книги / Ниже 120 по Кельвину

ма. Чудовищный взрыв, сравнимый по мощности с ядерным, разнес детище научно-технического прогресса на сотни тысяч кусков...

Страна была потрясена случившимся. Над Белым до­ мом и другими правительственными учреждениями при­ спущены флаги. Зазвенели колокола церквей. Военный вертолет сбросил на воду 7 гвоздик и траурный венок. 20 тыс. жителей Флориды с факелами вышли на берег океана.

Специалисты установили: из-за дефекта в месте сты­ ка двух секций прогорел корпус правого твердотоплив­ ного ускорителя, воспламенился топливный бак, про­ изошел взрыв гремучего газа.

Выяснилось и другое: из 24 пусков «шаттлов» толь­ ко 8 прошли без особых проблем. Инженеры НАСА предупреждали о дефектах, указывали даже на воз­ можность аварии. Она и случилась. Но шла лихорадоч­ ная спешка — рабочие, техники, инженеры трудились без выходных, с огромным напряжением. «Как будто за ними гнались по пятам»,—'признались позже руководи­ тели полетов. Гнала вперед погоня за прибылью, рек­ ламная шумиха. Но больше всего подхлестывала запус­ ки космических кораблей СОИ.

Казалось бы, гибель «Челленджера» показала всему миру абсурдность идеи «непробиваемого космического щита». Но маньяки из Пентагона думают лишь о том, как наверстать упущенное. Приняли решение построить новый «Челленджер» стоимостью 2,5—3 млрд, долларов. Более того: создать «космический грузовик» с «полез­ ной» массой 70 т. С 1988 г. полеты «шаттлов» были во­ зобновлены. «Космические челноки» — основное средст­ во доставки на орбиту опытных образцов космического оружия. Для реализации СОИ необходимо 5000 (!) по­ летов «шаттлов». Запуск разведывательных, связных, навигационных, военно-метеорологических спутников; постановка «космических мин» — спутников-убийц; ин­ спекция, дозаправка, ремонт военных спутников на ор­ бите; выпуск ложных целей; наведение с Земли луча лазера на космические цели; перевод спутников военного назначения на более высокие орбиты с помощью букси­ ров, работающих на твердом или «криогенном топли­ ве»; исследование и испытания лазерного и пучкового оружия; наблюдения за передвижением войск; обнару­ жение с помощью охлаждаемых ИК-приборов запуска

101

межконтинентальных и крылатых ракет, подводных ло­

американских реакционных организациях требуют даже прямого захвата «полезных» планет Солнечной системы.

Первые испытания противоспутникового оружия на­ мечается осуществить уже в ближайшее время.

Советский Союз принял на себя обязательство — пер­ вым не выводить противоспутниковое оружие, выступил со многими другими мирными инициативами. Неужели космический корабль, бесконечно дорогой всем, — наша единственная планета превратится в огненный шар, по­ добно «Челленджеру»?

...Конструктор авиационных двигателей академик А. М. Люлька незадолго до смерти писал, что возможно­ сти ныне используемых на самолетах турбореактивных двигателей с обычным топливом через 20—30 лет будут исчерпаны. В качестве перспективного топлива для са­ молетов и дирижаблей будущего он назвал жидкий во­ дород. Помимо высокой калорийности, у него есть дру­ гие преимущества: в газообразном виде он хорошо вос­ пламеняется, имеет высокую скорость сгорания. Низкая температура охладит камеру сгорания и другие узлы

самолета.

15 апреля 1988 г. мечта академика осуществилась: заслуженный летчик-испытатель СССР В. А. Севанькаев первым в мире поднял в воздух самолет, использую­ щий жидкий водород. 21 мин продолжался полет, под­ готовка >к которому заняла 9 лет.

Экспериментальная машина Ту-155 создана опыт­ ным конструкторским бюро им. А. Н. Туполева и НИИ авиационной промышленности. На ней был установлен один работающий на водороде двигатель НК-88, создан­ ный под руководством академика Н. Д. Кузнецова.

Бак с «криогенным топливом» размещен в хвостовой части пассажирского салона. Более 30 бортовых систем обеспечивают пожаро- и взрывобезопасность самолета. Так, все коммуникации газа размещены в гаргротах — закрытых вентилируемых коробах. Многочисленные дат­ чики-газоанализаторы реагируют на появление малей­ ших доз водорода — летчики немедленно могут включить наддув и провентилировать тот или иной отсек само­ лета.

102

100м

Рис» 17. Компоновка сверхзвукового пассажирского самолета на жидком водороде

обеспечить взятое на борт самое калорийное топливо: жидкий кислород и жидкий водород. Поэтому взлет «Хотола» будет происходить со специальной тележки, кото­ рая будет разгоняться по взлетно-посадочной полосе аэродрома. Уже через 2 мин самолет-ракета преодолеет звуковой барьер, через 9 мин на высоте 26 км в 5 раз превысит скорость звука.

Но и такого взлета недостаточно, чтобы достигнуть орбиты в одну ступень.

Поэтому до высоты 25—30 км «Хотол» будет сам се­ бя обеспечивать кислородом. Воздух, сжимаемый ско­ ростным напором, поступит в конденсатор, охлажденный жидким водородом, произойдет отделение азота. Кисло­ род частично будет направлен в камеру сгорания, час­ тично на сжижение и накопление в баках для работы на орбитальном участке.

Высота орбиты до 300 км. Здесь «Хотол» становится чистой ракетой. Маневрирование осуществляется дву­ мя десятками реактивных двигателей, которые выбрасы­ вают холодный водород.

Взлет и посадку самолета-ракеты предполагается осуществить автоматически. Конструкторы рассчитыва­ ют: планер выдержит 120 полетов, двигатель — 60.

Наибольшая проблема связана с двигателем для «Хо-

104

двигатель, который сможет работать в таких разных ус­ ловиях, на столь отличных друг от друга режимах, уже сейчас называют настоящим техническим чудом.

В 1986 г. Р. Рейган объявил создание аэрокосмиче­ ского корабля национальной программой. На междуна­ родном аэрокосмическом салоне «Аэро-Спейс-Амери- ка-88» в Калифорнии демонстрировались отдельные уз­ лы новой машины, которая будет работать на жидком водороде. Предполагаемая скорость при разгоне в верх­ них слоях атмосферы в 15—25 раз превысит скорость звука. Затем аэрокосмический корабль займет низкую околоземную орбиту. Садиться новая машина будет как обычный самолет.

Аэрокосмический корабль, возможно, заменит мно­ горазовый космический типа «Шаттл». С его помощью предполагается доставка на околоземную орбиту всего необходимого для монтажа пилотируемого корабля, ко­ торый в начале грядущего тысячелетия должен старто­ вать к Марсу.

В военном варианте это аэрокосмический корабль Х-30.

Пентагон уже сейчас примеривает Х-30 к своим зло­ вещим планам милитаризации космоса, воплощению в жизнь СОИ. Новый корабль будет баснословно доро­ гим: общая стоимость программы его создания около 3,4 млрд, долларов.

В гражданском варианте это аэрокосмический ко­ рабль «Восточный экспресс». Где-то на рубеже нового тысячелетия машина должна взлететь в космос с пасса­ жирами на борту. Для перелета из Вашингтона в Токио потребуется всего 2 ч. Но не станет ли «Восточный эксп­ ресс» лишь перевозчиком миллионеров: по расчетам эко­ номистов, авиабилет на полет через космос будет стоить в 20 раз дороже обычного.

Перечисленные выше недостатки: низкая плотность водорода, громоздкие топливные баки, высокая стои­ мость сжижения, пожаро- и взрывоопасность, водород­ ное охрупчивание материалов — мешают созданию «во­ дородных» самолетов. Однако авиационная техника близка к космической, в авиации работают высококвали­ фицированные инженеры и техники. По прогнозам спе­ циалистов, на рубеже следующего тысячелетия начнется эксплуатация самолетов на водородном топливе.

105

ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Энергетический кризис, который переживали некото­ рые страны мира, привлек всеобщее внимание к пробле­ мам энергетики.

Пожалуй, особенно тревожит быстрое истощение за­ пасов нефти и, как следствие, рост цен на нее. В 1860 г. из земных недр было выкачано всего 72 тыс. т нефти. А в 1980 г. прожорливые и ненасытные двигатели внут­ реннего сгорания бесчисленных автомобилей, тракто­ ров, кораблей, самолетов, топки котельных и электро­ станций, химические реакторы, другие аппараты и ма­ шины потребовали добычи свыше 3 млрд, т «черного зо­ лота». А ведь это не метафора. Нефть — ценнейший дар

мировых запасов нефти, угля, природного газа при рав­ номерном расходовании хватит всего на 175 лет. Разу­ меется, такой прогноз носит ориентировочный характер, какие-то подземные кладовые еще будут открыты. Но и потребление органического топлива, возможно, пойдет быстрее, чем предполагается. Что же будет дальше?

Запасы угля значительно превышают запасы нефти и природного газа. Уголь и ядерная энергия станут основ­ ными источниками энергии. С их помощью будет выра­ батываться, в частности, водород. Впоследствии водо­ род, возможно, станет основой энергетики. Для такого прогноза есть веские основания.

«Дайте нам водород и гелий — и мы сотворим Все­ ленную» — так могут сказать ученые. Действительно, во­ дород — самый распространенный элемент в мирозда­ нии. На холодной поверхности Сатурна плещутся моря и океаны из жидкого водорода. На Уране и Нептуне во­ дород существует в виде льда. А планета-гигант Юпитер

106

(ее объем в 1315 раз больше, чем Земли), судя по удель­ ному весу, почти вся из водорода. Солнце наполовину состоит из этого элемента. В земной коре из каждых 100 атомов 17 приходится на водород. Вода морей и океа­ нов— воистину неисчерпаемый источник энергии.

Нелишне повторить, что водородное горючее эколо­ гически чистое. Как было бы хорошо избавить города, поселки, промышленные районы, автострады — всю на­ шу прекрасную зеленую планету от выхлопных газов чудовищного множества машин, фабричных и заводских труб!

Водород универсален: с его помощью можно получить и тепло, и электроэнергию, и воду. Последнее обстоя­ тельство немаловажно: во многих районах земного ша­ ра все более ощущается дефицит пресной воды. Прогно­ зы ученых Запада мрачноваты: например, в ФРГ через 10—15 лет бутылка чистой воды будет стоить дороже бутылки вина.

Водород как легкий газ имеет малую вязкость, его можно перекачивать по трубам с потерями, не превы­ шающими нескольких процентов. Трубопровод диаметром 1,5 м передаст 10 тыс. МВт мощности, транспортировка водорода обойдется примерно в 3—5 раз дешевле, чем

хранилища уже эксплуатируются. Так, в США на кос­ модроме на мысе Канаверал имеется емкость для жид­ кого водорода на 3200 тыс. л. Потери от испарения в ней не больше 0,03% в сутки.

Появятся новые технологические процессы. Напри­ мер, на металлургических заводах будет налажен в ши­ роких масштабах процесс прямого восстановления же­ леза водородом. На химических предприятиях водород станет сырьем для органического и неорганического син­ теза, будет использован для производства аммиака, ме­ танола, других продуктов, а в будущем и для изготов­ ления синтетического жидкого топлива из угля.

По мнению ученых Международного института си­ стемного анализа, со временем коренным образом из­ менится сельскохозяйственное производство. На водо­ роде будут выращиваться особые бактерии — в резуль­

107

тате удастся получить биомассу для откорма скота и искусственную пищу* Некоторые футурологи считают: сельское хозяйство в связи с этим вообще перестанет су­ ществовать.

Двигатели самолетов, тепловозов, кораблей, авто­ мобилей станут работать на водороде. Получат широ­ кое распространение электромобили с топливными эле­ ментами.

Группа ученых из Американского научно-технологи­ ческого центра создала в штате Миссури неподалеку от г. Индепенденса подземный городок на 25 семей. Он не связан с внешней энергосистемой и энергетически пол­ ностью автономен. Городок помещен под землей, чтобы уменьшить расход тепла на отопление. Солнечный свет подается по световодам, воздух — по трубам. Есть рес­ торан, небольшой отель, офис, даже подземный парк с тропическими растениями. Источник энергии — солнеч­ ные батареи. Ток от них направляется в электролизеры, в которых вода разлагается на водород и кислород. Во­ дород хранится в криогенных баках и в емкостях с гид­ ридами. Он используется для обогрева жилищ, освеще­ ния, приготовления пищи.

В будущем можно будет существенно упростить го­ родское хозяйство, упразднить электрические сети, га­ зовые трубы, холодное и горячее водоснабжение. К каж­ дому дому или группе домов будет подводиться по трубам только водород и кислород. А топливные элемен­

во, и воду.

Радужная и заманчивая картина, не так ли?

(К сожалению, практика подсказывает: никогда круп­ номасштабные проекты не осуществляются в том виде, как представляют их заранее, непременно появляются новые неожиданные проблемы, ограничения, последст­ вия и т. д.).

Проблема проблем в водородной энергетике — полу­ чение в больших количествах дешевого водорода.

Лавуазье получал водород, пропуская водяной пар через раскаленный на жаровне ружейный ствол. Подоб­ ным же способом пользовались республиканцы в 1794 г. для заправки водородом воздушного шара во время сра­ жения с иностранными интервентами при Флёрюсе. Со временем появились и более совершенные способы.

108

В настоящее время водород чаще всего извлекают из природного газа, коксового газа и при крекинге нефти. В Норвегии, Японии и других странах, богатых дешевой гидроэнергией, водород получают в электролизерах раз­

К сожалению, наше светило не слишком щедро: на 1 м2 земной поверхности падает всего 100 Вт лучистой энер­ гии. Это, разумеется, при безоблачном небе, а ведь мест с устойчивой ясной погодой на земном шаре не так уж много. Кпд фотоэлементов примерно 10—20%. Поэтому гелиоустановки пригодны лишь как источники, водоро­ да ограниченной мощности.

Ученые Ереванского государственного университета создали установку для фотолиза — разложения воды на водород и кислород — с использованием солнечного све­ та. Им удалось изготовить дешевые полупроводниковые катализаторы, которые помогают разрывать связи в мо­ лекулах воды. Как только демонстрационный реактор

Подобные работы ведутся и в Японии. В установке, разработанной в Йокохамском университете, солнце на­ гревает горячие спаи термоэлементов из висмута и тел­ лура до 200° С, а холодные спаи охлаждаются морской водой. Образуется термоЭДС, электрический ток раз­ лагает воду на водород и кислород.

Известно: под воздействием солнечного света расте­ ния выделяют кислород, в них идет реакция фотосинтеза. Ученые Института фотосинтеза АН СССР совместно с научными сотрудниками МГУ пытаются так направить реакцию фотосинтеза, чтобы растения выделяли и водо­ род. Возможно, со временем удастся наладить этот про­ цесс в больших масштабах.

Чехословацкие инженеры в рамках сотрудничества стран — членов СЭВ спроектировали водородный ге­ нератор производительностью до 50 тыс. т водорода в

109

год. В нем водород выделяется в результате реакции отходов нефтепереработки с перегретым паром.

Исследуются и другие способы получения водорода, например, термоэлектрохимические, термохимические, плазмохимические, при плазменной газификации, при подземной газификации углей.

Наиболее перспективным представляется использо­ вание атомной, а позже и термоядерной энергии. Уже сейчас кое-где целесообразно электрический ток атом­ ных станций направить не в линии электропередач, а и электролизеры для разложения воды. Пока этот про­ цесс, связанный с длинной цепочкой преобразования энергии, не является технически и экономически оправ­ данным. Но уже в недалеком будущем положение мо­ жет измениться. Мощность атомных электрических стан­ ций нельзя регулировать, они должны выдавать энергию непрерывно, с одинаковой интенсивностью в любое время суток. (Энергетики говорят о таком режиме: электростан­ ция работает «в базе», т. е. обеспечивает постоянную составляющую графика потребления электроэнергии.) А спрос на электроэнергию резко колеблется, имеет ост­ рые максимумы утром и вечером, зависит от времени го­ да, погоды, даже от того, насколько интересна вечерняя передача по телевидению.

С ростом числа атомных, а также мощных тепловых станций возникает проблема, как покрыть пики нагруз­ ки, куда девать дешевое «ночное», или «провальное», электричество?

Почему бы в часы ночного провала графика потреб­ ления электроэнергии не использовать атомные станции для выработки водорода? Дешевый водород можно на­ править на технологические нужды, а также в виде га­ за или в сжиженном состоянии в хранилища. В часы пик водородное топливо можно использовать на газо­ турбинных электростанциях или электростанциях на топ­ ливных элементах. Учитывая неизбежный рост цен на органическое топливо, ученые предсказывают, что к на­ чалу века водород, производимый из воды электролизом за счет ядерной энергии, а потом и другими методами, станет дешевле водорода, производимого из природных жидких и газообразных топлив.

Уже сегодня в ФРГ действует опытный парогенера­ тор на водороде и кислороде. Он включается на короткое время лишь тогда, когда в энергосистеме возникает пе­

110