В XV столетии, в эпоху буржуазных революций и религиозных войн, в Лондоне жил барон Веруламский виконт Сент-Олбанский лорд-канцлер Англии великий философ Фрэнсис Бэкон (1561 — 1626). Он писал: «Я всего лишь трубач и не участвую в битве... И наша труба зовёт людей не к взаимным распрям или сражениям и битвам, а, наоборот, к тому, чтобы они, заключив мир между собой, объединёнными силами встали на борьбу с природой, захватили штурмом её неприступные укрепления и раздвинули границы человеческого могущества». Почти четыре века эти слова вдохновляли учёных и инженеров всего мира на борьбу с природой за власть над миром. У лорда Бэкона была ещё одна мечта. В своей последней, оставшейся недописанной книге «Новая Атлантида» (опубликована после смерти автора, в 1627 г.) он рассказал о фантастическом острове-государстве Бенсалем. Его «мозговым центром» был Дом Соломона — обиталище мудрецов, которые планировали научные исследования и технические изобретения, внедряли их в хозяйство и быт, распоряжались производством и всеми природными ресурсами острова. По мысли философа, именно это стало причиной небывалого процветания и Бенсалема, и всех его граждан.
К идеям Фрэнсиса Бэкона о государственной организации науки и техники, о передаче политической власти учёным и инженерам впоследствии обращались многие мыслители. Дом Соломона стал прообразом организации первых научных обществ и академий наук. Сторонников политической власти инженеров стали называть технократами (от греч. «те'хне» —
«искусство», «ремесло», «мастерство» и «кра'тос» — «власть», «господство», «сила»). Одним
из приверженцев технократических идей был великий русский учёный Владимир Иванович
Вернадский, считавший, что люди науки и инженеры лучше профессиональных политиков
способны разобраться и в нуждах людей, и в том, как сделать их счастливыми. Сегодня
приверженцев технократических убеждений можно встретить во всех странах мира.
Но инженер, сведущий в технических вопросах, вовсе не обязательно так же хорошо
разбирается в социальных проблемах, в сложных и противоречивых процессах, происходящих
в обществе. Далеко не каждый, даже очень хороший инженер-конструктор или технолог может
успешно руководить большим коллективом. Поэтому утверждение технократов, что учёные и
инженеры способны управлять государством лучше профессиональных политиков, вряд ли
справедливо.

Классический фейерверк (от нем. Feuer — «огонь» и Werk — «дело», «работа») совсем не похож на стрельбу залпами разноцветных ракет через равные промежутки времени. Он был своеобразной светомузыкой прошлого, воистину роскошным зрелищем, праздничным убранством небес. Сейчас трудно представить себе ту феерическую игру огня, цвета и света, которой любовались наши предки.
Наиболее ранние упоминания об этом удивительном зрелище относятся к 399 г., когда при дворе императора Гонория в Милане был устроен фейерверк из горящих масляных плошек и факелов. Однако порох стал известен в Европе лишь в XIII в., а потому считается, что первый настоящий фейерверк состоялся в итальянском городе Виченца в 1379 г. На Руси такие «художества огненныя» впервые увидели в городе Устюге во времена царствования отца Петра I — Алексея Михайловича (1675 г.). Массовое же производство фейерверков в России, как и в Западной Европе, было налажено только в XVIII в., когда они вошли в моду. Большинство терминов для обозначения заимствовано из немецкого, голландского и английского языков. Рецептура чёрного пороха не претерпела изменений на протяжении веков: смесь нитрата калия (калиевая селитра), древесного угля и серы в отношении соответственно 75:15:10 по массе служит почти идеальным фейерверочным составом. При нагревании селитра разлагается, выделяя кислород, а сера и уголь вступают с ним в реакцию — горят, выделяя много тепла. Различают несколько типов фейерверков. Дневные состоят из ракет, люсткугелей (воздушных зарядов)с
начинкой из пороха, образующего при сгорании цветной дым, с бумажными или шёлковыми парашютами, с разноцветными надувными бумажными фигурами. Вечерне-ночной фейерверк более красочен. Его устраивают из ракет, огненных фонтанов, фальшфейеров (пиротехнических ракет, испускающих при горении чрезвычайно яркий свет и образующих цветной дым), бенгальских огней. Из разноцветных пиротехнических свечей делают лозунги, транспаранты, портреты и картины. К домашнему фейерверку относятся исключающие возможность возгорания митральезы с конфетти, бенгальские огни и свечи, бездымные цветные огни, хлопушки, «рождественские дрова» (в обычное полено встраивают пиротехнические свечи и кладут в камин; при горении оно разбрасывает снопы искр). К этой же группе принадлежат фейерверки для садов и театров.
Водяной фейерверк («венецианский праздник») — наиболее эффектный и зрелищный — проводят ночью на озере или пруду, чтобы чёрная гладь воды удваивала блеск каждой выпущенной ракеты. Огненные фигуры устанавливают на поплавках, плотах, лодках, а иногда даже на модели колёсного судна — фейерверочном пароходе. Из его трубы бьёт сноп ослепительных искр, колёса бешено вращаются, рассыпая веера огненных звёзд и брызг, оглушительно палят пушки. Когда-то русские пиротехники разыгрывали целые морские битвы между флотами. Корабли проигравшей стороны в финале сражения эффектно разлетались на куски, изображая взрыв пороховых погребов.
В зависимости от конструкции классический фейерверк делится на три класса фигур: низовые, верховые и средние. Низовые, или наземные, фигуры состоят из огненных водопадов, фонтанов, мозаик, эмблем, лозунгов. Установив пиротехнические свечи на каркасе, можно сделать контуры самых разных картин — «марсов огонь», «итальянскую розу», «огненный дождь», «солнце славы», «каприз», «мальтийский крест», «фантастические машины» и др. Фейерверк сопровождается и звуковым оформлением: имитируются пушечные выстрелы, раздаётся шипение, оглушительный свист и могучий рёв. Патроны и кометы выбрасывают в воздух разноцветные мерцающие искры и звёзды, образующие сияющий огненный шлейф. В водяных фейерверках кроме наземных фигур используют и некоторые специфические — дукер (водяной фонтан), волчки, фугасы, бегуны (ракеты на поплавке, которые бегут по поверхности воды, оставляя за собой огненный хвост) и шнурфейеры (яркий огонь, перемещающийся по шнуру).
Верховые фигуры выстреливаются из мортир на высоту до 500 м. Это могут быть горящие звёздочки, флаги, транспаранты, шве'рмеры (фейерверочные ракеты, оставляющие зигзагообразный след), пчёлки, кометы, огненные горшки и римские свечи.
К средним (взлетающим) фигурам относится в первую очередь фейерверочная ракета. Её по праву считают лучшим украшением любого фейерверка, его душой. Из ракет составляют множество разных комбинаций — «Меркуриев жезл», «павлиний хвост», «жаворонок», «золотой дождь» и др.
5 августа 1943 г. в честь освобождения от фашистов Орла и Белгорода в СССР был произведён первый военный салют из зенитных орудий, а огни запускали солдаты салютной команды залпами из обычных ракетниц. В 1974 г. сформировали отдельную салютную батарею. У неё «на вооружении» состоят многоствольные пусковые устройства — мортиры в виде коротких вертикальных труб, собранных в пакет и установленных в кузове грузовика. В стволы закладывают салютные шары величиной с небольшой арбуз. При выстреле шар взлетает на высоту до 350 м, взрывается и разбрасывает в воздухе ярко горящие разноцветные огоньки. Фейерверки порой устраивают даже с борта самолёта, оставляя в ночном небе огненные надписи и картины. А днём тот же самолёт может их нарисовать разноцветными пиротехническими дымами. В 80-х гг. в СССР изобрели аэрофейерверк: к свободно летящему воздушному шару подвешивают набор пиротехнических устройств с бикфордовым шнуром, который перед стартом зажигают. На высоте устройство взрывается, образуя эффектный огненный водопад.
Конструкция классической фейерверочной ракеты очень проста и за прошедшие столетия
практически не изменилась: бумажная (или картонная) трубка корпуса, начинённая
соответствующим пороховым составом, и длинная тонкая рейка-хвост, привязанная к корпусу.
Единственным новшеством стал пластмассовый корпус вместо картонного.
Ещё недавно создание и составление фейерверков было скорее ремеслом, нежели наукой. Лишь в
последние десятилетия исследователи начали
раскрывать физические процессы, лежащие в основе специальных эффектов. В результате
появилась новая научная дисциплина — пиротехника, или «наука о горении». Пиротехника
занимается созданием не только фейерверков, но и многого другого — безопасных материалов
для имитации взрывов при киносъёмках, сигнальных и твердотопливных баллистических ракет,
даже обыкновенных спичек
Долгие годы теоретический фундамент фейерверков отсутствовал, поэтому цвета для них
подбирали методом проб и ошибок. Затем фейерверками стали заниматься учёные. По
поручению императрицы Елизаветы Петровны пиротехнические составы исследовал М.В.
Ломоносов, устройством фейерверков и иллюминаций занимался И. П. Кулибин. В конце XX
столетия новые материалы для них создают специальные лаборатории и предприятия
химической промышленности. Активно работают Международное пиротехническое общество и
Международный союз пиротехников.

Двигатели, которые работают за счёт разности энергий, возникающей во времени и пространстве, появились давно. Часть из них действует по очень простому и вполне ясному принципу. Но есть и такие, которые можно принять за вечный двигатель второго рода: разобраться, почему они работают, совсем непросто. Считается, что первое подобное устройство изготовил голландец Корнелиус Дреббель (1572—1634), талантливый инженер и физик В 1598 г. он запатентовал, а спустя девять лет продемонстрировал английскому королю Якову I «вечные» часы, которые не требовали подзавода: их гири поднимало постоянно меняющееся атмосферное давление.
В начале 60-х гг. XX в. мировую сенсацию произвела игрушка, получившая в СССР название «вечно пьющая птичка» или «птичка Хоттабыча» (видимо, потому, что старик Хоттабыч умел творить разные чудеса). Тонкая стеклянная колбочка с горизонтальной осью посередине впаяна в небольшую ёмкость. Свободным концом колбочка почти касается её дна. В нижнюю часть игрушки налито немного жидкости, а верхняя, пустая, обклеена снаружи тонким слоем ваты. Декоративный клюв, подставка в виде лапок и хвостик из перышка довершают облик забавной птички. Перед игрушкой ставят стаканчик с водой и наклоняют её, заставляя «попить». И тут происходит нечто удивительное: не дожидаясь повторного приглашения, птичка начинает два-три раза в минуту наклоняться и окунать головку в стаканчик Раз за разом, непрерывно, днём и ночью кланяется птичка, пока в стаканчике не кончится вода. Механизм такого явления понятен: жидкость в нижней ёмкости испаряется под влиянием комнатного тепла, давление растёт и вытесняет жидкость в трубочку. Верхняя часть игрушки перевешивает, она наклоняется, и пар уходит в головку птички. Давление выравнивается, жидкость стекает в нижнюю ёмкость. Теперь уже она перевешивает и возвращает птичку в первоначальное положение. Через некоторое время процесс повторяется. На первый взгляд здесь нарушается второе начало термодинамики: перепад температур отсутствует, «птичка Хоттабыча» лишь отбирает тепло из воздуха, т. е. работает за счёт «монотермического источника». Но это только на первый взгляд. Птичка не зря окунает головку в стаканчик вода из мокрой ваты интенсивно испаряется, охлаждая верхний шарик Возникает разность температур верхнего и нижнего сосудов, за счёт которой и «живёт» птичка. Если испарение прекратится (высохнет вата или влажность воздуха достигнет точки росы), птичка, в полном согласии со вторым началом термодинамики, двигаться перестанет, и даже Хоттабыч ей не поможет.
Много необоснованных надежд породили и несложные бытовые устройства — кондиционеры. Некоторые их модели умеют не только охлаждать помещение, но и нагревать его, отбирая тепло у холодного уличного воздуха. Исследования показывают, что на каждый киловатт электрической мощности, подведённой к такому устройству, в комнате выделяется 2,5 кВт тепла — гораздо больше, чем от простого нагревателя. Но это не означает, что кондиционер нарушает второе начало термодинамики. Просто он работает как «тепловой насос», подобно обычному холодильнику, который тоже «выкачивает» тепло из морозильной камеры в кухню. И хотя электроэнергию «тепловой насос» использует гораздо эффективнее, чем калорифер, не меньше половины её всё-таки теряется.
Мощность таких «псевдовечных двигателей» очень низка: слишком уж малы разности температур и давлений, при которых они работают. Поэтому конкурировать с традиционными источниками энергии — электростанциями — они не могут и мировых энергетических проблем не решат. Зато остроумные механизмы, которые без всяких батареек способны вечно заводить часы, уже существуют. Пытаться же построить «истинный» вечный двигатель любого рода и получить даровую энергию, сколь бы заманчивым это ни казалось, никакого смысла не имеет. Законы природы обойти нельзя.
И всё-таки усилия многочисленных создателей вечных двигателей не пропали даром. Пытаясь сконструировать невозможное, они нашли немало любопытных технических решений, придумали механизмы и устройства, которые до сих пор применяются в машиностроении. В бесплодных поисках вечного движения родились основы инженерной науки, подобно тому как
из безуспешных попыток алхимиков отыскать «философский камень» в конце концов, возникла
современная химия.

Работа тепловых машин подчиняется законам термодинамики, которые по традиции называют началами. Закон сохранения энергии для тепловых систем именуется первым началом термодинамики. А вторым её началом называется принцип, утверждающий, что все процессы, связанные с теплообменом, расширением газов и выделением тепла, самопроизвольно происходят только в одном направлении. Газ течёт из области с высоким давлением туда, где давление ниже; нагретое тело отдаёт тепло холодному; электрический ток идёт от большего потенциала к меньшему. Во время этих переходов может производиться полезная работа. Чтобы создать разность давлений, температур или потенциалов, нужно сжимать газ, нагревать воду, разделять электрические заряды. И здесь имеется своего рода асимметрия: работу в тепло можно превратить полностью, а тепло в работу — только частично. Какая-то доля его неизбежно уходит от двигателя к приёмнику тепла, к холодному телу. Повинно в этом не только трение, преобразующее энергию в тепло. Второе начало термодинамики доказывает, что тепло переходит в работу целиком, только если холодное тело имеет температуру абсолютного нуля (-273,16 °С). Но этой температуры достигнуть невозможно в принципе, и любой реальный тепловой процесс неизбежно приводит к рассеянию энергии. Поэтому вечный двигатель второго рода поведёт себя совершенно так же, как и двигатель первого рода: исчерпав запас внутренней энергии, он остановится.
«Концентрировать» и заставлять работать рассеянную энергию столь же бессмысленно, как собирать разлитую воду, заливать в бак и крутить её потоком турбину — проще делать это вручную.
Но не вся природная энергия находится в рассеянном состоянии. В атмосфере возникают перепады давления, поверхность океана нагревается, а его придонные слои остаются холодными. Там же, где есть разница температур или давлений, имеется возможность получить энергию и превратить её в работу.

Мы окружены океаном энергии, которая рассеяна в воздухе и морской воде. Воздух в тропиках
прогревается до 40—50 °С. Температура воды морей и океанов даже зимой и на самой большой
глубине никогда не опускается до нулевой отметки. Если бы всё их тепло удалось собрать и пустить в работу, электростанции оказались бы ненужными: вода и воздух, непрерывно подогреваемые Солнцем, вечно снабжали бы человечество энергией. Устройство, работающее за счёт тепла, равномерно рассеянного в природе, стали называть вечным двигателем второго рода (а тот, о котором речь шла выше, — соответственно вечным двигателем первого рода).
Первую конструкцию подобного типа — «нуль-мотор* создали в Америке в 1880 г. Он представлял собой нечто вроде паровой машины, работающей на жидком аммиаке. При нормальной температуре аммиак в ёмкости закипает при давлении 10 атм. Его пар поступает в цилиндр машины с поршнем; там он расширяется, совершая работу, охлаждается, частично сжижается и перекачивается обратно в котёл. Так, по мнению изобретателя, за счёт тепла атмосферного воздуха можно непрерывно получать механическую работу. Двигатель был построен, потом усовершенствован, но... не работал.
Позднее появилось множество других «машин атмосферного тепла», относящихся к классу «монотермических», т.е. функционирующих при одной температуре, устройств. Закона сохранения энергии они не нарушали — сколько тепла машина «выкачивала» из атмосферы, столько она и должна была превратить в работу. И всё-таки ни одна из них так и не стала действовать.

В начале 70-х гг. XIX в. в маленьком посёлке Модвилл американского штата Огайо некий
предприимчивый человек решил построить лесопилку. Событие так и осталось бы
незамеченным, не вознамерься изобретатель оснастить её двигателем собственной конструкции. Причём механизм должен был работать самостоятельно (без использования энергии пара или воды), непрерывно и неограниченно долго.
Абсолютно уверенный в осуществимости этой идеи, американец не удосужился даже изготовить модель своего детища, а сразу же принялся за строительство. На мощные опоры высотой около 4,5 м он водрузил огромную бочку, вмещавшую сто вёдер воды, и вместе с семьёй наполнил её вручную. Предполагалось, что вода из бочки польётся по трубе в небольшой бочонок, стоящий на земле, а по пути будет вращать водяное колесо. Система ремней и рычагов приведёт в движение насос и пилу; насос станет перекачивать воду из бочонка наверх, а пила — превращать брёвна в доски.
Закупив достаточно леса, изобретатель нанял рабочих и объявил, что пускает свою лесопилку в ход. Посмотреть на диковинную машину пришли сотни людей. Кран открыли, колесо повернулось, и... под хохот собравшихся вода из переполнившегося бочонка потекла на землю. Попытка построить постоянно действующий источник даровой энергии провалилась. Хозяин лесопилки в затее разочаровался, продал всё, на что нашлись покупатели, и занялся более реальным делом.
История, произошедшая в американском посёлке, характерна и поучительна. Сконструировать вечный двигатель — машину, которая, если её однажды привести в движение, будет работать сама по себе, не требуя источников энергии и никогда не останавливаясь, мечтали не одно столетие. Пример всегда перед глазами: Солнце, Луна и планеты непрерывно перемещаются по небосводу, реки безостановочно текут в море, а приливы всегда сменяются отливами. Такое вечное движение называлось по-латыни «perpetuum mobile naturae» — «природное вечное движение». Оно как будто неопровержимо свидетельствовало о том, что можно осуществить и «искусственное вечное движение» — <• perpetuum mobile artiticae» Трудно сказать, кто и когда впервые разработал проект вечного двигателя. Считается, что самое раннее упоминание о нём содержится в трактате индийского математика и астронома Бха'скары Ача'рьи (1114— 1185), написанном около 1150 г. В Европе первый известный чертёж вечного двигателя оставил выдающийся французский инженер и архитектор Виллар де Оннекур в своей «Книге рисунков» (1235—1240 гг.). Не прошло и 40 лет, как другой французский учёный, Пьер де Марикур, сочинил трактат о магнитных явлениях, где предлагал получать вечное движение при помощи системы постоянных магнитов. Эти проекты так и остались на бумаге, а первый вечный двигатель построил в середине XVII в. Эдуард Сомерсет маркиз Уорчестерский (1601 — 1667), придворный английского короля Карла I. В сочинении Сомерсета, человека необыкновенно изобретательного, с богатой фантазией, чертежи «perpetuum mobile» находились под номером 56. До нашего времени они не дошли, и сейчас известно только, что машина имела вид колеса диаметром более 4 м, а по его окружности размещалось 14 грузов по 25 кг каждый. Некое устройство сдвигало грузы с одной стороны колеса на 0,3 м дальше от оси, чем с другой. Вечный двигатель запустили в лондонском Тауэре. По отзывам современников (в частности, герцога Гамильтона и самого короля), испытание прошло успешно, вызвав восторг присутствующих. И всё же маркиз свой двигатель почему-то забросил и больше к нему не возвращался...
Идея маркиза Уорчестерского — колесо, имеющее постоянный перевес с одной стороны и потому непрерывно крутящееся под действием силы тяжести, — породила массу проектов и конструкций. Все они, однако, надежд не оправдывали и работать отказывались. Но заманчивая цель — получить работу из ничего и даром — подстёгивала изобретателей. Со временем вечные двигатели становились всё сложнее. Пытались заставить работать в них воду и ртуть, которые переливались внутри колеса из одной ёмкости в другую, или тяжёлые шары, катавшиеся по желобам. Жидкости поднимали при помощи насоса. Выливаясь, они должны были вращать турбину, приводящую в движение тот же насос. Вместо насоса пробовали использовать капиллярные силы и полупроницаемые мембраны, которые разделяли жидкости, имеющие разную плотность. Возвращались и к идеям де Марикура: создавали разнообразные конструкции с постоянными магнитами. Когда же в конце XIX в. появились электрические машины постоянного тока, их пытались соединять так, чтобы электромотор вращал генератор, его питающий... Почти каждый изобретатель надеялся получить от своей конструкции избыток энергии и использовать его для полезной работы.
Несмотря на все ухищрения. <• pcrpetiuim mobile artiftcae» упорно не желал воплощаться в реальность. И были люди, которые ясно понимали всю бесперспективность идеи. «ИСКАТЕЛИ ВЕЧНОГО ДВИЖЕНИЯ, СКОЛЬКО ПУСТЕЙШИХ ЗАМЫСЛОВ ВЫ ПУСТИЛИ В МИР!»
Эти слова принадлежат великому Леонардо да Винчи. Он был первым, кто доказал, что любая система грузов, как бы они ни располагались на рычаге или колесе, всегда быстро приходит в равновесие. Записи великого учёного, к сожалению, очень неразборчивы, и прочитать их удалось только в конце XVIII в. Спустя сто лет после Леонардо, ничего не зная о его работе, англичанин Джон Уилкинс (епископ Честерский) провёл свои исследования и пришёл к тому же выводу.
Однако существовал ещё один распространённый тип механических вечных двигателей, который нельзя было исследовать методом да Винчи и Уилкинса. В конструкции этих двигателей вечное движение «обеспечивалось» тяжёлой цепью или ремнём, переброшенным одной, более длинной, стороной через систему блоков. Нидерландский инженер, механик и математик Симон Стевин (1548— 1620) доказал, что и такая механическая система не способна совершать вечное движение. Общая теория, показывающая, что «perpetuum mobile artificae» любого типа существовать не может, появилась много лет спустя. ЗАКОН СУРОВ, НО ОН ЗАКОН
Речь идёт о законе сохранения энергии — одном из основных законов природы. Он абсолютно универсален; справедлив и в масштабах Вселенной, и в мире элементарных частиц: энергия не возникает и не исчезает бесследно, а только переходит из одной формы в другую. В механических устройствах потенциальная энергия их частей (например, поднятых грузов или запаса воды) превращается в кинетическую энергию вращения колёс, качения шаров, течения жидкости. Эти энергии
равны, никакой работы при их преобразовании не совершается. И машина, не имеющая
внешнего источника энергии, в идеальном случае способна лишь бесконечно долго
поддерживать собственное движение. Но даже такой совершенно бесполезный для практики
вариант вечного двигателя построить нельзя. Любое реальное движение сопровождается
трением, которое превращает механическую энергию в тепловую. Детали механизма
нагреваются, тепло безвозвратно рассеивается в пространстве, и машина, израсходовав
первоначальный запас энергии, останавливается.
То же можно сказать и о любых других силах — упругости пружин, магнитного
взаимодействия, капиллярности, — способных работать в двигателе. Если устройство совершит
полный цикл движения и придёт в первоначальное состояние под действием таких сил, их
работа окажется равна нулю. Ни одно устройство, какой бы принцип ни лежал в его основе, не
может работать без источника внешней энергии. А значит, вечный двигатель создать нельзя.
Одним из первых это положение доказал французский математик Филипп де Лагир, который в
1678 г. направил соответствующий мемуар в Парижскую академию наук. Почти сто лет спустя
Академия официально постановила, что «не будет рассматривать никакой машины, дающей
вечное движение». Тем не менее, поток фантастических предложений не прекратился; не иссяк
он и до сих пор. И в конце XX в. находятся люди, конструирующие вечные двигатели. На
изобретателей не действуют ни доводы рассудка, ни теоретические доказательства, ни даже
абсолютная неработоспособность созданных ими устройств. Более того, в последней четверти XIX столетия появилась новая соблазнительная идея — получать энергию из практически неисчерпаемого источника, по-прежнему не давая ничего взамен.

Получать и использовать «чистую» солнечную энергию на поверхности Земли мешает
атмосфера. Само собой напрашивается решение: разместить солнечные энергостанции в
космосе, на околоземной орбите. Там не будет атмосферных помех, невесомость позволит
создавать многокилометровые конструкции, которые необходимы для «сбора» энергии Солнца.
У таких станций есть большое достоинство. Преобразование одного вида энергии' в другой
неизбежно сопровождается выделением тепла, и сброс его в космос позволит предотвратить
опасное перегревание земной атмосферы.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА
Как на самом деле будут выглядеть солнечные космические электростанции (СКЭС), сегодня
точно сказать нельзя. А к проектированию СКЭС конструкторы приступили ещё в конце 60-х
гг. XX в.
Путь энергии от приёмника электромагнитного излучения Солнца к розетке в квартире или
блоку питания станка может быть различным. В самых первых проектах предлагался такой:
солнечные батареи, вырабатывающие электричество —» сверхвысокочастотный (СВЧ) передатчик на СКЭС —> приёмник на Земле —> распределительные электрические подстанции. На практике это выглядело бы следующим образом: многокилометровые плоскости солнечных батарей на прочном каркасе; решётчатые антенны передатчиков; похожие на них (и тоже многокилометровые) приёмники энергии на поверхности Земли... Вариант, как быстро выяснилось, далеко не идеальный. Инженеры попытались вообще отказаться от использования солнечных батарей. Например, предлагалось с помощью различных преобразователей (скажем, зеркал) на станции превращать солнечный свет в тепло, кипятить рабочую жидкость и её паром вращать турбины с электрогенераторами. Но и в таком варианте процесс получения энергии остаётся очень долгим: солнечный свет через тепло и механическое движение превращается в электричество, потом — снова в электромагнитные волны для передачи на Землю, а затем — опять в электричество. Каждый этап ведёт к потерям энергии; приёмные антенны на Земле должны занимать огромные площади. Но хуже всего то, что СВЧ-луч негативно влияет на ионосферу Земли, пагубно сказывается на живых организмах. Поэтому пространство над антеннами необходимо закрыть для полётов авиации. А как уберечь от гибели птиц?
Те же проблемы возникают и при передаче энергии по лазерному лучу, который к тому же сложнее преобразовать снова в электрический ток. Полученную в космосе энергию более целесообразно использовать в космосе же, не отправляя её на Землю. На производство тратится около 90 % вырабатываемой на планете энергии. Основные её потребители — металлургия, машиностроение, химическая промышленность. Они же, кстати, и главные загрязнители окружающей среды. Обойтись без таких производств человечество пока не в состоянии. Но ведь можно убрать их с Земли. Почему бы не использовать сырьё, добываемое на Луне или астероидах, создав на спутниках и астероидах соответствующие промышленные базы? Задача, безусловно, сложнейшая, и сооружение солнечных космических электростанций — только первый шаг к её решению. С производством же электроэнергии для бытовых нужд справятся ветряки, бесплотинные ГЭС и другие экологически чистые энергоустановки. Любой вариант проекта солнечной космической электростанции предполагает, что это колоссальное сооружение, причём не одно. Даже самая маленькая СКЭС должна весить десятки тысяч тонн. И эту гигантскую массу необходимо будет запустить на удалённую от Земли орбиту. Современные средства выведения в состоянии доставить на низкую — опорную — орбиту
необходимое количество блоков, узлов и панелей солнечных батарей. Чтобы уменьшить массу
огромных зеркал, концентрирующих солнечный свет, можно делать их из тончайшей
зеркальной плёнки, например, в виде надувных конструкций. Собранные фрагменты солнечной
космической электрической станции нужно доставить на высокую орбиту и состыковать там. А
долететь к «месту работы» секция солнечной электростанции сумеет своим ходом, стоит только
установить на ней электроракетные двигатели малой тяги.
НЕ ТОЛЬКО СОЛНЦЕ
Солнце не единственный космический источник энергии, которым могут воспользоваться
земляне. Не исключено, что на других небесных телах есть энергоносители, по своей
эффективности во много раз превосходящие имеющиеся на нашей планете. В поверхностных
слоях лунного грунта, например, найдены запасы гелия-3, который на Земле отсутствует.
Предполагается, что получить термоядерную энергию из этого изотопа проще, чем из других.
Между тем считанные килограммы гелия-3 удовлетворят годовую потребность в энергии всего
человечества.

Один из самых необычных и, пожалуй, самых привлекательных сценариев энергетического
будущего человечества открывает проект «Водородная экономика». Его суть заключается в
замене ископаемого топлива водородом. Физический и химический смысл проекта ясен:
основная энергия в нефти, газе, каменном угле и дереве запасена в виде углеводородов —
соединении углерода с водородом. И не углерод, а именно водород даёт при сжигании топлива
наибольшее количество тепловой энергии, превращаемой затем в механическую и
электрическую.
Водорода на Земле огромное количество, причём основные его запасы сосредоточены не в
природных углеводородах, а в воде. Но если для получения энергии из нефти, газа, каменного угля и дерева их достаточно сжечь, то с водой так поступить нельзя: слишком прочно связаны в ней водород и кислород. Современной науке известны два основных способа разложения воды на составляющие её химические элементы: пиролиз (от греч. «пир» — «огонь» и «ли'зис» — «разложение»), когда воду нагревают до очень высокой температуры, и электролиз, когда через воду пропускают электрический ток. Однако оба этих способа очень энергоёмки, а потому непригодны для получения больших количеств водорода. Но представим себе, что удастся найти метод лёгкого разрушения молекул воды. Тогда в технике произойдёт настоящий переворот. В реактивных двигателях, двигателях внутреннего сгорания, турбинах, топках котельных установок перестанут сжигать сотни миллионов тонн нефти, угля, природного газа и их производных. Прекратится выброс в атмосферу вредных для жизни продуктов сгорания топлива: ведь выхлоп двигателя, работающего на водороде, — чистая вода. Полезные ископаемые можно будет добывать в гораздо меньших количествах, и использовать только как сырьё для химической промышленности, производящей пластмассы, лекарства и другие необходимые людям вещи. Как тут не вспомнить великого русского химика Д. И. Менделеева, который ещё в XIX в. говорил о том, что сжигать нефть в топках — всё равно, что топить печи ассигнациями. В наши дни проблему промышленного получения дешёвого водорода пытаются решить разные специалисты. Химики ищут катализатор, в присутствии которого вода станет разлагаться при меньших затратах энергии. Физики разрабатывают способы получения дешёвого электричества, что сделает экономически выгодным электролиз воды. Не остались в стороне и биологи. Они пытаются вывести бактерии, способные разлагать воду на кислород и водород с помощью солнечного света. Учёными давно найдены микроорганизмы, выделяющие водород, но в таком малом количестве, что о промышленном их применении говорить не приходится. Если же производительность бактерий удастся значительно повысить, то у человечества появится шанс пережить ещё одну энергетическую революцию и получить новый, практически
неисчерпаемый, к тому же экологически чистый источник энергии.

Уже очень давно, видя, какие разрушения могут приносить бури и ураганы, человек задумался над тем, нельзя ли использовать энергию ветра.
Ветряные мельницы с крыльями-парусами из ткани первыми начали сооружать древние персы свыше 1,5 тыс. лет назад (см. дополнительный очерк «Мельницы в Средние века»). В дальнейшем ветряные мельницы совершенствовались. В Европе они не только мололи муку, но и откачивали воду, сбивали масло, как, например, в Голландии. Первый ветроэлектрогенератор был сконструирован в Дании в 1890 г. Через 20 лет в стране работали уже сотни подобных установок.
Энергия ветра очень велика. Её запасы в мире, по оценке Всемирной метеорологической организации, составляют 170 трлн. кВт*ч в год. Эту энергию можно получать, не загрязняя окружающую среду. Но у ветра есть два существенных недостатка: его энергия сильно рассеяна в пространстве и он непредсказуем — часто меняет направление, вдруг затихает даже в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что ломает ветряки. Строительство, содержание, ремонт ветроустановок, круглосуточно работающих под открытым небом в любую погоду, стоят недёшево. Ветроэлектростанция такой же мощности, как ГЭС, ТЭЦ или АЭС, по сравнению с ними должна занимать гораздо большую площадь. К тому же ветроэлектростанции не безвредны: они мешают полётам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями, создавая помехи приёму телепередач в близлежащих населённых пунктах. Не всем понравилось бы жить в городе, где на каждой крыше грохочут ветряки. Такой город будущего описал английский фантаст Герберт Уэллс в романе «Когда спящий проснётся» (1899 г.).
Для получения энергии ветра применяют самые разные конструкции: многолопастные «ромашки»; винты вроде самолётных пропеллеров с тремя, двумя и даже одной лопастью (тогда у неё есть груз-противовес); вертикальные роторы, напоминающие разрезанную вдоль и насаженную на ось бочку; некое подобие «вставшего дыбом» вертолётного винта: наружные концы его лопастей загнуты вверх и соединены между собой. Вертикальные конструкции хороши тем, что улавливают ветер любого направления; остальным приходится разворачиваться по ветру. Встречаются и совсем оригинальные решения. Например, по кольцу из рельсов бегает тележка с парусом, и её колёса приводят в действие электрогенератор.
В Испании довольно долго работала установка, сама создававшая для себя ветер. Построили очень высокую трубу, обширный круг земли в её основании покрыли полиэтиленовой плёнкой на каркасных опорах. Под жарким испанским солнцем земля и воздух под плёнкой нагревались, и в трубе возникала ровная постоянная тяга. Встроенная в трубу крыльчатка вращала генератор. Тяга не прекращалась ни в пасмурные дни (если только облачность была не слишком плотная), ни ночью: земля долго хранит тепло. Однако эксплуатация такой установки обходилась довольно дорого: металлическая труба постепенно ржавела, а плёнка разрушалась. Серьёзный урон ветростанции наносила и непогода... После очередного урагана ремонтировать систему не стали.
Чтобы как-то компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные «ветряные фермы». Ветродвигатели там стоят рядами на обширном пространстве и работают на единую сеть. На одном краю «фермы» может дуть ветер, на другом в это время тихо. Ветряки нельзя ставить слишком тесно, чтобы они не загораживали друг друга. Поэтому «ферма» занимает много места. Такие «фермы» есть в США, во Франции, в Англии, а в Дании «ветряную ферму» разместили на прибрежном мелководье Северного моря: там она никому не мешает и ветер устойчивее, чем на суше.
Чтобы снизить зависимость от непостоянного направления и силы ветра, в систему включают маховики, частично сглаживающие порывы ветра, и разного рода аккумуляторы. Чаще всего они электрические. Но применяют также воздушные (ветряк нагнетает воздух в баллоны; выходя оттуда, его ровная струя вращает турбину с электрогенератором) и гидравлические (силой ветра вода поднимается на определённую высоту, а, падая вниз, вращает турбину). Ставят даже электролизные аккумуляторы. Ветряк даёт электрический ток, разлагающий воду на водород и кислород. Их запасают в баллонах и по мере необходимости сжигают в топливном элементе (т. е. в химическом реакторе, где энергия горючего превращается в электричество) либо в газовой турбине, вновь получая ток, но уже без резких колебаний напряжения, связанных с капризами ветра.
Основоположник современной аэродинамики русский учёный Николай Егорович Жуковский (1847—1921) рассчитал теоретический КПД ветродвигателя, оказавшийся довольно высоким — около 60 %. Но у реальных конструкций он на 10—15 % ниже.
В мире сейчас работает более 30 тыс. ветроустановок разной мощности. Германия получает от ветра 10 % своей электроэнергии, а всей Западной Европе ветер даёт 2500 МВт электроэнергии. По мере того как ветряные электростанции окупаются, а их конструкции совершенствуются, цена «воздушного» электричества падает. Так, в 1993 г. во Франции себестоимость 1 кВт*ч электроэнергии, полученной на ветростанции, равнялась 40 сантимам, а к 2000 г. она снизилась в 1,5 раза. Правда, в настоящее время энергия АЭС обходится всего в 12 сантимов за 1 кВт*ч.

Появились тепловые электростанции в конце XIX в. почти одновременно в России, США и
Германии, а вскоре и в других странах. Сначала для привода электрогенераторов использовали
паровые машины и дизели, но затем перешли на паровые турбины: они вырабатывают более
стабильный электрический ток. Первая в России тепловая электростанция с паровыми
турбинами вступила в строй в 1906 г. в Москве. Сегодня ни один более или менее крупный
город не обходится без собственных электростанций.
Тепловая электростанция — сложное и обширное хозяйство. Подчас она занимает территорию
в 70 га. Помимо главного корпуса, где размещены энергоблоки, здесь располагаются различные
вспомогательные производственные установки и сооружения, электрические
распределительные устройства, лаборатории, мастерские, склады и т. п.
«Движущая сила» тепловой электростанции — пар. Именно он вращает колесо турбины и
насаженный на её ось генератор, вырабатывающий электроэнергию. Получают пар в котельных агрегатах, в которых сжигается топливо. Из котла пар направляют в пароперегреватель и доводят там до температуры 650 °С при давлении 10 атм. Этот так называемый острый пар и поступает в
турбину. Она состоит из нескольких контуров; пар последовательно проходит через них,
постепенно остывая. Затем пар попадает в теплообменник, где нагревает воду. Её подают в
жилые дома и на предприятия.
Генераторы тепловых электростанций вырабатывают ток напряжением в десятки киловольт. На
трансформаторной подстанции оно повышается до сотен киловольт, и по высоковольтным
линиям электропередачи (ЛЭП) ток отправляется к потребителям. Мощность
теплоэлектростанций сегодня достигает сотен мегаватт (миллионов ватт). В нашей стране от
них поступает к потребителям наибольшая часть получаемой электроэнергии.

Newer Posts »