Промышленное освоение космоса - Константин Циолковский

Если принять среднее количество выпадающей воды в виде дождя в 100 сантиметров (предельное количество более 400 сантиметров), а высоту облаков в 1 километр, то работа, даруемая человеку на 1 квадратный метр поверхности земли, составит в год 1000 тонно-метров, или миллион килограмм-метров. В день будет 2800 килограмм-метров, т. е. только 1/700 или несколько более одной тысячной энергии лучей, доходящих до земной поверхности. Она не только сравнительно ничтожна, но и ее даже трудно использовать. Часть ее превращается в падение и движение воды и может быть использована, хотя и ее человек еще далеко не взял полностью. Абсолютно энергия падения дождей не мала: на одного жителя Земли ее приходится в секунду 3000 килограмм-метров, или непрерывная работа машины в 40 лошадиных сил. Все водопады дадут на долю одного человека много меньше. Но работа водопадов может быть легче использована, и для современного населения имеет большее значение. Для будущего же она чересчур ничтожна, так как население возрастет в сотни раз, и работа водопадов не будет достаточной для такого множества людей и их возросшей потребности в индустрии.

Энергия лучей накопляется в древесине и плодах растений. Древесина, сгорая и давая тепло, с помощью машин-двигателей превращается в механическую работу.

Плоды, годные как человеческая пища, также накопляют теплоту и энергию, проявляющуюся в животных и человеке.

По Тимирязеву, поле не утилизирует больше 1–2% солнечной энергии, но при лучших условиях, во время опытов, утилизация доходила до 5%, считая энергию всех частей растения — съедобных и несъедобных. А так как машины-двигатели пока не утилизируют более 30% энергии топлива, то этим путем мы не можем получить более 1,5% солнечной энергии, между тем как непосредственно солнечною теплотою можно утилизировать до 30%, т. е. в 20 раз больше. На практике поле дает лишь 0,02% утилизации. Так что, сжигая древесину в моторах и утилизируя 30% энергии, получим лишь 0,006%, или в 5000 раз меньше, чем непосредственно теплотою Солнца. Вот как невыгодна накопленная в древесине энергия в качестве двигателя!

Мы видели, что на квадратный метр полная энергия лучей равна в секунду 52 килограмм-метрам; следовательно, человек может получить с помощью растений не более 0,78 килограмм-метров. Для получения лошадиной силы (75 кг-м) надо 96 квадратных метров или квадрат почвы со стороною в 10 метров.

Отсюда видно, как невыгодно пользоваться растениями как топливом в моторах для получения работы. Притом мы взяли искусственные и самые благоприятные условия для растений. На практике работа еще в 250 раз меньше.

Впрочем, в жарком климате некоторые растения, даже не считая несъедобных частей, при самых натуральных условиях, утилизируют от 2 до 5% солнечной энергии. Как источник механической энергии и это топливо, как мы видели, невыгодно. Но материал этот, т. е. пищевой солнечный продукт, незаменим в питательном отношении.

Для расчета возьмем наиболее плодовитое растение тропических стран, именно банан, который, по словам Гумбольдта, дает в 133 раза больше питательных веществ, чем одной площади поле, засеянное пшеницею. Это растение дает в год с гектара (десятины) 25 000 пудов питательных продуктов, т. е. более 400 000 килограммов. На квадратный метр в год получим 40 килограммов, в день — 0,11 килограмма. Если принять тепло-производительность банана, как и картофеля в 1000 калорий, то банан дает в сутки ПО калорий. Мы же видим, что на квадратный метр падает 5200 калорий. Значит, утилизируется более 2% солнечной энергии. Если же считать и несъедобные части, то, конечно, получим большую утилизацию. Но я не знаю точно теплопроизводительность банана.

Можно это проверить другим соображением. Гектар дает в год при уходе и урожае до 130 пудов пшеницы. Это составит 2200 килограммов, с 1 квадратного метра получим 0,22 килограмма в год, а в день — 0,0006 килограмма. Банан, по Гумбольдту, дает в 133 раза больше, т. е. 0,08 килограмма. Тепло-производительность пшеницы 4000 калорий. Значит, банан в день на квадратный метр дает 320 калорий. Это составит уже 6,4%. Но, может быть, Гумбольдт подразумевал обычный урожай, втрое меньший приведенного, и тогда получим те же 2–3% утилизации солнечной энергии.

Итак, на практике и в опытах утилизируется посредством наиболее выгодных растений не более 1/50-1/20 всей солнечной энергии. Обычные же хлебные растения дают в 100 раз меньше, т. е. от 1/5000 до 1/2000 части всей лучевой энергии, доходящей до поверхности земли. Почему так мало?

Мы видим, что утилизация страшно зависит от рода растений; может быть, она мала благодаря большому количеству пасмурных дней, несовершенству почвы, недостатку удобрения, влаги и соответствующей атмосферы. Изменяя все эти условия, в особенности, культивируя растения искусственным подбором, мы, может быть, в конце концов достигнем если не 100% утилизации, это недостижимый предел, то хоть 50%. Тогда плодородие теперешних наилучших растений увеличится в 10–25 раз. На квадратный метр в день получим до 2500 калорий, которые в наиболее совершенных двигателях превратятся в ежесекундную работу, в 9 килограмм-метров. Тогда 9 килограмм-метров дадут одну лошадиную силу, 1 кв. метр даст одного механического раба. И это пределы, о которых только может мечтать человек.

Все же, в отношении получения работы непосредственная эксплуатация лучей с помощью солнечного двигателя будет выгоднее. Предполагавшихся идеальных растений еще нет, и неизвестно, будут ли они; двигатели же солнечные более осуществимы, в особенности они могут оправдать себя в сухих безоблачных странах, или, еще лучше, вне атмосферы и вне земли. Тогда действие их будет в 8 раз сильнее.

Мы говорили пока об энергии солнечных лучей в отношении механической работы, в которой, конечно, нуждается человек. Мы указали на ее предел, который доходит до 18 килограмм-метров в секунду на квадратный метр, т. е. работу 3 человек. Идеальные растения дадут вдвое меньше, а известные и существующие еще в 10 раз меньше, т. е. около 1 кг-м. Вообще же, на средней практике, еще в 250 раз меньше.

Теперь разберем значение растений как эксплуататоров солнечной энергии в отношении питания человека. Тут, как будто, они не имеют конкурентов!

На обитателя Земли приходится 4 гектара тропической земли. Сколько же эта поверхность может прокормить людей. Одного ли человека?

Картофель, в среднем, на 4 гектара, или десятины, дает в год 2000 пудов, или 80 000 фунтов. На человека в день приходится более 400 фунтов, или в 100 раз больше, чем нужно. При особенном уходе получим вдвое больше, т. е. удельная земля прокормит 200 человек вместо одного, и тогда достаточно на одного человека не 4 гектара, а только 200 кв. метров, или квадрат со стороною в 14–15 метров, т. е. 7 сажень.

Урожай свеклы доходит до 24 000 пудов с нашего надела, т. е. в 6 раз больше высшего урожая картофеля. Среднее количество ржи с 4 десятин составит 320 пудов. В сутки придется около пуда, т. е. в 40 раз больше, чем нужно.

Столько же, приблизительно, получается овса, ячменя, пшеницы и других хлебных растений, а при особенном уходе даже в 2 раза больше.

Так что и хлебные поля могут прокормить население в 50-100 раз большее, чем какое есть сейчас на Земле. Не забудем, что в теплом климате можно собрать в год несколько урожаев.

Мучная сердцевина одного сагового дерева достаточна для прокормления одного человека в течение года. Одна финиковая пальма приносит в год, при урожае, до 10 пудов, что довольно для 1 человека на год. Так же плодовиты и смоковницы.

В Китае иногда собирают с 4 десятин до 4000 пудов рису, что в день составит более 10 пудов, или в 400 раз больше, чем нужно. Там же сбор разных продуктов с 4 десятин достигает в урожайные годы до 8000 пудов, т. е. более 800 фунтов в день, или в 800 раз более, чем требуется на одного человека.

Четыре гектара могут дать в год 100 000 пудов бананов, т. е. превосходнейшего питательного продукта, заменяющего хлеб. Это в день составит 250 пудов, или 10 000 фунтов, т. е. в 5000 раз больше, чем надо людям. Для прокормления бананами одного человека в среднем нужно земли в 5000 раз меньше 4 гектаров, т. е. только 8 кв. метров, или огородец в полторы сажени длины и ширины. Это даже мало для простого помещения человека.

Хлебное дерево почти так же производительно: два, три хлебных дерева обеспечивают человека на всю жизнь, а два десятка — многочисленную семью.

Столько же кокосовых пальм заменяют поле, назначенное для прокормления семьи.

Арум — корнеплодное до того плодовито, что одна квадратная сажень, или 4 кв. метра, занятых арумом, могут иногда прокормить человека круглый год. Значит, наш надел даст этого корнеплодного столько, сколько нужно для пропитания 10 000 человек.

Этих примеров довольно. Они представляют голую действительность, благоприятность которой может быть искусственно, со временем, силою науки еще увеличена раз в 10. Так что и одного квадратного метра будет для питания человека много. Но и тогда утилизируется только 20% солнечной энергии. Такая достижимость в отношении питания даже не нужна, так как человеку для комфортабельного помещения надо земли в 100 раз больше. Но эта земля может давать еще волокно, лекарство и другие материалы, необходимые человеку.