций. А из тепла химических предприятий можно было бы в принципе получать дополнительную энергию.
Мечта ученого и прожекты фантазера — это вещи разные. Первое рано или поздно становится реальностью, основой технологии завтрашнего дня. Энергохимия — мечта об объединении энергетики и химических производств. Эту идею еще в 1934 году пытался реализовать профессор МГУ Н. Кобозев.
Мысль Н. Кобозева отталкивалась от следующего факта. При неполном сгорании угля или нефти в особых условиях образуются как «отходы» водород и окись углерода. А из этих элементов-кирпичиков можно построить любое химическое вещество. Синтезировать все, вплоть до бензина.
В 1940 году Н. Кобозев превратил обычный двигатель внутреннего сгорания (мощностью в 65 л. с.) в первую в мире энергохимическую установку. Он сжигал в двигателе горючий газ — метан. Получал энергию и попутно ценнейшие химические продукты.
К сожалению, широкого развития энергохимия тогда не получила — началась жестокая война с фашизмом... Но мечта об энергохимии не умерла, она ждала своего часа, ждала могучих союзников, ждала, пока наберет силу еще одна давняя плодотворная идея.
Что мешает истинному возрождению угля, его быстрой победе в споре с нефтью? Мешает несовершенство тепловых машин: их низкий КПД. Первобытный человек собирал лишь крохи тепла (чтобы изжарить мамонта, изводили, видимо, целую рощу). Современная ТЭС или ГРЭС способна усвоить гораздо больше: из каждого килограмма угля — 300, даже 400 граммов. Прогресс! Но ведь и масштабы изменились: ежегодно в мире сжигают миллиарды тонн угля!
Вот если бы мы умели более экономно сжигать уголь, угольный ренессанс не заставил бы себя долго ждать. Но как этого добиться? Как сделать так, чтобы возвращение к углю стало еще одним «витком спирали» — новым этапом земной энергетики?
Такие средства есть. Это прежде всего топливные элементы, о которых мы подробно рассказывали выше. Устройства, осуществляющие «холодное» горение топлива. Однако горение обычное, так сказать «горячее», также еще не исчерпало всех своих ресурсов.
Еще в 1831 году знаменитый английский физик Фарадей показал, как можно более экономно извлекать энергию из топлива.
Нужны высокие температуры: не сотни, а тысячи (как на поверхности Солнца!) градусов. Но в этих условиях продукты сгорания угля уже не могут быть паром — здесь электроны отрываются от атомов, нейтральные молекулы дробятся на заряженные ионы: образуется не газ, а звездное вещество — электропроводная плазма.
Ну а желанный электрический ток можно было бы получить, если поток мчащейся с огромными скоростями горячей (бывает и холодная!) плазмы пропустить сквозь магнитное поле...
То устройство, о котором мы рассказываем, называется сейчас магнитогидродинамическим генератором, или кратко МГД-генератором. Ни этих слов, ни понятия о плазме, о сложности строения атомов и так далее Фарадей, конечно, не мог знать. И все же — о, прозрение гениев! — он не только заложил основу всей современной энергетики, но и наметил направления будущих научных поисков.
Фарадей пытался гениально просто доказать свою правоту. Нужна плазма? поток ионов? — их даст соленая морская вода, поступающая во время прилива в Темзу (Лондон расположен почти на побережье Северного моря, в эстуарии Темзы). Магнитное поле? — его создаст сам земной шар! Дело оставалось за малым: проверить — пойдет ли гок? Фарадей перекинул провод через один из мостов Темзы.  И  вот тут-то,  как  говорится,  техника  подвела.
Стрелка амперметра не двигалась. Ток возникал, но ничтожно слабый. С помощью тогдашних примитивных приборов зарегистрировать его было невозможно. Мечта о высокоэффективных преобразователях тепловой энергии топлива непосредственно в электрический ток опередила свое время.
Однако опыт на Темзе не давал покоя ученым многих поколений. Фарадей пользовался простейшими подручными средствами, теперь же в распоряжении ученых камеры сгорания, способные извергать мощные сверхзвуковые потоки плазмы, раскаленной до тысяч градусов. Есть и сильные магнитные поля.
Успехи в теплофизике, физике твердого тела, газо- и гидродинамике позволили наконец создать огнеупорные материалы, которые могут работать при звездных температурах и удерживать поток огненной струи и электроды, отбирающие у плазмы электрический ток.
Еще лет пятнадцать назад казалось: на создание МГД-генераторов уйдут многие десятилетия — столь фантастических условий требовало техническое воплощение плазменной энергетики. Однако уже в 1971 году в СССР впервые в мировой практике было завершено создание  опытно-промышленной  МГД-установки    У-25.
И наступил долгожданный вечер, когда электропитание от МГД обеспечило электроэнергией большой район Москвы. Правда, проработала установка всего лишь неделю, но и это был беспрецедентный результат!
Опыт советских исследователей (здесь велики заслуги академиков В. Кириллина и А. Шейндлина) дает возможность уже сейчас перейти к проектированию и созданию МГД-электростанций первого поколения. Они в сравнении с «классическими» энергоустановками позволят поднять КПД с 30 до 50 процентов!
В настоящее время в СССР закончено технико-экономическое обоснование первого промышленного блока с МГД-генератором мощностью 500 мегаватт, предназначенного для Рязанской ГРЭС.
Его выпуск, намеченный на конец 11-й пятилетки, станет днем рождения крупной МГД-энергетики. Она сыграет прогрессивную роль в улучшении топливно-энергетического баланса нашей страны.

Сибирский вариант
Эффективно сжигать канско-ачинский бурый уголь в МГД-генераторах заманчиво. Но где же тут место для химии, точнее, углехимии, а еще более точнее и новее — для энергохимии?
В 1628 году московский воевода Андрей Дубенский привел в урочище Красный Яр триста казаков — так у Енисея, в том месте, где в него втекает своенравная речка Кача, возник острог Красный, прадед современного, почти миллионного Красноярска. В 1978 году, в августе, город торжественно праздновал свой 350-летний юбилей.
Похоже, что в какой-то мере история повторяется: многие ученые-москвичи открывают сейчас Красноярск как новую научную столицу. Среди них и бывший москвич, доктор химических наук С. Губин. Он директор-организатор нового Института химии и химической технологии, он же председатель научного совета «Угли Канско-Ачинского бассейна» (одного из пунктов комплексной суперпрограммы «Сибирь»). Он и один из авторов энергохимического проекта.
Н. Кобозев, о котором мы уже говорили, сжигал метан. Сжигал в двигателе внутреннего сгорания: жечь в нем уголь невозможно. Но это прекрасно умеет делать МГД-генератор! Так будущее углей планеты тесно сплелось с судьбой МГД-установок — детища самых новейших достижений науки и техники.
Сибирским ученым хочется, так сказать, убить сразу трех зайцев: сделать бурые угли не просто топливом, но и ценнейшим химическим сырьем, которое могло бы не просто конкурировать, но и заменить нефть и природный газ. И при этом сберечь природу: создать технологию безотходную, с минимальным потреблением воды и загрязнением атмосферы. Вот тут начинает прорисовываться совершенно новый подход к делу — то, что можно было бы назвать энергохимическим  вариантом.
В центре технологической схемы, которую они разрабатывают, уже знакомый нам МГД-генератор. Есть тут и узел подготовки бурого угля, и узел химической его переработки. Соль, изюминка энергохимического проекта в том, что бурый уголь будет сжигаться не до конца, не до обычной углекислоты, а будет превращен в окись углерода.
Вот она — основная  «валюта»  процесса,  его, если можно так выразиться, разменная монета. Окись углерода и есть то вещество, которое одновременно является и прекрасным топливом, и сырьем для химии.
Хитрость тут та, что в МГД-генератор будет подаваться вовсе не уголь, а все та же окись углерода. При сжигании ее, как и полагается согласно химическим законам, будет вырабатываться углекислый газ. Он в раскаленном, плазменном состоянии в МГД-преобразователях и станет источником электроэнергии.
Но это еще не конец процесса. Вырвавшаяся из сопла струя отработавшего углекислого газа несет в себе огромный запас энергии. Эта раскаленная струя поступит в специальный реактор, где будет находиться мелкоизмельченный бурый уголь. Здесь произойдет химическая реакция: уголь, соединяясь с углекислым газом, образует окись углерода.
Вот теперь-то наконец можно говорить о цикле. Мы сожгли одну молекулу окиси углерода, а получили, оказывается, две! Одну можно вновь направить в цикл с МГД-геиератором, а другая станет основой для дальнейших химических превращений.
Согласно известному каталитическому процессу Фишера—Тропша при соединении с водородом окись углерода способна дать всю гамму необходимых химии углеводородов. Весь спектр тех углеводородов, которые ныне только по традиции связывают с нефтехимией. Можно, например, вырабатывать бензины, этилен, полиэтилен, ацетилен, метанол и так далее — разнообразнейшее сырье для химической промышленности.
Итак, энергия плюс химия — энергохимия. Что это дает? Очень многое.
В этой схеме практически нет воды, следовательно, нет и теплового загрязнения сибирских рек. Отсутствуют выбросы окислов азота и других вредных газов и пыли в атмосферу. Нет традиционной высокой трубы ГРЭС, из которой дни и ночи валит дым. Количество выделяющегося углекислого газа, по оценкам, составит лишь 10 процентов от того, что выбрасывают при обычном сжигании угля.
Энергохимической проект в идеале характеризует замкнутость веществ и энергии; возможность легко перестраивать комплекс и в сторону преимущественного производства электроэнергии, и при необходимости в сторону преимущественного получения химических продуктов;   значительное  увеличение   КПД  энергетической части (до 45—55 процентов) и всего производства в целом; уменьшение удельной капиталоемкости и металлоемкости за счет перехода на более высокие давления и температуры процессов, сокращения многих промежуточных стадий, дублирующих друг друга в отдельно взятых энергетических и химических производствах.
В проект «Энергохимия» входит комплекс теплиц, где под действием искусственного света, углекислого газа и тепла водяного пара на специальных почвах (на основе гуматов бурого угля) скоростным индустриальным  методом  будут выращивать хорошие урожаи.
Да, это будет экологически чистое предприятие, но... Как часто это междометие встает на пути — мешает реализации столь заманчивых проектов!
У действующего сейчас первого поколения МГД-генераторов есть одно слабое место: даже при 3000 градусов (на поверхности Солнца температура всего в два раза выше!) электропроводность плазмы еще низка, в ней мало свободных электронов, и, значит, будет недостаточно велик и генерируемый ток. Поднять же температуру плазмы, чтобы увеличить электропроводность (необходимы десятки тысяч градусов!), трудно, да и никакой материал не выдержит подобных условий.
Обычно для искусственного поднятия электропроводности в раскаленный газ «впрыскивают» присадки — легкоионизирующиеся вещества: пары щелочных металлов — калия, цезия... Электроводность повышается, но зато появляются новые заботы.
Присадки очень агрессивны: все разъедают на своем пути, кроме того, попадая в воздух с отработанными газами, они загрязняют атмосферу. Затем, присадки дороги: и выбрасывать просто так каждую секунду сотни граммов ценного вещества очень накладно. Очистка? Но это означает принудительное охлаждение отработанной плазмы, а она бы еще могла потрудиться...
Молнии Соколова
Энергохимия явственно распадается на энергетическую и химическую части. О химической мы уже говорили, перейдем к энергетической. В ней вся трудность: как быть с присадками?
Ректор Красноярского государственного университета, доктор физико-математических наук В. Соколов, как и С. Губин, тоже автор сибирской энергохимии. Энергохимическому проекту крупно повезло. В 1969 году группа советских математиков (среди них академики А. Тихонов и А. Самарский) и физиков получила диплом на открытие. Оно давало путь второму поколению МГД-генераторов: с так называемым Т-слоем. Системам, которые могли бы действовать без досадных присадок.
История открытия Т-слоя удивительна, и хотя бы вкратце ее стоит рассказать.
Вначале о новом инструменте научного познания, о так называемом «вычислительном эксперименте». Странное словосочетание! Казалось бы, эксперимент — это удел физиков (если говорить, как в нашей повести, о плазме), а вычисления, расчеты должны числиться по ведомству математиков.
Рассуждая прямолинейно, можно ту же мысль выразить и по-иному: эксперимент обычно проводят тогда, когда сложное физическое явление не поддается расчету. А уж если расчет возможен, то тут эксперимент вроде бы становится лишним.
Однако подобный ход мысли уязвим. Теперь физики часто имеют дело со столь сложными объектами нелинейной природы, что отдельно взятые ни расчет, ни эксперимент не помогают. Выразимся более определенно. Очень часто оказывается, что натурный эксперимент невыполним, настолько он сложен, дорог и рискован, а существующие методы расчета не в состоянии описать явление с необходимой точностью. (Увы! То «золотое время», когда можно было обойтись сравнительно несложным математическим аппаратом и получить ответ «на пальцах», проходит, если не прошло!)
Именно так обстояло дело во времена, когда человек начинал овладевать ядерной энергией. Эксперименты с ядерным горючим таили в себе риск катастрофического взрыва, а классическая математика обнаружила свое бессилие в решении возникших проблем. Вот тогда-то, видимо впервые, и выручил новый подход к делу — вычислительный эксперимент.
Но вернемся к нашей истории.
В государственном реестре Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР под номером 55 с приоритетом от 10 ноября 1965 года значится открытие нового физического эффекта — Т-слоя. Он также был открыт с помощью вычислительного эксперимента. Тут, кроме математиков (из Института прикладной математики АН СССР) и физиков (из Института теоретической и прикладной механики Сибирского отделения АН СССР), полноправным соавтором открытия   выступила   и   ЭВМ.
Ситуация была спорной, необычной, даже сомнительной. Шутка ли, сугубо физический (плазма!) эффект открыт... математиками! Это породило борьбу мнений, вызвало недоверие со стороны некоторых ученых-физиков, занимающихся исследованием плазмы.
Надо отдать должное Комитету по делам изобретений и открытий. Он проявил тогда определенную смелость, создав прецедент и впервые в своей практике признав открытием чисто теоретическую работу.
Между тем, получив от математиков точное описание нового эффекта, физики взялись (теперь это было делом уже более легким) обнаружить Т-слой экспериментально. И поиск сравнительно быстро (ЭВМ доказала существование Т-слоя в 1968 году, а публикация физиков появилась в 1973-м) привел к успеху. Сразу три (!) различных научных коллектива — в Москве, Новосибирске и Сухуми — независимо друг от друга на разных установках зарегистрировали этот эффект.
Одним из авторов открытия, и теоретического на ЭВМ (в 1968 году он был еще кандидатом наук), и экспериментального (в Новосибирске), был профессор В. Соколов. С этим человеком стоит познакомиться поближе.
Краткая биография: жил и учился в Москве, работать поехал в новосибирский академгородок, там сделал важные открытия, создал свою научную школу. Но два года назад В. Соколов расстается с Новосибирском и перебирается еще на тысячи километров к востоку — в Красноярск. Вслед за ним отправляются его ученики, коллеги, сподвижники, ибо бескрайние просторы Красноярья с его несметными угольными россыпями — уникальный полигон для невиданных прежде технологий.
Результат работы ученых — новый тип МГД-генерагоров. В принципе его действия Т-слои, узкие локальные зоны в плазме, температура в них очень высока в сравнении со средними температурами плазмы, поэтому здесь велика и электропроводность. Тем самым появляется возможность работы МГД-генераторов на «чистых» продуктах сжигания, без щелочных присадок.
Есть и другие достоинства новой системы — можно получать непосредственно переменный ток, удается значительно понизить среднюю температуру плазмы, значит, и требования, довольно суровые к материалам, из которых должны быть изготовлены части МГД-генераторов.
Да, энергохимическому проекту повезло. Около пятнадцати лет назад, сначала в Москве, затем в Новосибирске, В. Соколов вместе со своими сотрудниками занимался изучением сильного нелинейного взаимодействия плазмы с магнитным полем. Тема считалась тогда экзотической. Однако сейчас результаты исследований становятся основой для более совершенных МГД-устройств, к тому же как бы специально приспособленных для целей энергохимии.
Исследования Т-слоя, его замечательных свойств ведутся в Красноярске в лаборатории нестационарной магнитной газодинамики, которой руководит сподвижник В. Соколова, кандидат физико-математических наук В. Деревянко.
Ученый мир много слышал о действующей модели Т-2, стеклянной трубе, рождающей молнии. Вся она пока умещается в небольшой комнате, где еще совсем недавно  была   раздевалка  студенческой   лыжной   базы (настоящую лабораторию для В. Соколова и В. Дере-вянко строят неподалеку на территории красноярского академгородка). Молниям В. Соколова уже тесно в лыжной раздевалке. Им нужен бородинский простор и такие гиганты напарники, как ротор-пятитысячник.
Эти эксперименты стоит посмотреть.
На стеклянной двери, которая отгораживает экспериментаторов от установки, надпись: «Здесь нужно, чтоб душа была тверда, здесь страх не должен подавать совета». Слова нелишние: там, за дверью, царство высокого напряжения — 10 киловольт! Если дверь кто-нибудь ненароком, по забывчивости приоткроет, автоблокировка моментально вырубает все приборы.
Сотрудники Деревянко все приготовили. За стеклом видна 800-миллиметровая, наполненная гелием труба. Два оператора, справа и слева от двери, колдуют над приборами. Один стоит за пультом, напоминающим электроорган, где вместо клавишей тумблеры и мудреные, несколько пугающие надписи: «Заряд пушки», «Поджигающее устройство»... Другой оператор, сидя, вглядывается в зеленый глазок осциллографа. Слышна перекличка:
— Приготовились... Даю... раз...
Щелчок магнита — и ярчайшая вспышка света озаряет все вокруг. То полыхает раскаленный гелий. Увы, Т-слой увидеть трудно. Но то, чего не заметит человеческий глаз, разглядит скоростной фоторегистратор. Он зафиксирует мчащуюся со скоростью 5 километров в секунду раскаленную до 10 тысяч градусов ударную волну, пронесшуюся по трубе. Это и есть Т (температурный)-слой, диплом на открытие которого был получен Соколовым и другими исследователями.
Сейчас для ученых очередным шагом является создание демонстрационной модели МГД-генератора. Импульсы с Т-слоем на лабораторных установках они получили. Но нужна серия импульсов, чтобы установка проработала как минимум 100 секунд Это уже будет убедительно. Затем сибиряки начнут думать об опытно-промышленных устройствах, работающих на продуктах сгорания органического топлива...
Да, нешуточные эксперименты предстоит произвести красноярским исследователям, чтобы убедить мир в своей научной правоте. Чтобы перепробовать различные газы, необходимо соорудить собственный плазматрон. А магнит в 3 Тесла, мощностью в 5,6 мегаватта! Эта махина будет весить 150 тонн и занимать объем 4 х 4,5 х 5 кубических метров. На фоне такого колосса МГД-установку будет не так-то просто разглядеть! Сжатые газы надо будет хранить: запахло компрессорной станцией и так далее, и так далее.
Угольное Бородино и Т-слой, ЭТХ-175 и МГД-генератор, экскаватор ЭРШРД-5000 и сверхдальние ЛЭП, несущие сибирский ток в европейскую часть СССР, кластерные катализаторы, позволяющие синтезировать искусственный бензин, гигантские, невиданные угольные разрезы и земные заботы новой столицы угольщиков — Шарыпова... И все это КАТЭК! Советский человек не витязь на распутье: налево пойдешь... направо... Наша наука дает четкие, обоснованные рекомендации практикам: как лучше использовать сказочные богатства Сибири, куда идти, как действовать. В КАТЭКе зримо и явственно проступает, шествует, грядет XXI век Страны Советов.
Уголь для СССР — это не временная кампания, а дело многих десятков, а то и сотен лет. Как бы предвосхищая это, Ленин недаром называл уголь «хлебом промышленности».
И истинное возрождение угля, несомненно, будет неразрывно связано с энергохимией. То, что сейчас значится как один из многих пунктов программы «Сибирь», над которой неустанно работают ученые Сибирского отделения Академии наук.

ГЛАВА 8

ЭРА ВОДОРОДА

Вся техническая фантазия человека состоит в том, чтобы взяться за дело не с того конца, с которого берется природа.
Каре л   Чапек
Кто-то писал, что в конце прошлого века, подплывая летом к Американскому континенту, путешественники сначала чувствовали запахи цветов, земляники и можжевельника, а потом уже видели землю. В XX веке, утверждают злые языки, характернейшими запахами Америки стали запахи бензина и продуктов его сгорания.
Стучит мотор, вибрирует, трепещет от возбуждения и силы. Чинит разбой трехсотмиллионное автомобильное стадо, пасущееся на всех дорогах планеты. Уже гуляет по свету анекдот о горожанине, «объевшемся» на загородной прогулке кислородом: чтобы он пришел в себя, его кладут под выхлопную трубу автомобиля. Мрачный юмор, за которым стоят довольно красноречивые цифры: на долю автомобильных выхлопов приходится львиная часть (более 60 процентов) от общего количества атмосферных загрязнений.
Когда-то (без малого полвека назад) авторы «Золотого теленка» изобрели прекрасный лозунг: «Пешеходов надо любить». Сейчас, в последней четверти нашего века, этот лозунг мог бы звучать и так: «Пешеходов надо спасать», прежде чем смог и ядовитые продукты сгорания углеводородов сделают невозможной жизнь в больших городах.
Правда, не все настроены столь пессимистично. Участники дискуссии о будущем автомобиля явно разделились на два лагеря. В одном преобладает дух понимания, снисходительности и терпимости. Легко догадаться — тут собрались в основном автовладельцы.
Болгарский писатель Павел Вежинов устами героя одной из своих повестей, говорит: «...Сажусь в машину, поспешно включаю мотор и сразу успокаиваюсь. Его тихий рокот несравненно приятнее журчания воспетых поэтами горных потоков...» И далее: «...Я уже не один, со мной мотор. Напрасно поносят это терпеливое и непритязательное существо за то, что оно извергает смрад. Ну, извергает, конечно, но, по крайней мере, делает это пристойно, а не рыгает, как люди после кислого вина и чеснока...»
Однако есть сторонники и противоположных взглядов. Негодующие, презирающие (как правило, люди эти ходят пешком!), они клеймят и гвоздят автомобиль. Веками, говорят они, люди мечтали о сапогах-скороходах: надел их (самолет? поезд? авто?), сделал шаг-другой — и ты уже в тридевятом царстве, тридесятом государстве... Да, сапоги эти хороши, но в них обнаружился «гвоздь», да еще такой величины, что, видимо, лучше сапог скорее снять и ходить босиком! Или, на худой конец, передвигаться на велосипедах...
Пока длится этот спор и кипят страсти, давайте заглянем в будущее. По улицам городов мчатся юркие бесшумные автомобили. Никаких выхлопных газов — прохожие наслаждаются свежим воздухом, который веет с полей и лесов... Насмешка? Глупая идиллия? Вовсе нет: если автомобили превратятся в водородомобили или электромобили, работающие на водородно-воздушных топливных элементов, ведь тогда продуктами сгорания станут пары воды! Но, конечно, мы позволили себе некоторую вольность — перенеслись мысленно в то, может быть, и далекое время, когда основой энергетики землян станет водород.
Просчет природы
В последние годы, пожалуй, самым «модным» словом в популярной литературе стало «кризис».
Энергетический...
Экологический...
Климатический...
Источник всех бед один — использование и истощение запасов угля, нефти и газа.
Но не следует считать, что все эти неурядицы — результат каких-то ошибочных действий человечества, его явный просчет. Отнюдь. Люди могли строить свою цивилизацию, лишь используя заготовленное природой «сырье». И не их вина, что этого «сырья» оказалось маловато, да и для окружающей среды, как выяснилось, оно «не подарок». А теперь немного фантазии. Представьте себе, что природа умела бы готовить и запасать впрок для человека не уголь и нефть, а водород. Вот тогда-то проблем у человека не было бы, видимо, никаких.
В самом деле, источник водорода безграничен — вода океанов и морей. Кроме того, соединяясь с кислородом воздуха и отдавая энергию, водород вновь превращается в воду — стало быть, источник этот самовосстанавливающийся, а значит, и вечный!
Второе: продукт сжигания водорода — чистая вода — не может загрязнить атмосферу. Следовательно, нет экологического кризиса, а также и климатического, ибо при этом исчезнут и огромные количества углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу при сжигании угля, нефти и газа.
Немаловажны и такие соображения. Водород — топливо идеальное. По способности выделять тепло он чемпион среди чемпионов: у него наивысшая теплотворная способность. При сжигании килограмма водорода (атомарного) выделяется в 8 раз больше энергии, чем при сгорании килограмма бензина.
Итак, природа допустила явный просчет. Конечно, ей было невдомек, что на планете Земля появится разумное существо, которое будет явно неразумно (неэффективно) транжирить ископаемую органику и мечтать о водородной энергетике. Впрочем, быть может, природа в данном вопросе не так уж и наивна, а наивны мы, люди, полагающие, что свои сокровища природа обязательно должна держать у всех на виду.
Согласно гипотезе советского ученого сотрудника Института геологии Академии наук СССР В. Ларина недра Земли на большой глубине буквально заполнены водородом. А значит, в будущем человек сможет черпать его из недр вместо нефти и газа.
Вулканологи давно установили: во время извержений вулканы выбрасывают в атмосферу большие массы водорода. Выброс этого газа подчас происходит и при бурении глубоких скважин. Наконец, в Исландии обнаружены очаги, где водород свободно выходит на поверхность из неведомых глубин.
В. Ларин полагает: в период образования планеты из пылегазового облака металлы (словно губка водой!) обильно насыщались водородом, самым распространенным элементом вселенной.
Водород обладает поразительной способностью растворятся в металлах. Почти любой из металлов может «впитать» количество этого газа, превосходящее его собственный объем в сотни и даже тысячи раз! При этом образуется качественно новое химическое состояние — гидрид.
Так вот, находящиеся в центре Земли, где давления грандиозны, металлы сосуществуют с водородом в виде гидридов. Но у поверхности, где давления слабеют, а температуры еще достаточно высоки (повышение давления способствует образованию гидридов, а рост температуры их разложению), этак на границе ядра Земли и мантии, гидриды разлагаются, выделяется газообразный водород.
И он легко просачивается через мантию к поверхности планеты. (Физикам хорошо известно, что через горячие металлы водород проходит, как вода сквозь сито.)
Многие факты подкрепляют гипотезу Ларина. С ее помощью легко удается объяснить, почему, например, Земля замедляет свое вращение: она расширяется! Выделяющийся водород «раздувает» ее.
Становятся понятны и процессы образования гор, движение материков и многое другое, что исстари волнует и дразнит воображение геофизиков.
Ну  а если  эта гипотеза  неверна, то возможен  еще один шанс: что, если природа допустила «промашку» лишь в нашем уголке вселенной? Если не повезло лишь землянам? А в других местах водорода, что называется, «навалом»?
Недавно было выдвинуто предположение (его высказал советский инженер-химик Ф. Назаров), что знаменитый Тунгусский метеорит в основном состоял из... водорода.
Уж сколько гипотез наслоилось вокруг тунгусского пришельца! И инопланетный звездолет, и всякие иные версии. По числу гипотез, пожалуй, только легендарная Атлантида может соперничать с тунгусским дивом. И все эти догадки не выдержали проверки.
Теперь на испытании «водородная» гипотеза. Полагают, что этот гость Земли размерами в несколько сот метров, состоявший в основном из жидкого и частично твердого водорода, врезался в нашу планету со скоростью 10—20 километров в секунду и мгновенно сгорел в атмосферном кислороде. Отсюда и все последствия.
Так что, возможно, есть целые миры, во всяком случае в нашей Галактике, обильные даровым водородом. К тому же и «расфасованным» в самом удобном виде. Вот только как до него добраться?..
Водород  против   электричества
Человек легко привыкает к удобствам и трудно с ними расстается. Наибольший сервис сейчас дает ему электричество. Еще совсем недавно всюду пропагандировалась идея «дома все на электричестве». Но, возможно, вскоре взгляды могут существенно измениться, и виноват в этом будет водород. Недавно за рубежом в целях рекламы даже построили    «дом на водороде».
Тут все на водороде. Освещение осуществляют специальные лампы, в которых фосфорные соединения, вступая в реакцию с водородом, излучают свет. Приготовить пищу можно на газовых плитах, где водород, смешанный с углекислым газом, служит топливом. Необходимую электроэнергию (связь, радио, телевизоры) вырабатывают водородно-воздушные топливные элементы, установленные в доме. Оригинально и отопление: особые пористые панели, насыщенные катализатором, омываются водородом. Окисляясь, он нагревает панель, которая и становится источником тепла. Но отчего водород оказался лучше электроэнергии? Какие резоны? Экономические. Выгоднее на отдельные фермы или коттеджи подавать энергию не в виде электричества, а в виде газа. А уже на месте потребления электроэнергию (без нее все же совсем обойтись трудно) извлекать из водорода.
Итак, даже электричество, этот всепроникающий источник энергии, может быть потеснено водородом. При передаче электроэнергии по проводам на дальние расстояния потери составляют 20 процентов. Подсчеты показывают: транспортировка водорода по трубам при протяженности линий свыше 500—600 километров (а энерголинии из Сибири в европейскую часть СССР тянутся на многие тысячи километров!) дешевле передачи электроэнергии по проводам ЛЭП в 10 раз! Так не лучше ли использовать электроэнергию прямо на месте ее выработки на электролиз воды? А получающийся при этом водород транспортировать потребителю по трубопроводам и уже там, на месте, сжигать либо в тепловых машинах, либо, что гораздо выгоднее (вспомним про КПД!), в топливных элементах.
Так возникают контуры водородной энергетики.
Возможно, уже в недалеком будущем в обиход войдет не слишком благозвучное слово «водородопровод». По крайней мере, в ФРГ и США уже построены магистрали длиной в сотни километров.
Но электричество и водород не обязательно должны быть непримиримыми конкурентами. Они, оказывается, прекрасно дополняют друг друга.
Когда в Москве вечером разом выключаются миллионы телевизоров и заканчивают работу многие предприятия, потребление электроэнергии из городской сети сразу резко уменьшается. При чем тут водород? А при том, что электричество, поступающее непрерывно и требующее непрерывного же потребления, можно в это время заставить, скажем, в процессе того же электролиза разлагать воду на водород и кислород.
Тогда ранним утром, когда начинается рабочий день на фабриках и заводах и резко подскакивает потребность в энергии, накопленный за ночь водород можно было бы влить в общий энергетический поток.
Так, водород помог бы в борьбе с одной из тяжелых и хронических болезней крупных энергосистем — неравномерностью нагрузки.
Могут возразить: водород пока еще довольно дорог. Да, это верно. Однако тенденции тут таковы. Исчерпание нефтяных месторождений ведет к росту цен на бензин, а со временем и просто к его нехватке.
В то же время цены на водород будут неуклонно снижаться с ростом масштабов его производства и с удешевлением электроэнергии. И тот водород, который сейчас значительно дороже бензина, со временем может стать дешевле его.
Когда цены сравняются, наступит эра автомобиля, работающего на водородном топливе.
«Водородная энергетика», о ней много говорят сейчас. В марте 1976 года в Майами-Бич (США) состоялась первая Международная конференция по водородной энергетике и технологии. Она шла под девизом «Мост в водородное будущее».
Хранение с выгодой
О похвальных свойствах водорода люди догадывались давно. Еще в 1820 году в Кембриджском философском обществе обсуждался доклад «Об использовании водорода в качестве топлива для движущихся машин.
В 1927 году фирма «Цеппелин» выпустила двигатели, работавшие на водородном топливе. В 1968 году в Институте теоретической и прикладной механики Сибирского отделения Академии наук СССР проводились испытания двигателей ГАЗ-652 на водородном горючем.
В 1972 году в США происходил межуниверситетский конкурс на лучшую конструкцию городского автомобиля.  Первое место занял  автомобиль на  водороде.
А вот и» совсем свежие (1980 г.) новости. В Харькове появилась первая «водородная колонка». Харьковчанин сел в обычное такси, проехал весь город, не догадываясь, что двигатель этой машины работает не на чистом бензине, а на его смеси с водородом. Только водород попадает не в бак, а в специальный «аккумулятор», где немедленно «связывается» металлическим порошком, который прочно удерживает газ и делает его абсолютно взрывобезопасным. Во время движения авто водород в строгой дозировке, контролируемой приборами, вместе с бензином подается в камеру сгорания двигателя. Это позволяет более чем на одну треть сократить расход бензина и резко снизить содержание вредных веществ в выхлопных газах.
Новинка   разработана   учеными   Института   проблем машиностроения Академии наук Украины и Харьковского автодорожного института.
Ну же! Казалось бы, еще один миг — и водород получит окончательную прописку в транспорте.
Что мешает тому, чтобы водород стал топливом для «безлошадных карет», заменил дорожающий бензин? Какие возражения выдвигают противники водорода?
Ну, первое: не опасно ли разъезжать на водородо-мобиле? Ведь водород взрывоопасен!
Еще со времен школьных опытов в химическом кабинете мы помним эффектные взрывы гремучего газа. Да, на всех предприятиях, где в ходу водород, обязательно  встретишь  надпись:  «Курить  воспрещается!»
Но и спички опасны, особенно при неумелом обращении. И смесь паров бензина с воздухом взрывается ничуть не хуже смеси водорода с воздухом.
А такие «взрывы» происходят в автомобиле по многу раз в секунду! Короче, признано: употребление водорода не более опасно, чем использование обычного светильного газа.
Вот более весомое возражение. Водород имеет очень низкую плотность и занимает большой объем. Для уменьшения  объема  его необходимо    подвергнуть сжижению при очень низкой температуре (минус 252 градуса по Цельсию) и при высоком давлении. Уже одна эта операция требует большого расхода энергии. Но даже в сжиженном состоянии водород имеет плотность в три-четыре раза меньшую, чем плотность нефти. Следовательно, при их равной массе для водорода требуются куда более вместительные резервуары.
Еще одна существенная трудность: как хранить водород? Для хранения 20 килограммов жидкого водорода под давлением 200 атмосфер необходим бронированный резервуар размером с автомобиль и весящий около тонны.
Если бы водород не обладал высокой энергетической отдачей, выбор давно пал бы на синтетические виды горючего, получаемые из угля. Но, к счастью, в последние годы появились новые, очень перспективные методы хранения водорода. Так, в частности, используется размельченный, с очень высокой удельной поверхностью сплав — «металлический гидрид». Он действует как губка, поглощающая большие порции водорода. Баки, заполненные гидридом, вмещают в 40 раз больше водорода, чем баки, заполненные только газом.
Самое любопытное то, что новая технологическая схема позволяет не только хранить в твердом состоянии вещество, слишком взрывоопасное в газообразном состоянии, но и получать при переводе водорода из газообразного состояния в твердое тепловую энергию.
Принцип таков: резервуар снабжен системой трубок, внутри которых находятся очень мелкие, порядка нескольких микрон, частицы сплава титана и железа. Когда водород попадает под давлением в эти трубки, он контактирует с частицами, в результате чего происходит образование водородных соединений.
При этой химической реакции выделяется тепло, его можно использовать, например, для отопления помещений. Когда же нужно извлечь водород из резервуара, достаточно только подать тепло к водородным соединениям.
Эта часть процесса сопровождается выделением холода, который также может быть использован, например, для кондиционирования воздуха. А для высвобождения водорода достаточно через водородные соединения пропустить выхлопные газы двигателя или водяной пар, то становится понятным: такой метод хранения водородного топлива очень эффективен.

Водородные щедроты атома
Водород нужен не только автомобилю, но и самолетам. Недавно представители авиационной компании «Локхид» сделали заявление: в конце 1985 года, обещают они, четыре грузовых самолета «тристар», работающие на жидком водороде, начнут регулярные полеты.
Поживем, как говорится, увидим. Может, это просто рекламный трюк. Но вот промышленности (металлургии, скажем, водород нужен для прямого восстановления руд), особенно химической (половина производимого в мире водорода идет на выработку аммиака — основы удобрений; водород нужен и для создания высокооктанового бензина, и для гидрогенизации жиров), водород нужен во всевозрастающих дозах.
В 1970 году было произведено 1,8-107 тонн водорода!
Еще одна область, где водород может найти широкое применение, — это получение кормов для скота. Уже в прошлом столетии были открыты водородоокисляющие бактерии, биомасса которых при поглощении водорода  удваивается за  несколько  часов.    «Водородные» бактерии содержат 50—75 процентов белка. Этой биомассой можно кормить скот.
В Академии наук Молдавии создана опытно-промышленная установка для получения «водородных» бактерий. Уже подсчитано, что реактор тепловой мощностью в 2 миллиона киловатт мог бы «произвести» пищу (мясо) для миллиона жителей планеты.
Водородная энергетика очень нужна Она вступила бы в жизнь уже сегодня, если бы ученые располагали ответом на главный вопрос: как получить водород? Трудно сказать, когда водород начнут «качать», словно нефть, из недр Земли (вспомним гипотезу Ларина!). Пока же давайте обсудим возможности чисто земные, реальные, то, чем мы располагаем сейчас.
Способы получения водорода есть, их немало, но они, помимо всего прочего, должны быть экономически выгодны. Ведь, к примеру, при электролизе воды 85 процентов энергии электричества теряется напрасно и только 15 процентов материализуется в виде водорода. Поэтому подобные способы производства водорода человечеству пока еще не по карману.
Но водород очень нужен, и его получают из углеводородов нефти и газа, из угля (через кокс при температуре 1100 градусов Цельсия пропускается водяной пар) или же электролизом.
Увы, все эти операции либо дорогостоящи, либо поглощают энергии больше, чем дают. Кроме того, исключая электролиз, процессы сопровождаются тратой невосполнимой органики.
Нет! Водородная энергетика наберет силу только тогда, когда водород будут получать, во-первых, из воды (ее запасы в морях и океанах доступны и преизобильны), а, во-вторых, источник энергии будет даровым.
И тут исследователи возлагают большие надежды на атом.
Действительно, КПД атомной станции, если исходить из того, сколько энергии урана израсходовано и сколько энергии получено в виде электрического тока, составит всего 30—32 процента. Остальное уходит в бесполезное тепло. Но этот минус, оказывается, можно обратить в плюс!
Заставить тепло нарабатывать водород — вот идея' Ученые предложили уже множество схем — термохимических реакций, которые циклически повторяются, возвращаясь к исходному состоянию.    (Значит, производство можно оформить в замкнутый, экологически чистый цикл!)
Грубо говоря, схема такова. В совокупность связанных меж собой химических аппаратов подаются вода и тепло от атомного реактора. Это то, что входит, выходят же по трубопроводам водород и кислород.
Сейчас в мире запатентованы уже многие десятки термохимических циклов, которые порой носят звучные имена:  «Марк», «Агнесса», «Екатерина» и так далее.
Работы в этом направлении ведутся в СССР, США, Италии, Голландии, ФРГ, Англии, Японии. Уж больно заманчиво использовать бросовое тепло ядерных реакторов. Ведь КПД такой ядерно-водородной станции (ЯВС) теоретически может быть не 30 процентов, как у АЭС, а 70 и выше!
Даже с учетом собственных энергетических нужд ЯВС ее КПД будет равным 50—56 процентам. Таких показателей не имеет ни одна тепловая электрическая станция!
Не исключено сочетание ЯВС с комплексом металлургических или химических заводов. Если же образующиеся водород и кислород направлять в топливные элементы, то станция будет вырабатывать только электрический ток. Эту энергию можно направить на разложение морской воды, на извлечение из нее урана, брома, калия и других ценнейших веществ. Конечно, пока это только один из возможных проектов, базирующихся на водородной основе. Есть и другие.
Согласно прогнозам американских ученых по мере истощения запасов природного топлива человечество вступит в атомно-электрохимическую эру. Гигантские атомные электростанции на берегах океана будут давать электроэнергию Она пойдет на разложение морской воды на водород и кислород. (Электролизом! Этот процесс совершенствуется с каждым годом, становится все более эффективным и дешевым.)
Топливо будущего — водород будет пересылаться по трубам к местам потребления, заменяя природный газ и нефть.
Другой вариант той же картины — разложение воды за счет солнечной энергии, ведущей все к той же водородной энергетике.
Вот проект, детальные расчеты для которого сделаны в ФРГ. Солнечное тепло нагревает черные пластины до  120 градусов.    Термоэлементы    генерируют ток, используя перепад температур между этими пластинами и морской водой.
Электроэнергия идет на электролиз воды, дающий водород. Подобная электрохимическая гелиостанция площадью в 920 квадратных километров, расположенная на широте Гибралтара, обеспечила бы почти все потребности ФРГ в электроэнергии.
Энергетические поля
Везде, где можно, планета подставляет солнцу комочки, пластинки или пласты зеленого пигмента растений. Этот краситель (хлорофилл) жадно поглощает свет, давая начало все еще таинственному процессу — фотосинтезу.
Самое удивительное для нас тут то, что в каждом крохотном растеньице солнечные лучи разлагают воду на водород и кислород. Кислород очищает атмосферу, а водород в темновых процессах (уже без участия света) в недрах зеленого листа, соединившись с углекислым газом воздуха, превращается в углеводы, то есть то, что позднее может стать углем или нефтью — источниками химической энергии.
Отчего же не воспользоваться подсказкой природы? Как, следуя примеру растений, повенчать водородную энергетику с даровой энергией солнца?
Очевидно, необходим новый взгляд на вещи. Иная точка зрения. Ее в последние годы неустанно пропагандирует академик Н. Семенов.
Каждая клетка, по его мнению, представляет миниатюрный химико-энергетический завод со множеством специальных «цехов». Природа устроила его с таким совершенством, к которому мы на наших заводах еще только стремимся. И на первый взгляд кажется, что использовать такой  сложный  механизм  нереально.
Но вот тут-то и кроется ошибка. Дело в том, что в живом организме все взаимосвязано. И каждый элемент в той же клетке действует, так сказать, с оглядкой (обратные связи) на другие «узлы».
Но если мы захотим вне организма осуществить какую-либо одну функцию, например, получить определенное вещество, которое синтезируется в организме, то задача может значительно упроститься.
Не копируя природу,    но используя    некоторые ее принципы, человек сможет со временем в гораздо более простом виде реализовать любой химический процесс, идущий в живых системах. И тогда химическая технология претерпит подлинную революцию.
Этот новый подход к вещам академик Н. Семенов назвал химической бионикой. Одна из первоочередных ее задач — фоторазложение воды в целях получения ценнейшего топлива — водорода. И сделать это хотелось бы методами, схожими с теми, которыми пользуются растения. Ибо природа решает свои задачи с удивительным изяществом.
Процесс фотосинтеза успешно идет в хлоропластах — крохотных, микронных размеров, органеллах, нафаршированных хлорофиллом и расположенных в каждой клетке листьев растений.
Сложны процессы фотосинтеза. В растениях роль активного центра катализатора выделения кислорода, вероятно, играют ионы марганца, образующие четырехъядерный кластер. Он и служит своеобразным «переключающим» устройством между одноэлектронным актом разделения зарядов в хлорофилле, происходящим под действием света, и четырехэлектронным процессом образования кислорода из воды. В этом один из ключевых пунктов проблемы. Сейчас ученые во многих странах пытаются искусственно воспроизвести эту реакцию. Возможно, вместо марганца придется употребить железо или рутений.
Мы не будем углубляться в дебри трудностей, встающих перед учеными, занимающимися химической бионикой. Трудностей, мешающих решить проблему «искусственного фотосинтеза». Но, допустим, фотолиз воды, идущий в растениях, будет успешно продублирован. Что тогда? Тогда большие пластмассовые кассеты, содержащие водный раствор исходных веществ, расположатся на огромных пространствах энергетических полей. Под действием солнечной энергии в кассетах будут образовываться богатые химической энергией продукты реакции. Эти растворы, медленно циркулируя, попадут на соответствующие подстанции, где из них будут извлекать богатые энергией конечные продукты и добавлять исходные...
Выращивание...  нефти!
Фантазии Природы, ее остроумные находки, отлитые в стройный механизм фотосинтеза, поистине неисчерпаемы. Многие возможности растений только начинают становиться предметом  исследований.
Растения из углекислоты, света и воды «ткут» углеводы, но отчего не углеводороды? Соединения, состоящие только из атомов углерода и водорода (об этом свидетельствует и само их название). Из углеводородов в основном соткана и нефть. И вот ученые задумались: а нельзя ли подыскать растения, так сказать, углеводородоносы?
Есть такой пример, вспомнили ученые, Гевея, знаменитый бразильский каучуконос, дерево, млечный сок которого  (латекс)  является готовым углеводородом.
Одно из наиболее замечательных достижений XX века — получение синтетического каучука. Впервые этот синтез был осуществлен в СССР в 1932 году по способу, разработанному академиком С. Лебедевым.
Производство синтетического каучука (его готовят из продуктов, получающихся при переработке нефти — бутадиена, изопрена, стирола) росло столь стремительно, что после окончания второй мировой войны плантации гевеи почти полностью утеряли свое значение в поставке этого ценного сырья. Но повышение цен на нефть на мировом рынке более чем в четыре раза снова заставило пересмотреть экономические показатели синтетического каучука. Преимущества вдруг обратились в недостатки: ведь на производство одной тонны этого продукта в среднем расходуется три с половиной тонны нефти!
Другая проблема — ужесточение законодательства об охране окружающей среды: высокие затраты на очистные сооружения делают синтетический каучук еще дороже. И конкуренция между натуральным и синтетическим каучуком вновь резко обострилась. Так, американские шинные компании «Гудьир» и «Файрстон» начали в спешном порядке расширять плантации каучуконосов в Либерии и странах Латинской Америки. (Кстати, основной экспортер природного каучука сейчас не Бразилия, а Малайзия — свыше 40 процентов мирового производства — и Индонезия.)
Если можно выращивать каучук, так сказать, «живую резину», то, взглянув на дело глазами профана, уместно поставить и такой вопрос: а нельзя ли выращивать и нефть или какие-то вещества типа нефти или бензина, которые бы стали такими же естественными продуктами фотосинтеза, как глюкоза, жиры и белки?
В самом деле: ведь умеют же растения вырабатывать углеводороды, и высокого качества! В латексе гевеи углеводородные цепочки более длинные, чем в нефти, беда только в том, что они на две трети разбавлены водой.
Итак, почему бы не подыскать растения, непосредственно производящие нефтепродукты? Фантазии? Ан нет! Мысль о растущей нефти выдвинул не профан, а видный ученый, специалист по фотосинтезу, неутомимый пропагандист его возможностей — американский ученый М. Кальвин.
Вдохновленный этой новой идеей, Кальвин, что называется, засучил рукава и принялся за дело. В серии многочисленных опытов он доказал, что густой белый сок, выделяемый рядом тропических деревьев, представляет собой, по существу, легкий углеводород, из которого можно получать жидкую нефть, если удалить воду из эмульсии. Этот сок может стать превосходным сырьем для изготовления высококачественного бензина.
А добывают сок просто из надрезов на коре деревьев. При этом древесина, естественно, не повреждается и может при необходимости быть использована в строительстве или для производства бумаги. Где же растут эти чудо-деревья? Во многих областях земного шара: в Бразилии, Индонезии, Африке.
Эти растения семейства молочаевых Кальвин обнаружил и у себя в Калифорнии. И сейчас он пытается заняться их разведением.
Чтобы убедить скептиков, Кальвин устроил демонстрационный пробег. Используя бензин, полученный им в лаборатории из сока бразильских деревьев, он около ста километров колесил по дорогам Америки.
Экономические расчеты, произведенные ученым, показывают, что себестоимость барреля такой нефти составляет 20 долларов при получении 10 баррелей с гектара в год. Однако если отдача с гектара возрастет до 20 или 30 баррелей в год, то себестоимость нефти снижается соответственно до 15 и даже до 10 долларов за баррель. Для сравнения: в марте 1978 года (сейчас цены еще поднялись) за один баррель нефти, ввозимой в США, платили по 15 долларов.
«За десять лет нам удалось в пять раз увеличить производство, — заявил недавно Кальвин, — и я считаю, что, когда добьемся выведения лучших сортов, половину земель штата Аризона можно будет засевать «нефтеносными» растениями. Двадцать миллионов гектаров, которые в настоящее время пустуют, могут давать столько нефти, что легко обеспечат 10 процентов потребности США в жидком топливе».
Теперь у профессора Кальвина появились и последователи, например, агроном из Франции Сан де Пер-сево. Он намеревается культивировать бразильские деревья и уже подсчитал, что каждый год с одного гектара плантации сможет получать железнодорожную цистерну жидкого топлива.
Добавим еще одну немаловажную подробность — при сгорании растительная нефть не загрязняет окружающую среду двуокисью серы или какими-либо другими токсичными компонентами.
И еще одно: из нефтяного сока уже вырабатывают смазочные материалы для моторов самолетов и точных машин, а также защитные средства против обледенения.

Проект «Фотоводород»
Предыдущий рассказ о гевее и растениях рода молочаевых, как надеется  автор, укрепил  веру читателя в то, что растения способны на многое. И даже на производство... водорода!
В 1942 году американский исследователь Г. Гаффрон обнаружил, что сине-зеленые водоросли (рекордсмены среди растений по длительности существования на Земле — 3 миллиарда лет!), помещенные в искусственную атмосферу из инертного газа (без углекислоты и кислорода воздуха), начинают под действием света выделять вовсе не кислород, а водород.
Как же так? Мы привыкли, что растения выделяют кислород, которым дышит все живое, а тут...
В поисках ответа на этот вопрос наука еще не пришла к единому мнению. Но, видимо, накопившиеся в результате разложения воды излишки водорода (напоминаем, что в естественных условиях этот водород соединяется с углекислотой воздуха) требуют выхода, удаления. И водоросли «извергают» их.
Водородный цех может работать не только в сине-зеленых водорослях, но и в некоторых видах фотосинтезирующих бактерий. А также в искусственных системах, содержащих выделенные из растений хлоропласты.
Ну чем не фантастика! Не надо копировать тончайшие процессы разложения воды (химическая бионика), а сразу получать уже готовый водород.
Брать от растений не только плоды или клубни, но и топливо. Однако не в виде дров, как встарь, а по-иному — остановить фотосинтез на стадии разложения воды и вывести водород из недр растений (или водорослей, или бактерий) до того, как он будет израсходован на восстановление углекислоты воздуха.
Подобные исследования были начаты во многих странах. В нашей стране возник проект «Фотоводород», объединяющий многие организации.
Его совместно осуществляют находящийся в подмосковном городе Пущино Институт фотосинтеза Академии наук СССР, химический и биологический факультеты Московского государственного университета и другие научные коллективы.
Конечная цель проекта «Фотоводород» — подобрать биологические системы, которые бы использовали солнечную энергию для извлечения из воды не только кислорода, но и водорода.
Вновь не будем углубляться в научные тонкости, а обрисуем лишь контуры. Наиболее развит аппарат фотосинтеза у высших растений. Но заставить    работать высокоразвитые создания так, как это надо нам, совсем не просто. Поэтому выбрали обходный путь — модельные системы.
Решили разрушить клетки растений, выделить хлоропласты — органеллы, в которых идет фотосинтез, в чистом виде и поместить их в специально приготовленный раствор — среду, удобную для их функционирования.
В помощь хлоропластам приданы еще два необходимых компонента: ферредоксин — «профессиональный» переносчик электронов, образующихся при поглощении хлорофиллом квантов света, и гидрогеназу — биологический катализатор, способствующий быстрейшему выделению водорода.
Первая установка такого типа была создана в 1973 году в США. Она давала 15 микролитров водорода на миллиграмм хлорофилла и работала всего четверть часа. Дело в том, что ее составляющие части — ферредоксин и гидрогеназа — оказались очень нестойкими.
Тогда за дело взялись совместно советские и английские ученые (работники Института фотосинтеза в Пущине сотрудничали с лабораторией Лондонского университета, которой руководил профессор Дэвид Холл). Их установка выделяла уже литр водорода в час на грамм хлорофилла и работала 6 часов. Ученые сумели найти правильное соотношение частей, подобрали стойкие к окислению ферменты. Но через шесть часов погибает хлоропласт!
И в естественных условиях «срок службы» хлоро-пластов и молекул хлорофилла недолог. Но живая клетка непрерывно заменяет выбывшие из строя «детали» новыми — идет непрерывная регенерация рабочих частей.
Обновляется и состав хлорофиллов. И даже хлоропластов, крошечных фабричек фотосинтеза. А в искусственной системе этого нет. Поэтому здесь задача — постараться превзойти природу, сделать хлоропласта долгожителями, которые и с возрастом не теряли бы своих рабочих качеств.
Ученые многих стран мира пытаются продлить жизнь всех трех главнейших элементов: хлоропластов, ферре-доксина и гидрогеназы. Это один путь. Но есть и другой. Можно заменить живые элементы системы их синтетическими аналогами.
Работа ведется в обоих направлениях. Химики стараются подыскать или создать подходящие аналоги, а биологи — повысить стойкость живых участников реакции.
Гидрогеназа, например, встроенная в твердую матрицу (стекло или сажа), работает со 100-процентной эффективностью. И уже не минуты, даже не часы, а год!
Кто выиграет в этом соревновании, сказать трудно. Системы могут быть и «живые», и синтетические, и комбинированные.
Будущее проблемы «Фотоводород», как и всякой фундаментальной проблемы, предсказать трудно. Но вот что пишет большой энтузиаст этого дела, один из создателей проекта «Фотоводород», декан химического факультета МГУ, член-корреспондент Академии наук СССР И. Березин:
«Представим себе, что водородные реакторы установлены где-нибудь в пустыне, где солнце светит почти весь год. Тогда за день с квадратного метра поверхности удастся добывать 9 молей водорода — 18 граммов, или 18 тонн с квадратного километра. Расчет показывает, что абсолютно все энергетические нужды нашей страны может удовлетворить урожай водорода, снимаемый с участка пустыни размером 140 X 140 километров...»
Водородные плантации— мечта, явь? Фантастика, дерзко врывающаяся в мир обыденности?
Но, право, ее здесь, может быть, не больше, чем в ныне горячо обсуждающихся проектах заселения космоса, в путях практической реализации термоядерных электростанций и во многих других еще вчера казавшихся нереальных дерзаниях.
Опыты по искусственному воспроизведению фотосинтеза с попыткой получить столь ценный для человека водород знаменательны. Ведь все мы путешествуем на огромном космическом корабле, имя которому Земля. Здесь мы уподобляемся космонавтам, живущим в замкнутом цикле воспроизводства всех необходимых веществ — кислорода, пищи, воды, энергии. Продублировав фотосинтез, поставив себе на службу водород, мы станем обладателями экологически чистой энергии. Овладев искусственным фотосинтезом и создав водородную энергетику, человек сдаст экзамен на зрелость и будет способен выйти в открытый космос, как когда-то вышли из океана и расселились на суше наши далекие биологические предки.

ГЛАВА 9

ГЕЛИОСТАНЦИИ НА ОРБИТЕ

Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе околосолнечное пространство.
К.   Циолковский
В 1926 году в Калуге отдельной брошюрой вышла работа К. Циолковского «Исследование мировых пространств реактивными приборами». Брошюра вызвала горячие споры: шутка ли, ученый всерьез говорил о возможности жизни вне Земли!
Более того, он приводил расчеты и выкладки своих проектов! И фантастичней всего содержание последней части брошюры, озаглавленной «План работ, начиная с ближайшего времени», где под пунктом десять значилось: «Вокруг Земли устраиваются обширные поселения».
В этой работе, а также в книге «Жизнь в межзвездной среде» ученый подробно описал принцип, структуру и конструкцию таких поселений.
Прошло полстолетия. Стремительное развитие науки и техники превращает сегодня мечты К. Циолковского в конкретные проекты и планы.
Космические города
Телефон звонил непрерывно: просили интервью для радио, телевидения; редакторы журналов умоляли написать статью; солидные издательства предлагали выгодные контракты (книга, конечно же, должна была стать бестселлером!). И бесчисленные заявки на лекции, выступления, доклады, встречи...
Так сорокашестилетний профессор Принстонского университета (США) Джералд О'Нил, прежде хорошо известный своими работами в области физики высоких энергий, стал героем дня, кумиром для своих многочисленных последователей и сторонников. Колонизация космоса, немедленная, массовая, — вот девиз этих людей.
Все началось с полушуточных подсчетов на семинаре для дюжины способных студентов, изучавших курс физики. Случайно первая из намеченных профессором тем была следующей: «Является ли поверхность нашей планеты наилучшим местом обитания для высокоразвитой цивилизации?»
Вначале казалось, что безжалостные цифры зарежут «на корню» идею больших космических станций, предназначенных для обитания человека. Однако этого не случилось. Так постепенно в спорах, размышлениях и подсчетах вызревал проект создания гигантских поселений между Землей и Луной.
Затем последовали годы безуспешных попыток опубликовать работу. И лишь в 1974 году «Проект Л-5» получил широкое признание и поддержку. (Л-5 — точка либрации, через нее проходит орбита, стабильность которой обеспечивается совместным действием притяжения Земли, Солнца и Луны. Космический поселок, построенный здесь, не будет «плавать», а навечно останется висеть над определенной точкой Земли.)
Отличительная черта предложения О'Нила в том, что проект ориентирован не на элиту, не на специально подготовленных космонавтов, а на массы. Ведь даже самое маленькое (начальное) поселение, по мысли О'Нила, рассчитано на 10 тысяч мужчин и женщин. Главные критерии при отборе космических поселенцев — молодость, отличное здоровье и умение быть хорошим специалистом.
Призыв покорить космос, жить на внутренней поверхности быстро вращающегося гигантского цилиндра, где вздымаются горы, текут реки, льют искусственные дожди, растут деревья и трава, щебечут птицы; купаться в солнечных лучах, собранных огромными зеркалами; жить в мире изобилия энергии, мире, свободном от загрязнений, которые несет технология, — эта картина не может не покорить молодые сердца. Студенчество Америки, естественно, наиболее горячо приветствует «Проект Л-5».
Но мысли О'Нила нашли сторонников и в научных кругах. В 1977 году группа из тридцати американских ученых детально обсудила возможности этого проекта. Результаты опубликованы в документе Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) — «Космическая колонизация — проектное исследование». Это уже достаточно серьезный аргумент, который заставляет внимательнее отнестись к словам О'Нила: «К 2074 году более 90 процентов человечества будет жить в космосе, в условиях неограниченных ресурсов чистой энергии, изобилия пищевых и материальных средств, полной свободы передвижения. Земля превратится в огромный парк, свободный от индустрии, медленно и естественно восстанавливающий свои силы после смертельных ударов, нанесенных ей индустриальной революцией. Она станет прекрасным местом отдыха, где можно будет провести отпуск или каникулы...»
Мы не будем обсуждать технические стороны проекта О'Нила (основным сырьем для строительства, видимо, будет лунный грунт), предположительные даты, а лучше побываем (мысленно, конечно!) в одном из таких космических городов.
По просьбе редакции американского журнала «Нэшнл джиогрэфик» в космическом поселении № 1 «побывал» известный ученый и писатель-фантаст Айзек Азимов. Читатели журнала получили редкое удовольствие познакомиться с мельчайшими деталями жизни в космосе.
Если исключить ностальгию, то, судя по описаниям Азимова, жизнь там гораздо комфортабельнее, чем на Земле. Мягкий климат (день и ночь, зима и лето могут быть по желанию имитированы простым регулированием положения солнечных зеркал), отсутствие индустриальных выбросов (не только промышленные, но и сельскохозяйственные предприятия вынесены за пределы колонии, кроме того, все производства работают по замкнутому циклу, без отбросов), отсутствие автомобилей (космияне передвигаются на лифтах и на велосипедах), рационально сконструированный ландшафт и даже возможность заниматься всеми земными видами спорта (катание на лыжах, парусный спорт, альпинизм, планеризм).
Однако жители космических городов будут не только отдыхать и развлекаться, но и трудиться. Выращивать в вакууме громадные кристаллы-полупроводники, получать сверхчистые металлы, собирать микроминиатюрные схемы, которые на Земле столь необходимы для производства компьютеров.
В космических колониях разместятся многочисленные научные лаборатории. Тут можно будет организовать больницы для лечения болезней сердца — в условиях невесомости или низкого тяготения сердце работает с намного меньшей нагрузкой. Расположенные вблизи поселений Л-5 грандиозные (десятки километров в поперечнике) солнечные электростанции будут вырабатывать и посылать на Землю энергию. И тогда, по мнению Азимова, слова «энергетический кризис» быстро станут анахронизмом...
Космический дом Валерия Рюмина
Трудно сказать, насколько быстро и успешно пойдет в США строительство космических городов. Но космический «дом» на околоземной орбите уже существует. Четвертый год подряд работает орбитальная научная станция «Салют-6». За это время на ее борту трудились 27 (!) космонавтов. Девять раз стартовали с Байконура корабли, управляемые интернациональными экипажами. Двенадцать «Прогрессов» доставили на орбиту более 25 тонн различных грузов. Такой напряженной деятельности, такого активного долголетия не знала ни одна орбитальная станция в мире.
Вот уже представитель десятой социалистической страны — Румынии — побывал на орбите, и эта страна стала, таким образом, одиннадцатой космической державой мира. Иностранные журналисты, ревниво следящие за космическими успехами социалистических стран, в свое время писали: «В космическом состязании счет стал 8 : 1 в пользу русских». Они писали и о том, что космическое сотрудничество СССР расширяется: к новым запускам в рамках программы «Интеркосмос» готовились тогда монгольский и румынский космонавты. А первыми представителями Запада в совместных полетах станут в 1982 году французы. Их кандидаты проходят сейчас интенсивную подготовку в Звездном городке. Длительные пилотируемые и совместные полеты (уникальный эксперимент) продемонстрировали отличные эксплуатационные качества и высокую надежность отечественной космической техники.
Отмечали иностранные журналисты и следующий факт. На конец сентября 1980 года советские космонавты налетали ровно вдвое больше часов, чем их американские коллеги.
Рекорды, рекорды! Они следуют один за другим. 11 октября 1980 года завершился самый длительный в истории космонавтики пилотируемый полет. 185 суток находились на борту орбитальной станции «Салют-6» советские космонавты Леонид Попов и Валерий Рюмин. На их счету больше «космических часов», чем у всех вместе взятых космонавтов, побывавших на орбите до 1975 года! Особенно знаменит в этом отношении В. Рюмин. Ведь он совсем недавно вернулся из тоже рекордного 175-суточного (совместно с Владимиром Ляховым) полета и почти тут же отправился в новую космическую «командировку». За свою космическую «службу» он в общей сложности налетал 362 дня — почти целый год! Пресса социалистических стран даже окрестила жилой отсек «Салюта-6» «дачей Рюмина».
Знаменательно, что после 175-суточного полета, после столь долгой жизни в условиях невесомости, В. Рюмин уже на второй день начал прогулки. И это было результатом большой работы, которую советские ученые и медики провели для того, чтобы в конечном итоге сделать космос обитаемым для человека. А ведь там его подстерегает множество опасностей: тут и физиологическая реакция, вызванная влиянием невесомости на кровообращение, и декальцификация костей, и нарушение чувства равновесия, и психологические проблемы совместимости экипажей, и многое другое.
Жизнь в космосе — это напряженная борьба и работа, работа! Л. Попов и В. Рюмин с первого дня пребывания на орбите уже начали готовиться к будущей встрече с земной тяжестью. Каждый день они несколько километров проходили по бегущей дорожке, крутили педали велоэргометра, износили не один комплект нагрузочных костюмов, резиновые тяжи которых не дают мышцам расслабиться.
А работа? За 185 космических дней они провели более 250 экспериментов, имеющих важное значение для развития науки и народного хозяйства всех стран, участвующих в осуществлении программы «Интеркосмос». И цена этой работы известна. Как подсчитали советские специалисты, за пять минут фотосъемки с борта станции проделывается такой же объем работы, как за два года фотосъемок с самолета или за пять лет сбора информации на Земле.
Космический дом. Это может быть и временное пристанище, так сказать, «космическая гостиница» одноразового пользования, и место, куда возвращаешься вновь и вновь, как к себе домой. Советские специалисты, испытав системы станций «Салют», трудятся над созданием нового поколения орбитальных станций. Теперь они будут возводиться по модульному принципу. К основному блоку, оснащенному несколькими причалами, будут пристыковываться специализированные модули — один для астрономических наблюдений, другой для технологических опытов, третий для фотографирования. Для питания и отдыха космонавтов, для возвращения на Землю, для научных исследований и так далее. И возникнет на земной орбите уже не лаборатория — целый институт! Но важнее тут, может быть, то, что станция, устроенная по принципу модульности, станет практически вечной. Это и будет первый космический поселок землян.
Земля или космос!
Человек становится космиянином. В быт миллионов людей вошли космические системы связи; с вводом в строй метеорологических комплексов повысилась точность прогнозов погоды: вступают в эксплуатацию морские и аэронавигационные системы, использующие искусственные спутники. С космической высоты исследуются природные ресурсы Земли. И все же пока человек делал вылазки в космос, руководствуясь скорее любопытством, нежели необходимостью. Но, возможно, скоро он отправится туда, чтобы принести на Землю хотя бы крупицы из несметных богатств космоса. Одно из них — энергия солнечных лучей. Мощность солнца грандиозна. Бесплатный, обильный поток. Отчего же человек не «купается» в этом океане энергии?
Причин немало, главное — средняя плотность потока солнечной радиации на поверхности Земли обидно мала. Собрать солнечный урожай не так-то просто! Чтобы обеспечить энергией город с населением в 100 тысяч человек, нужны солнечные коллекторы общей площадью в 5 X 5 километров. Подобная установка заняла бы всю территорию такого города!
Конечно же, есть пустыни — обильные солнцем и бросовыми землями. Но тогда возникает дополнительная проблема — передача (а как тут обойтись без больших потерь?) энергии в те же города. Естественно поэтому: источники энергии жмутся к городам, поближе к потребителю. Можно, к примеру, хитроумно разместить солнечные коллекторы вдоль густой сети шоссейных и железных дорог. Так, чтобы они при этом не мешали сельскохозяйственным угодьям. И вот земной шар уже покрыт «кольчугой» из фотоэлементов. Люди, их постройки загнаны под землю. Стеснены. Но выход ли это из положения? Когда-то Дон-Кихот сражался с ветряными мельницами: его объявили сумасшедшим. А ведь старик был отчасти прав! Совсем недавно экономисты частично его реабилитировали. (Так же, как в 1980 году Ватикан вдруг публично покаялся: Галилей, оказывается, был осужден невинно, ошибочка произошла, видите ли!)
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 ив 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.
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.
Вариант возможного кардинального решения этой проблемы уже предложен. Спутники-отражатели в космосе. В районе такого энергетического комплекса будет помещен СВЧ-передающий центр. Созданный им электромагнитный пучок, отраженный от расположенного на геосинхронной орбите пассивного зеркала (металлическая решетка многокилометровых размеров), будет повернут к Земле и попадет на ректенну в местах потребления энергии.
Так вновь Земля оказывается связанной с космосом крепкими узами. Так вновь заявляет о себе очевидный глобальный характер будущих энергетических проектов. Так вновь возникают нерешенные проблемы — скажем, а не появятся ли гангстеры от энергетики? Они будут грабить уже не золото, а то, что может стать дороже его, — энергию! Ведь в космос нетрудно забросить и другие отражающие зеркала!..
В конце концов все — любой проект, начинание, инициатива — упирается в дилемму: дешево — дорого. Почем киловатт взятой из космоса солнечной энергии? Это сложный вопрос.
Слишком масштабен проект гелиоэлектростанций. Его планетарный характер тянет за собой многие трудноподдающиеся оценке эффекты: экологические, демографические, правовые и так далее.
Сравнивать СКЭС и традиционную энергетику трудно еще и потому, что все наземные энергетические комплексы требуют дополнительных затрат на сооружение линий передач, разработку месторождений, обогащение сырья, доставку горючего, захоронение отходов и пр. и пр.
Непросто также (СКЭС пока еще не построены!) рассуждать о том, что, вероятнее всего, станет реальностью лишь через пару десятилетий, скажем, к 2000 году. Таким образом, экономические оценки тут тесно переплетаются с футурологией. Вот поэтому-то встречающиеся в литературе цифры величины капитальных затрат на единицу мощности СКЭС и колеблются в довольно широком интервале.
Следовало бы принять в расчет и то, что отличительная черта конструкций СКЭС — наличие большого количества однотипных элементов, узлов и деталей, таких, как концентраторы солнечного света, пленочные солнечные батареи, элементы опорной структуры, ампли-троны, волноводы, диполи и диоды ректенн. Все это позволяет в принципе применить настолько высокую степень автоматизации процесса производства, что стоимость узлов и деталей будет, по существу, определяться стоимостью исходных материалов. Объем же последних в пересчете на единицу вырабатываемой мощности оказывается необычно низким с точки зрения существующих наземных энергосистем — порядка 2—2,5 килограмма на киловатт.

Ваш комментарий о книге
Обратно в раздел Наука