Траектория жизни. Между вчера и завтра - Константин Феоктистов

Можно строить тепловые электростанции с величиной затрат около 500–1500 долларов на каждый киловатт мощности вновь введенной электростанции. Но ограниченность запасов топлива и экологические соображения практически исключают этот вариант решения энергетической проблемы.

Строительство атомных электростанций с затратами порядка 1500–3000 долларов на киловатт не может быть решением энергетической проблемы из-за неизбежности аварий с тяжелейшими последствиями и для живущих сейчас людей, и для их потомков: аварии ядерных электростанций имеют длительные и плохо предсказуемые последствия. В то же время аварии — вещь вероятностная, и надеяться на то, что их можно в принципе избежать, было бы нелепым самообольщением.

Будут, конечно, строиться гидроэлектростанции стоимостью порядка 2000–4000 долларов на киловатт, но они не могут целиком решить эту проблему из-за локального, местного характера решения.

Наверное, будут строиться геотермальные, приливные и ветровые электростанции, но и они не могут стать глобальным решением энергетической проблемы из-за их локального характера.

Наземные солнечные электростанции могли бы рассматриваться как вполне возможное решение энергетической проблемы. Сегодня, на мой взгляд, представляется возможным достигнуть стоимости наземных солнечных электростанций порядка 500–1000 долларов на киловатт. Если мы сможем организовать массовое производство солнечных фотопреобразователей, то снизим их стоимость до 300–500 долларов на киловатт, а остальные 500–700 долларов пошли бы на конструкцию и изготовление электростанций. С точки зрения размещения их на поверхности, вроде бы проблем не должно возникнуть: нужно будет найти площади в сумме порядка 50 тысяч квадратных километров. Эта площадь равна площади квадрата со стороной около 200 километров. Тут нет проблем. Свободных площадей, особенно в засушливых солнечных районах, больше чем достаточно. Но, конечно, придется преодолевать ряд трудностей. Самые очевидные — обеспечение защиты от грязи, пыли, дождей и от эрозии внешней поверхности от песка и пыли, бьющих по поверхности, когда дует ветер. Но это инженерная проблема, и она представляется решаемой (вспомним хотя бы «дворники» на автомобилях). Более сложной является проблема дня и ночи: когда солнце склоняется к закату, мощность наземных солнечных электростанций будет падать до нуля. Но именно вечером и ночью нужно увеличивать выработку электроэнергии (освещение, подзарядка аккумуляторов, обеспечение ночных смен на заводах и тому подобное). Пока хотя бы часть континента освещена солнцем, энергию можно передавать с освещенной части на ночную сторону по высоковольтным линиям электропередачи. Но когда весь континент окажется в тени, то наземные линии электропередачи уже не помогут. То есть возникнет задача передачи электроэнергии через океаны, которая может оказаться серьезной технической проблемой. Даже если это не удастся преодолеть, наземные солнечные электростанции могут оказаться серьезным вкладом в решение энергетической проблемы. Следовательно, создание дешевых и надежных наземных солнечных электростанций (больших и малых) будет одной из важнейших технических задач в следующем веке.

Правда, тут нас будет подстерегать еще одно осложнение. Если потребляемая мощность электростанций возрастет на порядок, то следует ожидать повышения температуры поверхности на величину около одного градуса Цельсия. Но это осложнение только напоминает нам о том, что проблема роста народонаселения грозит нам еще и опасностью нарушения теплового баланса Земли.

Другим, возможно, перспективным, путем решения энергетической проблемы может оказаться создание орбитальных солнечных электростанций.

Уже сейчас получен опыт длительной эксплуатации солнечных батарей в условиях космоса. Для орбитальных солнечных электростанций можно было бы использовать пленочные солнечные батареи с массой порядка 3–4 килограммов на киловатт.

Солнечные орбитальные электростанции представляются пригодными для снабжения Земли электроэнергией. Полученную от солнечных батарей электроэнергию можно преобразовать в радиоизлучение и с помощью остронаправленной антенны орбитальной электростанции в виде узкого пучка лучей передавать на приемную антенну, расположенную на поверхности Земли. Принятое на Земле радиоизлучение можно снова преобразовать в электроэнергию и направить потребителям. Чтобы орбитальные электростанции имели непрерывную и кратчайшую связь с наземными приемными станциями, было бы целесообразно размещать их на геостационарной орбите. Сама идея создания орбитальных солнечных электростанций появилась еще в конце семидесятых годов, когда инженеры, работавшие в космической технике, начали искать возможности орбитальных сооружений для решения насущных проблем человечества. Но проработки показали, что это далеко не простое дело.

Главное на пути к созданию солнечных орбитальных электростанций научиться строить на орбите гигантские и одновременно легкие конструкции. Начинать можно, например, со сборки ажурной панели-блока размером, например, 100 на 100 метров. А затем, постепенно соединяя между собой такие блоки, наращивать площадь конструкции до десятков квадратных километров. С панели площадью 100 квадратных километров можно было бы снять мощность до 10 миллионов киловатт. Для передачи энергии на Землю на такой орбитальной электростанции потребуется антенна площадью около квадратного километра. Наземная приемная антенна будет при этом иметь диаметр порядка нескольких километров. Скорее всего, окажется целесообразным не только сборку, но и изготовление элементов блоков-панелей вести на орбите. То есть доставлять туда, скажем, рулоны металлической ленты, там ее резать и изготовлять из нее стержни, из которых собирать потом ферменные конструкции панелей (конечно, могут быть найдены и другие технологии изготовления и сборки панелей). И уже на эти панели натягивать пленочные солнечные батареи. С учетом массы самой пленки, фирменных панелей и других элементов конструкции, масса солнечной электростанции могла бы составить примерно 4–5 килограммов на киловатт ее мощности.

Сложнейшей частью задачи создания солнечных орбитальных электростанций является доставка на орбиту материалов для ее строительства. Масса станции мощностью 10 миллионов киловатт может составить около 50 тысяч тонн, и соответственно масса 100 таких станций составит порядка 5 миллионов тонн. Для решения задачи доставки на орбиту такого количества материалов с приемлемой стоимостью потребуется создать совершенно новые многоразовые ракеты-носители. С одной стороны, это должны быть достаточно большие машины, способные выводить на орбиту полезный груз массой, скажем, порядка 500 тонн, с тем чтобы за один-два года (при темпе их запусков 10–50 в год) можно было бы доставлять строительные материалы одной станции на орбиту и с такой скоростью вести строительство. С другой стороны, для рентабельности этого предприятия необходимо, чтобы стоимость выведения на таком носителе была бы не больше 100 долларов за доставку на орбиту килограмма полезного груза. Если сравнить эту величину со стоимостью доставки на орбиту с помощью современных одноразовых ракет (порядка 5000 долларов за килограмм), становится очевидной вся сложность решения этой задачи. Нужно снизить стоимость доставки на два порядка. Но эта задача не безнадежная. Мне она представляется решаемой.