Альманах "Эврика"-84 - А. Лельевр

Для монтажа КЭС, доставки их на рабочие орбиты и обслуживания потребуются сборочно-монтажные, межорбитальные транспортные и эксплуатационные космические средства. Их создание представляет не менее сложную задачу, чем строительство самих КЭС. Ключом к решению всей этой проблемы будут грузовые сверхмощные ракеты-носители, с помощью которых элементы КЭС станут выводиться с Земли на низкую околоземную орбиту отдельными конструкциями массой от 100 до 500 тонн. Расчеты показывают, что за год двумя сверхмощными транспортными средствами можно доставить в космос все элементы одной КЭС.

Уже сейчас можно уверенно сказать, что для реализации проекта создания КЭС не существует непреодолимых трудностей. Это не означает, что их вообще нет. Но нерешенные проблемы носят не принципиальный, а скорее технический характер. Именно о них шли дискуссии в ходе работы нашей секции.

В частности, на ней были доложены интересные результаты теоретических и прикладных исследований, направленных на снижение стоимости оборудования станции, обещающих обеспечить ее высокоэффективную работу. Так, доктор технических наук С. Ряби-ков показал возможность резкого повышения коэффициента полезного действия солнечных батарей за счет увеличения концентрации солнечной энергии в сто и более раз. Профессор Н. Арманд и другие ученые предложили систему точечной ориентации антенны КЭС с помощью радиоинтерферометров: она позволит свести к минимуму помехи для тропосферной и вещательной связи, создаваемые СВЧ-излучени-ем при передаче на Землю большого потока электроэнергии.

Наряду с исследованиями отдельных проблем космической электроэнергетики, по мнению ученых, в настоящее время уже есть предпосылки для разработки технииеского проекта головного образца КЭС с полезной мощностью 100–500 тысяч киловатт. Его следует рассматривать как прототип будущих гигантских электростанций. Он должен экспериментально подтвердить эксплуатационные и технико-экономические характеристики систем и агрегатов КЭС, систем выведения, сборочных и ремонтных орбитальных средств. Сооружение такого головного образца КЭС — задача огромной технической сложности. Она требует беспрецедентных по масштабу монтажных работ на орбите, финансовых и материальных затрат. Поэтому здесь целесообразна международная кооперация ученых и инженеров.

Примеры международной кооперации в осуществлении крупных и дорогостоящих проектов уже есть. Скажем, по инициативе Советского Союза ученые СССР, европейских стран, США, Японии сообща приступили к созданию интернационального термоядерного реактора «Интор». Этот сложный и дорогостоящий реактор, в котором будут реализованы технические принципы советской исследовательской установки «токамак», должен продемонстрировать возможность получения электроэнергий за счет управляемого термоядерного синтеза. По оптическим подсчетам специалистов, «Интор» станет первым в истории человечества опытом совместного решения глобальной энергетической проблемы в интересах многих стран.

По нашему мнению, международное сотрудничество в исследовательских, проектных работах по созданию орбитальных электростанций — важнейшее условие для освоения неисчерпаемых ресурсов солнечной энергии. Именно благодаря кооперации коллективов ученых и инженеров разных стран в проект головной КЭС могут быть заложены самые передовые технические решения, самые последние достижения ракетно-космической, радиотехнической, электронной и других отраслей промышленности. И если в XXI веке примерно десять-двадцать процентов мирового энергопотребления будет обеспечиваться космическими солнечными электростанциями — это будет большой победой созидательных сил человечества.

Вот что рассказал академик В. Авдуевский.

В принципе солнечную энергию в космосе собрать можно так же, как и на Земле. А земной опыт у нас уже кое-какой накоплен. Пионером использования солнечной энергии считается Архимед, сумевший с помощью зеркал сжечь вражеский флот. Можно пойти по его стопам, установив на космических спутниках гигантские отражатели, которые передадут солнечную энергию на земную поверхность, и здесь она будет преобразована в другие виды энергии. Сейчас во многих богатых солнцем странах, да и у нас в Средней Азии построены установки, целые гелиостанции, питающие, например, отопительные системы зданий.

Правда, их мощности еще недостаточно велики, чтобы давать ощутимый эффект для производства. Слишком много солнечных лучей рассеивается и поглощается земной атмосферой. Фотоприемники, установленные на борту космического спутника, соберут энергии значительно больше, чем на Земле в самую безоблачную погоду. Дабы избежать потерь, она может быть преобразована в излучение, которое свободно проникнет сквозь атмосферу через так называемые «окна прозрачности» (например, СВЧ-диапазон). Приняв это излучение, земные станции превратят его в электрический ток требуемых параметров. Производительность обычной орбитальной станции будет в шесть раз выше, чем у наземной гелиостанции, расположенной в тропиках.

Космическое энергопроизводство сулит фантастические возможности, но насколько реально воплощение такой идеи?

Когда ученые перешли к конкретным расчетам, выявились большие трудности. К примеру, грандиозные масштабы космических электростанций. Для КЭС мощностью в десять миллионов киловатт, то есть равной двум Красноярским ГЭС (а какой смысл запускать менее производительные?), необходимы солнечные батареи площадью примерно в сто квадратных километров! Весить такое сооружение будет около ста тысяч тонн. Для доставки его даже по частям на околоземную орбиту, очевидно, потребуются ракеты-носители колоссальной грузоподъемности.

Площадь приемной антенны на Земле из-за расходимости пучка будет еще в несколько раз больше, и вращать ее, конечно, не удастся. Значит, нужно, чтобы станция висела над одной точкой, находилась на стационарной орбите. Запуск же спутника на такую орбиту дороже, чем на Луну. И только через тридцать лет безаварийной работы орбитальной станции добытая в космосе энергия окупит сгоревшее при запуске топливо.

Выгоднее монтировать солнечный приемник, запуская ракеты с Луны. Здесь и скорость для вывода на околоземную орбиту нужна меньшая, и сырье под боком — то, что надо. Конечно, предварительно человечеству предстоит освоить Луну, построить на ней фабрики и космодромы.

Современные корабли сжигают по сто и более тонн топлива, а для запуска КЭС, видимо, потребуется до десяти миллионов. Покорение космического пространства такой ценой может привести к весьма плачевным последствиям. Природой установлен максимальный порог энергопотребления человечества — за ним уже начинаются необратимые процессы. Например, таяние арктических ледников, исчезновение вечной мерзлоты. Даже если КЭС будут давать скромную десятую часть этой пороговой величины, их потребуется, ни много ни мало, десять тысяч штук. При выведении их будет сожжено количество тонн топлива, выраженное числом с одиннадцатью нулями. Для сравнения: углекислого газа в атмосфере примерно столько же. Комментарии, как говорится, излишни…

Однако вспомним историю науки. Когда в одном из направлений идея заходит в тупик, на помощь приходят достижения из других областей науки и техники. Так может получиться и в этом случае. Высказывается мысль о применении лазеров для запуска кораблей и для передачи энергии.

Что, если источник энергии для двигательной установки ракеты-носителя размещать не на ее борту, а, положим, на Земле или на каком-то другом корабле-спутнике? Лазерный луч, испускаемый современным подобием гаринского гиперболоида, будет нагревать рабочее вещество в двигательной установке. В результате одновременно снижается стартовый вес ракеты, уменьшается расход топлива и за счет увеличения скорости его истечения из сопла увеличивается мощность двигателя.

Если же на околоземной орбите уже находится хотя бы одна космическая электростанция, то именно на ней можно разместить эту лазерную установку, подключить ее к солнечной энергии, и тогда первая действующая установка вытянет за собой в космос и все остальные. По сравнению с обычным двигателем, работающим на углеводородном топливе, у лазерного есть еще одно важное преимущество — он в несколько раз меньше загрязняет атмосферу.

Многообещающе использование в будущем ядерной энергетики, однако достаточно чувствительны для окружающей среды и ее тепловые отходы.

Вообще при получении энергии любым способом какая-то ее часть теряется, рассеивается, идет на нагрев атмосферы. Как ни старайся, как ни повышай КПД процесса, от этого никуда не денешься. А мы уже говорили о пороге теплового загрязнения.