Об электротехнике можно рассказывать до бесконечности. Возьмем хотя бы ее теоретические основы. Более четверти века сознательной жизни я отдал этой замечательной дисциплине, читая ее студентам разных курсов электротехнического института. И поверьте, стоит немалого труда, чтобы удержаться и не начать рассказывать увлекательнейшие истории о развитии основных положений и о выделении теоретических основ электротехники в самостоятельную дисциплину. Это было бы тем более интересно, что первый курс этой дисциплины был разработан и прочитан в Ленинграде, тогда Петербурге, в Политехническом институте замечательным русским ученым профессором Владимиром Федоровичем Миткевичем. «Аналогичного курса, — пишет известный электрик и историк науки профессор М. А. Шателен, — не было ни в русской, ни в иностранной литературе. Это было действительно изложение основ учения об электрических и магнитных явлениях, предназначенное специально для будущих инженеров-электриков и подготавливавшее студентов к сознательному восприятию тех сведений, которые они потом получали в специальных курсах электрических машин, высоких напряжений и тому подобное.
Я помню тот исключительный интерес, который проявляли к этому курсу не только студенты, но и преподаватели и молодые электрики и физики. Литографированные листы этого курса разбирались нарасхват».
Ленинский план электрификации России — ГОЭЛРО — потребовал от советских электротехников решения большого круга новых проблем. В ходе их решения в нашей стране возникали крупные научные школы, электротехнические, научно-технические и учебные институты, создавались журналы.
Мне было бы приятно рассказать вам о том, как технические задачи передачи и распространения энергии, анализ режимов и расчетов электрических линий связи породили теорию электрических цепей. У ее истоков стояли многие выдающиеся ученые прошлого века, в том числе Кельвин, разработавший основы теории длинных линий.
А сколько интересных работ связано с возникновением «мгновенных перенапряжений» и «экстратоков», как их называл Фарадей. Они появляются в электрических цепях при переходных процессах и длятся ничтожное время. Но по разрушительной силе своей состоят в близком родстве с молниями. Я бы мог рассказать немало интересного о работах М. Е. Ващенко-Захарченко и о затворнике и мизантропе О. Хевисайде.
Совсем особую область в теоретических основах электротехники образуют теория колебаний и теория регулирования. В этой области классические работы принадлежат таким выдающимся ученым, как математики А. М. Ляпунов и А. Пуанкаре.
Наконец, самое большое удовольствие я всегда получал при изложении теории электромагнитного поля — труднейшей, преобильно насыщенной высшей математикой дисциплины, которая давала возможность понимать и рассчитывать поля или хотя бы находить характер их распределения в различных электротехнических устройствах. Это трудный курс, и студенты побаивались экзамена «по полю», считая: «Поле сдашь — студентом будешь!» Но зато какое прекрасное ощущение высочайшей «интеллигентности» этого курса приходило к каждому… после экзамена.
Нет, нет, уверяю вас, что мне стоило большого труда удержаться и, «наступив на горло собственной песне», не пуститься в воспоминания по поводу теоретических основ электротехники…
Мне кажется, сегодня нет более интересной отрасли в практической деятельности, чем, скажем, строительство электрических станций, мощных линий электропередачи, проектирования и создания объединенных энергосистем. Не зря строители гидростанций с такой неохотой меняют профессию…
Впрочем, не менее интересно заниматься и вопросами разработки и производства электротехнических материалов и электроизоляционных конструкций. Существует, например, целая наука о диэлектриках. А возьмите такое производство, как изготовление конденсаторов — потомков лейденской банки. Я еще помню то сравнительно недавнее время, когда емкость в 10 микрофарад внушала нам — молодым инженерам — глубокое уважение. А сегодня я нисколько не удивляюсь, когда беру в руки серебристый стаканчик электролитического конденсатора, у которого на боку написано «1200 мкФ», емкость в 120 раз больше той — из молодых моих лет…
А вот еще, казалось бы, вполне прозаическая промышленность — кабельная: силовые, телеграфные, телефонные, радиочастотные, коаксиальные кабели, волноводы и световоды…
Совсем недавно коллеги по Союзу писателей попросили меня показать им «что-нибудь этакое… удивительное». И я принес кусок гибкого двужильного кабеля в светло-зеленой синтетической оболочке. Коллеги обиделись, подумали, что шучу. Тогда я протянул кабель в соседнюю комнату, направив его срезанным концом на электрическую лампочку, предложил свернуть, перепутать, завязать его узлами. Протянул свободный конец в зал, где мы заседали, и попросил потушить свет… Из кабеля, из двух тоненьких жил, били два острых лучика света… Вы представляете себе — лучи света, завязанные в узел? Не удивительно? Тогда вы не способны удивляться вообще!
Между тем кто-то неслышно вошел в соседнюю комнату, тенью проскользнул между лампочкой и концом кабеля, и у нас на «приемном конце» лучики света послушно мигнули, отмечая приход опоздавшего…
Я мог бы продолжить перечисление, рассказывая о многом, что было бы интересно и полезно узнать читателю. Ну хотя бы о последних изобретениях и оригинальных конструкциях в светотехнике, в промышленных электротермических установках, в области электропривода, в электрическом транспорте — наземном и водном, подземном и подводном, воздушном и безвоздушно-космическом. Ни один из них не тронется с места без электрооборудования. А ведь остались еще не упомянутыми электроизмерительные, электронные и полупроводниковые приборы, автоматика и телемеханика, вычислительная техника, радио, телевидение, электронная микроскопия, ускорители частиц…
Но современная энергетическая техника необъятна. А необъятное, как известно, объять невозможно. И потому в этой главе я ограничусь лишь некоторыми рассказами о развитии основного электротехнического оборудования — об электрических машинах наших дней и еще о тех новых способах, которыми мы собираемся добывать электрическую энергию завтра.
«…Советская власть плюс электрификация…»
«Применение электрической энергии в России за последние годы значительно развилось, электротехническая же промышленность в ней до последнего времени находится в младенческом возрасте». Это строчки из толстой книги «Промышленность и техника, том III. Электричество, его добывание и применение профессора Артура Вильке. С.-Петербург, 1904».
В начале века в Петербурге-Петрограде — работало около двухсот электрических станций! Не думайте, что я ошибся. Просто в то время еще не научились передавать электроэнергию на расстояние без больших потерь и потому машины, вырабатывающие электричество, старались ставить рядом с потребителем. Радиус линий передачи не превышал обычно одного километра. Часть таких «электростанций» давала постоянный ток, часть — переменный однофазный.
В 1839 году из-за границы в Россию вернулся молодой инженер Роберт Эдуардович Классон — уроженец Киева и выпускник Петербургского технологического института. В Германии он работал монтером на строительстве первой опытной линии передачи электроэнергии трехфазного тока, осуществлявшемся под руководством М. О. Доливо-Добровольского.
В Петербурге Классон поступил на Охтинский пороховой завод и составил проект переоборудования электрохозяйства предприятия на тррхфазный ток. А в 1897 году в Москве, на Раушской набережной, им была сдана в эксплуатацию первая крупная электростанция трехфазного тока. Год спустя такая же станция была пущена в Петербурге на Обводном канале.
Начиная с 1905 года в России наметился некоторый промышленный подъем, который в первую очередь требовал увеличить производство энергии.
Но продолжим цитирование труда господина профессора Вильке:
«Понятно, что при существовании стольких применений является громадный спрос на разного рода электромашины, электрические провода и вообще всякия электротехнические принадлежности. Этому спросу русские заводы удовлетворить не могут, и он удовлетворяется преимущественно иностранными заводами, имеющими в России своих представителей. Однако некоторые производства достигли и в России довольно высокой степени развития. Таково, например, производство изолированных кабелей и проводников. В Петербурге и Москве, главным образом, имеется целый ряд кабельных заводов, изготовляющих всевозможные сорта кабелей и проводников, ничуть не уступающих иностранным. Из этих заводов самыя крупныя — фирмы „Сименс“ и „Рибен“… Однако русския заводы не в силах удовлетворить спросу на кабели и проводники, и значительная доля их получается из-за границы…
Много более или менее крупных заводов и мелких мастерских приготовляют разного рода мелкия приборы, требуемые при электрических установках, как то: предохранители, выключатели, реостаты, патроны для ламп и т. д., а также арматуру для ламп. Однако они еще не удовлетворяют спросу на такие предметы, и огромное количество их ввозится из-за границы.
Точно так же не приготовляются в России электрические измерительные приборы и электрические счетчики…
Калильныя лампы в России совсем не фабрикуются. Устроивавшиеся для этой цели русския заводы не выдержали иностранной конкуренции и скоро закрывались…
Дуговыя лампы строятся некоторыми заводами, главным образом фирмой „Сименс и Гальске“, но все же большинство их получается из-за границы…
Что касается электромашин, то есть, динамо-машин, электродвигателей и трансформаторов, то в России производства их почти не существует. Единственный завод „Сименс и Гальске“ в Петербурге готовит их в сколько-нибудь значительном числе. Этот завод, являющийся самым большим электротехническим заводом в России (до 150 служащих), выпускает ежегодно динамо-машин и двигателей общей мощностью до 6000 киловатт…»
Пожалуй, достаточно. Картина впечатляющая, если учесть, что все это не придумано, а является свидетельством современника. Между тем сколько выдающихся изобретений обязано своим рождением русским инженерам и техникам…
Предприятие «Сименс и Гальске», о котором шла речь в книге профессора Артура Вильке, тот «самый большой электротехнический завод в России (до 150 служащих), выпускающий ежегодно динамо-машины и двигатели общей мощностью до 6000 киловатт», находился в ту пору на Васильевском острове. Но в 1911 году его перевели за Московскую заставу. Отныне предприятие стало принадлежать акционерному обществу «Сименс и Шуккерт». Невелико преобразование. Завод работал по-прежнему на немецких полуфабрикатах, по немецкой технической документации, и руководили производством аккуратные немецкие инженеры.
В 1914 году верноподданные немецкие специалисты уехали. Материалы и полуфабрикаты поступать на склады перестали, производство затормозилось, захирело, а вскоре и вовсе остановилось. Но Петроград жил. В нем свершались политические события, для которых было небезразлично, есть ли в городе свет и ходят ли трамваи, работают ли станки на заводах…
Сразу же после революции, в 1918 году, для налаживания производства на заводе динамо-машин Петроградский Совет направил первых специалистов, выразивших желание сотрудничать с Советской властью. А 7 ноября 1922 года Совет рабочих депутатов Петрограда постановил называть сей завод отныне Петроградским заводом «Электросила». И к старым спецам на нем добавились молодые инженеры, которым пришлось едва ли не на пустом месте начинать производство первых крупных машин для выполнения плана ГОЭЛРО. Ведь по нему предусматривалось за 10–15 лет соорудить 30 крупных районных электростанций общей мощностью 1750 тысяч киловатт. В их числе 20 тепловых, на угле, сланце, торфе, газе, и 1–0 гидростанций. Это в то время, когда по всей стране существовало всего 9 значительных электростанций, из которых половина не работала из-за отсутствия топлива. И фактически не было ни одного завода, производящего электрооборудование, не говоря уж об энергетическом хозяйстве. Все приходилось создавать впервые. Никаких примеров для постройки первых четырех гидрогенераторов мощностью по 7500 кВт для Волховской ГЭС у наших специалистов не было. Требовалось организовать на заводе расчетно-конструкторские службы и лаборатории, собрать приборы… На этой работе мужали и крепли молодые кадры электромашиностроителей, превращаясь в специалистов мирового класса.
Сегодня, когда пишутся эти строчки, НИИ «Электросила» ставит задачу создания турбогенераторов огромной мощности — в два миллиона киловатт и более. Для Саяно-Шушенской ГЭС созданы гидрогенераторы мощностью по 640 тысяч киловатт.
Уже в мае 1922 года была пущена первая подмосковная Каширская ГРЭС, в октябре того же года — электростанция «Уткина Заводь», ныне ГРЭС «Красный Октябрь» в Ленинграде.
В 1931 году, когда истек кратчайший срок, намеченный планом ГОЭЛРО, мощность районных электростанций страны составляла 2105 тысяч киловатт, против запланированных 1750…
Успехи в выполнении плана ГОЭЛРО, восстановление разрушенного хозяйства заложили прочный фундамент первых пятилеток. А это означало в первую очередь развитие тяжелой индустрии, в частности металлургической и сталепрокатной промышленности. Именно для них, для этих отраслей, в те годы на «Электросиле» было создано электрооборудование первых советских блюмингов Макеевского и Златоустовского заводов, для «Запорожстали».
В годы первой пятилетки общезаводское бюро исследований завода (ОБИС), которое возглавлял будущий академик М. П. Костенко, разработало новую серию трехфазных синхронных машин, заложив тем самым основы производства судового электрооборудования, обеспечивающего одну из ведущих отраслей ленинградской промышленности — судостроение. И прежде, чем со стапеля Ленинградского судостроительного завода сошел флагман ледокольного флота Советского Союза атомоход «Ленин», его двигатели, мощностью 19 600 лошадиных сил, родились на «Электросиле» имени С. М. Кирова. Тот же коллектив научно-исследовательского института разработал для производства и проекты мощных двигателей и генераторов для атомных ледоколов «Арктика», «Сибирь» и «Россия».
Многое изменилось с начала нашего — двадцатого — столетия в науке и технике. Научно-техническая революция, в период которой мы с вами живем, захватила в свою орбиту все аспекты, все стороны нашей жизни. Наука превратилась в непосредственную производительную силу, изменив не только свою классическую схему, но и всю систему отношений внутри себя самой. Ушли в прошлое гении-одиночки со своими индивидуальными качествами.
На смену им пришли мощные коллективы, без всяких чудачеств, неизмеримо более продуктивные. Наука становится большим заводом со своим заданием, точным планом, выверенными методами работы. Стоит ли говорить об искусстве экспериментатора, если сегодня, например, для постановки более или менее результативного эксперимента требуется громоздкое и сложное оборудование, изготовляемое, как правило, промышленным способом. Стоимость его такова, что ее может не выдержать даже государственный бюджет — и тогда малым странам приходится объединяться. Для постановки современного опыта требуются специалисты самых разных уровней и разных специальностей. Много специалистов. И при этом каждый будет знать крошечную частичку общей задачи и выполнять малую долю общей работы. И в конце концов даже результат осмысливается группой теоретиков. Таким образом, все или почти все современные достижения, особенно в технических науках, являются обобщенным результатом работы большого коллектива.
Технические науки являются средствами инженерной деятельности. В их число вошли и многие электротехнические дисциплины. Они обрели свои объекты исследования, свои задачи и свои методы. Технические науки стали узловым пунктом связи науки с производством. Кое-кто еще их по старинке отождествляет с отраслями техники, однако они уже стали областями приложения естественнонаучных знаний.
Перестроился характер даже инженерного мышления. Сегодня в проектировании все шире применяется системный подход, в отличие от «процессного» подхода, на который опирались технические отрасли прошлого века. Он остался в качестве основы, фундамента большинства современных технических дисциплин.
Для системного подхода в принципе не важно, что конкретно проектируется. Система представляется в виде набора типичных функциональных элементов, имеющих строгое практическое назначение, и тех функциональных — действующих — связей между ними, которые обеспечивают проектируемой системе требуемые свойства и функционирование.
Такое дробление проектируемого объекта, будь то отдельный агрегат или целый завод, технологический процесс или строящийся город, на множество самостоятельных функциональных единиц потребовало внедрения сложной системы управления и регулирования в схему, а следовательно, и развития новой науки об управлении.
Системный подход позволил, опираясь на изображение функциональных связей, рассматривать объект как целое, независимо от его «физического» содержания и технологического предназначения. Это еще большая обезличка проектирования, но она вызвана требованиями времени. В конкретных технических знаниях все больше нарастает абстрактно-теоретический уровень.
Системное проектирование дало возможность инженерам решать задачи не путем комбинирования «физически» подходящих по своему строению элементов из заданного и допустимого набора, а сразу, задавшись функциональной схемой всего объекта, выбирать процесс, на основании которого требуемые функции будут выполняться. И лишь потом от процесса уже двигаться к поиску подходящей структуры и строения.
Грубо говоря, это напоминает составление из кубиков определенной картинки. При этом в случае системного подхода мы заранее знаем, куда какой кубик нужно пристраивать. Хороший пример — манипулирование с кубиком Рубика. Системный подход соответствует манипулированию по известному алгоритму.
Как же развивалась электроэнергетика у нас в стране и как удалось отсталой России, которая практически не имела собственной электротехнической базы, заложить после Великой Октябрьской революции основы этой отрасли, занять в ней ведущее положение в мире?..
Ведущее положение в мире…
Ленинград. Дворцовая набережная. Сегодня здесь, между Марсовым полем и Эрмитажем, неподалеку от Дома ученых, в бывшем Ново-Михайловском дворце, сооруженном более 100 лет назад по проекту архитектора А. И. Штакеншнайдера, находится Всесоюзный научно-исследовательский институт электромашиностроения.
Сам ВНИИэлектромаш — организация сравнительно молодая, ветераны считают началом его создания 1950 год.
Тогда, через пять лет после окончания Великой Отечественной войны, президиум АН СССР принял решение об организации в Ленинграде первой лаборатории автоматики.
Несмотря на огромный ущерб, нанесенный народному хозяйству страны, Советский Союз примерно за два с половиной года восстановил уровень промышленного производства 1940 года. Но для дальнейшего движения вперед нужно было самое широкое внедрение во все отрасли народного хозяйства и в быт электрической энергии. Причем электроэнергии, вырабатываемой централизованно на мощных электростанциях, объединенных высоковольтными сетями в крупные энергетические системы.
Без автоматизации мощных энергосистем невозможно было строительство гигантских электростанций на Днепре и на Волге, тормозилось все развитие энергетики Советского Союза в целом. Вот почему таким важным шагом явилось создание скромной лаборатории автоматики в Ленинграде.
За первое десятилетие своего существования молодая лаборатория стала Институтом электромеханики АН СССР, прошла большой путь, вобрав в себя целый ряд других научных учреждений и расширив свою деятельность на всю отрасль мощного электромашиностроения.
Во втором десятилетии «лаборатория» стала Всесоюзным научно-исследовательским институтом, который занимается фундаментальными проблемами в области теории и методов расчета электрических машин. На этот институт техническая наука страны социализма возложила ответственность за передовой уровень крупных электрических машин, которыми славится отечественная промышленность. Как же справляется институт со столь ответственной задачей?
Предварительно можно сказать, что турбо- и гидрогенераторы, мощные машины постоянного тока и другие агрегаты крупного электромашиностроения, разработанные в стенах института, строятся в значительной своей части на Ленинградском производственном электромашиностроительном объединении (ЛПЭО) «Электросила» имени С. М. Кирова. Машины с маркой «Электросилы» эксплуатируются более чем в 75 странах мира — от Исландии и Канады на севере и до экваториальных и заэкваториальных Уругвая, Бразилии и Аргентины. В крупном электромашиностроении Советский Союз уверенно занимает ведущее положение в мире.
Конечно, разместить современный НИИ в помещении старого дворца — задача невыполнимая. Да ее никто и не думал так решать окончательно. Здесь находится, так сказать, лишь административная часть института. Производственная же база — лаборатории, конструкторские бюро, испытательные стенды — совсем в другой части города, по соседству с «Электросилой».
С самого начала своего существования в лаборатории автоматики были созданы непревзойденные по своему времени модели Свирской и Куйбышевской ГЭС, линий электропередачи, связывающих Ленинград и Москву с новыми электростанциями. На моделях гидротурбин и мощных генераторов сотрудники лаборатории решали самые актуальные задачи специального электромашиностроения. За работы по электродинамическому моделированию академик М. П. Костенко и доктор технических наук В. А. Веников были удостоены в 1958 году Ленинской премии.
От мощных турбо- и гидрогенераторов и высоковольтных линий передачи до двигателей на тепловозах и прецизионных систем управления телескопами — таким был с самого начала диапазон исследований.
В 1968 году институт был определен как научно-технический центр всего электромашиностроения страны и получил существующее ныне наименование — Всесоюзный научно-исследовательский институт электромашиностроения (ВНИИэлектромаш). В том же году группа специалистов института была удостоена Государственной премии СССР за работы по системам возбуждения для генераторов и синхронных компенсаторов.
Решением большой народнохозяйственной задачи явилось в эти годы внедрение на железных дорогах страны тяги на переменном токе. Научное обоснование перехода на переменный ток сделали академик М. П. Костенко и член-корреспондент АН СССР А. Е. Алексеев. И в середине 70-х годов в институте был создан экспериментальный тепловоз с асинхронными двигателями на осях, с генератором переменного тока с постоянной скоростью вращения и тиристорным преобразователем. Затем в институте начались работы по усовершенствованию крупных машин постоянного тока. Сегодня в станках типа «обрабатывающий центр» на заводах Японии, ФРГ, Франции и США работают наши двигатели мощностью до 200 кВт.
Новым в электромашиностроении явились и фундаментальные исследования в области применения сверхнизких температур. Обмотки электрических машин, охлаждаемые жидким гелием до температуры, близкой к абсолютному нулю, должны приобретать свойства сверхпроводников. Электрический ток, проходя по ним, практически не встретит никакого сопротивления. А это означает, что не будет и потерь в обмотках. Размеры такого криогенного генератора при сохранении той же мощности можно существенно уменьшить. Коэффициент полезного действия машины увеличится и станет предельно высоким. Стоимость электроэнергии заметно снизится.
Для генераторов обычного, существующего сегодня типа предел по мощности уже недалек. Электромашиностроители определяют его в районе двух с половиной — трех миллионов киловатт для единичной машины. И то это уже такие гиганты, которые будет не только трудно изготовить на заводе, но и транспортировать к месту установки и монтажа. Криогенераторы позволят реально поднять предел по мощности для единичной машины почти вдвое, что даст большие экономические выгоды.
Эксперименты в области применения сверхнизких температур в институте начались еще в 1962 году. Сначала был построен небольшой демонстрационный генератор на сверхпроводниках, потом модельный криотурбогенератор мощностью 18 кВт. Пять лет назад на испытательный стенд встал экспериментальный криотурбогенератор мощностью 1200 кВт, с самым большим в мире вращающимся криостатом. А в начале 1983 года специалисты института готовились поставить под промышленную нагрузку криогенный генератор мощностью 20 000 кВт! Тогда это была самая крупная машина подобного рода в мире. Создана она коллективом сотрудников под руководством академика И. А. Глебова.
Современный генератор — машина вообще сложная. Криогенный генератор сложен вдвойне. Вот он стоит — голубой цилиндр, соединенный трубопроводами и шлангами со вспомогательной аппаратурой. Стоит на испытательном стенде ВНИИэлектромаша. Что же в нем особенного? Прежде всего то, что ротор генератора по конструкции напоминает стальной сосуд — криостат, в который непрерывно на ходу подается жидкий гелий. Медные шины обмотки пронизывают тысячи тончайших нитей-проводников из сверхпроводящего сплава. Они-то и обеспечивают основные преимущества новой машины. Вакуумные камеры-изоляторы сохраняют холод в машине. Жидкий гелий — дорогой материал. Испаряясь, он поступает в компрессор. Там сжижается и снова поступает в замкнутый цикл. Обмотка статора охлаждается жидким фреоном — жидкостью, хорошо знакомой нам по бытовым холодильникам. Одновременно фреон выполняет и роль изолятора.
Вспомогательной аппаратуры вокруг много: тут и резервуары с гелием, и вакуумные насосы, компрессор и теплообменный агрегат… Неудивительно, что над созданием этой уникальной машины трудились коллективы не одного производственного объединения. Среди них прежде всего «Электросила» и Ижорский завод, завод «Красный выборжец» — ветераны и передовики ленинградской промышленности. Вместе с ними принимали участие в создании криогенератора и вспомогательной аппаратуры московские НПО Гелиймаш, ВНИИ холодмаш и другие организации.
Сложна современная техника. А не снизит ли она надежность наших машин? Специалисты уверяют: нет! Не снизит! Да и деваться-то все равно некуда. За выигрыш, получаемый в мощности, нужно платить. И чаще всего эта плата выражается в усложнении либо самого изделия, либо технологии.
Вы только попробуйте для примера разобраться в устройстве современного энергетического агрегата — тысячи деталей, сложнейшие запутанные связи… Конечно, пройдет некоторое время — и пришедшим нам на смену детям и внукам сегодняшние технические сложности покажутся пустяками. «Нам бы их заботы!» — станут говорить они покровительственно. И мы, негодуя внешне, будем радоваться и гордиться ими, потому что слова их означают: прогресс продолжается. Не нужно только забывать, что изготовить Джемсу Уатту свою примитивную паровую машину было намного сложнее, чем нам с вами — атомный реактор. Вспомните судьбу электродвигателя Якоби. Он родился раньше, чем поспела технология. Сейчас технология производства электрических машин и электрооборудования стоит очень высоко. И наша страна по праву занимает в электромашиностроении ведущее положение в мире.
Какие же перспективы сегодня у энергетики? По какому пути следует ожидать движения ее развития? И как изменятся некоторые акценты в этом развитии в связи с существующей в мире топливно-энергетической проблемой?
При ответах на эти вопросы давайте рассмотрим как классические методы получения электроэнергии, так и существующие сегодня новые перспективные направления.
ГЭС
Эта аббревиатура сегодня ни для кого не является секретом. Даже дошколята понимают, что, когда взрослые говорят «ГЭС», речь идет о гидроэлектростанции — о «фабрике электричества».
Наши успехи в развитии электроэнергетического хозяйства оказались возможны лишь благодаря последовательному осуществлению ленинских принципов электрификации. Сначала в отдельных, заранее намеченных промышленных районах были созданы энергетические комплексы, затем произошла централизация и концентрация производства электроэнергии, созданы крупные энергосистемы. На первый взгляд все кажется просто: запруди все речки страны, поставь на плотинах гидротурбины с гидрогенераторами — и получай себе даровую, ежегодно, ежечасно возобновляемую энергию. Ведь гидроресурсы мира огромны — около тысячи триллионов киловатт-часов. Это примерно в 30 раз больше, чем используется сегодня всех энергоресурсов вообще в мире…
Однако реальные гидроресурсы нашей планеты значительно скромнее. Да и не на каждой речке плотину возведешь. И хотя Советский Союз обладает самым большим запасом текущей воды, ее на поверку оказывается не слишком много. Ученые подсчитали, что если даже запрудить все реки и речки Советского Союза и заставить их вырабатывать электроэнергию, то количества ее не хватит, чтобы покрыть и шестую часть существующей потребности. Это не говоря о том, что вовсе не такая уж радость ставить всюду плотины. Сооружение их дорого, водоснабжение они нарушают, требуют затопления больших хозяйственных территорий, изменяют климат и осложняют жизнь обитателей речных и морских вод, а также судоходство. И тем не менее мы их строим и будем строить. Гидроэнергетика дает нам действительно возобновляемую энергию, а кроме того, гидроэлектростанции экологически чисты.
К нынешним годам мощная энергетическая база создана практически во всех крупных экономических районах страны и во всех союзных республиках. Кто не слышал об энергетических комплексах в восточных районах страны: в Сибири, на Дальнем Востоке, на Крайнем Севере, в Казахской ССР, в республиках Средней Азии?
К концу пятой пятилетки 85 % установленной мощности гидростанций было размещено в европейской части СССР и только 15 % находилось в азиатской части. В стране работало множество карликовых энергосистем, включавших в себя электростанции небольшой и средней мощности, которые раздельно обслуживали близлежащие промышленные районы. Когда подсчитали затраты на их сооружение, выяснилось, что на те же средства можно было бы построить в 2–3 раза больше по мощности районных электростанций с более крупными агрегатами. Укрупнение агрегатов дает значительную экономию. Например, применение турбогенераторов в 100 тысяч киловатт вместо 25 тысяч киловатт снижает удельную стоимость тепловых электростанций примерно в два с половиной раза. Это без учета ускорения темпов строительства станций и увеличения производительности заводов, изготавливающих для них оборудование.
Вторым резервом развития энергетики явилось создание магистральных сетей сверхвысоких напряжений для увеличения пропускной способности линий электропередачи и переход в будущем к Единой объединенной энергосистеме. Основой для объединения энергосистем Советского Союза стали в наше время линии напряжением в 500 и 750 киловольт. Но уже ведутся работы по повышению этого напряжения до 1150 кВ.
Введены в эксплуатацию линии передачи постоянного тока. Сначала, в 1962–1965 годах, это была линия на 800 кВ Волгоград-Донбасс, длиной 493 километра. Сейчас проектируются две линии на 1500 кВ (±750 кВ): одна — Экибастуз-Тамбов, длиной 2400 км, а вторая из района Итата (Красноярский край) в Объединенную энергетическую систему юга, протяженностью около 3500 км.
В будущем для соединения богатой энергетическими ресурсами Сибири с европейским центром страны понадобятся линии электропередачи на постоянном токе с напряжением 2200–2400 кВ.
После того как были пущены крупнейшие в мире гидроэлектростанции — Братская на Ангаре, мощностью 3,6 млн. кВт, Красноярская на Енисее, мощностью 4 млн. кВт — и после создания Единой энергосистемы Сибири, протянувшейся от Омска до Улан-Удэ, в этом районе стала быстро наращивать темпы промышленность, особенно ее энергоемкие производства: электрохимия, электрометаллургия.
В 1970 году самая большая Единая энергетическая система Европейской части СССР охватывала еще и Зауралье и Закавказье. Она объединяла около 400 электростанций самого разного типа. Тут были и тепловые конденсационные, и теплофикационные, и гидравлические. Более 50 миллионов киловатт была их общая мощность. Однако к середине 80-х годов новые объединенные системы Центральной Сибири, Северного Казахстана, Средней Азии, Забайкалья и Дальнего Востока все решительнее заявляют о своем соперничестве.
Крупнейшая из них — объединенная энергосистема Центральной Сибири — включает Иркутскую, Красноярскую, Кузбасскую. Новосибирскую, Томскую, Омскую, Бурятскую и Барнаульскую энергетические системы. В ней будут работать не только такие гиганты-гидростанции, как Саяно-Шушенская, но и целый куст тепловых электростанций, каждая мощностью более 1 млн. кВт, располагающихся непосредственно у мест добычи топлива. Уже прогремел на всю страну КАТЭК — Канско-Ачинский топливно-энергетический комплекс, а впереди новые стройки, новые рубежи.
Раньше считалось, что только плотина на реке может обеспечить достаточную мощность вырабатываемой энергии. А мы с вами помним, что чем эта мощность больше, тем энергия дешевле. Гидроэнергия неистощима. И по ее запасам наша страна значительно превосходит все другие страны мира. И хотя у нас освоена лишь незначительная часть гидроресурсов, мы занимаем второе место в мире по уровню развития гидроэнергетики.
Гидроэлектростанции выгодны экономически и тем, что на них очень высока производительность труда. Почти в десять раз меньше труда приходится затрачивать на киловатт выработанной энергии работникам ГЭС по сравнению с теми, кто обслуживает тепловые станции (естественно, если учитывать и добычу топлива, и транспортировку).
Современное гидростроительство ведется обычно каскадно. Это позволяет полнее использовать энергетические ресурсы рек.
Вот, например, строящийся единый и крупнейший Ангарский и Енисейский каскад: Иркутская, Братская, Красноярская, Саяно-Шушенская и Усть-Илимская ГЭС — суммарная мощность 10 700 МВт (мега-ватт). А полная мощность всего Ангаро-Енисейского каскада должна составить 43600 МВт в 12 ступенях.
Такими же едиными являются Волжский и Камский каскады гидроэлектростанций, Днепровский каскад — это в европейской части СССР. А в Средней Азии Чирчик-Бозсуйский каскад состоит из 19 гидроэлектростанций, суммарной мощностью 1170 МВт.
Советское гидрогенераторостроение заняло ведущее место в мире еще перед Великой Отечественной войной. А в наши дни мы уверенно лидируем, ставя на серийное изготовление уникальные конструкции.
Мощность и скорость вращения гидрогенераторов устанавливают заводы-изготовители гидравлических турбин: это зависит от напора и расхода воды. И хотя принципиально схема гидрогенератора за последние годы не изменилась, для создания современных машин инженерам приходится с каждым новым агрегатом решать сложнейший комплекс технических проблем. Тут и усовершенствование компоновки гидрогенератора, и создание наиболее рациональной системы вентиляции и охлаждения, применение новой изоляции и новых типов обмоток, снижение добавочных потерь в зонах перегрева и многие, многие другие вопросы.
Например, долгое время одной из самых больших трудностей в производстве гидрогенераторов являлась нагрузка на пяту опорного подшипника-подпятника. Нужно было так его сконструировать, чтобы он нес на себе до 3500 тонн. В мире подобных аналогов не имелось. И снова выручила «Электросила» — правда, теперь она была уже не одна. На помощь ленинградским инженерам пришли их коллеги из «Уралэлектротяжмаша». Оригинальную конструкцию опорного подпятника спроектировали инженеры завода «Уралэлектроаппарат».
В результате применения самой современной технологии коэффициент полезного действия гидрогенераторов большой мощности стал более 98 %. Успехи гидрогенераторостроителей привели к тому, что наши заводы не только выполняют машины на экспорт, но и производят разработку проектов для зарубежных заводов.
ТЭС
И все же, несмотря на прекрасные успехи гидростроителей, на достижения создателей гидрогенераторов, львиную долю — более 80 % электрической энергии — дают пока тепловые электростанции. И в предвидимом будущем, на ближайшие 20–25 лет, именно они останутся главными производителями электроэнергии.
Долгое время задача развития сети тепловых электростанций осложнялась тем, что главные промышленные центры нашей страны, основная масса населения сосредоточены в европейской части, а энергетические ресурсы — преимущественно в азиатской. Поэтому топливный баланс теплоэлектростанций европейской части СССР был очень напряженным. Экономисты перестраивали его, старались больше использовать на электростанциях в качестве топлива природный газ и мазут (их было легче доставлять).
Но в последнее время положение изменилось. Газ и нефть — слишком ценное химическое сырье, которое год от года все больше используется на технологические нужды. И потому у нас, как и в ряде других стран, ученые активно изучают возможности получения синтетического жидкого топлива из угля. Осваиваются топливные ресурсы Тюменской области, Канско-Ачинские разработки для энергетики Сибири. Повышается интерес строителей электростанций к углю.
Что такое современная тепловая электростанция? Вот ее упрощенная схема: топка котла, куда подаются топливо и окислитель, затем сам котел, в котором вода превращается в пар с температурой около 550 °C. Это наиболее выгодный со всех точек зрения температурный предел. Пар под высоким давлением поступает в неподвижно укрепленные металлические каналы (сопла турбины), в которых температура и давление пара уменьшаются, но зато увеличивается скорость движения его потока.
Струя пара с огромной скоростью, часто выше, чем скорость звука, вырывается из сопел и, меняя направление, по криволинейному каналу давит на лопатки турбины, приводя ротор во вращение. А поскольку ротор турбины на одном валу имеет и ротор электрического генератора, то и вся система приходит во вращение — обычно с постоянной скоростью, равной, как правило, 3000 об/мин. Это определяется выбранной частотой переменного тока — 50 герц, или 50 периодов в секунду.
Сейчас паровые турбины научились делать настолько совершенными, быстроходными, высокоэкономичными и обладающими таким большим ресурсом работы, что они вполне конкурентоспособны с гидрогенераторами. Достаточно сказать, что сегодня мощность паровых турбин в одновальном исполнении достигает 1200 тысяч киловатт, и это не является пределом.
После турбогенератора, совершив полезную работу, пар уже под низким давлением поступает в конденсатор, охлаждается, превращается в воду и снова подается насосом в котел.
Обычно тепловые электростанции строят поблизости от крупных водных источников, поскольку на каждый килограмм конденсируемого пара расходуется около 60 килограммов охлаждающей воды.
Конечно, любое невозобновляемое энергетическое сырье — топливо — нужно стремиться использовать, как говорится, на все 100 %. Ну, а можно ли еще повысить отдачу тепла? Оказывается, можно, если использовать его комплексно.
В нашей стране в этом отношении достигнуты большие успехи. В Советском Союзе большое распространение получили теплоэлектроцентрали — ТЭЦ. Они снабжают потребителя не только электроэнергией, но и теплом. ТЭЦ значительно экономичнее, чем ТЭС. Коэффициент полезного действия ТЭС не более 40 %, а коэффициент использования топлива на ТЭЦ приближается к 60–70 %.
«Наша страна — пионер теплофикации (одновременного производства тепла и электроэнергии), — пишет академик В. А. Кириллин в своей статье, посвященной перспективам развития энергетики. — Еще в 1924 году в Ленинграде была создана первая система централизованного теплоснабжения от электростанции. В 1983 году теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) перекрывали 33 процента потребностей тепла в стране. Свыше 800 городов и промышленных центров снабжаются теплом более чем 100 ТЭЦ. Теплофикация, наряду с экономией топлива, обеспечивает значительный экологический эффект. На ТЭЦ достигается высокая очистка продуктов сгорания от вредных примесей, уменьшается тепловое загрязнение водоемов, наконец, централизованное снабжение влечет за собой уменьшение числа мелких котельных, где не может быть обеспечена высокая степень экологической очистки».
Пока тепловые ГРЭСы — государственные районные электростанции — самые рентабельные сооружения. Их энергия дешевле любой другой, и окупаются они раз в десять быстрее, чем гидростанции. И все-таки, конечно, тепловые электростанции — это не решение вопроса. Ведь они потребляют невозобновимые топливные ресурсы планеты. А они, как мы знаем сегодня, увы, весьма ограниченны. Далее, несмотря на очистные сооружения, на дорогостоящие фильтры, тепловые электростанции наносят все же значительный экологический ущерб природе. Добыча топлива требует нарушения целостности земной поверхности. Вскрышные породы карьеров засоряют безжизненными отвалами большие площади. Выбросы сернистых и азотистых газов, пыли и тепла становятся опасными. Все это говорит о том, что нужно искать новые пути получения энергии.
На пути от «малой энергетики»
Однажды довелось мне побывать на прекрасном новом заводе, оборудованном по последнему слову техники. В просторных цехах в стерильной чистоте профильтрованного воздуха мне показали удивительное, почти волшебное действо. В горячей трубке-реакторе, нагретой почти до тысячеградусной температуры, под строго отмеренными дозами ионных лучей встречались пары бесцветной летучей жидкости — тетрахлорида кремния с парами цинка. Шла реакция, и на стенках трубки вырастали тонкие игольчатые кристаллы чистого кремния.
Во второй половине прошлого века этот способ промышленного получения высокочистого кремния был предложен замечательным русским химиком Н. Н. Бекетовым. Сегодня сверхчистый кремний — важнейшее сырье. Полученные в реакторе бесцветные иголочки собирают, долго моют в соляной кислоте, измельчают. Потом их снова и снова переплавляют, добиваясь все большей и большей чистоты, и превращают в монокристаллы — замечательный полупроводниковый материал. Из него собирают «крылья» солнечных батарей, которые раскидываются над корпусами спутников, автоматических межпланетных станций и космических орбитальных станций. В кремниевом кристалле, поглотившем квант света, освобождаются электроны. И если таких кристаллов много и мы соединим проводником освещенную сторону батареи с неосвещенной, то по нему потечет ток.
Кремниевые преобразователи солнечной энергии питают электроэнергией не только сложное хозяйство космических летательных аппаратов. Они могут работать и на Земле. Правда, пока этот способ производства электроэнергии довольно дорог, хоть и заманчив.
Могу напомнить любителям цифр, что сегодня (в 1983–1984 гг.) стоимость одного киловатта установленной мощности, то есть величина всех капитальных вложений для тепловых электростанций, составляет примерно 200 рублей, для гидростанций — 350 рублей, для атомных — в среднем 370 рублей. А вот киловатт установленной мощности при использовании полупроводниковых фотоэлектропреобразователей все еще стоит около 10 000 рублей, а то и поболее. А то, что такой путь заманчив, — понятно, ведь солнечная энергия относится к возобновляемым источникам, то есть к тем, ресурсы которых не уменьшаются от потребления их человеком.
Полная мощность излучения нашего светила огромна — примерно 400 000 000 000 000 000 000 000 000 = = 4×1026 Вт. Земле достается значительно меньше: около 178 600 000 000000 000=1,786×1017 Вт. Значит, в течение года на нашу планету в виде лучистой энергии изливается примерно 1,56×1018 кВТ·ч. Не так мало. Конечно, нужно еще учесть, что часть этой энергии не доходит до самой поверхности, а отражается атмосферой. Но и тогда общая величина солнечной радиации, достигающей Земли, равна величине, близкой к 1014 кВт. Если бы нам удалось освоить хотя бы тысячную долю этой даровой энергии, человечество могло бы считать энергетическую проблему решенной.
Что ж, в рекламных целях за рубежом уже построен автомобиль, работающий от Солнца. Он способен с двумя пассажирами развивать скорость до 50 км/ч и ездить «от зари до зари». Правда, на всякий случай в нем предусмотрен и обычный аккумулятор.
Уже взлетел и пересек Ла-Манш первый «солнцелет», не затративший на это ни капли бензина. На его плоскостях конструкторы разместили до 15 тысяч полупроводниковых элементов. Этот экспериментальный летательный аппарат весил всего 56 килограммов. Постарались конструкторы подобрать и подходящего пилота. Вес летчицы, вместе с парашютом в ранце, добавил еще всего лишь 45 килограммов к весу машины. Самолет стартовал в ясный солнечный день, развил скорость до 80 км/ч и находился в воздухе около пяти с половиной часов.
У нас на различных водных акваториях солнечный свет исполняет роль бакенщиков. С наступлением сумерек зажигает маяки и огни на бакенах. Ну и, наконец, вы могли видеть микрокалькуляторы с солнечной батарейкой вместо обычной. Это все «малая энергетика». А как обстоят дела в «большой»?
Мне доводилось видеть крыши экспериментальных домов, выложенные солнечными батареями, в Японии и в США. В солнечном Узбекистане и других южных республиках видел я работающие гелиоустановки. Правда, пока мне встречались лишь системы, преобразующие энергию излучения Солнца в электрическую по классической схеме: солнечный паровой котел — турбина — электрогенератор. От турбины паропровод шел к конденсатору пара с охладителем, а затем водяной насос перегонял сконденсированную воду снова в котел. От электрогенератора три фазы шли к обычному трансформатору.
Сегодня гелиоэнергетика начала создавать промышленные гелиостанции. Кто не помнит легенду о том, как во время осады Сиракуз Архимед использовал зеркала, чтобы на расстоянии поджечь римский флот? Достоверность этого пока оспаривается учеными. Для нас же важно то, что с помощью зеркал можно добиться концентрации лучей, а следовательно, и повышения температуры в заданном небольшом объеме.
И вот в Пиренеях и в заокеанской Калифорнии заканчивается строительство первых солнечных электростанций промышленной мощности. «Темис» во Франции — 2,5 мегаватта и «Солар-1» в США — 10 мегаватт. Спроектированы обе гелиостанции по одному принципу: высокая солнечная башня с черной короной наверху, в которой скрыт водяной котел и целое поле гигантских зеркал — гелиостатов перед нею, отражающих солнечные лучи на черную корону.
Вычислительное устройство управляет движением зеркал, направляя их на Солнце в течение всего дня, а ночью ставя в положение покоя — отражательной поверхностью вниз. Всего таких зеркал около двадцати двух тысяч. Расчетная температура пара — 516 °C, расчетное давление — 91 атмосфера.
Большая часть производимого пара уходит на вращение турбины и электрического генератора. Избыток тепла отводится в накопитель — большой «чан», заполненный кусками гранита и песком. В теплообменнике циркулирует очищенное масло. Когда камни и песок нагреваются, накопитель становится хранилищем тепла.
Еще не пустив в ход «Солар-1», в США уже запроектировали станцию «Солар-2», в десять раз мощнее первой.
Ну а если Солнца долго нет? Или оно не такое яркое? Тогда солнечный паровой котел превращается просто в груду металла?.. Но тут мы с вами упускаем из виду то обстоятельство, что сама наша Земля является как бы огромным аккумулятором солнечного тепла. Земля — это огромная солнечная тепловая машина. Энергия, переданная планете Солнцем, определяет не только состояние погоды, но и характер климата, приводит в движение воды океана в виде течений, порождает в атмосфере ветры разной силы.
Более ста лет тому назад французский физик и физиолог, член Парижской академии наук Жак Арсен д’Арсонваль заинтересовался возможностью использовать тепловую энергию океана за счет разницы температур между теплыми поверхностными водами и холодными глубинными.
Последние исследования Мирового океана показали, что глубинные воды очень холодны, гораздо холоднее, чем предполагал д’Арсонваль. Они охлаждаются в приполярных районах Арктики и Антарктики, опускаются вниз и растекаются по всему Мировому океану. При этом их температура находится на границе замерзания. В то же время тонкий слой поверхностных вод в низких широтах щедро нагрет Солнцем. Вполне естественно, что такая диспропорция вполне способна, хотя бы в принципе, подарить человечеству еще один экологически чистый и постоянно возобновляемый источник энергии.
Уже в конце 20-х годов XX века один из учеников д’Арсонваля сконструировал и построил действующую установку, основанную на идеях учителя. Она прошла испытания у берегов Кубы, в районе самого теплого моря. Но штормы очень скоро разрушили это хрупкое творение человеческих рук.
Сегодня эти эксперименты продолжаются. Летом 1980 года к берегам Гавайских островов из Портленда вышла плавучая лаборатория с агрегатом ОТЕК-1 на борту. Цель агрегата — переработка тепловой энергии океана в электрическую. Принцип действия установки довольно прост: теплая вода с поверхности океана, имеющая температуру около 27 °C, пропускается через систему из тонких трубок в испарителе, в котором разбрызгивается легко испаряющаяся жидкость — аммиак. Образовавшийся пар вращает турбину электрогенератора, а затем направляется в конденсатор, охлаждаемый с помощью глубинных вод, поднятых на борт насосом по трубопроводу и имеющих температуру около 4 °C. Дальше цикл повторяется.
ОТЕК-1 — установка экспериментальная. Ее задача в том, чтобы изучить проблемы, которые могут встретиться на пути эксплуатации подобных агрегатов в дальнейшем. А их оказалось немало, начиная от задачи подъема холодной воды со дна океана и до борьбы с живыми организмами, которые почему-то весьма охотно поселяются внутри теплообменников. Существует и экологическая проблема: как повлияют многочисленные установки подобного типа на состояние морской среды?
Конечно, при перепаде температур порядка 20 °C коэффициент полезного действия таких установок будет достаточно низким, всего каких-нибудь 2–3 процента. Но уже демонстрационная модель — это устройство из четырех модулей, каждый из которых будет вырабатывать электрическую энергию мощностью 10 мегаватт. Конструкторы системы ОТЕК полны оптимизма. Они считают, что уже к концу текущего десятилетия в теплых водах океана будут работать десятки описанных установок. Такие плавучие, или «пастбищные», установки могут служить также и для добычи ценного минерального сырья со дна океана, для опреснения воды, для получения синтетического топлива. Правда, пока строителей несколько смущают размеры подобных предприятий. Достаточно сказать, что установка мощностью в 400 мегаватт потребует платформы весом в 200 тысяч тонн, размером в пять футбольных полей. В час она должна будет перекачивать 10 миллионов тонн воды…
В то же время и коэффициент полезного действия любых полупроводниковых преобразователей пока невелик. И потому противники гелиотехники утверждают, что при существующей довольно низкой плотности солнечной энергии у поверхности Земли для получения промышленных потоков энергии придется отводить под солнечные электростанции огромные площади. Приводят даже такую цифру: при КПД в 10 %, достигнутом в серийных промышленных полупроводниковых преобразователях солнечной энергии, потребовалось бы занять ими площади порядка десятков тысяч квадратных километров на юге нашей страны — если нужно обеспечить выработку всей потребляемой сегодня электроэнергии.
Представляете себе — десятки тысяч квадратных километров, покрытых солнечными батареями!.. Совершенно нереальная картина. Но наука и техника не стоят на месте. Развиваются методы получения кремния и новых типов фотоэлектрических преобразователей. Их коэффициент полезного действия неуклонно растет и, как убеждены специалисты, в принципе может приблизиться к своему пределу — к 90 %.
В районах с хорошей солнечной радиацией, а таковым считается пояс между 50° северной и 50° южной широты, гелиоустановки разных типов уже сегодня находят все более и более широкое применение. В Саудовской Аравии, например, на солнечной энергии работают телефонные аппараты, установленные вдоль автомобильных шоссе через пустыню.
Конечно, у солнечных батарей тоже есть свои минусы. Особенно для таких широт, где долгие осень и зима, да еще и темень зимой, как в Ленинграде, например, часов девятнадцать в сутки… Но тут есть иной выход. Я имею в виду вывод солнечной электростанции на орбиту…
Подождите, не отмахивайтесь. Это вовсе не такая уж «научная фантастика». Прежде всего — преимущества неоспоримы. Согласны? Ну а трудности? Что же, они, конечно, тоже есть, но вот вам мнение авторитета.
Профессор, доктор технических наук, летчик-космонавт СССР Константин Петрович Феоктистов уверен, что, несмотря на все трудности, «задача создания рентабельных солнечных орбитальных электростанций не представляется практически неразрешимой… Все проблемы технически понятны, и, как правило, это означает, что они в принципе решимы».
Что же может представлять собой космическая электростанция и какие трудности стоят на пути ее создания?
Прежде всего такая станция, естественно, должна находиться на геостационарной орбите. Это круговой путь, лежащий, как правило, в экваториальной плоскости Земли, по которому движется спутник. Высота такой орбиты — примерно 35 000 километров. Период обращения спутника совпадает с периодом вращения Земли вокруг своей оси, и он как бы «висит» над заданным районом.
Электростанция должна состоять прежде всего из устройства сбора солнечной энергии и ее преобразования в электрическую. Чтобы получить достаточно большую мощность, сравнимую с существующими наземными электростанциями, площадь солнечных батарей должна быть несколько десятков квадратных километров. Целые «поля» из кремниевых пластинок. Потом полученную энергию нужно будет преобразовать в радиоволны, чтобы передать на Землю. Значит, нам понадобятся преобразователь, передатчик и передающая антенна диаметром не меньше километра. Антенна не должна давать потоку энергии разойтись широким конусом — нужен узкий луч, чтобы передать ее на Землю. Не следует забывать и о том, что нам надо будет постоянно следить за тем, чтобы солнечные батареи были направлены строго на Солнце, а передающая антенна посылала мощный энергетический луч в одно и то же место на Земле. Для этого понадобится сложная система ориентации станции со множеством небольших ракетных двигателей.
Конечно, для осуществления такого строительства в космосе придется создать в невесомости не только автоматические заводы, например для сварки труб из доставленной с Земли стальной ленты или для изготовления панелей батарей, но и сборочные стапели, мастерские и заводы по производству и ремонту деталей, а также благоустроенное жилье и бытовые комплексы для людей. Первые подсчеты показывают, что общая масса орбитальной электростанции мощностью в несколько миллионов киловатт должна быть не меньше ста тысяч тонн! И сегодня такая задача уже не кажется фантастической. Профессор К. Феоктистов, побывавший в космосе в составе одного из экипажей, считает, что «промышленная деятельность, возможно, станет в будущем основной сферой деятельности человека на орбите вокруг Земли».