Страница 54 из 64
Выпрямление электрического тока сопровождается тепловыми потерями: выпрямительные диоды будут нагреваться, а тепло передаваться окружающему воздуху. В виде тепла будет рассеиваться не более 15 процентов передаваемого с орбиты излучения, и нагрев атмосферы не будет превышать нагрева, обычно наблюдаемого над городами. Этот эффект можно использовать для создания тепличного хозяйства под антенным полотном. По сравнению с тепловым загрязнением, которое сопровождает любой термодинамический процесс преобразования энергии, тепловое загрязнение от выпрямления сверхвысокочастотной энергии гораздо меньше.
Как и на орбитальной станции "Салют", на космической электростанции придется ориентировать на Солнце многокилометровые панели солнечных батарей, чтобы солнечные лучи падали отвесно на них. Для электростанции это наивыгоднейший режим работы. Расчеты, проведенные специалистами, показывают, что солнечные батареи должны быть сориентированы относительно Солнца с точностью 0,5°, а луч передающей антенны радиолинии передачи электроэнергии относительно наземной приемной антенны — с точностью ± 1°. 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.
Чтобы проверить эффективность передачи энергии с помощью радиоволн, американские специалисты летом 1975 года повторили тесловский эксперимент 1899 года, но уже на современном уровне. В качестве приемной антенны они использовали антенну для радиолокации Венеры в Калифорнии, принадлежащую Лаборатории реактивного движения. Эта антенна площадью 24 квадратных метра содержала также выпрямительные элементы для преобразования сверхвысокочастной энергии в постоянный ток. Передающая параболическая антенна диаметром 26,2 метра находилась на расстоянии 1,6 километра от приемной антенны. Передача велась на длине волны 12,5 сантиметра. Мощность постоянного тока на выходе приемной антенны достигла 30,4 киловатта, а коэффициент полезного действия приемной антенны вместе с выпрямителями составил 82 процента. Результаты обнадеживающие. 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).
На своем пути из космоса к наземной антенне радиолуч пронизывает атмосферу. Как показали эксперименты, сверхвысокочастотный поток может существенно изменить состояние верхнего ионизированного слоя атмосферы — ионосферы. В результате взаимодействия радиолуча с ионосферой она нагревается. Еще в 1925 году было высказано предположение, что можно подогреть ионосферу с помощью достаточно мощного передатчика. Однако технические средства того времени не позволили проверить эту идею. В 70-х годах американские ученые осуществили такой эксперимент с помощью мощного радара в Аресибо (Пуэрто-Рико), который предназначен для радиоастрономических исследований. Энергия радиопередатчика излучалась с помощью антенны диаметром 305 метров, смонтированной под карстовым провалом.
Мощный поток радиоволн вызвал сильный нагрев ионосферной плазмы.
С этим явлением, видимо, придется считаться в будущей линии электропередачи космос — Земля. Оно вызовет отклонение радиолуча и его "размывание", а также приведет к дополнительным потерям энергии. Кроме того, локальный подогрев ионосферы может сказаться и на системах связи, которые "пользуются" свойством ионосферы возвращать обратно на Землю радиоволны. Благодаря этому свойству и возможны дальнее коротковолновое радиовещание и радиосвязь. Кстати, явление нагрева ионосферы радиоизлучением можно обратить и на пользу. Так, в упоминавшемся эксперименте с радаром в Аресибо мощный поток радиоволн привел к созданию радиоволноводов (так называют области пространства в атмосфере, где радиоволны распространяются на большие расстояния с малым затуханием), ориентированных по магнитным силовым линиям Земли. С помощью этих искусственно созданных волноводов была установлена устойчивая связь на расстоянии свыше двух тысяч километров. Открываются перспективы создания систем радиосвязи, не подверженных влиянию солнечных магнитных бурь. Возможно, что некоторые линии связи через разогретую ионосферу смогут соперничать по стоимости и простоте с системами связи через спутники. Полной неожиданностью для ученых оказался тот факт, что "подогреть" ионосферу можно с помощью передатчика сравнительно небольшой мощности. Исследование нагретой с помощью радиоволн плазмы в ионосфере привело к открытию целого ряда закономерностей в области физики плазмы.
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 занимает наземная антенна, а остальное — 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, установленного советским стандартом (0,01 милливатта на квадратный сантиметр). По советскому стандарту допустимая доза длительного радиооблучения в тысячу раз меньше, чем по стандарту США (10 милливатт на квадратный санти-метр). В основу американского стандарта положен тепловой эффект сверхвысокочастотного излучения на ткани тела. Советский же стандарт учитывает возможное воздействие излучения на центральную нервную систему, которое может проявиться даже при низких интенсивностях.
Неполадки в системе наведения радиолуча из космоса не должны приводить к превышению норм облучения. Для этого система наведения должна быть исключительно точной и надежной, а в случае, если все же случится неисправность, то передатчики космической электростанции должны мгновенно отключаться.
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 вреда пассажирам? Не повлияет ли пролет радиолуча на работу самолетной электронной аппаратуры?.. Вопросов много. Они неизбежны, когда дело касается крупного нового проекта.
Предлагали для передачи электроэнергии с орбиты и лазерный луч. Проект заманчивый. Для лазера не надо таких больших антенн для передачи электроэнергии из космоса на Землю. 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 были установлены антенные устройства для приема и передачи 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 аудиторий. Потоки теплого воздуха из окон да еще с табачным дымом поднимались на пути лазерного 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 лазерное излучение. Коэффициент полезного действия лазерной линии электропередачи при плохой погоде упал бы до очень низкого уровня. Кроме того, эксплуатация энергетической лазерной линии большой мощности требует повышенной осторожности. Случайное отклонение лазерного луча из-за неисправности системы его наведения может создать серьезную угрозу безопасности людей.