Страница 49 из 64
По одной из последних гипотез, пожар на кораблях был вызван зажигательными снарядами или стрелами, которые атакующие не видели из-за ослепления их зеркалами. Зеркала в виде гигантских бронзовых дисков диаметром два-три метра, ослеплявшие врага отраженным солнечным светом, выполняли иное назначение: служили инструментом наведения, оптическим прицелом. Видимо, Архимед сконструировал метательный аппарат с двойным прицелом. Стрелок мог спустить тетиву, когда "солнечный зайчик" от зеркала на паре триремы окажется на одной прямой с глазом стреляющего и глазком прицела. Изобретение Архимеда — это не что иное, как принцип действия фотокамеры. Стреляя из аппарата Архимеда, невозможно было промахнуться. Действие его ограничивалось лишь дальностью полета стрелы. Вполне возможно, что устройство было снабжено гониометрической шкалой (известной уже во времена Архимеда) для переориентировки отражающего зеркала в зависимости от высоты Солнца над горизонтом.
Что же происходило на кораблях Клавдия Марцела? В первое мгновение команда, ослепленная блеском гигантских бронзовых зеркал, ничего не могла разобрать, через несколько секунд моряки заметили, что паруса охвачены огнем. Поскольку они не знали, какими свойствами обладает "греческий огонь" (зажигательная смесь из смолы, серы и селитры), как он невесом и как велика его воспламеняющая сила, им показалось, что именно ослепляющие их зеркала являются причиной пожара. Отсюда и распространенное заблуждение, согласно которому Архимед изобрел вогнутые зеркала, способные воспламенять предметы на расстоянии.
В 1890 году русский астроном В. К. Цераский, автор астрофотометрии, известный также открытием красивого и довольно редкого явления природы — загадочных серебристых облаков, самых высоких облаков земной атмосферы, появляющихся на высотах 70–90 километров, создал установку из зеркал-рефлекторов для получения высоких температур. Ему удалось довести температуру в фокальной плоскости своей установки до 3500 °C. В ней Цераскии плавил многие металлы и металлоиды.
На этом же принципе работают современные солнечные печи. Они применяются в высокотемпературной металлургии для получения материалов высокой чистоты и жаростойкости. Одна из крупнейших солнечных печен была построена во Франции, в Пиренеях. Ее мощность 1000 киловатт. Огромное зеркало площадью 1750 квадратных метров фокусирует солнечные лучи, создавая температуру в фокальной плоскости свыше 3000 °C. Производительность печи 2,4 тонны циркония в сутки. (Цирконий — конструкционный материал для атомных реакторов. Он обладает замечательным свойством быть "прозрачным" для нейтронов.)
В Физико-техническом институте имени С. В. Стародубцева АН Узбекской ССР разработаны и успешно испытаны солнечные печи с диаметром зеркала в несколько метров, способные нагреть исследуемый материал до четырех тысяч градусов. Достигнутая температура равна двум третям от теоретически возможной в солнечных печах — температуры поверхности Солнца (около шести тысяч градусов).
Вот уже миллионы лет природа работает по принципу фокусировки солнечного света. Например, цветы лютика подставляют навстречу солнечному свету свои нежные лепестки и собирают его на завязях в центре цветка. Эта же идея положена в основу современных солнечных теплоэлектростанций. Множество зеркал ориентируются по Солнцу и концентрируют его лучи на вершине водяной башни. Образующийся пар вращает лопасти турбин.
Такие электростанции строят сейчас во многих странах, в том числе и в нашей стране…
В Крыму, вблизи Акташского озера, создается экспериментальная солнечная электростанция мощностью 5 мегаватт (СЭС-5). Специальные зеркала с помощью автоматики будут поворачиваться вслед за Солнцем и направлять его лучи на парогенератор, установленный на 90-метровой металлической башне. Чтобы турбины станции работали ночью и в пасмурные дни, будут построены большие хранилища горячей воды и пара. После промышленной эксплуатации СЭС-5 намечено соорудить в том же районе солнечную электростанцию мощностью 200–300 мегаватт.
Первая солнечная станция в Крыму приобретает зримые очертания: уже высятся гелиостаты, вырисовываются контуры громадного поля зеркал…
В 1983 году в Узбекистане начнется сооружение одной из крупнейших в мире солнечных электростанций мощностью 320 тысяч киловатт. Страна сияющих зеркал раскинется вблизи целинного города Талимарджана. По командам ЭВМ 72 тысячи зеркал, каждое из которых площадью 49 квадратных метров, будут незаметно для глаза поворачиваться вслед за Солнцем. Любое из зеркал должно занимать такое положение, чтобы пойманный солнечный зайчик точно падал на одну из граней котла, вознесенного над гелиостатным полем на двухсотметровой мачте: При этом электроника должна обеспечить "зеленый свет" каждому солнечному посланцу, чтобы лучи всех 72 тысяч гелиостатов не пересекались. В случае затянувшегося ненастья в работу вступит "дублер" гелиоустановки. На этот случай в проекте предусмотрен обычный топливный котел, использующий природный газ.
Есть у гелиостанций серьезный недостаток. Плотность потока солнечной энергии невелика. С одного квадратного метра освещенной Солнцем поверхности в среднем можно "снять" не более 100 ватт. Поэтому, чтобы получить 320 тысяч киловатт, только для гелиостат-ного поля должна быть отчуждена площадь более трех квадратных километров. А это для такого благодатного края совсем немало. Поэтому речь может идти только о землях, непригодных для сельскохозяйственных угодий.
Новая гелиоустановка, преобразующая солнечную энергию в электрическую, недавно была опробована на испытательной станции в песчаной пустыне Мохаве (США, штат Калифорния). Ее коэффициент полезного действия равен 29 процентам. Это очень высокий результат для гелиоустановок любого типа. Большая, диаметром в 11 метров, параболическая тарелка, выложенная зеркалами, концентрирует солнечные лучи на смонтированный в центре установки двигатель внешнего сгорания Стирлинга, сконструированный изобретателем в 1816 году. Двигатель из-за его малой экономичности не получил широкого распространения. Однако в новой гелиоустановке он исключительно удачно оказался на своем месте. Калифорнийская фирма "Эдванс корн" предполагает построить промышленный вариант гелиодвигателя внешнего сгорания Стирлинга в 1983 году. Установка будет автоматически поворачиваться за Солнцем.
Даже в северных странах, где еще совсем недавно к проектам использования солнечной энергии относились скептически, начали всерьез задумываться над их реализацией. Пример тому Швеция, страна с довольно холодной зимой и коротким световым днем. В 1980 году в пригороде Стокгольма — Скугосе пущена опытная теплоцентраль, работающая на солнечной энергии. Она успешно справляется с обогревом целого жилого микрорайона, хотя зимой в этих местах столбик термометра нередко опускается до минус 30 градусов.
Собирают солнечную энергию специальные пластины, общая площадь которых составляет 1100 квадратных метров. Энергия Солнца, улавливаемая с их помощью, нагревает воду до температуры 75–80 градусов, которая затем подается по трубам в дома.
Первые результаты оказались обнадеживающими, поэтому "солнечную котельную" решено расширить. Однако окончательный вывод, по мнению специалистов, можно будет сделать года через два.
Если эксперимент будет успешным, то энергия Солнца будет широко использоваться в Скандинавских странах для обогрева зданий.
Конечно, по сравнению с обычными теплоцентралями новая установка требует больших первоначальных капиталовложений, но в условиях наступления энергетического кризиса этот фактор не является главенствующим.
У теплоэлектрических солнечных станций есть серьезный соперник — фотоэлектрические станции, или, иначе, солнечные батареи. (Они уже упоминались, когда речь шла о солнечных самолете и электромобиле.) Если солнечные теплоэлектростанции преобразуют энергию солнечного света сперва в тепловую, а затем в электроэнергию, то фотоэлектрические станции обходятся без промежуточной ступени: фотоэлектрический преобразователь (фотоэлемент) превращает энергию света прямо в электроэнергию. Роль преобразователя выполняют полупроводники.