Валерий Родиков - Приключения радиолуча
Поскольку каждый диполь снабжен выпрямителем, то ширина луча приемной десятикилометровой антенны будет такой же, как у отдельного маленького диполика, у которого в довольно широком секторе нет резко выраженного направления приема. Поэтому огромную приемную антенну не надо будет ориентировать на передающую антенну, что значительно упростит ее конструкцию. Приемную антенну можно сконструировать таким образом, чтобы она была прозрачной для света. Тогда расположенную под ней территорию можно использовать для других целей, например, для сельского хозяйства.
Выпрямление электрического тока сопровождается тепловыми потерями: выпрямительные диоды будут нагреваться, а тепло передаваться окружающему воздуху. В тепло перейдет не более 15 процентов передаваемого с орбиты излучения, и нагрев атмосферы не превысит нагрева, обычно наблюдаемого над городами.
Как и на орбитальной станции «Салют», на космической электростанции придется ориентировать на Солнце многокилометровые панели солнечных батарей, чтобы солнечные лучи падали на них отвесно. Для электростанции это наивыгоднейший режим работы. Расчеты, проведенные специалистами, показывают, что солнечные батареи должны быть сориентированы относительно Солнца с точностью до 0,5 градуса, а луч передающей антенны радиолинии передачи электроэнергии относительно наземной приемной антенны — с точностью ± 1 градус. Для управления положением и ориентации такой многокилометровой конструкции надо иметь более тысячи корректирующих двигателей. Они будут работать всего 5—10 дней в году. Так что должны быть предусмотрены рейсы космических танкеров для заправки корректирующих двигателей топливом. Для коррекции можно использовать и электронные двигатели. Тогда энергией их обеспечат солнечные батареи, но восполнять запасы рабочего тела все равно придется. В дальнейшем возможно существенное упрощение конструкции, снижение массы и соответственно стоимости космической электростанции, если удастся сделать такую солнечную батарею, чтобы она преобразовывала энергию Солнца сразу же в сверхвысокочастотное излучение (минуя постоянный ток).
По инженерным оценкам, площадь, непригодная для проживания в районе наземного приемного пункта, не будет превышать 270 квадратных километров (круг с радиусом 9,25 километра), из них около 80 квадратных километров займет наземная антенна, а остальные — буферная зона. То есть приемную антенну можно размещать неподалеку от населенных пунктов, а это означает снижение потерь на транспортировку энергии. Вне буферной зоны уровень облучения будет незначительным, меньше допустимой для человека дозы длительного сверхвысокочастотного воздействия.
Неполадки в системе наведения радиолуча из космоса не должны приводить к превышению норм облучения. Для этого система наведения должна быть исключительно точной и надежной, но если все же случится неисправность, то передатчики космической электростанции должны мгновенно отключиться.
Вопрос воздействия сверхвысокочастотного излучения на живые организмы очень важен, и в нем есть еще немало «белых пятен». В частности, как будет влиять радиоизлучение на птиц, пролетающих зону радиолуча? Есть предварительные сведения, что птицы чувствуют сверхвысокочастотное облучение при плотностях потока свыше 25 милливатт на квадратный сантиметр и стремятся покинуть опасную зону.
Смогут ли самолеты пролетать зону радиолуча? Не будет ли вред пассажирам? Не повлияет ли пролет сквозь радиолуч на работу самолетной электронной аппаратуры?.. Вопросов много. Они неизбежны, когда дело касается крупного нового проекта.
А вот еще один интересный проект, в основе которого заложена передача энергии по радиолучу. Специалисты американского космического ведомства занимаются конструированием самолета, который сможет оставаться в воздухе до трех месяцев без посадки и дозаправки. Беспилотный самолет будет парить на сетчатых крыльях-антеннах размахом шесть метров, совершая полеты по восьмерке на высоте 25 километров над землей для контроля за состоянием атмосферы.
Двигатель самолета мощностью 40 лошадиных сил будет приводиться в действие энергией, доставляемой радиолучом. Фактически самолет сможет оставаться в воздухе до тех пор, пока не случится какая-либо неисправность. По прикидкам инженеров компании «Локхид», которая привлечена к этой работе, самолет можно запустить в начале 90-х годов.
Для передачи энергии предполагается построить антенное поле (величиной с футбольное) с сотней параболических антенн, нацеленных на самолет. Суммарная мощность передатчиков — два миллиона ватт. Самолет уловит луч при помощи приемников, установленных на крыльях, и преобразует радиоволну в электроэнергию. КПД системы — всего четыре процента, но этот недостаток компенсируется большой продолжительностью полета.
Предлагали для передачи электроэнергии с орбиты и лазерный луч. Проект заманчивый. Для лазера не надо таких больших антенн. Кроме того, уже есть экспериментальный лазер с солнечной накачкой, в котором сконцентрированный солнечный свет напрямую превращается в лазерный луч. Но есть у лазерного излучения серьезный недостаток…
Один мой знакомый радиоинженер рассказал мне как-то такую историю. Он участвовал в разработке и испытаниях экспериментальной лазерной телефонной линии связи в Москве. Телефонный узел Г-6 на Зубовской площади (в то время в Москве были еще шестизначные номера) соединили с помощью лазерной линии с университетом на Ленинских горах, где установили антенные устройства для передачи и приема сигналов лазера, передаваемых с Зубовской площади. По вечерам, примерно в одно и то же время, связь ухудшалась. Долго ломали голову. А оказалось все просто. Трасса пролегала над каким-то вечерним учебным заведением. Во время перерыва открывались окна для проветривания аудитории. Потоки теплого воздуха из окон да еще с табачным дымом поднимались на пути луча и ослабляли его. На языке специалистов это явление называется «рассеянием на неоднородностях атмосферы». Так что лазерная система чувствительна к состоянию атмосферы. Облака, разного рода турбулентности поглощают и рассеивают лазерный луч. Коэффициент полезного действия такой линии электропередачи при плохой погоде упал бы до очень низкого уровня. Кроме того, эксплуатация энергетической лазерной линии большой мощности требует повышенной осторожности. Случайное отклонение луча из-за неисправности системы его наведения может создать серьезную угрозу безопасности людей.
Так что радиолуч — наиболее вероятный претендент на роль линии электропередачи из космоса.
Ожидается, что в XXI веке космические электростанции будут удовлетворять 10—20 процентов мировых потребностей в электроэнергии, а для некоторых стран даже на 40—50 процентов. Это станет весомой экологически чистой добавкой к наземной энергетике планеты. Мощные космические электростанции, преобразующие энергию Солнца в электричество, будут в полную меру служить человеку. Не исключено, что XXI век люди назовут веком Солнца!
К ЗВЕЗДАМ ПОД РАДИОПАРУСОМ
Герои фантастических произведений давно уже побывали на планетах у чужих солнц и познакомились с их обитателями. Крылья мечты оказались быстрее современных ракет. Да и с планетами в других мирах нет ясности: как показали расчеты специалистов, пока ни одним из существующих методов невозможно достоверно обнаружить планеты даже у соседних звезд. Правда, ученые не теряют оптимизма. Они уверены, что в будущем появятся технические средства, чтобы решить эту задачу. В частности, они связывают свои надежды с выводом в космос больших оптических телескопов.
А как обстоят дела с межзвездными перелетами? Сможем ли мы устремиться в погоню «за светом и пространством»? По прогнозу, сделанному в начале 80-х годов, темпы развития ракетной техники не исключают к 2000 году первых шагов к звездам. На рубеже веков, вероятно, появится возможность запустить космический аппарат, скорость которого относительно Солнца (то есть в момент, когда он покинет Солнечную систему) будет составлять около 100 километров в секунду, то есть почти в 13 раз быстрее искусственного спутника Земли. Однако даже при такой скорости полет до ближайшей звезды займет около 10 тысяч лет.
Для сравнения с сегодняшней реальностью приведем данные по летающей ныне американской станции «Вояджер-2», которая была запущена в августе 1977 года. В августе 1989 года станция достигнет планеты Нептун, которая находится от нас на расстоянии в 10 тысяч раз большем, чем Луна. Ну а ближайшая к Солнцу звезда проксима Центавра еще в 10 тысяч раз дальше: она удалена от нас на 40 триллионов километров или на 4,3 светового года. «Вояджер-2» покинет Солнечную систему со скоростью 58 тысяч километров в час. Чтобы долететь до ближайшей звезды, ему потребуется 80 тысяч лет…
