ПРЕДИСЛОВИЕ

В эпоху научно-технической революции наука стала непосредственной производительной силой и приобрела ряд характерных особенностей; тесную ювязь с промышленностью, быструю практическую реализацию результатов научных работ, расциирение научных связей я контактов. Наука, кроме этого, стала объектом внимания широких читательских масс.

В последние годы у читателей заметно возрос интерес к проблемам освоения околоземного космоса. В известной мере этот интерес Определяется также и широким обсуждением в научно-популярной периодике энергетических и экологических проблем, вызванных быстрым, но не всегда в должной мере контролируемым развитием техники.

Известно также, что в области изучения космического пространства наметилась определенная тенденция развитая сотрудничества между СССР и США. +

Поэтому не будет преувеличением утверждать, что обсуждение взглядов американских ученых —■ специалистов по затронутым вопросам является достаточно актуальным и представляет интерес не только для профессионалов, но, ib известной мере, и для широких читательских масс.

Автор предлагаемой читателю книги ——крупный американский ученый, труды которого по космонавтике широко известны в СССР. Еще в шестидесятые годы у нас был издан перевод фундаментальной книги Краффта А. Эрике — трехтомной монографии «Космический полет》，содержащей детальный анализ всех необходимых для космонавтики соотношений небесной механики, подробное описание строения Солнечной системы, включая характеристики планет, а также оценку целей и задач космических полетов. В сборнике «Космическая эра», изданном у нас в 1970 г., Эрике описывает полеты в пределах Солнечной системы к концу текущего тысячелетия. Там он справедливо пишет, что нам еще предстоит совершить множество открытий при освоении Солнечной системы, но необходимо помнить уроки прошлого, чтобы успехи в освоении космоса не принесли несчастья народам Земли. При прааильно-м подходе прогресс космонавтики, по мнению Эрике, способен привести к полож-ительным сдвигам в отношениях между странами. Он полагает, что《великие и благородные цели, открывшиеся перед человечеством в космосе, помогут найти путь от враждебности к 1сотрудничеству». При этом Эрике понимает, что великие и благородные цели заключаются не только в изучении 1И освоении космического пространства. Их достаточно и на нашей планете. К их числу относятся и улучшение системы образования, и борьба с болезням'И, и создание лучших условий жизни. А освоение космоса ——один из эффективных инструментов в достижении названных благородных целей.

Эта концепция Эрике наиболее цельно и последовательно исследуется <в предлагаемюй читателю книге. Здесь космонавтика рассматривается как средство улучшения жизненных условий на Земле, как рычаг для 'преодоления встающих -перед человечеством энергетических, экологических(и некоторых других проблем.

Новая книга Эрике выгодно отличается не только тем, что принадлежат перу специалиста, обладающего признанным авторитетом теоретика, но и тем, что наряду с новыми глубокими идеями по использованию околоземного космоса содержит описание и оценку конкретных инженерных вариантов реализации этих идей. Поэтому она полезна『как для специалистов по космонавтике, так и для широких читательских масс, которые не менее про- фессиона1Л；ов заинтересованы в анализе научно обоснованного прогноза о будущем Земли.

Зрмке рассматривает новые возможности, представляемые Земной энергетике и технологии космической техникой. Используя расширенный систеМ|Ный подход, он оценивает перспективы эволюции производства и окружающей ^реды на поверхности Земли, связанные с выносом в околоземное космическое пространство энергосистем и производственных мощностей, а также с использованием Луны как сырьевой базы и автономного промышленного комплекса.

Он подробно анализирует критерии, пригодные для оценки эффективности экзоиндустрии, оценивает вероятные последствия экзоиндусгриализации, рассматривает различные возможные программы развития индустриальных и энергетичес-ких юистем в околоземном космосе. В книге Эрике детально исследуются варианты практической реализации идей К- Э, Циолковского о создании «эфирных городов»—поселений в околоземном пространстве, оцениваются потребные направления в эволюции транспортных космических кораблей, способных обеспечить реализацию рассматриваемых космических программ. По мысли Эрике, будущее околоземного космоса связано с развитием аэрокосмических аппаратов, использующих воздушную оболочку Земля как среду для создания несущих и управляющих сил, а также как рабочее вещество и окислитель в силовых установках транспортных систем. (ТКК* «Спейс Шаттл》рассматривается как начальный этап ® развитии А КС —— аэрокосмичеоких систем; предлагаются пути максимизации эффекта от его использования). Анализируются возможности, связанные с выведением различных ИСЗ и устройств на геостационарную орбиту.

Большое внимание уделяемся оценке экономичности и эффективности энергетических систем, развертываемых на околоземных орбитах, в первую очередь, 1йспользующих Солнце в качестве первоначального -источника энергии. Оцениваются преимущества «космического освещения», основанного на отражении солнечного

Транспортный космический корабль.

света рефлекторами, смонтированными в околоземном пространстве; при этом проводится детальная 'сравнительная экономико- эффективностная оценка космических и традиционных наземных электрических осветительных систем. Анализируются возможности осветительных космических систем (по интенсификации лроцессов фотосинтеза в земных ：растениях -как в районах с коротким холодным летом (путем увеличения интенси!вности и продолжительности дневного -освещения), так и в тропических областях (путем ночной ,подсветки зеленых массивов). Рассматривается и предельный случай ——создание (к 2005——2030 гг.) «двухзвездной» экологии: обеспечение дополнительного (к естественному свету Солнца) светового потока, доставляющего до 80% от солнечного.

В книге Эрике проводится также подробное юра1внение энергетических систем, основанных и я а иных принцишах: на ^микроволновой технологии», на трансляции энергии из одних районов Земли (районов пустынь) ,в другие ——через ИСЗ-ретранслято- ' ры, на производстве энергии в космосе с применением атомных и термоядерных реакторов.

В заключение ipассматриваются взаимосвязи экзоэнергетаки и экзоиндусгрии, их влияние да экологию юколоземнопо пространства и оцениваются необходимые первоначальные капиталовложения.

Многие идеи, рассмотренные в .книге Эрике, оригинальны и публикуются впервые； но и те (идеи, что не являются)сами по себе новыми (например, микроволновая техника), получают у Зрике принципиально новое освещение, поскольку 'рассматриваются как элементы единой программы индустриализации околоземного космоса. Столь детально разработанного и цельного прогноза развития околоземной космонавтики до 2030——2050 гг. еще не было до сих пор. Книга хорошо иллюстрирована, что значительно облегчает ее понимание для неспециалистов.

Стремление автора к философским обобщениям и к объединению технического анализа с ^социальным анализом в принципе можно приветствовать. Хотя советский адтатель, разумеется, должен делать некоторые поправки на различие в лодходах к .социальным проблемам в iKan-италистических л соци ал истических странах.

Автор, очевидно, ясно представляет себе, что прогресс человечества немыслим без социальных преобразований, ведущих к уничтожению непроизводительных расходов материальных ресурсов и человеческой энергии. Совершенно ясно, что реализация рассматриваемых .в книге грандиозных проектов возможна только в условиях мирного сосуществования 1и технического сотрудничества всех народов Земли. Но прогресс требует также <и новых научно-технических идей и концепций. Данная книга — и есть попытка построения такой новой комплексной концепции.

Академик 〃. И. СЕДОВ

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА

Автору представляется жизненно необходимой некая комплексная программа освоения космоса. В первую очередь, как базис для преодоления энергетических, экологических и прочих ограБичений, реальность которых чел>овечест®о начало осознавать в последнее время. Необходимость такой программы усиливается благодаря преимуществам, которые она сулит технологии, окружающей среде, здравоохранению и уровню производства.

Космические средства поднимут на совершенно новый уровень связь, контроль наземного и воздушного пространства, всю наземную производственную деятельность. Но значительно важнее то, что внеземная окружающая среда сама ло себе обладает такими ценными технологическими возможностями, которые придают ей самодовлеющее значение, расширяя ее роль далеко за рамки «сферы обслуживания» наземных систем. Непосредственное использование косм-оса в интересах производства, т. е. вынос ряда отраслей промышленности в околоземное пространство ——один из важнейших логических узлов космической программы будущего. В свою очередь, благодаря успехам технологии возникнет значительно более мощная способность к исследованию Солнечной системы и межзвездного пространства.

В предлагаемой работе наряду с исследованием общей концепции подробно анализируется орбитальное п1р1оиз(водство, использование космических рефлекторов для отражения солнечного света к Земле, генерирование и передача энергии в космосе, индустриализация Луны.

Автор

1ГЛАВА1ГЛАВАФОРМУЛИРОВКА ПРОБЛЕМЫФОРМУЛИРОВКА ПРОБЛЕМЫ

1

ГЛАВА

1

ГЛАВА

ФОРМУЛИРОВКА ПРОБЛЕМЫ

ФОРМУЛИРОВКА ПРОБЛЕМЫ

ОСНОВНЫЕ АЛЬТЕРНАТИВЫ

Необходимо подчеркнуть, что автора интересует только научно-хозяйственная космическая программа, включающая два направления: исследования (фундаментальная ваука) и производительное использование космоса.

Известно, что ранее космическая программа США опиралась на'чконцепцию научно-исследовательского подхода к космосу, полагая этот подход более убедительным. Естественно, что это определило распределение ассигнований между двумя секторами космической программы на все 60-е годы. Однако позднее размах космических исследований сократился ——не потому, что все они были завершены, а скорее (из-за недостатка серьезных резонов для -их -продолжения. Программы в космосе сокращались до прикладного сектора плюс ограниченные научно-иоследователъокие программы (эиопедиции к планетам и т. и.). Тогда много спорили по 1по(воду необходимости вложений в новую транспортную космическую систему. Возникла необходимость в переоценке системы асоигнований на космические дела.

В принципе возможны три концепции: новая всеобъемлющая исследовательская концепция； всеобъемлющая прикладная ikoh- непция； программа небольших проектов, не объединенных какой- либо единой концепцией. Внбор третьей конценпции фактически означал бы 1Признание, что сегодняшний уровень космической программы следует узаконить, что эта программа неспособна предложить каких-либо существенных общественно'полезных выгод. Подобный лодход чреват опасностью раздробления ресурсов после завершения программы 《Шаттл》, что вызвало 'бы невосполнимую потерю драгоценного времени. Отсутствие .объединяющей целена пр авл'енной концепции прежде ,всего ударит не только по развитию технологии, но также и по и(ссл едо в ател ьским программам, чьи достижения не могут возникнуть вдруг, когда в них настанет нужда. Следовательно, подобная первоначальная посылка——что космическая программа не дает более важных выгод, чем те, которые достигнуты сегодня,——некорректна. Таким образом, целесообразно рассматривать только (первую и вторую <кон-

цепции.

Первая альтернатива предлагает множество частных решений, например, экспедиции на планеты Солнечной системы или науч- ную базу на Луне к концу 80-х или в 90-е годы. Но она чревата забвением большинства проблем, с которыми придется столкнуться человечеству в начале третьего тысячелетия.

Системный анализ возможных альтернатив показывает явную предпочтительность второй концепции ——энергичной космической программы на ближайшее будущее, ведущей, в конечном -счете, к индустриальному использованию всей системы 《Земля ——Луна》. Этот курс открывает многообещающие возможности, которые впоследствии будут работать на эффективный рост научно-исследовательского сектора. Это справедливо уже потому, что вклад космоса в (Преодоление критических проблем цивилизации освободит значительную долю ресурсов, которые можно будет попользовать для организации широкомасштабных исследовательских программ. Более того, операции индустриальной космической программы автоматически усиливают техническую и организационную базу будущих исследовательских экспедиций.

В связи со второй концепцией обычно возникают три вопроса: можно ли признать всеобъемлющую концепцию экзоиндустриали- зации как возможную и необходимую цель развития космонавтики?; какая конкретная производительность ожидается в результате индустриализации системы 《Земля ——Луна》?； можно ли с достаточной достоверностью оценить сроки реализации подобной концепции?

Именно эти вопросы и необходимо прежде всего исследовать. Итак, реально ли индустриальное производство в космосе?

Этот вопрос положительно решается, если создать далеко продвинутую сеть космической индустрии.

СЕТЬ КОСМИЧЕСКОЙ ИНДУСТРИИ

Экономика современного общества в конечном счете имеет целью систематическое обслуживание материальной и духовной жизни своих членов. Элементами этой «экологии человека» являются: пища, энергия, сырье, производство, окружающая среда, 1и, наконец, материальная культура ——со всем тем, что она несет в плане знаний, творческого потенциала я общественной организации.

Потенциал экзо индустрии по всему фронту непосредственно воздействует на все эти шесть элементов. Схема (рис 1) показывает принципиальные взаимосвязи в этой области. Некоторые из наиболее важных космических программ рассматриваются ниже.

ПищаПищаЭнергияЭнергияНаукаНаукадающаядающаяTexhoY。TexhoY。логичен-логичен-hue ЬозмоЗhue ЬозмоЗКосмиКосмическаяческаяиндустиндустриярияПроизб而匸Венная техникПроизб而匸Венная техника а технолзга а технолзгРесурсеРесурсе& планаро-' дИИНЕ '& планаро-' дИИНЕ 'УбанениУбаненис Землс ЗемлРис. 1. Структурная схема космической индустрииРис. 1. Структурная схема космической индустрииградиоакгт1&- пых отходовградиоакгт1&- пых отходов• Оценки 、、 урожайности контроль зи со^、 、ранностью уроша^ 、■4。而必己fwае за. ине心''

Пища

Пища

Энергия

Энергия

Наука

Наука

дающая

дающая

TexhoY。

TexhoY。

логичен-

логичен-

hue ЬозмоЗ

hue ЬозмоЗ

Косми

Косми

ческая

ческая

индуст

индуст

рия

рия

Произб而匸

Венная техник

Произб而匸

Венная техник

а а технолзг

а а технолзг

Ресурсе

Ресурсе

& планаро-

' дИИНЕ '

& планаро-

' дИИНЕ '

Убанени

Убанени

с Земл

с Земл

Рис. 1. Структурная схема космической индустрии

Рис. 1. Структурная схема космической индустрии

градиоакгт1&- пых отходов

градиоакгт1&- пых отходов

^Лесоводство

♦Охрана и контроль .

запасов пресной Воды [修〃6啰~

УробеньУробеньтранспорт-ной, техни,-транспорт-ной, техни,-• На.5людЕиие з/z( климатом ^Прогноз погодьг ^Контроль за I

Уробень

Уробень

транспорт-ной, техни,-

транспорт-ной, техни,-

УРОВНЕМ %2[ раненая и) охрана ок-\ РУ таю-, щей. * среды I

•Луннйн индустрия (поВеркноетни я

Зина 〃 upbitm境门ь〉/ные устан 口бки).

Принципиальные компоненты сети космической индустрии можно разбить на четыре категории: 1) усвоение m передача информации по всем возможным каналам; 2) генерирование и трансляция света -и энергии; 3) телеуправление 也 контроль — как с Земли в космосе, так и наоборот; 4) создание л эксплуатация новой окружающей среды.

Как видно из схемы, для создания экзоиндустриального потенциала потребны четыре типа начальных фундаментальных вложений, которые должны планироваться заранее. Эти вложения а- зируются на экономич еском реализме 'И полностью с о гл а су юте я с «наземными» задачами развития общества.

1.3. ЭКЗОИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ И МАТЕРИАЛЬНАЯ КУЛЬТУРА

Можно ли надеяться получить от чего-нибудь одни преимущества, без каких-либо вредных последствий? На первый взгляд, подобное допущение выглядит слишком оптимистическим. Но на самом деле корнем всякого прогресса является реальность таких допущений. Нелогично отвергать те единственные реальные инструменты, которые способны в технологическом к материальном (вещественном) аспектах поддержать нашу индустриальную цивилизацию, преодолеть опасность захламления ее отбросами, особенно в тот период, пока Человек не созрел для более глубоко- > го понимания Природы и более тесного контакта с ней.

Мы знаем, как сохранить окружающую среду. И мы должны сделать это. Но мы нужда-емся в некоторой помощи для преодоления того горького ^наследия, которое образовалось из-за развития в замкнутом мире. Раньше ограничения проистекали из ограниченности наших знаний, теперь они, к(роме всего прочего, связаны с единственностью и нев о.ост а но в имо^стью нашей окружающей среды. В ранние века некоторые люди считали грехом преобретение знаний. Сегодня попадаются такие, кто считает су；масшествием продуктивное лр<иобретение новой окружающей среды. Однако ясно, что каким бы то ни было путем 《узкое место» нашей ци1ви- лизации должно быть《снято》или хотя бы достаточно расширено.

Сейчас же мы лицом к лицу столкнул)ись с хорошо известными ограничениями наземной окружающей среды, и положение земной цивилизации нельзя признать особенно благоприятным. Ее проблемы взаимосвязаны и образуют громадный комплекс; недаром на шороге появления обширного нового окружения и его ресурсов возникла некая новейшая точка зрения, преподносимая в так называемых «мировых моделях» (основной недостаток которых в том и состоит, что они ограничивают сами себя только рамками З^мли). Но на самом деле, расширение ресурсной базы за рамки исключительно Земли и уменьшение опасности загрязнения земной природной среды позволяют совершенно иначе поставить вопрос.

Важность космического -направления в развитии цивилизации определяется ожидаемыми ст этого преимуществами. Уже одно то, что развитие космической техники приведет к 《снятию» энергетических и экологических ограничений, оправдывает стремление к реализации последовательной программы освоения околоземного космоса. Но это еще далеко не все. Благодаря космической технике на новый уровень поднимется производительность наземных индустриальных систем и сельского хозяйства. При этом (Важность прикладного, производственного потенциала космоса не затеняет того факта, что развитая космонавтика ——необходимая предпосылка исследований для проникновения в тайны Вселенной. А также и для оценки места человечества н его будущего ——исследований, более глубоких, чем это было когда-либо раньше.

Если космос «должен быть провинцией всего человечества» (Договор о космосе ОНН, 1956 г., статья 1), необходимо утвер- дить определенное космическое право ——как международную основу для обслуживания человеческой экологии ——повсюду, где и когда могут быть получены экономически реальные выгоды.

,Использование внеземной окружающей среды в проиаводствен' н$х целях ——то, что мы .называем экзоиндустрией,——новая глава в извечном споре между Человеком и Природой. Это £оревнова= ние ——потребление результатов, полученных бесчисленными доисторическими поколениями. Оно сделало род человеческий сильным, быстрым, смышленым. Еще недавно победа над Природой казалась окончательной.、

Сегодня снова настало «время окружающей среды». Ужасающих пустынь больше нет. Затмения, кометы, тучи >саранчи, наводнения и эпидемии больше не являются «бичом божиим», превосходящим восстановительные возможности природы. Но оказалось, что победа над Природой была всего лишь временной передышкой в извечной борьбе за основы существования. И сегодня эти проблемы снова пришли，в наш мир, хотя и .в новом обличье.

Развевающаяся индустриализация неизбежно 'изменяет окружающую среду и тем самым воскрешает древнего дракона кочевий——как необходимое условие человеческого существования. Основная линия все та же, лишь .сценарий несколько изменен круговращением тысячелетий.

Ясно, что космический потенциал ——не панацея ст(всех бед. Но существует потребность в большей и лучшей ^продуктивности всей окружающей среды. Предлагаемый путь ——просто одна из наиболее эффективных в арсенале возможностей, доступных нам сегодня для гарантии выживания человечества как современного общества. Это нужно также в целях непрерывной эволюции нашего .общества при сохранении земной природы, которая является уникальной для области, простирающейся на много световых лет вокруг нас. Это ——важный инструмент для -повышения уровня всех мероприятий на поверхности самой Земли, которые будут служить тем же основным целям. Следовательно, нет необходимости особо подчеркивать, что использование космической технологии должно интегрироваться с другими мероприятиями, способствующими построению незамкнутого мира, в котором Земля и космос станут функционально нераздельными. Индустриализация космоса должна претендовать на ту часть доступных сегодня ресурсов, которая соответствует ее будущему производительному потенциалу. Нет нужды в социо-экономической или экологической апологии этих целей для выделения необходимых ресурсов. Космическая программа будущего может быть чем-то значительно большим, чем сумма сегодняшних применений ИСЗ плюс космическая наука.

Все изложенное сводится к следующему. Какими бы ни были будущие пути развития жизни, они неизбежно должны базироваться на ресурсах, включая возможность их извлечения для последующего потребления. Не существует единственного техно-

логического курса ——включая (И -космическую технологию,——спо- собного единолично гарантировать обеспечение этих базисных потребностей. Не может также единственная окружающая среда (земная природа) обеспечить стабилизацию человеческой популяции и непрерывное развитие потребностей всех наций——тех ли. которые считают себя уже развитыми, или тех, что еще развива/ ются. Таким образом, доступность технологических и экологических выборов ——фундаментальная предпосылка для будущего экономики, развития человечества и сохранения зем-ной природы,

14 ВОЗМОЖНЫЕ РАЗНОСЛАСМЯ

Быть может, не всем покажется достаточно убедительной наш? оценка потенциала экзоиндустрИ|И； возможны расхождения в оценке философского и этического аспектов экзоиндустриализации. В самом деле, не выдаем ли мх желаемое за действительное?

Ответ на подобный вопрос, разумеется, требует не только эмоций, но я глубокого профессионального анализа технологической и экономической сторон поставленной задачи, анализа ее динамики.

Только таким путем можно определить характер, величину и своевременность каждого отдельного вклада , приносящего стоимостной выигрыш (выраженный в функции времени) каждой конт кретной программе.

В порядке ответа на подобное вероятное расхож)дение во взглядах ниже и приводится системный анализ ряда родовых про грамм.

15 КРАТКИЕ ИТОГИ ПО ФОРМУЛИРОВКЕ ПРОБЛЕМЫ

Подведем итоги по вышеизложенному ,в вк〃е следующих пунктов.

Из трех возможных фу идам ент а лъных концепций наиболее предпочтительной следует считать вторую ——производительное использование системы Земля ——Луна, названную нами экзоинду- стриализацией. Она дает четкие обоснования для невоенной космической программы близкого будущего. Производственное освоение геолунного пространства ——первый шаг на пути развития развернутой программы освоения космоса.

Создание эффективной экзоиндустрии, преследующей реалистические технологические цели и основанной на рациональных экономических принципах, повысит общую производительность труда и расширит объем производства предметов потребления.

Экзоиндустрия направит космические -операции ,в главное русло сегодняшнего национального и мирового развития по следующим линиям：

социально-демографические проблемы и устремления (высо- кИй жизненный уровень, возможность неограниченного развития, высокий творческий потенциал);

экономика (развитие индустрии, рост производительности);

человеческая и биологическая окружающая -среда (предохранение и сохранение среды обитания).

> 4. Выбор экзоиндустриализацяи будет наилучшим образом способствовать достижению следующих важных целей:

мощной и стабильной экономики с большим потенциалом роста;

широких и разнообразных возможностей производства товаров;

прогрессивного снижения общественных затрат на восстановление благоприятных характеристик окружающей среды и поддержание общегственного здоровья при непрерывном росте продуктивности.

Программа 'индустриализации космоса («Прометей»), раз-^ работанная в США, способна восстановить ощущение необходимости всеобъемлющей концепции, вокруг которой могут кристаллизоваться планирование и учет ресурсов.

В конечном |Счете выбор экзоиндустриализации укрепляет базис, нужный для достижения успеха в будущих исследованиях космоса. Фактически этот выбор необходим, чтобы определить финансирование на развитие космической науки и технологии. Технологическое и конструкторское продвижение в ходе производительного использования космоса к нужному моменту повысит потенциал науки для поиска ответов на фундаментальные вопросы о Вселенной, которые сегодня интересуют всех нас. В настоящее время нет лучшего способа сбалансировать космическую программу, чем использовать предлагаемый выбор. В известной мере, этот выбор предопределен тем, что мы создали для .самих себя и для человечества в прошедшие годы.

Общие рекомендация (более детально о.ни рассматриваются при анализе специальных программ и проектов) сводятся к следующему:

исходя из описанных общих соображений, космическая программа заслуживает более сильной концентрации общественных ресурсов, чем считалось достаточным в прошлом;'

обоснование описанных целей коренится в возможностях космического потенциала к повышению производства нашего общества и к решению важных национальных и глобальных проблем, остающихся критическими ,в наше время и в будущем;

следовательно, из двух фундаментальных приоритетов, определяющих две альтернативы в области будущих космических программ, эксплуатация космоса в целях производства (экзоиндустриализация) должна иметь превосходство перед широкомасштабным исследованием космоса на период до конца нашего века нля еще дальше, если это будет определяться подавляющими нуждами нашей цивилизации.

2ГЛАВА2ГЛАВА

2

ГЛАВА

2

ГЛАВА

В данной 『работе представлены некоторые технологические подходы и концепции, которые, как полагает автор, еще нигде не р аосм атр и в а лись. Но технология здесь включена в более об- щую, всеобъемлющую концепцию—развития незамкнутого мира , новой экономики и экологии, в которых Земля и космос становятся операционно неразделимыми ——так же, как они неразделимы физически. Только в суровой проверке этой концепцией можем мы разрешить существующие фундаментальные проблем и перековать их в новую и зрелую идеологию роста.

* Автор имеет в виду, что в отличие от «замкнутого мира》 (где земная цивилизация стиснута в рамках только самой земиой поверхности), возникает интегрированная система: 《Земля ——космос》一незамкнутый («открытый») мир. Однако автор не учитывает разделение этой интегральной системы на национально-государственные сферы влияния (прим, перев.).

ПЕРСПЕКТИВЫ

ЭКЗОИНДУСТРИАЛИЗАЦИИ

Несмотря на большие успехи в научном познании мира и в технологии производства, человечеству угрожают загрязнение среды, недостаток сырья и энергии. Это неприятное положение является, главным образом, результатом непрерывной добычи сырья, созванного в свое время природными процессами, в том числе и тектонической активностью.

Чтобы достичь уровня высокоразвитых стран в глобальных масштабах (т. е. во всех развивающихся странах), даже при сегодняшней численности населения Земли, потребовалось бы увеличить добычу сырья и потребление энергии примерно в 20— • 40 раз. Однако более чем сомнительно, что наземная окружающая среда способна выдержать соответствующее этому уровню загрязнение.，

Следовательно, человечество не в состоянии произ1водить на Земле все то, что оно должно на Земле потреблять.

' Экзоиндустриализация ——иначе говоря, возможность утилизации внеземной окружающей среды для целей производства (при минимальном числе「персонала и высочайшем значении критерия «эффективность/затраты») —не только разовьет производительные силы в той области, где сегодня мы не имеем ничего, но и существенно продвинет наземное производство как по объему выпускаемой продукции, так в качественном отношении. Последствия подобного достижения человеческого гения, вероятно, превосходят нашу сегодняшнюю способность осознавать это.

Только полиэкологическая индустриальная цив'илизация, оби- тащая поистине в трехмерном пространстве (а не на сферической поверхности Земли), способна довести до завершения научно-техническую революцию, стабилизировать рост численности челове- иества и создать интегральную глобальную экологию, объединяющую воедино биосферу и область человеческой деятельности *.

КОСМОС И ЭВОЛЮЦИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Производство ——за исключением той его части, которая направо лена на разрушение, т. е. военного производства ——определяется потреблением. Более высокий уровень жизни, превосходящий минимально необходимый для существования, невозможен вне развитого потребления. Эволюция цивилизации имела место только в периоды усиления и подъема производства и потребления, которые побуждали общество ко все возрастающему рационализму, просвещенному самоконтролю и, следовательно, к цивилизованному поведению.

Римская империя поднялась так высоко, (насколько это было возможно для неиндустриальной цивилизации (хотя в отдельных областях римская технология была весьма передовой для своего времени). Падение Римской империи было первой в истории западной цивилизации убедительной демонстрацией того факта, что дальнейшее развитие производительных сил может быть осуществлено только путем избавления от экономики рабского труда и от лежащей в ее основе эмпирической технологии.

Нового стабильного повышения производительности труда， человечество достигло в эпоху первой промышленной революции. Однако и тогда значительная часть населения влачила полура- зумное существование, несмотря на зарождающиеся уже в То время идеи гуманизма, которые, впрочем, оставались тогда по большей части на бумаге, вытесняемые из реальной жизни захватническими войнами, ведомыми под флагом насаждения цивилизации.

Ноша, снятая сегодня с плеч человечества, должна быть на что-нибудь возложена. Разумеется, непосредственно на машины. Но значительно важнее для глубокого понимания текущей фазы человеческой эволюция осознать, что индустриализация перекладывает эту ношу, главным образом, на окружающую -среду. Машины же, по сути, играют, подобно рабам до них, роль процессора в обработке природных ресурсов: они используют окружающую среду как источник м как помойку ——подобно некоему живому организму, только много больших масштабов. Однако они неспособны изменять окружающую среду в соответствии со своими нуждами, в то время как живые создания свободно делают это в течение более чем трех последних миллиардов лет. Посредством биологической «индустриализации» (фотосинтеза) живые организмы уничтожили 《нетронутую》 первобытную окружающую среду Земли, сместив круговорот веществ так, что фотосинтез и кислородная метаболическая масса органических продуктов смогли окончательно сбалансировать приход и расход энергии. Эта система круговорота вещества циркулирует благодаря управ* ляемсму энергетическому течению, последовательно проходящему через биосферу на своем пути от точечного звездного источника к бесконечности.

на этуна этуБремя человеческой и иду стри а л из адм и тоже было возложено ближайшую и - едннств&нно доступную среду, которая в ；вое время была однажды изменена и которая теперь одна вы- нух^ена противостоять воздействию биоиндустряальных процес- сов, включая биологическое участие Человека. Но эволюционный там贝 человеческой технологии в миллионы раз превысит скорость адаптационной эволюции биотехнологии. Поэтому любая попьгтка нового радикального видоизменения земной окружающей среды относится к области неприемлемых решений.

на эту

на эту

Если вторая коренная модификация наземной природы ——，ре・ щение нежизнеспособное, остается только одна альтернатива ухудшению: экологическая экспансия (расширение окружающей среды).

К счастью, Природа, как известно, хитра, но ие злонамеренна: не существует каких-либо непреложных законов, препятствующих дальнейшему расширению среды обитания человечества. Совсем наоборот： существует нечто, что может быть названо ^внеземным императивом». То есть существует настоятельное требование к выходу земной жизни с поверхности Земли(в истинно трехмерное пространство ——космическое, ибо внутрипланетных ресурсов недостаточно, чтобы обеспечить безграничное развитие жизни. И в лице человека жизнь обрела такую форму, которая физически способна до конца реализовать это настоятельное требование.

Не будет преувеличениемНе будет преувеличениемские ресурсы центрального светила, сказать, что teice мы — дети Солнца.Экзоиндустрия означает расширение природной базы производительности человечества с помощью машин и, |Следовательно, в конечном счете ——благодаря созидательной мощи человеческогоские ресурсы центрального светила, сказать, что teice мы — дети Солнца.Экзоиндустрия означает расширение природной базы производительности человечества с помощью машин и, |Следовательно, в конечном счете ——благодаря созидательной мощи человеческогоЕсли же говорить строго, начало реализации внеземного императива было еще в тот момент, когда земные растения приобрели способность к фотосинтезу. Ведь тем самым к развит/ию земной жизни были привлечены неизмеримо более мощные энергетиче- 1-г»чпчтг>л ттттттОТтттОл*

Не будет преувеличением

Не будет преувеличением

ские ресурсы центрального светила, сказать, что teice мы — дети Солнца.

Экзоиндустрия означает расширение природной базы производительности человечества с помощью машин и, |Следовательно, в конечном счете ——благодаря созидательной мощи человеческого

ские ресурсы центрального светила, сказать, что teice мы — дети Солнца.

Экзоиндустрия означает расширение природной базы производительности человечества с помощью машин и, |Следовательно, в конечном счете ——благодаря созидательной мощи человеческого

интеллекта и умения.

КОСМОС И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

Человечество развилось только в единственном макроокружении — наземном, главным образом, в биосферной окружающей *среде. Все накопленные человечеством глубокие знания и трудовые на- выки получены в рамках этого окружения и к нему приспособлены.

Эта окружающая среда так велика и так богата благодаря трем миллиардам лет развития, что она дала человеку достаточно долгий период, прежде чем он на самом деле начал ощущать ее ограниченность. Сегодня возрастающее значение запасов >ископа- еМнх минералов и прочего сырья становится общепризнанным.

Однако наиважнейшим ресурсом будущего является новая окружающая -среда. Сейчас род человеческий живет, производит, потребляет и выбрасывает отходы своего производства в окружавшую среду, которая подобна однокомнатной квартире. Но, не-

взирая на это, род человеческий предается значительному дальнейшему росту, забывая, как трудно включить тормоза, когда устанавливается инерция текущих воспроизводительных сил. :

Физически Земля обеспечивает пространство для миллиардов людей. Сегодняшняя плотность населения в Западной Европе] Японии 'И Китае подтверждает эту точку зрения. Но высокая плотность населения возможна только при развитой индустрии^ обладающей высокой прозводительностью, А при ограничениях! связанных с загрязнением и 'истощением единственной доступнofl природной среды, эта проблема становится очень сложной. В бу? дущем наземная окружающая среда будет приобретать все боле^ возрастающее значение как место для жизни и выращивания гш{ щи, поскольку в этом отношении никакая -другая окружающая среда не сможет полностью заменить земную природу ——по край^ ней мере, в обозримом будущем.

Но эта уникальность земной природы не р аопр остр а ияется нг индустрию. Новая окружающая среда предоставляет новые источники энергии，и сырья. Она же обеспечивает так ^необходимый значительный рост производительных сил ——прежде всего, существенное возрастание потенциала по принципиально новым технологическим процессам. Подобный путь развития очень важен для сохранения природы, нужной для человека, для ©охранения ее биологических 'богатств, климатической стабильности и ее интегральной пригодности для поддержания жизни.

Потециал будущего развития человечества должен опираться на множество окружающих сред. .

НЕКОТОРЫЕ СЛЕДСТВИЯ j ЭКЗОИНДУСТРИАЛИЗАЦИИ j

Экзоиндустриализация представляет собой один из аспектов научно-технической революции, которая стимулирует и форми-руел новые производительные силы. Этот аспект НТР характеризуется следующими главными чертами. -

■ 1. Новые орудия, материалы и источники сырья ——благодаря получению доступа к новой окружающей среде, а также доступа^ к поверхности Луны (имея в виду и ее минеральные ресурсы) и,| позднее, других небесных тел. |

Новые и практически неограниченные возможности по вы-1 работке энергии в целях ее использования на Земле и для экзо-] индустриализации. - J

Практически нелимитированный потенциал расширения воз-i можностей по обработке материалов и вообще по новым техноло-1 гическим методам ——благодаря новым природным условиям. |

Экзоиндустрия даже более, чем наземная индустрия, опирается ； на производительные силы, -созданные ранее. Два основных фак- i тора ——энергетика и кибернетика, с помощью которых можно j минимизировать сравнительно дорогое присутствие людей на кос-' 18

мических установках, а также сделать более экономичным про- язводство путем повышения производительности труда каждого 虱з членов космического персонала. В свою очередь, каждая операция в 'Космосе обслуживается большим или меньшим числом ме^ее дорогих наземных работ ——для снабжения и эксплуатации электронного и !кибернетического оборудования, устройств телеуправления, роботов, разнообразных инструментов, конструкций н транспортных систем.

производство которых в будет оставаться более дустрии.Кроме того, как уже ты должно выполнятьсяпроизводство которых в будет оставаться более дустрии.Кроме того, как уже ты должно выполнятьсяНаряду с продуктами, которые предпочтительнее производить вне Земли, всегда будет оставаться другая категория продуктов, течение достаточно длительного периода целесообразным в рамках наземной ин- отмечено, для каждой космической растущее число наземных работ, сочета

производство которых в будет оставаться более дустрии.

Кроме того, как уже ты должно выполняться

производство которых в будет оставаться более дустрии.

Кроме того, как уже ты должно выполняться

ющихся за счет телеуправления и телеконтроля с индустриальными процессами【в геолунном пространстве, где расстояния все еще слишком велики с точки зрения практических потребностей в ми- нимиза'Ции времени перевозок. Быстрейший рост новых областей производства в следующем столетии будет связан с космической индустрией (а также, вероятно, и с подводной индустрией); необходимым условием должно сыть также развитие электроники (обработка информации), кибернетики (телеуправляемые системы, роботы), новой энергетики и, наконец, новых транспортных систем, связывающих воедино Земной космос и другие миры в неделимое королевство индустриальной экологии —— Андросферу.

Интересно, что существуют достаточно ясные случаи, и уже не только теоретические, когда телеуправление и тел ©контроль в обратном направлении (из космоса на поверхность Земли) обеспечивают новые широкие возможности. Сравнительно немногочисленный персонал на геостационарной орбитальной станции может обеспечить телеуправление, наблюдение и контроль за различными большими индустриальными комплексами на удалениях в тысячи километров, например, за очень большими солнечно-силовыми станциями, расположенными в негостеприимных районах, где желательно только периодическое присутствие наземного персонала.

Во всех рассмотренных случаях производительность возрастает до уровней, при которых сегодняшние методы, все еще настолько дорогие, что их использование пока нерационально, становятся экономически целесообразными лли даже значительно превосходят наземные технологические приемы, над которыми ви・ сит дамюклов меч возрастания затрат из-за экологических и ресурсных ограничений.

Экзоиндустриализация преобразует сегодняшнюю космическую программу, в основном напряженную в научном м финансовом отношениях, в программу, воз-растающе интенсивную в отношении наземного труда и производительности. Подобная программа обладает растущей способностью к поддержке и других секторов —

в том числе и 1научного, и финансового Наука нигде не -играет столь важной роли, как в развитии производительных сил; причем в данном ,случае это развитие будет протекать без загрязнения среды, при стимуляции высокопроизводительных операций, использующих широкомасштабные процессы с первозданно природными материалами и энергией вне пределов биосферы.

Экзоиндустрия ослабит усиливающиеся в наше время противоречия между возрастающими потребностями растущего человечества и ограниченными источниками удовлетворения этих потреб- ностей внутри единственной и замкнутой земной Природы.

С другой стороны, экзоиндустрия будет непрерывно стимулировать новые запросы, новые эпохальные открытия, а также обусловленную всем этим п.риспосабливаемость людей и других земных организмов ко внеземным условиям ——как долгонременное следствие тех процессов, которые будут активизированы экзоиндустрией.

При этом не следует рассматривать Землю как некое внутреннее поселен1ие, откуда кто-либо избранный может сбежать на лоно приятных искусственных «пригородов» в околоземном космосе или на других небесных телах. Эти искусственные окраины будут созданы не для бегства с Земли, а для преодоления назревающих энергетических -и. экологических проблем и чтобы сделать Человечество сильным *и здоровым.

9КЗОИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ И КОНТУРЫ ОБОЗРИМОГО БУДУЩЕГО

На некоторый отрезок времени будущие потребности и соответствующие цели общества можно оценить, исходя из их принципиальных связей с основным фундаментом этого общества. (К примеру, уже очевидно, что мировая человеческая популяция se намерена за1стабилизироваться где-то на уровне четырех или четырех 'С половиной миллиардов человек).

Так, исключая определенные события, которые могли бы вызвать феноминальные лики смертности ——превосходящие, по меньшей мере, на порядок те, чго имели место в период второй мировой войны,——можно уверенно заключить, что потребуется существенное увеличение производства продуктов питания, повышение производительности индустрии, увеличение потребления энергии и сырья. Следовательно, к концу текущего века серьезно обострится потребность ，в значительном технико-и1ндустриальном продвижении.

Существует обратная связь такого рода. Известно, что в настоящее время оптимальные размеры семьи в высокоразвитых странах уменьшаются и темп роста популяции снижается.|

Учитывая упомянутые зависимости, можно достаточно дскто-1 верно постулировать следующие причинные связи, носящие весьма ] общий характер:

если имеет место рост энергетики путем увеличения числа энертоисточников, то становится возможным экологический рост (повышение утилизации ресурсов)——благодаря настойчивому и целенаправленному индустриальному продвижению в нужных направлениях;

соответственно зтому появляется возможность увеличения объема продукции (предметов потребления), а также может быть уменьшено напряжение окружающей среды за счет гарантированного выбора необходимого направления и внутренних взаимосвязей технико-индустриально-природного (экологического в широком смысле) развития.

' Анализ этих причинных связей показывает, что мировая человеческая популяция, по-видимому, накануне стабилизации утроится, по крайней мере, до размеров, при которых среднее нремн удвоения численности населения превысит сотню лет.

Таким образом, рост популяции и производства, а также связанное с этим увеличение потребления сельскохозяйственных ресурсов, как и возможностей по их обработке, в следующем столетии превысят все, когда-либо пережитое человечеством за последние пять веков.

Львиная доля экзоиадустриализации должна завершиться в течение 'Следующей сотни лет. Поэтому будущее можно подразделить на три .периода: непосредственно надвигающееся (ближайшие следующие десять лет), близкое будущее (последующие пятнадцать лет) и дашекое будущее (остающиеся семьдесят пять лат, и далее).

Представляется достаточно очевидным предположение, что достичь необходимого роста внутри замкнутого мира наземной окружающей среды практически вряд ли возможно. По крайней мере, можно с уверенностью утверждать, что дополнительная природная среда позволит решить многие насущные задачи. Хотя* разумеется, ради преобретения этой новой природной среды придется преодолеть не одну непростую организационную, финансовую, техническую и технологическую проблему.

Для более детального анализа прогнозируемый характерный абрис обозримого будущего показан в табл. 1. Энергия, продукция и население, в первую очередь, оценены, исходя из ежегодных скоростей прироста, а индексы величин в 1975 г приравнены единице. Скорость роста осреднена на протяжении каждого из трех периодов； она определяет среднее время удноения и прибавление величин для каждого периода. Этот случай основан на допущении, что стабилизац'ия мировой популяции при уровне населения между 11 и 12 миллиардами человек (индекс равен 2,88) и времени удвоения более 150 лет (годовой темп роста снижается до уровня менее 0,5%) может быть достигнута около 2080 года (колец раосматрл- ваемого периода ——обоз|р'имого будущего). К этому моменту глобальная индустриализация фактически будет завершена, сопро1вож- “аясь повышением жизненного уровня благодаря росту экономики “ объему производства. Второе допущение зак-

Характеристика

'Значение характеристики

1975 г

10 лет

1985 г

15 лет

2000 г.

75 лет

2075 г.

Энергия

среднегодовая скорость роста, ю/о

среднее время удвоения, лет

показатель роста

Индекс

Главные источники:

ископаемые

первичные

Окружающая среда

суша

море

космос

1

3

24

1,34'

газ, нефть

улучшение использования земли для сельскохозяйственного производства

добыча нефти и газа наконтинентальном

шельфе;

расширение извлечения продуктов питания

сенсорная информация

1,34

5

14

2,08

Нефть, уголь

Атомнаяэнергия,

Солнце

расширение использования необрабатываемых земель

обводнение пустынь и т. п.

добыча руды на дне моря;

стабилизация извлечения продуктов питания

производство на околоземных орбитальных станциях;

наземные телеоперацни из космоса;

космическое освещение (Лупетта);

трансляция энергии из космоса на Землю

2,79

7 (включая экзоиндустрию)

10

160

уголь

Солнце, атомная и термоядерная энергия

генерация энергии за счет Солнца;

увеличение продуктивности фотосинтеза

организация поселений в море и под водой

генерация энергии в космосе;

индустриализация Луны;

повышение продуктивности фотосинтеза с помощью Солетты;

Солетта—экология

446

Таблица 1

Характеристики обозримого будущего (цели, альтернативы, достижения)

Основные технологи-

,производство энергии;

一

производство энергии;

—

производство пищи;

一

ческие достижения

аккумуляция и хране-

аккумуляция энергии;

замена естественных

(не в порядке важности)

нне энергии;

материалов искусствен-

ными;

обработка данных;

транспортные опера-

широкомасштабная

ЦИИ；'

утилизация материалов;

космическая техноло-

производство пищи;

экзоиндустрня;

ГИЯ；

морская технология

обработка данных;

обработка данных;

кибернетика;

обработка материалов;

кибернетика;

космическая техноло-

космические транспорт-

ГИЯ；

ные операции;

морская технология

индустрия на дне моря

Производство

Основные ресурсы *:

среднегодовая ско-

—

3

—

4

—

5,2 (включая экзоин-

—

рость роста, %

дустрию)

среднее время у двое-

—

24

—

18

14

—

ния, лет

показатель роста

—

1,34

—

1,8

—

44,8

Индекс

1

—

1,34

2,4

108

Белок, крахмал, сахар:

среднегодовая ско-

—

2,5

—

2

—

1,5

—

рость роста, ®/о

среднее время удвое-

28

—

35

—

47

—

ния, лет

показатель роста

——

1,28

—

1,35

3

Индекс

1

1,28

—

1,72

5,2

Население

среднегодовая ско-

—

.2,3

2

—

0,6

—

рость роста, °/о

среднее время удвое-

—

30

—

35

—

120

—

ния, лет

приращение населения,

1,37

—

1,35

—

4,5

—

млрд.

численность, млрд.

4

5,37

—

6,72

11,5

Индекс

1

—

1,34

一

1,68

—

2,88

anna善-od 匚anna善-od 匚НОЧ gmНОЧ gm①hh①5KHH°/9HJ①deu9HHO5EHH/9HJQdQUgHHOJKMHRgHJOdouнн0н<ннрн①dM①hh①5KHH°/9HJ①deu9HHO5EHH/9HJQdQUgHHOJKMHRgHJOdouнн0н<ннрн①dM・J 80M・J 80MSMSHUSaoHMraaraH OHHQheHmSMSHUSaoHMraaraH OHHQheHm工°od lod Iod Iod Iod工°od lod Iod Iod Iod-3K0§SM°H"HJdaHG н-3K0§SM°H"HJdaHG н-•Jg86I-•Jg86II I I I I о о о о J о о о о о d d d d dI I I I I о о о о J о о о о о d d d d dE *61E *61BXHIQHdNxedexBXHIQHdNxedexSMOS SKWSHMSS^^ - 9HlЮН ,EdJEm ① оу① hlmda 口 он 3HH0HmdJm 9d ① ФО1Еq!! qIOHHBomBJENOXLOSMOS SKWSHMSS^^ - 9HlЮН ,EdJEm ① оу① hlmda 口 он 3HH0HmdJm 9d ① ФО1Еq!! qIOHHBomBJENOXLO.3UU0WO&C ЗНХ211Н1ПШИн зннэеомш ©OHhHadau н««§чй •.3UU0WO&C ЗНХ211Н1ПШИн зннэеомш ©OHhHadau н««§чй •

anna善-od 匚

anna善-od 匚

НОЧ gm

НОЧ gm

①hh①5KHH°/9HJ①deu9HHO5EHH/9HJQdQUgHHOJKMHRgHJOdouнн0н<ннрн①dM

①hh①5KHH°/9HJ①deu9HHO5EHH/9HJQdQUgHHOJKMHRgHJOdouнн0н<ннрн①dM

・J 80M

・J 80M

SMSHUSaoHMraaraH OHHQheHm

SMSHUSaoHMraaraH OHHQheHm

工°od lod Iod Iod Iod

工°od lod Iod Iod Iod

-3K0§SM°H"HJdaHG н

-3K0§SM°H"HJdaHG н

-•Jg86I

-•Jg86I

I I I I I о о о о J о о о о о d d d d d

I I I I I о о о о J о о о о о d d d d d

E *61

E *61

BXHIQHdNxedex

BXHIQHdNxedex

SMOS SKWSHMSS^^ - 9HlЮН ,EdJEm ① оу① hlmda 口 он 3HH0HmdJm 9d ① ФО1Еq!! qIOHHBomBJE

NOXLO

SMOS SKWSHMSS^^ - 9HlЮН ,EdJEm ① оу① hlmda 口 он 3HH0HmdJm 9d ① ФО1Еq!! qIOHHBomBJE

NOXLO

.3UU0WO&C ЗНХ211Н1ПШИн зннэеомш ©OHhHadau н««§чй •

.3UU0WO&C ЗНХ211Н1ПШИн зннэеомш ©OHhHadau н««§чй •

лючается в том, что произойдет : снижение темпа роста загрязнения в мировых масштабах ■— что * наиболее опасные типы загрязнения, которые должны иметь мео/ то в начале XXI века, претерпят™ глобальное уменьшение.■

Увеличение неселения при од-Я нонременном повышении жизнен-11 ного уровня требует значительно- Я го и устойчивого роста производ- Я ства продуктов питания и основ- Я ных ресурсов (включая их цирку- .Д ляцию и восстановление). Насе- Я ление, уровень жизни и производ- % ство требуют возрастающих количеств энергии. Энергетические

запросы усугубляются потребностью выполнить все необходимое для окончательной защ'ит^ OKipy- | жающей среды, а также тем фак- j том, что концентрация ресурсов， прогрессивно падает (например : приходится использовать все бо-( лее бедные руды), что существен- ± но усложняет как энергетические,区 так и экологические проблемы.；

Из всех видов энергии, вклю- j чая термоядерную, одна лишь Я солнечная энергия может преоб-Я разовываться л .использоваться Я 'без каких-либо вредных ма'кро-Я экологических вдадейств^ий. Даже Д термоядерные энерго-источники Я добавляют свою лепту в термиче- Я ское загряЗ|Нение -биосферы. Та- Я ким образом, учитывая незначи- 墓 тельность массового использова- Я ния солнечной энергии, гама по Я себе генерация энергии не дает Я решения проблемы. Здесь велика Я (роль экзоиндустрии: извлекаемые Я 'И обрабатываемые ею ресурсы не Я только устраняют загрязнение 胃 наземной природы, связанное с 富 функционированием наземных fl энергосистем, но также тереме- Я щают центр тяжести энерголро- Ц цессов от генерации к /конечному -Я

использованию энергии вне биосферы. Следовательно, открытие новой окружающей среды еще более важно, поскольку нет предпосылок для каких-либо иных сценариев, способных значительно отклониться от названного профиля причинных связей для обозримого будущего. В конце концов, если и не очень легко обосновать возрастание в 20—50 раз спроса на энергию в пределах следующей -сотни лет в таких развитых регионах, как США или Западная Европа, то нетрудно представить себе очевидные причины для такого или еще большего роста в широких масштабах энергопотребления к концу рассматриваемого периода в странах, на сегодня все еще индустриально малоразвитых. С другой сторо- ны, маловероятно, что горожанин в развитых странах, где население уже растет медленно, через сотню лет будет есть почти вдвое больше или потреблять почти втрое больше каких-либо основных ресурсов.

• 2.5. ЭКЗОИНДУСТРИЯ И НОВЫЕ НАЧИНАНИЯ В КОСМОСЕ.

Существуют два основных аспекта внеземной индустриализации： «создание ——эксплуатация» и 《затраты—выгоды»; имеет значение также развитие потребления продуктов экзоиндусгрии.

Для планирования и оценки начального объема производства необходимо рассматривать как единую систему не только промышленные установки, но и транспортные средства и обслуживающие комплексы (топливные склады, жилые помещения, системы жизнеобеспечения и т. п.). Главные аспекты экзоиндустриализации показаны на рис. 2.

С индустриально-экономической точки зрения, новые начинания в космосе требуют таких критериев оценки будущих космических предприятий, которые вытекают из общесистемного подхода, а не из простого инженерного анализа.

В дополнение к очевидным характеристикам, определяющим цели предприятия и его инженерную реализуемость, требуются четыре базисных экономических вклада. Их общая способность конкурировать с другими потребностями во вложениях (как космическими, так и некосмическими) позволяет установить величины капиталовложений, при которых определяется облик оптимального )в смысле системного подхода предприятия.

Космическая станция 电 лн производственное космическое предприятие обеспечивает отдачу в четырех областях. Отдача в виде продукции оценивается в денежном выражении с учетом тосо фактора, служит ли эта продукция наземной экономике или же имеет самодовлеющую ценность только на борту орбитальной станции (как промежуточный продукт или технологический фактор в процессе .производства конечного продукта). В более широком аспекте должны приниматься во внимание и различные науч- ние «выходы» (т. е. (вклады в развитие фундаментальных и прикладных наук).

Наконец, весьма важен потенциал роста: чем он выше, тем в большей мере оправданы данные капиталовложения. В свою очередь, потенциал роста зависит от вознаграждений, определяемых созданием ценностей (потребительной стоимости) в космосе йЛИ на Земле © помощью некоторой промежуточной технологии. Получаемый от космоса экономический эффект образует рациональный экономический базис для дальнейшего роста; конкретные вклады показаны <справа на схеме (рис. 3.).

В связи с этим можно говорить об «адаптивных обратных связях капиталовложений»; иначе говоря, обеспечивающие дальнейший рост вложения пропорциональны соответствующему потенциалу отдачи, который допускает квантованное выражение. Эта адаптивная экономическая обратная связь гарантирует более рациональное распределение общественных фондов. Эти фонды (за исключением частнособственнических), распределяемые в первом приближении НАСА, становятся операционно целенаправленными на рост различных видов «отдачи».

Разумеется, этот подход неприменим к исследовательским экспедициям, но он полностью оправдан в связи с индустриализацией космоса.

3ГЛАВА3ГЛАВАПЕРВЫЕ ИТОГИПЕРВЫЕ ИТОГИ

3

ГЛАВА

3

ГЛАВА

ПЕРВЫЕ ИТОГИ

ПЕРВЫЕ ИТОГИ

ВРЕМЯ РЕШЕНИЙ■

Поскольку последствия бурной индустриализации становятс^В очевидными даже для людей наименее проницательных, необходим мо осознать, что космос является одним из самых ценных источД анков ресурсов ——и для настоящего времени, и для неогран'ичен» ного будущего.И

Эра первоначальных исследований близка к завершениюМ| Новая эра ——внеземной индустриализации для повышения произ-Ч водительности и экономичности промышленности ——дает последо- 4 вательную центральную стратегию следующей фазы развития. 3 При этом нить научных исследований в космосе должна продоп- и жаться без каких-либо разрывов.*

Индустриализация космоса выдвигает ряд особых целей, которые могут быть осознаны уже сегодня. Вне всяких сомнений, большая часть этих целей будет становиться совершенно очевидной по мере продвижения вперед. Тем не менее, уже сегодня эти .

доллдолл』Производительность• ЭкономичностьQ Финансовые возмоунности® Капиталовложения В за.Ви.симосШ1£, ит трудозатрат® Конъюнктура (6неш.ние связи}Зонды 6 глу5окай космос、卩аз-8ити.е науки о космосе』Производительность• ЭкономичностьQ Финансовые возмоунности® Капиталовложения В за.Ви.симосШ1£, ит трудозатрат® Конъюнктура (6неш.ние связи}Зонды 6 глу5окай космос、卩аз-8ити.е науки о космосеШаттлШаттлАпопппнАпопппнНа.ука. \оНа.ука. \окосмо-космо-Меркурии Дж ем ин аМеркурии Дж ем ин аСервеиерСервеиерЛунныйЛунныйспутник Скайлэбспутник СкайлэбЛунная индустрияГенерация и передня а. энергииЛунетта, Солетта. “ 「 Проаздодстдо на околоземной, орбите Платформа на. ГС о ТранспортировкаЛунная индустрияГенерация и передня а. энергииЛунетта, Солетта. “ 「 Проаздодстдо на околоземной, орбите Платформа на. ГС о Транспортировка19601970Исследования19601970ИсследованияДем онстрацияпрести屮工Дем онстрацияпрести屮工^Пери од Выбора, решений.19801990Индустг а п лазаци. яЭконом zz ч^с/-;ое использобание^Пери од Выбора, решений.19801990Индустг а п лазаци. яЭконом zz ч^с/-;ое использобаниеГодыГоды

долл

долл

』Производительность

• Экономичность

Q Финансовые возмоунности

® Капиталовложения В за.Ви.симосШ1£, ит трудозатрат

® Конъюнктура (6неш.ние связи}

Зонды 6 глу5окай космос、卩аз-

8ити.е науки о космосе

』Производительность

• Экономичность

Q Финансовые возмоунности

® Капиталовложения В за.Ви.симосШ1£, ит трудозатрат

® Конъюнктура (6неш.ние связи}

Зонды 6 глу5окай космос、卩аз-

8ити.е науки о космосе

Шаттл

Шаттл

Апопппн

Апопппн

На.ука. \о

На.ука. \о

космо-

космо-

Меркурии Дж ем ин а

Меркурии Дж ем ин а

Сервеиер

Сервеиер

Лунный

Лунный

спутник Скайлэб

спутник Скайлэб

Лунная индустрия

Генерация и передня а. энергии

Лунетта, Солетта. “ 「 Проаздодстдо на околоземной, орбите Платформа на. ГС о Транспортировка

Лунная индустрия

Генерация и передня а. энергии

Лунетта, Солетта. “ 「 Проаздодстдо на околоземной, орбите Платформа на. ГС о Транспортировка

19601970

Исследования

19601970

Исследования

Дем онстрацияпрести屮工

Дем онстрацияпрести屮工

^Пери од Выбора, решений.

19801990

Индустг а п лазаци. я

Эконом zz ч^с/-;ое использобание

^Пери од Выбора, решений.

19801990

Индустг а п лазаци. я

Эконом zz ч^с/-;ое использобание

Годы

Годы

Рнс. 4. Условная диаграмма щжмтш решений во гЩ*

2f

цели представляют ядра кристалл,нзацнн, вокруг которых с приходом «Шаттла»(могут формироваться новые лролраммы и эксперименты (рис. 4).

Наше время ——время решений: оценки предпочтительных выборов, тщательного построения перспективного плана освоения космоса и развития в целом земной цивилизации.

ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ КАПИТАЛОВЛОЖЕНИЯ

рассматриваемые вклады в развитие космоса отражены в совокупности следующих целенаправленных тем:

' 1) обслуживающие системы, ориентированные на поверхность Земли (прикладные спутники и функционирующие в интересах наземных систем орбитальные станции);

выпуск промышленной продукции;

энергия и свет (Лунетта и другие проекты);

индустриализация Лунн (добыча сырья и проиаводство) вместе с обеспечивающими системами;

устройства для обитания (орбитальные (стандаи, Астропо лис, Андроселл)；

транспортировка;

другие обслуживающие функциональные системы (орбитальный многоцелевой комплекс, хранилища топлива и грузов и т. п.).，

На схеме (рис. 5) показаны 归 функции времени прогнозируемые затраты на обеспечение первоначального уровня производительности экзоиндустрии. Как показано в последнем разделе этой книги, первоначальные капиталовложения включают все обеспе-

〃*л卩3. долл〃*л卩3. доллРис. 5. Диаграмма капи< таловложений по отраслям космической индустрии：/—индустриальное производство на Луне; 2—генерация энергии; 3— трансляция энергии； 4— Лунетта; 5—производство на околоземной орбите; tf—платформа на 「СО; 7—«Шаттл»;8—промежуточный буксир; 9—ступень с солнечноэлектрическим приводом； /0—межорбиталь- ннй транспортный аппа- Рат (МТА); 11—пилотируемый межорбнтальный корабль; /2—система выведения с большой полезной нагрузкой; /3— Р°й ступеней с солнечно- электричеекнм прнво・ ДОм； /4一транспорт в 怦остранстве Земля— “Уна; /5—лунный поса* ДочныЙ транспорт； 16— аэрокосмический фрах-； тер; /7—«Орбитрон»Рис. 5. Диаграмма капи< таловложений по отраслям космической индустрии：/—индустриальное производство на Луне; 2—генерация энергии; 3— трансляция энергии； 4— Лунетта; 5—производство на околоземной орбите; tf—платформа на 「СО; 7—«Шаттл»;8—промежуточный буксир; 9—ступень с солнечноэлектрическим приводом； /0—межорбиталь- ннй транспортный аппа- Рат (МТА); 11—пилотируемый межорбнтальный корабль; /2—система выведения с большой полезной нагрузкой; /3— Р°й ступеней с солнечно- электричеекнм прнво・ ДОм； /4一транспорт в 怦остранстве Земля— “Уна; /5—лунный поса* ДочныЙ транспорт； 16— аэрокосмический фрах-； тер; /7—«Орбитрон»/2%/2%5050средесредети 〃ти 〃-обитания-обитания60604U4U2020д.д.2000 г. г：2000 г. г：• 73• 74•乃• 73• 74•乃Соглашения 'по безопасное—Соглашения 'по безопасное—Зкопоёи- чесние 'соглашения \ ■Зкопоёи- чесние 'соглашения \ ■Конкурирующие отраслиКонкурирующие отрасли8080•7• 8•7• 88585• 10• /；• 10• /；• 7Z• 7Z5尻，1 I905尻，1 I90• 16«77• 16«77Высокоточная ра.сстановка. на орбитах и перевозка, больших конструкцийВысокоточная ра.сстановка. на орбитах и перевозка, больших конструкций19751975

〃*л卩3. долл

〃*л卩3. долл

Рис. 5. Диаграмма капи< таловложений по отраслям космической индустрии：

/—индустриальное производство на Луне; 2—генерация энергии; 3— трансляция энергии； 4— Лунетта; 5—производство на околоземной орбите; tf—платформа на 「СО; 7—«Шаттл»;8—

промежуточный буксир; 9—ступень с солнечноэлектрическим приводом； /0—межорбиталь- ннй транспортный аппа- Рат (МТА); 11—пилотируемый межорбнтальный корабль; /2—система выведения с большой полезной нагрузкой; /3— Р°й ступеней с солнечно- электричеекнм прнво・ ДОм； /4一транспорт в 怦остранстве Земля— “Уна; /5—лунный поса* ДочныЙ транспорт； 16— аэрокосмический фрах-； тер; /7—«Орбитрон»

Рис. 5. Диаграмма капи< таловложений по отраслям космической индустрии：

/—индустриальное производство на Луне; 2—генерация энергии; 3— трансляция энергии； 4— Лунетта; 5—производство на околоземной орбите; tf—платформа на 「СО; 7—«Шаттл»;8—

промежуточный буксир; 9—ступень с солнечноэлектрическим приводом； /0—межорбиталь- ннй транспортный аппа- Рат (МТА); 11—пилотируемый межорбнтальный корабль; /2—система выведения с большой полезной нагрузкой; /3— Р°й ступеней с солнечно- электричеекнм прнво・ ДОм； /4一транспорт в 怦остранстве Земля— “Уна; /5—лунный поса* ДочныЙ транспорт； 16— аэрокосмический фрах-； тер; /7—«Орбитрон»

/2%

/2%

50

50

среде

среде

ти 〃

ти 〃

-обитания

-обитания

60

60

4U

4U

20

20

д.

д.

2000 г. г：

2000 г. г：

• 73

• 74

•乃

• 73

• 74

•乃

Соглашения 'по безопасное—

Соглашения 'по безопасное—

Зкопоёи- чесние 'соглашения \ ■

Зкопоёи- чесние 'соглашения \ ■

Конкурирующие отрасли

Конкурирующие отрасли

80

80

•7

• 8

•7

• 8

85

85

• 10

• /；

• 10

• /；

• 7Z

• 7Z

5

尻，1 I

90

5

尻，1 I

90

• 16«77

• 16«77

Высокоточная ра.сстановка. на орбитах и перевозка, больших конструкций

Высокоточная ра.сстановка. на орбитах и перевозка, больших конструкций

1975

1975

чивающие системы. На схеме показаны основные транспортные системы, включенные в стоимостную оценку. Определены характерные вехи для соглашений по охране среды и безопасности полетов для первоначального объема производительных возможно-, стей в период 1990——2000 гг., конечных определителей экономий ческих выгод и двух ключевых технологических потребностей/

Сопоставление величин затрат и периодов времени, в течение которых они должны быть реализованы, показывает, что в каж- аом，из рассматриваемых случаев средние цифры лежат в пределах 3 млрд. долл, в год (в ценах 1975 г.). ,

КОНТУРЫ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ВЫИГРЫША

Существует довольно много различных критериев, с помощью которых следует оценивать соотношение «затраты — прибыли» для продукции, производимой космической индустрией. На схеме (рис. 6) используются девять выбранных из их общего числа воз- ” можных критериев. Представляется, что именно эти критерии являются репрезентативными, т. е. .имеют главное значение и способны взять на себя роль показателей в некотором сравнительном анализе.

Первые два из этих критериев очевидны. Третий связан с потребностью (или ее отсутствием) в новой и перспективной транспортной системе. Как правило, это влечет не меньшие (чем первоначальные) капиталовложения, которые должны включаться в величины первого критерия.

Первый критерий отражает суммарные затраты, потребные для выполнения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР), испытаний н постройки в-сех элементов .собственно линии продукции, включая производственные предприятия, системы жизнеобеспечения, вспомогательные комплексы и обслуживающие устройства, наземные установки м устройства транспо|ртировки и запуска, а также развитие транспортных систем.у

Второй критерий — амортизационный период, нужный дл5Й возмещения инвестиционного капитала и процентов путем создав ния ценностей (потребительной стоимости).]

Третий критерий отображает транспортные потребности, дик^ тующие необходимость создания новых транспортных систем; он учитывает их целесообразность и текущие эксплуатационные за* траты. Первый член как обратная связь входит в первый критерий, Третий член включается в четвертый критерий ——затраты на производство и распределение (т. е. на доставку продукции по* требителям).

Первый критерий вместе с четвертым определяют величину долга (то есть суммарных затрат на создание и эксплуатацию- космического комплекса). Равным образом, пятый и девятый кри* терии очерчивают ключевые основы спектра прибылей и преиму* ,ществ. Нас, .прежде всего, интересуют следующие вопросы. Уве*

рис. 6. Круговые диаграммы, характеризующие уровни (4—умеренный; В—большой; С—очень большой) затрат и выгод космической индустрии：

а—идеальный случай; б—передача информации; в—наблюдение за поверхностью Земли; г— производство на орбитальной станции; ^—ретрансляция энергии; е—космическая осветитель- ная система (Лунетта);况一Солетта： з——генерация энергии в космосе; ы—лунный индустриальный комплекс (лучн обозначают: /—капиталовложения; 2—амортизационный период； 3— транспортные расходы; 4—затраты на производство и распределение; 5—рост объема произ- Еодства; 6—уровень качества продукции； 7—потенциал роста； в—улучшение окружающей средн； 9—расширение ресурсной базы; в центре обозначен начальный год десятилетия)

личит ли производственное направление в освоении космоса наши возможности по выполнению определенных функций? Повысятся ли в связи с этим качества операций, технологических процессов и самой конечной продукции? Увеличит ли это нашу дееспособность, то есть обеспечит ли нам возможность совершать дела, которые в противном случае оказались бы непосильными для iHac или, по крайней мере, практически невыполнимыми? Как сильно связано улучшение наземной среды обитания с выносом ряда отраслей индустрии в космос и, наконец, поднимет ли это уровень наших производительных сил ——по части энергии, сырья и методов обработки материалов?

С целью качественного сравнения различных направлений введены три уровня: 4, В, С, представленные тремя концентрическими кругами возрастающего диаметра. Девять 《сини》 (!радиу- сов) соответствуют принятым девяти критериям. Величина каждо-: го параметра откладывается вдоль радиуса, а концы получающихся векторов соединяются прямыми линиями. В результате образуется своеобразный абрис или «профиль» (заштрихованная область), -совокупно характеризующий данную частную линию производства (см. рис. 6). Для сравнения на схеме показан идеальный (рекомендуемый) профиль, который отображает логически обоснованные четкие выводы: денежные обязательства (критерии с первого по четвертый) следует снижать, а 《отдачу》 (критерии с пятого по девятый) необходимо всемерно повышать. Очевидно, что наиболее предпочтительной является та линия производства, чей профиль точнее всего приближается к идеальному. Однако на схеме видно, что ни одна из линий не отвечает полностью этому требованию. (Необходимо, правда, учитывать и то обстоятельство, что некоторые критерии применимы не .во всех случаях.) Но ре-5 ально даже та линия, чей профиль отклоняется от идеала, не обя-1 зательно должна считаться нежелательной: ее ценность сущест-； венно зависит от рассматриваемого периода, а также от относительных весов критериев.

Поэтому важно установить период, когда та или иная программа может быть реализована и обеспечит соответствующую отдачу.. В центре каждой круговой диаграммы (《профиля》) показано； первое десятилетие, в ходе которого рассматриваемая линия коо, мической индустр.ии сможет функционировать не менее семи ле1 Приведенные оценки можно счесть оптимистическими — с точки зрения скептика; но энтузиасты могут к ним относиться как к весьма пессимистическим. Во всяком случае, технически все рассматриваемые программы представляются осуществимыми в указанные периоды. Анализ основных закономерностей, положенных в основу при построении круговых диаграмм, приведен в табл. 2.§

Передача информации уже сегодня превратилась в процвета-1 ющее коммерческое мероприятие; в 80—90-е годы этот ввд сервн-j са будет доведен до весьма высокой степени совершенства. Это! обеспечит большие преимущества в смысле возрастания возмож-] ностей по передаче различных данных, навигации и глобальной'

Критерии программ

Критерий

Значение критериев по программам

Передача информации

Наблюдение

нос'тью Земли

Производство

околоземной орбите

Лунет- та

Ретрансляция энергии

Генерация энергии

Солетта

Индустриальный

нлекс на Луне

Капиталовложения,

1

1

5

15

25

70

100

70

млрд. ДОЛЛ.

Ранг *

А

А

А

В

В

С

с

С

Амортизационный пе-

3

3

5

7

7

7

10

10

риод, лет Ранг•

А

А

А

В

с

Транспортировка **

1

1

1

2, 3

1,2,3

4, 5

4, 6

4,7,8

Ранг

А

А

А

В

С

Стоимость произволе?-

н/н

н/и

с/н

с/н

нет/н

с/с

б/н

с/с

ва и распределения

Ранг

А

А

В

В

А

В

С

В

Увеличенный объем

об

об

н

об

об

об

об

об

производства ****

Ранг

С

С

А

С

С

С

G

С

Повышенное качество

ов

ов

ов

нет

ов

ов

нет

ов

продукции

Ранг

С

С

С

—

С

С

—■

С

Способность к разви-

ов

ов

ов

ов

ов

ов

ов

он

тию

Ранг

С

С

С

С

С

С

С

С

Улучшение среды оби-

н

об

с

б

об

об

об

об

тания

Ранг

А

С

В

В

С

С

С

С

Расширение ресурсной

н

б

м

об

об

об

об

об

Ранг

А

В

А

В

С

С

С

С

Примечания：

* Буквы ранга соответствуют рис. 6.

** Цифры обозначают： /—многоразовую транспортную систему «СпеЙс Шаттл»; 2— развитие (модификация) МТС «Шаттл»； 3—ступень с солнечно-электрической тяговой системой； 4—аэрокосмический грузовой корабль (фрахтер) ； 5—ступень с ядерным элек- троракетным двигателем; ^—транспортный корабль с газофазным двигателем： 7—транспортный корабль с ядерно-пульсационной тяговой системой； 8—астрон-сочетанне поверхностной (Лунатрон) и орбитальной (Орбитрон) транспортных систем.

*** в таблице грнняты следующие сокращенные обозначения: об — очень большой {-ая)； н—небольшой {-ая); ов—очень высокий (-ая); м—малый (-ая)； с—средний (-ая); б—большой (-ая).

связи. Телевидение и голографическая трансляция вошли в практику нашего времени； качество таких передач неуклонно растет так же, как и их объем； в будущем подобные коммуникации приобретут способность соединять между собой точки Земли на межконтинентальных удалениях. Снижение потребностей в металле для башен и кабелей будет способствовать улучшению наземной среды обитания. Передача информации в -системах телеуправления наземными системами обеспечит определенный «вклад в расширение ресурсной базы.

Диаграмма, характеризующая наблюдение за поверхностью Земли, имеет профиль, 'подобный профилю программы передачи информации, за исключением более -высокого потенциала благоприятных изменений в наземной окружающей среде, обеспечиваемого за счет контроля загрязняющих факторов, инфекционных болезней людей и заболеваний растений. Когда обсервация Земли достигнет полного развития, ее характеристический профиль будет очень близок к идеальному.

В обоих рассмотренных случаях начальные капиталовложения, амортизационный .период, транспортные потребности, а также стоимость получения и распределения информации не выдвигают каких-либо больших требований.

Но для случаев производства на околоземной орбите и системы ретрансляции энергии задача оказывается более сложной.

В первом из упомянутых случаев, прежде всего, предусматри- ,вается повышенное качество продукции и высокий потенциал раз- ::внтая.

.Система ретрансляции энергии повышает возможности для создания больших солнечных, ядерных или других электростанций в удаленных и необитаемых районах Земли. Качества конечного .«выхода» разветвляются по многим каналам и преобразуются в итоге в громадное усовершенствование приемно-выпрямительного ^комплекса, поскольку преобразующие силовые станции не дают .никаких химических или ядерных отходов, загрязняющих окружающую среду.

. Возможность размещения в удаленных областях дает выгоды окружающей природе и расширяет ресурсную базу путем(исполь- вованаия высокотемпературных солнечных установок，и геотермальных источников, которые в других случаях оказываются слиш- 貳ом далекими от потребителей.

Аналогичный анализ положен в основу построения экономи- ко-эффективностных профилей для Лунетты, системы генерации энергии, Солетты и лунного индустриального комплекса. ■

： Предварительные количественные экономические характеристики в функции времени приведены в последнем разделе книги. ' Если стоимость работы в космосе высока, то ясно, что годовой ；доход от выполнения данной работы (т. е. от функционирования созданных благодаря этой работе систем) должен быть тоже достаточно высоким — по-видимому, в 10—100 раз выше, чем на Земле. Этого можно достичь только благодаря неограниченной трате энергии и широкому использованию автоматизированного оборудования, а также благодаря повсеместной компьютеризации, телеконтролю, телеуправлению, а в пределе ——применению роботов

* В настоящее время термин 《робот» различными авторами используется в неодинаковых смыслах. Здесь н далее этим термином будет обозначаться функционально атропоморфная самообучающаяся кибернетическая система, снабженная не только рецепторами, но и эффекторами. Иначе говоря, робот — наиболее совершенный автомат (прим, перев.).

ПОДГОТОВКА ПРОГРАММЫ ОСВОЕНИЯ ОКОЛОЗЕМНОГО КОСМОСА

Прогрессивно- расширяющаяся деятельность в космосе может быть обеспечена как за счет (роста наземных производительных сил； так и путем создания новых индустриальных центров вне Земли (которые мюгут группироваться по их местоположению). Соответствующая классификация представлена в верхней части схемы (рис. 7).

Нижняя часть этой схемы относится к транспортному обеспечению программы. Логичный первый шаг для улучшения характеристик транспортных операций ——максимизировать использование многоразовой транспортно-космической системы (МТКС) «Спейс Шаттл», а также ее последующих модификаций. Этого можно достичь путем улучшения характеристик силовых установок ступеней МТКС, повышением их конструктивного .совершенства; в ряде случаев целесообразно заменить орбитальный самолет (ОС) МТКС на одноразовый блок, оснащенный главными двигателями ОС и размещенный (как и ОС) на внешнем топливном баке. Такой одноразовый блок МТКС способен доставить на околоземную ор-

I Рост произбодательиости. |О Рост произдодительности. наземной анд^стреш(д^лад J наWZ? - техни. ческиюпе - волюци^) •.• Создание новых-пр(}и,зв(?дст- Оеиных иентиов онв Земли (внеземная индустри.а.пиза- 4〃 7?I Рост произбодательиости. |О Рост произдодительности. наземной анд^стреш(д^лад J наWZ? - техни. ческиюпе - волюци^) •.• Создание новых-пр(}и,зв(?дст- Оеиных иентиов онв Земли (внеземная индустри.а.пиза- 4〃 7?Максимизация эффе^пт мткк “не証出аттп"Максимизация эффе^пт мткк “не証出аттп"030ГСОЛуна.О наблюденияЗа Землей费 Ппоаз^одствоо ис,о5ых органи - у^сках действGocofbtx неораа -Н1.£^ески.х мате-® Генерация зие-О Передача и.н- фор^исщаОНа.^шс^^е за "0彳以Д'，”Л”儿ЗЕ“П4 0以0"，广分4〃斤 ЭНЕр^аи ОКисм 心'рскве oeCc^en^s О 厂енерация 9 энергии^Добыча “ о5ра- Мтка матвриа- 〃，夕夕 ffOPbUtU.X массива ffa.K• Ироиздодство 夕 5ольш.их MCLCW.- eh5qx030ГСОЛуна.О наблюденияЗа Землей费 Ппоаз^одствоо ис,о5ых органи - у^сках действGocofbtx неораа -Н1.£^ески.х мате-® Генерация зие-О Передача и.н- фор^исщаОНа.^шс^^е за "0彳以Д'，”Л”儿ЗЕ“П4 0以0"，广分4〃斤 ЭНЕр^аи ОКисм 心'рскве oeCc^en^s О 厂енерация 9 энергии^Добыча “ о5ра- Мтка матвриа- 〃，夕夕 ffOPbUtU.X массива ffa.K• Ироиздодство 夕 5ольш.их MCLCW.- eh5qxНаблюдения за. Прси.зводстёо Генерация Ретранс-Наблюдения за. Прси.зводстёо Генерация Ретранс-Землей 030 ГСОЗемлей 030 ГСОспециалных пиидинтоб на.'030специалных пиидинтоб на.'030энергии： ляи,ия 〃а С СО на ГСО энергии ИСЗнаГСОэнергии： ляи,ия 〃а С СО на ГСО энергии ИСЗнаГСОМТКК ,、С门etc Шаттл11Мен<ор5иг?шпьнь1й т卩анспорт- "6/〃 о-пнарат с химической, силовой устанавксйРазбитар перспвктабной. трин- спорт нои системыМТКК ,、С门etc Шаттл11Мен<ор5иг?шпьнь1й т卩анспорт- "6/〃 о-пнарат с химической, силовой устанавксйРазбитар перспвктабной. трин- спорт нои системы• ••• ••Осёети,- Индуса тельная риала- система, зация, ，〃 ГСО Лднь,Осёети,- Индуса тельная риала- система, зация, ，〃 ГСО Лднь,

I Рост произбодательиости. |

О Рост произдодительности. наземной анд^стреш(д^лад J наWZ? - техни. ческиюпе - волюци^) •.

• Создание новых-пр(}и,зв(?дст- Оеиных иентиов онв Земли (внеземная индустри.а.пиза- 4〃 7?

I Рост произбодательиости. |

О Рост произдодительности. наземной анд^стреш(д^лад J наWZ? - техни. ческиюпе - волюци^) •.

• Создание новых-пр(}и,зв(?дст- Оеиных иентиов онв Земли (внеземная индустри.а.пиза- 4〃 7?

Максимизация эффе^пт мткк “не証出аттп"

Максимизация эффе^пт мткк “не証出аттп"

030

ГСО

Луна.

О наблюдения

За Землей

费 Ппоаз^одство

о ис,о5ых органи - у^сках действ

Gocofbtx неораа -

Н1.£^ески.х мате-

® Генерация зие-

О Передача и.н- фор^исща

ОНа.^шс^^е за "0彳以Д'，”Л”儿

ЗЕ“П4 0以0"，广分4〃斤 ЭНЕр^аи ОКисм 心'рскве oeCc^en^s О 厂енерация 9 энергии

^Добыча “ о5ра- Мтка матвриа- 〃，夕夕 ffOPbUtU.X массива ffa.K

• Ироиздодство 夕 5ольш.их MCLCW.- eh5qx

030

ГСО

Луна.

О наблюдения

За Землей

费 Ппоаз^одство

о ис,о5ых органи - у^сках действ

Gocofbtx неораа -

Н1.£^ески.х мате-

® Генерация зие-

О Передача и.н- фор^исща

ОНа.^шс^^е за "0彳以Д'，”Л”儿

ЗЕ“П4 0以0"，广分4〃斤 ЭНЕр^аи ОКисм 心'рскве oeCc^en^s О 厂енерация 9 энергии

^Добыча “ о5ра- Мтка матвриа- 〃，夕夕 ffOPbUtU.X массива ffa.K

• Ироиздодство 夕 5ольш.их MCLCW.- eh5qx

Наблюдения за. Прси.зводстёо Генерация Ретранс-

Наблюдения за. Прси.зводстёо Генерация Ретранс-

Землей 030 ГСО

Землей 030 ГСО

специалных пиидинтоб на.

'030

специалных пиидинтоб на.

'030

энергии： ляи,ия 〃а С СО на ГСО энергии ИСЗнаГСО

энергии： ляи,ия 〃а С СО на ГСО энергии ИСЗнаГСО

МТКК ,、С门etc Шаттл11

Мен<ор5иг?шпьнь1й т卩анспорт- "6/〃 о-пнарат с химической, силовой устанавксй

Разбитар перспвктабной. трин- спорт нои системы

МТКК ,、С门etc Шаттл11

Мен<ор5иг?шпьнь1й т卩анспорт- "6/〃 о-пнарат с химической, силовой устанавксй

Разбитар перспвктабной. трин- спорт нои системы

• ••

• ••

Осёети,- Индуса тельная риала- система, зация, ，〃 ГСО Лднь,

Осёети,- Индуса тельная риала- система, зация, ，〃 ГСО Лднь,

О •оО •оОООО

О •

о

О •

о

О

О

О

О

/ -?^dkocmll чес к ull фрсьхтерО

Ядерныи. геокосмический. паром Окополунный, фразер (начальная М&сса. 1OOQ - 10000 т)

О^елолуннь/2 суперсррихте卩(на чальна,斤 масса - 1СОООО т)

Эленгпрома. гнитнь(й ускоритель

Рнс. 7. Схема развития геокосмических программ：

ОЗО—околоземная орбита; ГСО—геостационарная орбита; ССО~солнечио-синхронная орби- та； СЭС—солнечно-электроракетная ступень; МТКК——межорбитальный транспортный косми-； веский корабль； черные кружки обозначают большее или меньшее соответствие решаемой задаче； белые кружки обозначают повышение экономичности транспортных систем в «прс- лешатловский» период |

биту до 150——200 т полезной нагрузки . Двигатели этого блока —— для их ловторного использования ——могут быть возвращены с орбиты на Землю л>ри последующем рейсе орбитального самолета.

На схеме (рис. 7) размер черного кружка показывает относительную пригодность («достаточность») данной транспортной сис- темм для обслуживания рассматриваемой программы или отдельной операции.

Следующий крупный шаг в развитии транспортных систем —— создание много большего по размерам (чем《Шаттл》)транспортного космического аппарата класса «Земля — орбита», названного для краткости аэрокосмическим фрахтером (АКФ) • Его .создание обеспечивается благодаря успехам в разработке межорбитальных космических кораблей с нехимическими тяговыми системами.

Для монтажа на геостационарной орбите (ГСО) искусственного спутника Земли, предназначенного для генерации энергии (ИСЗ ГЭ), мощностью в 5—10 ГВт, для монтажа рефлектора большой Лунетты или для лунных операций требуется АКФ с минимальной полезной нагрузкой не менее 1000 т. Вместе с тем, необходимо значительное повышение экономичности всех 《после- шаттловских» транспортных систем ——для максимально большего числа их применений.

МАКСИМИЗАЦИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ПРОГРАММЫ «ШАТТЛ»

Чтобы дать начальный импульс реализации программы индустриализации космоса, целесообразно ；в первую очередь обеспечить максимальную выгоду от эксплуатации МТКС «Шаттл» и производных от нее транспортных систем.

Комплекс «Шаттл» включает многоразовый межорбитальный буксир и солнечно-электрическую ступень (СЭС); в более поздний период к ним добавятся пилотируемый межорбитальный аппарат (ПМА) и связка (《гроздь》) ступеней с солнечно-электрическим приводом (рис. 8).

.Комбинация многоразового буксира и солнечно-электрической ступени дает возможность за один цикл (полет с Земли на орбиту и обратно) выводить на ГСО и возвращать обратно на Землю полезную нагрузку весом в 1 ——1,5 т. При этом буксир доставляет нагрузку на промежуточную круговую орбиту (ПКО), а солнечно-электрическая ступень переносит грузы с ПКО на геостацио-

Рис. 8. Схема использования МТКК «Спейс Шаттл»

нарную орбиту. Маневренность солнечно-электрической -ступени позволяет ей выполнять на геостационарной орбите широкий спектр различных операций; аналогичные операции могут выполняться на двенадцатичасовой или сорокавосьмичасовой орбите. С 【помощью буксира (используемого в случае необходимости выполнить более быструю доставку) и солнечно-электрической ступени можно добиться ^распространения экономически эффективных транспортных операций и на более удаленные орбиты.

Имея в виду развитие солнечных панелей, достаточно нечувствительных к протонной радиации (в этом отношении весьма многообещающими представляются тонкие панели, включающие солнечные батареи из арсенида галлия), связка солнечно-электрических ступеней может обеспечить высокую эффективность комплекса МТ КС《Шаттл» при выведении на геостационарную орбиту тяжелых полезных нагрузок. Если принять годовой прузо- поток, обеспечиваемый одной связкой СЭС, порядка 200 т, то потребная численность 《флота》этих связок определяется следующими соображениями. «Шаттл» рассчитывает на 40 полетов в год. 《□истая》 полезная нагрузка за один полет составит около 25 т, т. е. годовой грузопоток будет порядка 1000 т. Следовательно, потребуется флот из пяти связок СЭС. Каждая связка будет состоять из тридцати двух солнечно-электрических ступеней. Необходимо также 8 дополнительных солнечных панелей для реновации каждой связки, чтобы обеспечить годовой грузопоток на ГСО в 1000 т.

Эти транспортные возможности достаточны для реализации системы ретрансляции энергии, для Лунетты -и орбитальной базы на ГСО, но недостаточны для Солетты или силовой станции на орбите, предназначенной для генерации энергии. Для них потребны более мощные транспортно-космические системы.

ДОСТАВКА ОБЪЕКТОВ НА ГСО

Анатомия следующих за《Шаттлом》, более мощных транспорт-ных систем, представляющих собой комбинацию субсистемы типа «Земля — орбита» и межорбитальных кораблей, 'сильно зависит от принятого метода межорбитальных перевозок.

Одно из возможных решений — улучшение характеристик транспортной субсистемы 《Земля ——орбита» в направлении минимизации суммарных затрат при сохранении полезной нагрузки в диапазоне 150—200 т, компенсируя это более высокой частотой запусков. Последнее связано с необходимостью создания большого числа наземных стартово-посадочных баз и большего количества летательных аппаратов, а также с ограничением по объему объектов полезной нагрузки.

Это (решение сочетается с выбором более мощной и менее радиационно-чувствительной ядерно-электрической ступени (ЯЭС), монтируемой на околоземной орбите (ОЗО) и представляющей собой межорбитальную систему выведения малой тяги.

Другая, радикально отличная, альтернатива ——создание значительно большего летательного аппарата класса 《Земня ——орбита», названного аэрокосмическим фрахтером. Он обеспечит доставку груза даже непосредственно на ГСО. АКФ представляет собой систему выведения большой тяги.

При доставке грузов на ГСО система большой тяги имеет следующие цреимущества.

Для запуска на ГСО, для запуска с поверхности Земли на околоземную орбиту, для перехода с ОЗО на ГСО и обратно используется один стандартный АКФ из многоразовых ступеней с двигателями, -работающими на жидком водороде и жидком кислороде.

Снижаются суммарные затраты на транспортировку (включая создание и эксплуатацию транспортной системы).

На Земле можно собирать крупногабаритные модули.

Солнечные батареи собираются на околоземной орбите, ха- рактери1стики солнечных панелей не ухудшаются при быстром прохождении радиационных поясов.

Если промежуточная круговая орбита для сборки овязки солнечно-электрических двигателей размещается .выше 口ротон1ного радиационного пояса Земли, то связка СЭС обеспечивает выведение груза на ГСО.

В составе собранного орбитального комплекса с людьми на борту нет кораблей с я дерн ой тяговой системой. ,

Не нужен буксир с ядерно-электрической тяговой системой.

В случае повреждения ИСЗ ——генератора энергии возможна его быстрая замена ——для минимизац(ии потерь ；в годовых доходах.

Космический аппарат (его первые две ступени) пригоден также для участия в орбитальном производстве и в лунных операциях.

Система малой тяги также «имеет свои преимушества.

Развитие новой большой системы выведения многократного применения вместо тяжелого транспортного корабля.

Возможность выбора монтажной орбиты: ОЗО, промежуточная или ГСО——вместо ПКО или ГСО для системы ' /выведения большой тяги. На 030 повреждения ликвидируются с меньшими затратами. -

Использование буксира с ядерно-электрической тяговой системой обеспечивает экономию высокосортного топлива.

Ядерно-электрический буксир -в принципе применим для лунных операций.

Из сравнения суммарных преимуществ межорбитальных систем ：выве,ден1ия большой и малой тяги видно, что возможности вывода с большой тягой более привлекательны ——по крайней мере, этот способ следует рассматривать как основной. Это не исключает применения связки солнечно-электрических ступеней для доставки грузов на высокие орбиты с 'промежуточной круговой орбиты (ПКО), на которую объекты будут выводиться аэрокосмическим фрахтером. Таким образом, связка СЭС будет играть роль, аналогичную той, которую играет межорбитальный буксир (но, разумеется, в значительно меньших масштабах!) в составе транспортного комплекса на базе МТКС «Шаттл». Такая система потребует длительного в-ремени на доставку груза, но будет малочувствительной к изменению наклонения орбиты ——благодаря высокому удельному импульсу ее двигательной установки малой тяги.

АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ ГРУЗОВОЙ КОРАБЛЬ

Схематическое изображение аэрокосмического фрахтера выполнено в 'соответствии с его ранее установленной общетеоретической концепцией. Полезная нагрузка, выводимая АКФ на околоземную орбиту с наклонением ,в 30° и высотой 370 км, составляет порядка 1000 т, а в определенных случаях и больше. Трехступенчатая принципиальная схема АКФ с отделяемыми субсистемами обеспечивает высокую гибкость в плане изменения объема полезной нагрузки.

АКФ, рассчитанный на выведение 100 т на 030 (р-ис. 9 а), способен вывести на геостационарную орбиту от 250 до 280 т, а на четырехчасовую синхронную орбиту (относительно потенциальной роли частичносинхронных орбит, особенно четырехчасовых и шестичасовых, см. стр. 85 и 128), по меньшей ме)ре, до 600 т.

в) г) д)в) г) д)Рис. 9. Схема аэрокосмического фрахтера：Рис. 9. Схема аэрокосмического фрахтера：УУ

в) г) д)

в) г) д)

Рис. 9. Схема аэрокосмического фрахтера：

Рис. 9. Схема аэрокосмического фрахтера：

У

У

а—для полетов на геостационарную орбиту (ГСО); 6—для полетов на околоземную орбиту (ОЗО); в—для полетов на промежуточную орбиту высотой 2000 км： г—для полетов на промежуточную орбиту высотой 8000 км; 6—для полетов иа Луну； е——для перелетов с 030 на ГСО или Луну [/—ступень 1-я; 2—ступень 2-я; 3—ступень 3-я； 4—ступень 4-я; 5—перевозимый груз; 6—тяжелый компактный груз： 7——теплозащита для возвращаемых частей; 8——двигатель; 9—сбрасываемый носовой конус; 10——бак для водорода; 11—бак для кислорода)

АКФ (рис. 9, б) целесообразен для доставки сырья на -инду- Я стриальные предприятия, размещенные на околоземной орбите, Я включая материалы для производства элементов больших конст- Я рукций и фасеток рефлекторов для мощных космических освети- fl тельных систем на ГСО и более низких синхронных орбитах. ■

Следующие две модификации четырехступенчатого корабля Я или корабля с разделяющимися ступенями (рис. 9, 6, г) предназ- Я качены для доставки грузов ；на промежуточную круговую орбиту:』 на 2000 км около 790 т, а на 8000 км — около 500 т.■

Разделяющ'ийся трехступенчатый фрахтер показан модифика-И цией (рис. 9, д), пригодной для доставки по меньшей мере 300 тВ| на круговую окололунную орбиту. Для выполнения подобного по-™ лета третья ступень складывается из четырех секций. Только ступень 2 будет возвращаться к Земле, в то время 'как ступени 3 и 4 будут превращаться в элементы лунных конструкций (орбитальных или поверхностных) или же послужат сырьем для завода на окололунной орбите (-см. стр. 169); по крайней мере, они могут 产 сыграть роль баков. Но при этом отсеки с электроникой и двига- 'Я тели могут возвращаться обратно к Земле, если это окажется эко-扌 комически оправданным.：1

Четырехсекционная третья ступень также может использовать- j ся для повышения возможностей по доставке на геостационарную ， орбиту или же на более низкие синхронные орбиты, сохраняя по- j тенциальную возможность повторного использования всех ступе- J ней и -секций.<1

Поскольку можно повторно использовать системы на ociiorp 1 ступени 3 и -ступени 4 (на рис. 9, а, 6,), показаны две модиф-ика- | ции для запуска грузов на околоземные орбиты. Крайняя слева Я конфигурация без третьей и четвертой ступеней будет доставлять 1 полезную нагрузку, которая в этом случае может включать то пл и- | во для буксира, если только это топливо не предусматривается | перекачивать на ступени буксира со специального топливного де- ；| по, размещаемого на орбите.]

40；

ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АКФ

Хотя возможности АКФ по доставке полезной нагрузки в одном блоке достаточно велики, все же частоту его запусков нельзя 'Снискать ниже некоторого экономически потребного минимума — а именно,' одного запуска в месяц. Развитие аэрокосмического грузового корабля основывается на существующей потребности обеспечить достижение поставленных целей.

Следующая схема (рис. 10) убеждает, что в программе индустриализации космоса в самом деле ^имеются широкие основы для существования таких целей.

丁 Ниже перечислен ряд экзоиндустриальных предприятий, которые целесообразно далее рассматривать. Их размеры и массы требуют для обеспечения экономической жизнеспособности применения больших многоразовых транспортно-космических систем. Астрополи'С (см. сцр. 60) представляет собой большой индустриальный н исследовательский комплекс. Его масса может лежать в диапазоне от нескольких тысяч до более десяти тысяч тонн.

Астрополис будет расти и расширяться на основе им самим создаваемых модулей, конструкций и оборудования. Он может также стать основным производителем конструкций и других компонентов, необходимых для строительства ультралегких космических светильников (стр. 66 и далее) и 'косм'ичеаких энергосило- вых установок (стр. 112 и далее) на круговых геоцентрических орбитах. Он может сыграть значительную роль в создании индустриального комплекса на Луне, создавая конструкции и элементы систем для первоначального строительства орбитальных лунных индустриальных установок так же, как и для строительства объектов поверхностной индустриальной зоны на Луне ——по крайней мере, до тех пор, пока лунные индустриальные предприя-

исз-\ исз-геиера,- \ретранс-исз-\ исз-геиера,- \ретранс-切0〃 I ляторЭнер~\ {энергии切0〃 I ляторЭнер~\ {энергии第二堂评年廳第二堂评年廳нет-нет-(Hb!U 区前у、 \стриаль- 黑亡、电吵(Hb!U 区前у、 \стриаль- 黑亡、电吵L££LJLL££LJLГ леке3〃 /Т〃,Г леке3〃 /Т〃,УоРд^г^еЛунь!\>тальная\ »[станция г*W ГСО/УоРд^г^еЛунь!\>тальная\ »[станция г*W ГСО/раческие корабли 6 системе \3емля~, ^!УНйЛраческие корабли 6 системе \3емля~, ^!УНйЛ\транспортГ小而二N3川丿 (тальные \ юкололднные \ установнш\транспортГ小而二N3川丿 (тальные \ юкололднные \ установншПилотарде^ые межпланетные ——КАПилотарде^ые межпланетные ——КАгГеокос\ (ми^ескиа7叩丿гГеокос\ (ми^ескиа7叩丿Геолу^ ный фрак-Геолу^ ный фрак-Орбитальный . госпитальОрбитальный . госпитальРезервный центр (с повышенной, гра-Резервный центр (с повышенной, гра-Туристский центрТуристский центрПроиздодстбо космических консЕрдхидкПроиздодстбо космических консЕрдхидкПроизводство специальной, поодукции.Производство специальной, поодукции.Зкзи 门 онньк установкиЗкзи 门 онньк установкиКомп-лекс&。030Комп-лекс&。030/Аэрокос\ \ми yecKutv (фрак-丿 \.тер //Аэрокос\ \ми yecKutv (фрак-丿 \.тер /Астро-полисАстро-полисШаттлШаттл

исз-\ исз-геиера,- \ретранс-

исз-\ исз-геиера,- \ретранс-

切0〃 I ляторЭнер~\ {энергии

切0〃 I ляторЭнер~\ {энергии

第二堂评年廳

第二堂评年廳

нет-

нет-

(Hb!U 区前у、 \стриаль- 黑亡、电吵

(Hb!U 区前у、 \стриаль- 黑亡、电吵

L££LJL

L££LJL

Г леке3〃 /Т〃,

Г леке3〃 /Т〃,

УоРд^г^еЛунь!\

>тальная\ »

[станция г*

W ГСО/

УоРд^г^еЛунь!\

>тальная\ »

[станция г*

W ГСО/

раческие корабли 6 системе \3емля~, ^!УНйЛ

раческие корабли 6 системе \3емля~, ^!УНйЛ

\транспортГ

小而二N3川丿 (тальные \ юкололднные \ установнш

\транспортГ

小而二N3川丿 (тальные \ юкололднные \ установнш

Пилотарде^ые межпланетные ——КА

Пилотарде^ые межпланетные ——КА

гГеокос\ (ми^ескиа

7叩丿

гГеокос\ (ми^ескиа

7叩丿

Геолу^ ный фрак-

Геолу^ ный фрак-

Орбитальный . госпиталь

Орбитальный . госпиталь

Резервный центр (с повышенной, гра-

Резервный центр (с повышенной, гра-

Туристский центр

Туристский центр

Произдодстбо космических консЕрдхидк

Произдодстбо космических консЕрдхидк

Производство специальной, поодукции.

Производство специальной, поодукции.

Зкзи 门 онньк установки

Зкзи 门 онньк установки

Комп-лекс&。030

Комп-лекс&。030

/Аэрокос\ \ми yecKutv (фрак-丿 \.тер /

/Аэрокос\ \ми yecKutv (фрак-丿 \.тер /

Астро-полис

Астро-полис

Шаттл

Шаттл

Рнс. 10. Структурная схема использования аэрокосмического фрахтера

тия не приобретут способность сами себя репродуцировать (см. стр. 180).

Таким образом Астрополис будет обеспечивать растущие на* земные и внеземные потребности. Будучи только обрабатыв'аю- щим комплексом, Астрополис подобен высокоразвитому индуст* риальному .предприятию, лишенному своих собственных источников сырья. Вот здесь и потребуются услуги аэрокосмического фрахтера: юн будет удерживать затраты на импорт сырья и полуфабрикатов на приемлемом уровне и обеспечит экономическую целесообразность продукции Астрополиса. Для перевозки персонала и специальных дорогостоящих материалов, производимых в небольших количествах, целесообразно вместо АКФ использовать меньшую .по размерам многоразовую аэрокосмическую транспортную систему типа МТКС «Шаттл».

Следует добавить, что ориентированная на космос продукция Астрополиса должна транспортироваться к весьма удаленным от него потребителям. Функционирование лунных индустриальных предприятий также требует минимального снабжения с Земли (например, водородом, азотом и некоторыми химическими реактивами) .Обе эти транспортные потребности могут удовлетворяться большим аэрокосмическим грузовым кораблем при транспортных расходах на линиях 《Земля ——околоземная орбита» между 90 долл, на 1 кг и (в конечном счете) 45 долл, на 1 кг. При таких величинах затрат транспортные операции должны быть экономически эффективными. Схема взаимосвязей АКФ с различными космическими объектами показана на рис. 10.

УЗЛОВЫЕ МОМЕНТЫ

Схема на рис. 11 представляет качественное обозрение перспектив индустриализации в геолунном пространстве; эта программа названа автором 《Прометей》. Основ；ные достижения показаны на схеме в функции времени. Более детальное описание с учетом затрат дано в 'конце гл. 4. Для большей ясности на рис. 11 космические предприятия показаны выше оси временя, а транспорт* ные системы —— ниже нее.

Как известно, в шестидесятые годы доминирующей целью космонавтики США были пилотируемые полеты к Луне с посадкой на ее поверхности. Теперь Луна снова оказывается, на весьма длительный период, в фокусе программы 《Прометей》，рассчитанной, в первую очередь, на индустриализацию Луны, которая должна увенчаться индустриализацией всего геолунного простран- CTiBa. Можно назвать три ключевые ступени, которые нужно преодолеть для начального приближения к этой цели： 1) осветительные и энергетические космические системы； 2) космическая станция для обеспечения функционирования названных систем так же„ как и для использования в интересах наземных систем и космического пространства. Для ее развертывания можно сразу же использовать МТКС «Шаттл» и малые орбитальные станции (ти*

Рис. 11. График реализованных н перспективных программ индустриализации в геолунном пространстве по десятилетиям (над осью — космические предприятия и системы; под осью — транспортные системы)4

/—«Аполлон»; 2—прикладные спутники； 3—космическое производство на орбитальной станции; 4—энергия и свет： 5—индустриализация Луиы； ^—Астрополис; 7—«Шаттл»； 3—развитие «Шаттла» ； Р—ядерно-электроракетиая ступень; 10—аэрокосмический фр актер; 11——СЭС

па 《Спейслзб》)；3) высокий приоритет п ос лешаттлозских транспортных систем, обладающих возможностью доставки в -одном блоке более тяжелых полезных нагрузок, чем позволит лолное использование многократности .существующей МТКС《Шаттл». Наиболее подходящим типом таких систем выведения следует считать ранее описанный аэрокосмический грузовой корабль. Его создание будет следующим ключевым шагом в развитии кос- 'монавтики.

В следующем разделе приведен морфологический обзор общеродовых программ, который нацелен на определение подходящих моментов -времени для экзоиндустриализации. Чтобы получить максимум преимуществ от своевременного осуществления этих программ, необходимо: обеспечить все необходимые ресурсы и организацию так, чтобы добиться максимального удовлетворения спроса на продукцию экзоиндустрии； тщательно выбрать главнейшие области производства путем сИ'Стемной оценки по схеме «капиталовложения——риск» с учетом спроса; как можно ранее запланировать переход от индустриальных исследований и развития под эгидой НАСА к руководимым Правительством США разработкам.

При этом нужна развитая стратегия, позволяющая преодолеть промежуточные периоды в развитии производительности (когда рост резко замедляется), а также обеспечивающая приемлемый уровень роста и возврата капиталовложений.

4ГЛАВА4ГЛАВАПРОГРАММЫПРОГРАММЫ

4

ГЛАВА

4

ГЛАВА

ПРОГРАММЫ

ПРОГРАММЫ

ОБЗОР ОБЩЕРОДОВЫХ ПРОГРАММ

В гл. 1 экзоиндустриальная шкала ценностей связывалась с ха- раетерист(и1кам,и общ^родовых программ как реализация данных возможностей в плане объема ее собственной продукции, а также вкладов в развитие объема производства или качеств наземных производительных сил.

В табл. 3 показаны располагаемые возможности космической комплексной системы в пространстве Земля ——Луна в части воз* действия на самые важные области жизни на поверхности Земли. В левом столбце показаны наиболее подходящие орбиты или районы космоса для реализации каждой из (рассматриваемых возможностей.

' Исходя из этой таблицы, можно сформулировать следующие общеродовые программы.

Сенсорная информация.

Ориентированные на Землю телеоперации.

Производство на околоземной орбите.

Космическое освещение..

Космические энергосистемы.

Индустриализация Луны.

В с.вяз,и 'С этими производительными общеродовым-и 叮ропрам- мами необходимо〔реализовать ряд обеотечивающих общеродовых программ. Наиболее важными из них являются:

Транспортно-космические системы.

Устройства для жизни в космосе (космические лаборатории типа «Спейслэб», орбитальные станции и большие по размерам объекты).

Специальные орбитальные установки (системы стабилизации для собранных хранилищ, аккумуляторов и т. п.).

Кибернетические системы (обработка данных и дисплеи^ системы дистанционного контроля и телеуправления, роботы и т. п.).

Схема 《Сеть космической индустрии» (рис. 12) связывает основные обеспечивающие -системы (исключая -кибернетические) с производительными общеродовыми программами. Космическая станция ——это необходимая установка в составе устройств, соз-

uuuia

• Оценка урожай пости,контроль j

Энергия

ме口？

ко

КильтуА

•Другие о5еспечи,8аюш,ие системы

'з〃 сохранностью урпнтя

• На5людение за океаном

• лесоводство“

• Охрана запасов пресной.及施/

步

■ ,,〃/辽〃7*77"〃„

метор5ита.льнь1и^ тра.нспортный I (1т7пара.!п(МТ^) '

•., Шагггпл " I и. СЭС

Уровень

транспорт- 成 текни-г

лагия

„шаттл

8

2 СЭС

Косми^

веская

Наука

индуст

рия

Техно

логия

* Космическая X станция X

^^Космическаястанция

-^Орбитальныйсборочныйкомпленс

—^Другие о5ес-"6"〃匆喫〃e/системы / >

无，匆勿勿"" 〃 рой СЭС

*ТТК

г*тгл

-*АК車

Удаление

ядерных отхо-дов с Земли,

Ресурсь

и планиро-

■。渺

ПроизводистЬенная mex-iика 〃 техно-

.*, , Cneic 加勿^"

* ТТК

* А стропопйс —-~* * 4&力

* ПриклаЭные WM акосмическая станция

• Ни5лн]дени.е за климатом

• Прогноз погоды

• Контроль за ' состоянием и охрана ок- руи^анлцеИ среды

• Лунная индустрия

—* ^эрок о ом и. чесани фритер ；

(А К 中),■

-К- Долунный ядерный. фрактер ‘ 0?方两

—Ас трон

^Космическая zzндустриальная станция 〃《 круго&ой окололунной, орбите

X 0беспечи6а.Ю1Ц1£е 〃 произЗоЗ- ственные системы 〃& подери Носта Луны

Рис. 12. Схема космической индустрии и обеспечивающих ее систем

Области деятельности на Земле, на которые бказывает влияние деятельность в кбемосё

Район космоса

Работа в космосе

Области деятельности на Земле

область

вид работы

II

If

о S

Лунный

КОСМОС

Производство материалов

Извлечение сырья

+

+

+

Широкомасштабное производство

+

+

+

+

ГСО

Сенсорная информация

Передача информации

+

1 +

+

Составление метеопрогнозов

+

+

十

+

Контроль за поверхностью Земли

+

+

+

+

+

Телеоперации ла Зсм^е

+

Контроль

Контроль за ретрансляцией энергии

+

+

+

Энергия— свет

Генерация энергии

+

+

+

Солетта—экология

11^

1

1

1

[

[11111\

Орбиты на 6 и 12 ч

Энергия— свет

Ночное освещение (Лунетта)

+

+

1

+ 1

Орбиты на 4 и 8 ч

Энергия— свет

Увеличение продуктивности фотосинтеза

+

+

030

"о W1000 км

Сенсорная информация

Составление метеопрогнозов

+

+

+

+

+

+

Контроль за поверхностью

Земли

+

+

+

+

+

+

Контроль за солнечной активностью

+

+

+

Контроль информации

+

Материальные продукть

Производство биопродуктов

+

+

+

Производство неорганических материалов

+

+

+

+

Знания

В области биологии

+

+

+

В области климата

+

+

+

В области медицины

+

В области астрономии и геофизики

2"7 M..

4-

+

ГСО； 7—блочныйГСО； 7—блочныйкомплекскомплекс

ГСО； 7—блочный

ГСО； 7—блочный

комплекс

комплекс

Рнс. 13. Схема расположения Л обеспечивающих систем кос-缉 мической индустрии： 風

/—МТКК типа «Спейс Шаттл» (полезная нагрузка 25—35 т) нли ТТК (полезная нагрузка 150—200 т)； 2— связка СЭС; З—космическнй букснр： 4—увеличенная СЭС илн ЯЭС с ТТК; 5—блочный комплекс (рой) на ГСО; 6— космическая станция на

на 030； 8—космическая станция на 030： 9—буксир (4-я ступень)； /0—букснр (3-я ступень)； //—АКФ (на 030) (полезная нагрузка до 1000 т; см. рис. 9, а)

даваемых в

ходе

реализации любой из общеродовых программ, i

медали — с акцентом на анализ транспортных 1

-альтернатив — представлена на схеме обеспечив ающих систем 4

Хрис. 13).1

Шругая сторона

КРИТЕРИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОГРАММ

Качественные критерии для оценки перспективных космических-Я программ определяются, прежде всего, выбором тех трех альтер- Я нативных принципиальных решений, которые сформулированы в 事 гл- L Первое решение — основной упор на широкомасштабные 項 исследования ——должно оцениваться его научной эффективностью 團 丑 значением для национального престижа на международной аре- ■ не* Программа, преследующая цели экзоиндустриализации, долж- Я пн оцениваться, по нашему мнению, в первую очередь, экологиче- Я скими, социально-экономическими и производственными критерия- ми, намеченными в начале гл. 1.fl

В смысле технологического прогресса любая из названных 9 альтернатив может оказаться весьма эффективной — в зависимо- ■

будет признана велика. В любомбудет признана велика. В любом£тн от включаемых в нее частных программ. Однако вероятность Того, что чисто исследовательская программа целесообразной на 10——20 лет вперед, не очень

будет признана велика. В любом

будет признана велика. В любом

случае такая исследовательская программа не способна вызвать значительное технологическое продвижение на широком фронте. # Таким образом, программа индустриализации космоса будет, оче- 1 видно, более эффективной.Я

Переходя к следующему, более детальному уровню, необходимо | прежде всего подразделить общеродовые программы (например, .1 программу энергетических космических систем) на частные кон- ! кретные прорраммь匸 искусственных спутников Земли — ретранс-, ляторов энергии, солнечных и ядерных силовых станций на около- ? земных орбитах — генерирующих энергию для Земли, и т. 'п. Та- кне частные программы внутри общеродовых космических программ для краткости можно именовать субродовыми.

Родовые программы представляются в значительной мере менее взаимоисключающими, чем субродовые. С другой стороны, решимость неуклонно идти вперед в реализации какой-либо из программ космической энергетики не может тормозить программу сенсорной информации. А ее вклад в направлении развития программы космического освещения, где нет реальных альтернатив Лунетте как первоначальной подпрограмме, зависит от принятия конкретных решений. Если (исходя из крайнего случая) будет выбран ИСЗ-ретранслятор энергии (энергогенерирующие устройства в этом случае остаются на поверхности Земли) или же ядср- иая энергогенерирующая силовая станция, то у энергетической программы окажется мало общего с Лунеттой (не будет 'подобных элементов, полезных для реализации Лунетты) и развитие будет вынужденно-параллельным, без концентрации усилий в одном направлении.

В случае недостаточных фондов придется, быть может, сделать взаимоисключающий внбор. Для его обоснования, однако, потребуется выполнить комплексную оценку по множеству критериев эффективности.

Существенно, что те же самые критерии применимы для оценки и выбора су б родового уровня внутри рассматриваемых общеродовых программ (например: для выбора между силовой станцией, генерирующей энергию в космосе, и спутником-ретранслятором энергии; для выбора типа генератора энергии). На этом уровне решений значительно более вероятны взаимоисключающие варианты, поскольку здесь уже начинают доминировать технологические аспекты. Поэтому область критериев на субродовом уровне должна быть более узкой, а детализация — более глубокой, чем на родовом уровне. Тем не менее, должны рассматриваться и взаимопроникающие, взаимодействующие формы критериев для родового и субродового уровней. Ниже приведены формы критериев для обоих уровней. Они послужат основой в установлении систематических различий между альтернативными вариантами программы экзоиндустриализации. В табл. 4 сокращение Ор и Ср обозначает общеродозой (родовой) и субродовой уровни соответ- •ственно. Эти сокращения используются и далее.

Критерии Юр, 1Ср, 2Ор, ЗОр, 4Ор, 1 Юр и 2Ср определяют оценку важности продукции с точки зрения самоокупаемости, производительности, уровня жизни или комбинации всех этих факторов; при этом учитываются преимущества и недостатки.

Совокупность названных кпитериев, дополненная 5Ор, 6Ор и £Ср, определяет, в чем состоят особые вклады — по качествам и объему, а также есть ли важные некосмические альтернативы или конкурирующие выборы, как в настоящее время, так и в обозримом будущем.

Критерии 7Ор, 8Ор, 9Ор, ЮОр, ЗСр, 4Ср определяют уровень мастерства в используемых технологиях, уровень технологического риска и, насколько это возможно, уровень >риска сбыта (допустимый риск пересекается с 6Ор).

Вопросы, решаемые на общеродовсм и субродовом уровнвх

№№ Ор

№№ Ср

Решаемые вопросы

На обще- родовом уровне

На субродовом уровне

1

Общая цель

+

—

]

Цель

——

+

2

Какой продукт доставляется на Землю •

+

—

3

Какие задачи (часто отождествляется с субро- довым уровнем)

+

—

4

2

Принципиальные вклады (что именно)

+

+

5

Уровень вкладов (какие значения)

+

——

6

Уникальность вкладов (и основные конкуренты)

——

7

Фактор времени (когда становится доступным)

+

—

8

Какие основные устройства потребны

—

9

3

Какие включены основные функциональные элементы

+

10

Какие включаются основные типы техники

+

—

4

Какие потребны обеспечивающие системы

—

+

11

Спектр влияний (как полезных, так и вредных): технических, экономических, экологических, социальных, научных и др.

一十

—

5

Основные технологические области

、一

+

6

Характеристики системы

一

+

7

Ключевой график для выбора временного окна, составленный из общеродовых критериев

——

+

12

8

Затраты на НИОКР и строительство для первого коммерческого образца

+

+

Примечание. Знак + означает, что вопрос решается иа данном уровне* знак —, “то вопрос на данном уровне не решается.'

Критерии 70р, 120р, 6 и 7 и 8Ср позволяют предварительно оценить условия финансирования. 70P и 120р показывают природные и временные константы расходов. 7Ср при достаточно глубоком анализе может показать, какие шаги следует предпринять, чтобы достичь промежуточного равновесия при меньших потребностях в капиталах и достаточных прибылях.

Критерии ЗСр и 6Ср обеспечивают предварительное определение жизненного цикла и эксплуатационных затрат. Результирующая оценка затрат жизненного цикла вместе с оценкой начальной стоимости, содержащейся в 120р (как часть денег, затраченных на создание системы, из чего могут быть выведены последующие текущие производственные расходы), позволяет определить экономическую жизнеспособность системы.

Соотношение между достигаемыми преимуществами в резуль тате реализации той ли иной программы и риском, связанным с ее выполнением, а также с воздействием на окружающую среду, представляет 'сабой весьма важный вопрос. Экзоивдустр^гализа- ция, как правило, чаще снимает риск, чем вводит его. Однако затраты на ；реализацию космической программы очевидны, в то время как выгоды, получаемые при ее реализации, не так легко прослеживаются. Для этого подчас требуется тонкий и сложный анализ на профессиональном уровне. Тем важнее заранее проводить оценку каждой программы по параметрам, учитывающим соотношение степени риска и достигаемых преимуществ.

Риск или потенциальный риск—важная часть спектра влияний (110р). Отдельные экзоиндустриальные операции или продукты могут быть связаны с некоторым риском, например, микроволновая радиация, перенос в космос ядерных материалов, экологические вопросы, связанные с ночным освещением (хотя их, видимо, и нельзя классифицировать как риск). Должны быть исследованы все необходимые факторы, пока не будет достигнуто приемлемое согласие среди экспертов относительно определения терминов «отсутствие рыска》， «малый риск», ^пороговые условия риска». Влияние этих требований на затраты, время, технологию и экономику должно быть осознано до производства главных капиталовложений. 一

Особенно это относится к микроволновому силовому лучу: необходимы широкие исследования, чтобы обосновать его безопасность для наземной среды обитания.

Ниже описаны самые большие общеродовые программы (кос- кшческий свет, космическая энергетика, индустриал изация Луны) и ряд субродовых программ.

СЕНСОРНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Относительно данной родовой программы достаточно ограничиться следующими краткими замечаниями. Это совокупность развивающихся частных программ. Прикладные ИСЗ стали необходимой частью космической деятельности.

С приходом МТКС сСпейс Шаттл» становится экономически целесообразным развертывание на геостационарной орбите больших автоматизированных платформ, которые послужат базой для оазнообразных взаимодействующих друг с другом, перспективных ИСЗ —— информационных, для наблюдения за поверхностью Земли и т. п.

ОРБИТАЛЬНАЯ СТАНЦИЯ|

КАК ЭКЗОИНДУСТРИАЛЬНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ1

Важная сенсорная информация может доставляться не только 1 спутниковыми системами, но и обитаемой космической станине订 1 на околоземной орбите. Путем наблюдения и эвристического экс- | перимента экипаж орбитальной станции может обеспечить получе-] ние важных новых знаний. Поэтому орбитальная станция должна j рассматриваться как необходимый элемент общеродовой информа- | ннонной программы.

КрО'Ме того, орбитальная станция ——это .испытательное лред- приятае, хорошо приспособленное для оценки новых технологических процессов и оборудования — .как обеопечивающего, так и целевого (п(редназначаем-О|ГО для установки на борт различных специальных космических объектов). Космическая станция в бук-J Бальном 'Смысле 'представляет <соб-ой 1интегральный (компонент вто-Я рой ,и третьей общеродовой программы.й

В этом плане многообещающим началом является орбитальная! лаборатория (《Сие济слаб》)，из которой может вырасти свободноле* 1 тающая малая космическая -станция. Она будет состоять из цен* ] трального (стержневого) модуля, жилого модуля и набора спе- | циализироваиных модулей, каждый из которых рассчитан на j решение определенных конкретных задач (научных и технологи- । ческих экспериментов). Максимальные размеры такой мини- | станции могут составить: длина до 15 м, диаметр 4,5——5 и У (рис. 14).I

Основной модуль возьмет на себя энергоснабжение, управлс-] ние и контроль всех систем, в том числе газодинамическую сис- | тему стабилизации свободного полета станции. Этот модуль име-" ет несколько причальных люков — для присоединения жилого модуля, сменных специальных модулей и, возможно, орбитально-- го самолета (используемого так же, как -спасательный аппарат). Жилой модуль включает необходимые для экипажа системы жизнеобеспечения. Центральный и жилой модули могут быть выполнены стандартными в целях ，их массового производства 必 тран- спортИ|ровки на орбиту с помощью МТКС 《Спейс Шаттл».

Имея в виду, что в рамках одной и той же космической программы возможно использование в космосе различных обитаемых устройств, конкурирующих в области капиталовложений, следует оценить следующие привлекательные черты министанции: центральный и жилой блоки требуют относительно малых затрат-

Рис. 14. Орбитальная станция:

/—аккумуляторы кислорода н водорода; 2—двигательный блок системы стабилизации; 3— переходной воздушный шлюз; 4—специальнаи аппаратура： 5—энергогенератор и преобразователь； 6—причальное устройство

сравнительно с орбитальной станцией, сразу же рассчитанной на экипаж в 12 и более человек; можно построить несколько (например, три) министанций на орбитах с разными наклонениями: например, 30, 60 и около 95° ССО. Это требуется в целях проведения различных экспериментов (технологических, астрономических, биомедицинских, геофизических и др.), а также в целях выполнения испытаний различных конструкционных материалов; специальные модули могут создаваться и эксплуатироваться разными странами. Запускаться они могут как одноразовыми 'ракетными системами выведения этих стран, так и с помощью МТКС 《Шаттл》, которая во всех случаях обеспечит возвращение этих модулей -странам-хозяйкам для дальнейшей мо 口 иф 圆 капии и повторного использования спецмодулей; с помощью министанции может быть приобретен ценный опыт относительно рациональных конструктивных характеристик больших станций и их наиболее продуктивных функций. Особенно важно, что этот опыт становится доступным в наиболее ранние сроки; в принципе министанция обладает возможностью развития в большую станцию с экипажем около 12-ти человек.

Специальные модули могут быть многоцелевыми. Например, такой м-одуль может представлять собой научную лабораторию Для долговременных экспериментов; это может быть также боль* шой монитор для наблюдения за поверхностью Земли.

Одной из наиболее важных линий использования мини-станции будет проведение на ней испытаний космических энергосистем——.ис-

точников энергии, конструкционных материалов и конструктивных решений, методов шреобразования и ретрансляции энергии. Такна : министанции на первом этапе развития могут монтироваться, главным образом, на ССО, где могут быть достаточно корректно， смоделированы и изучены все термодинамические воздействия, которым орбитальные станции будут подвергаться на ГСО.

Помимо станций с модульным развитием может появиться и : крупноблочная космическая станция многоцелевого назначения,； способная вместить 25——50 человек. Представляется экономически - более эффективным создавать не одну станцию средних размеров,； 且 несколько -гтанций разных размеров ——чтобы на больших стан-； ниях не менять слишком многое при изменении программы ис-. следований.

Исследования на станции 《Сиейслзб》так же, как и на других । орбитальных станциях, предусматривают как чисто технический, так я фундаментальный выход (в тех областях, где пролрамма фундаментальных исследований хорошо проработана, а постановка задач глубоко осознана). Поэтому любые решения по ко*сми- ческой станции должны быть более эффективными, чем те, что принимались по предыдущим программам пилотируемых поле- .тов.

Запуски станций «Спейслэб» обещают также высокую эконо-； мическую эффективность в связи со снижением транспортных ' затрат благодаря применению МТКС «Шаттл». Однако у .космической .станции вообще нет соперников, способных обеспечить J достаточно комфортные и стабильные условия на борту и эффек- fl тивьюсть функционирования при всегда меняющемся широком Я спектре космических экспериментов и линий применения.w

Таким образом, использование станции сСпейслэб^ для широ- 1 ко варьируемых предварительных работ и параллельное развитие 1 модульной космической станции для ограниченного круга специ- I альных работ — именно это представляется тем правильным курсом, который приведет к достижению двух важных целей экзоин-: дуетриализации: ограничению начальных капиталовложений и гарантии ранней окупаемости. Впоследствии космическая станция может быть расширена или же, при стандартизации ее элемен-: тов с целью снижения общих затрат, могут монтироваться на орбитах дополнительные космические станции. Этот рост может быть обусловлен увеличением спроса и соответствующим повышением объема выпускаемой продукции, введением в производство новых видов продукции или же появлением новых линий обслуживания, обеспечиваемых с борта станции. В конце концов, наиболее рентабельной может оказаться комплексация всевозмож-； ных видов деятельности в космосе на борту большого индустри-； алы-юго предприятия (описанного ниже в разделе «Астрополис»). Такое предприятие способно окупить широкомасштабные операции.；

В свое время делались неоднократные попытки соотнести расходы и выгоды, ожидаемые от программы орбитальной станции. 54

Логично -считать кандидатами на роль источника квантуемых доходов возрастание наземной производительности (хотя бы за счет охраны воды от загрязнения), снижение -потерь урожая (за счет повышения точности прогнозов погоды), улучшение .качества и появление новых видов продукции для Земли, а позже ——и для космических объектов (поселений). Сюда же отно'Сятся новые технологические процессы и улучшение коммуникаций. Хотя и имеют место довольно широкие разногласия в оценке .величин доходов, но все исследования свидетельствуют, что доходы во много раз превысят затраты на реализацию программ. Дополнительно к этим количественным соотношениям следует учитывать，и принципиальные качественные, а также новые потенциальные преимущества, получаемые от климатических, биологических и медицинских исследований в условиях изменчивой гравитационной обстановки.

Самые последние исследования ф1Ирмы Дженерал Электрик (космического отделения) выявили более ста процессов, которые могут эффективна 'выполняться в космосе и обеспечивать обработку материалов с повышенным спросом. Уже программа использования МТКС «Спейс Шаттл» предусматривает широкое развертывание .космического производства уникальных материалов.

Как показывает детальный анализ, уже сегодня существует спрос на продукцию, производство которой может быть рентабельным на борту космической станции:

специфические медикаменты (иммуноглобулины, особые вакцины и т. п.);

сперма домашних животных для выведения пород с заданными свойствами;

выпрямители постоянного тока и другие кристаллы с заданной структурой и свойствами;

элементы топливных систем из карбида вольфрама;

лопатки турбин из -спецсплавов и композиционных материалов для авиадвигателей;

акустические волноводные устройства;

рентгеновские антикатоды;

специальные -стекла для научных инструментов и технологических оптических систем;

различные устройства и элементы памяти для электронных вычислительных систем;

усовершенствованные малогабаритные электродвигатели;

И) полые сферы для высокоточных шарикоподшипников повышенной надежности и износоустойчивости;

конструкционные пенометаллы и специальные сплавы для точных приборов.

Производство в космосе вакцин (пункт 1) может привести к созданию значительных различий между существующими вакци- нами низкой эффективности и новыми вакцинами, которые будут чрезвычайно эффективными, особенна в тех случаях, когда необ-

ходимн контролируемые исследования по инфекционным заболеваниям.

Космическая станция представляет великолепные возможности в управлении многоцелевыми географическими и топогеодезиче- скими съемками, а также удобство координации и определения приоритетности наблюдения в интересах геологии, сельского хозяйства, океанолраф'Ии и гидрологии, и, наконец, метеорологии. Она обеспечивает проведение узкомасштабмых модельных экспериментов по атмосферным, климатическим и экологическим про

цессам, выполнение которых возможно только в космосе, где

к типу и мас-к типу и мас-гравитационные условия могут быть адаптированы штабам эксперимента.

к типу и мас-

к типу и мас-

В области медицины процессы в космосе обеспечивают производство высокочистых протеинов крови и других ее фракций, которые дают возможность ранней и уверенной диагностики таких заболеваний, как анемия и гемофилия. Сепарация и пространст

на раннее и точное распознавание определенных раковых опухо-：на раннее и точное распознавание определенных раковых опухо-：венное разделение изо-экзимов, используемых для создания специальных реакций на специфические расстройства, дает надежду

на раннее и точное распознавание определенных раковых опухо-：

на раннее и точное распознавание определенных раковых опухо-：

лей, диабетов, серповидно-клеточной анемии и других нарушений

з человеческом организме.

Таким образом, биологические и медицинские исследования, полностью обеспечиваемые условиями на космической станции,

приведут к созданию и массовому выпуску новых или улучшенных сывороток крови, вакцин и других фа1рмацевтических продуктов, ■а также новых семян и искусственных оплодотворяющих жидкостей.

Уже на основе исследования преимуществ, которые могут быть наверняка реализованы, очевидно, что обработка и другие операции на орбитальной станции могут быть весьма благоприятными 二ля увеличения производства пищи, решения проблем здравоохранения, снабжения топливом и энергией, а также для сохранения наземной среды обитания.

График предполагаемой экономической эффективности космической станции на околоземной орбите как экзоиндустриального предприятия (рис. 15) 'показывает развитие различных видов космических станций.

Верхняя половина графика показывает возможный рост ежегодной -стоимости производимых товаров и обеспечиваемых услуг между 1984 и 199.2 гг. (в ценах 1975 г.) для первых лят,и производственных линий и типов услуг, в некоторой степени допускающих в настоящее время квантование.

На средней части диаграммы три горизонтальных линии представляют: верхняя линия — операции с применением станции «Све玄слзб》и МТКС «Шаттл», продленных для совмещения -с такими объектами, как министанция в варианте 'испытательной установки, а также с другими -направлениями упомянутыми ранее. Центральная линия относится к модульной 1космической станции с экипажем 12——24 человека; в конце 80-х годов на третьем экземп-

Млрд. Зопп

332277GG6

3

3

2

2

7

7

G

G

4

2

О

2

一瓜吨而他仅KURMtiqecKg飞蒂五血на(12-50чвт\一瓜吨而他仅KURMtiqecKg飞蒂五血на(12-50чвт\АсптрдпдлиЬАсптрдпдлиЬРяс. 15. Графики пре дпол аг аемой экономической эффективности космической станции на око” лоземной орбите как экзоиндустриального предприятия:

一瓜吨而他仅KURMtiqecKg飞蒂五血на(12-50чвт\

一瓜吨而他仅KURMtiqecKg飞蒂五血на(12-50чвт\

АсптрдпдлиЬ

АсптрдпдлиЬ

а—доходы [(/)—от контроля загрязнений; (2)—от контроля океанов; (3)—от производства биоматериалов (лучших вакцин; спермы животных, новых вакцин и т. п.); (4)—от производства для Земли элементов памяти ЭВМ, кристаллических выпрямителей, элементов из карбидов вольфрама, лопаток газовых турбин и т. п.; (5)—от производства специальных материалов (пенометаллы и т. п.) и конструкций для космоса]； б—доходы ( + ) и капиталовложения (—)по годам на космические станции (6), Астрополис—1000 человек (7), Шаттл— АКФ (5)

ляре этой станции может работать интернациональный экипаж, при этом его общая численность может быть увеличена до 50 человек. Модульная станция может взаимодействовать с МТ КС 《Шаттл》，а для доставки крупных грузов будет (Использоваться описанный ранее тяжелый корабль. Наконец, третья пиния ——зависимость от времени процесса создания Аст1рополиса (если аэрокосмический фрахтер может поступить в эксплуатацию в конце 80-х 1или в начале 90-х годов). Как будет показано, создание аэрокосмического фрахтера в значительной мере диктуется потребностями общеродовых программ, в основном, космических осветительных и энергетических систем.

Нижняя часть диаграммы показывает соотношение капиталовложений и прибылей, получаемых путем создания потребительской стоимости. Очевидно, что кривые, отображающие создание ценностей (в верхней половине графика), обещают окупаемость капиталовлож1ешш, сделанных в 80-е годы, в период между 1989 и 1991 годами. Вложения ,в Астрополис дадут прибыли несколько позднее.

Имеет -смысл до создания Астрополиса смонтировать на ГСО много меньшую по размерам космическую станцию для использо-

иания ее с целью телеуправления (и дистанционного 'контроля за функционированием наземных систем. Будет использоваться телеуправление и в обратном направлении, например, при сборке - на околоземной орбите сооружений модульной конструкции. |

ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЕ НАЗЕМНЫМИ|

СИСТЕМАМИ ИЗ КОСМОСА

Ядерная и космическая техника существенно расширили человеческие возможности по познавательным способностям, восприятию и управлению машинами на расстоянии. Достигнуто значительное развитие в области эргономики (человеко-машинных систем), ‘ командных и контролирующих коммуникаций,, хранения сенсорной м цифровой информаций, а также в области создания манипуля- ■ горов и оконечных эффекторов, управления с помощью цифровых 弟 и аналоговых вычислительных машин и управления самими этими : машинами, телеуправления разнообразным оборудованием, теле- ? оперирования и других форм дистанционного управления. Анало-； гичные успехи достигнуты в области автоматизации и роботизации, | а также в технологии электронного оборудования и кибернетика- j ских систем.[

Становятся все более «умными» и широкоулравляемыми зонды для исследования глубокого космоса. Так, советская космическая программа предусматривает развитие дистанционно управляемых продвижных станций-зондов для исследования поверхно-: сти Луны .《Викинг» представляет собой большой шаг вперед в ' развитии систем, дистанционно управляемых на межпланетных расстояниях . Уже заложены теоретические основы для разви- ■ тия мобильного исследовательского аппарата типа 《Викинг》.

Как уже подчеркивалось, экономичность экзоиндустриальных операций зависит от того, будет ли минимизировано количество людей, принимающих в них участие непосредственно в космосе,《 2 также от того, в какой мере будет осуществляться комплексное ] использование телеуправляемых устройств и роботов при обслу-) живании больших конструкций и структур в космосе, при полетах ‘ транспортных 'систем, при функционировании 《горной промышленности» на Луне (например, при создании богатых руд металлов путем ядерных додземных взрывов) и т. п.

Аналогичные соображения применимы и к Земле. Работа в 扌 глубоких шахтах связана с серьезными трудностями и здесь при-] менение дистанционного управления и создание искусственной : среды обитания весьма целесообразны, а телеуправляемое горное дело — абсолютно реальная вещь. Те же проблемы актуальны для подводных операций. И вообще, везде, где индустриальные операции выполняются в условиях окружающей рреды или при

функциональных требованиях, несовместимых с человеческой природой.

Основываясь на сказанном, можно заключить, что телеопера- ции класса «космос ——Земля» представляют собой интересное и многообещающее новое начинание в плане индустриальной утилизации космоса. В этом отношении наиболее благоприятна геостационарная орбита, которая обеспечивает управление и контроль практически в реальном масштабе времени, позволяя вести непрерывное наблюдение в оптическом, инфракрасном и микроволновом диапазонах, а также постоянную командную связь с Землей.

Основная цель здесь состоит в увеличении -производительности наземных систем и снижении общих затрат. Соответствующие линии применения можно сгруппировать следующим образом.

Управление удаленными и неблагоприятно размещенными индустриальными предприятиями при минимуме потребностей в рабочей силе на месте, что существенно снизит затраты на снабжение, жилищное строительство и эксплуатацию жилых строений. При этом аварийные и ремонтные команды будут рассматриваться только как временные. Примерами таких ©н’стем и процессов могут служить большие парки ядерных устройств, а также вскрышные годные работы, выполняемые для организации добычи угля или металлических руд в неблагоприятных для людей районах.

Эксплуатация весьма протяженных установок: больших солнечных силовых станций, длинных трубопроводов и т. п. В подобных случаях наземное наблюдение (визуальный осмотр и пр.) слишком накладно. Локальные повреждения или попытки диверсий трудно контролировать. Управляющая установка на геостационарной орбите, когда она выполняет подобные охранные функции, просматривает до 2500 км2 солнечных установок или более 3000 км трубопровода.

Представляется возможным производить сельскохозяйственные работы (вспашка, посев, химическая обработка, в основном, пестицидами, сбор урожая и транспортировка его на приемные пункты) путем дистанционного управления со станции на ГСО. Это особенно благоприятно для областей, непривлекательных с точки зрения поселения из-за удаленности или плохого климата — такие области можно полностью《пустить под плуг».

Дальнейшее изучение может обнаружить и другие области приложения телеопераций из космоса на земной поверхности.

АСТРОПОЛИС (ГОРОД В КОСМОСЕ)

В период между 1984—1988 гг., признанные рынки для продукции космических индустриальных предприятий могут быть полностью освоены и разовьются новые рынки. К концу 80-х годов этот чрезвычайно разросшийся рынок должен стать полностью определен- нь【м и способным к квантованию (делению на частные области)

Рис. 16. Схема Астрополиса:

7—жилая секция; 2—динариум; <?—помещение для пришельцев с других объектов； 2—экзопонные установки; 5— установка для переработки сточных вод; 6—гидропонные фермы; 7—животноводческие фермы； верньерные устройства； 9—органы управления вращением; 2 ■?—производственная секция ——индустриальная установка; //— невращающийся док, устройство; /2—— причальное устройство для людей н легких грузов； 2<3—причальное устройство для индустриальных грузов; 14— выход к ядерной энергостанции

на десятилетие вперед после 1990 г. и далее. Если это произойдет { на самом деле, будет оправдано установление определенного за- V конодательства для широкомасштабной индустриализации около-；： земного пространства, что приведет к научной работе и жизни в ； космосе ——иначе говоря, к созданию города в космосе, именуемого ! Астрополисом.!

Вероятно, для Астрополиса наиболее приемлема модульная : архитектура, поскольку это дает большие практические преимуще-； ства в смысле безопасности, эксплуатации и общих затрат ——как это имело место для всех орбитальных станций разных размерных уровней. Для больших станций модули будут большими по размерам и по необходимости более тяжелыми. Следовательно, для 工 них потребуются большие системы выведения такие, как АКФ,； обладающий полезной нагрузкой порядка 1000 т. Это необходимо I для обеспечения экономической эффективности такого урбанизи-；； рованного космического предприятия, каким будет Астрополис. |

На схеме (рис. 16) показан Астрополис, сконструированный по 1： модульному принципу. Показанная здесь конкретная конфигура-1 ция включает четыре «крыла», присоединенных крестообразно к" центральному стволу, служащему одновременно осью вращения.

Нет смысла открывать дискуссию по поводу целесообразности именно такой конструкции. Также нет причин впадать в детальное описание таких характеристик Астрополиса, как безопасность, контроль движения и метод смены модулей без прекращения вращения всей конструкции. Достаточно сказать, что после десятилетних испытаний модульной орбитальной станции и при транспортных возможностях АКФ строительство Астрополиса не будет более казаться совершенно устрашающим, как это может представляться сейчас. Сравнительно небольшой Астрополис (на 1000 че- i ловек), с учетом всех его материальных потребностей (включая :

замкнутую экологическую систему), индустриального оборудования и запаса расходных материалов, будет весить около 4 Мт. Сюда входит и ядерная силовая станция на 5——7 МВт. Астрополис для 2000 обитателей имеет массу около 6000 т, включая энергостанцию на 10——15 МВт. Для населения в 10 000 человек потребуется Астро- лолис массой в 15 000 т и мощностью энергосистемы в 60——80 МВт.

Таким образом, если исходить из транспортных возможностей АК①，способного доставлять за один рейс на околоземную орбиту до 1000 т полезной нагрузки, транспортная проблема для Астро- полиса не является слишком острой. Даже модифицированный «Щаттл» с доставляемой на околоземную орбиту полезной нагрузкой в 200 т может обеспечить снабжение материалами населения в 10 000 человек за 80 полетов или в течение периода около двух лет. Размещение на околоземной орбите (высотой 500——520 км), с точки зрения транспортных потребностей и соответствующих затрат является весьма выгодным.

Исходя из того, что конструкция составляет основную часть общей массы, при средней стошлости поставки конструктивных элементов в 300 000 долл, за 1 т, транспортные затраты в целом достигнут 44 000——66 000 долл, на тонну (в ценах 1975 г.). Таким образом, транспортные расходы не будут определяющим фактором в этом предприятии. При суммарной стоимости в 366 000 долл, на топну плюс 20% накладных расходов общая начальная стоимость Астрополиса составит 2,6 млрд. долл, при населении космического города 2000 человек и 6,6 млрд. долл, из расчета на 10 000 человек.

Астрополис — это образец первого шага в направлении урбанизации космических сооружений, который выходит далеко за рамки космической базы или станции. Это действующее лицо эры, когда космический туризм, производство, основанное на лунных металлах, и профессиональные карьеры, сделанные в космосе, станут обыденным, даже рутинным делом, как сегодня сгано'вятся Для нас обыденностью путешествия по земным океанам, межконтинентальные полеты, жизнь или работа в самых «глухих» районах на Земле.

АНДРОСЕЛЛ (ИСКУССТВЕННЫЙ ПЛАНЕТОИД)

После полного развития лунного индустриального комплекса, включающего поверхностную индустриальную зону с высокой интенсивностью производства и окололунный промышленный комплекс на орбите (для производства из лунного сырья в условиях нулевой гравитации), станет практически возможным построение еще больших систем, способных к такому уровню самообеспечения, который даст им полную автономию и позволит обрести свою собственную гелиоцентрическую орбиту. Это будет андросфера ячеистого строения или Андроселл.

Созданные человеком планетеллы (искусственные планетоиды). Использующие вместо гравитации центробежную инерцию, будут в смысле использования массы несоизмеримо более эффективными,

чем естественные небесные тела, сформированные из первичной звездной материи. Если у- природных небесных тел используется (или может использоваться) в основном только поверхностный : слой, а непропорционально большая масса внутренних объемов потребна только для создания гравитации, то в планетелле можно использовать всю внутреннюю поверхность сферы и весь ее свободный внутренний объем.

Когда гравитация заменена вращением, 《полезная》(т. е. необходимая конструкционная) масса планетеллы может быть снижена почти до 1 % от той массы, которая потребна для создания равной силы тяжести гравитационным путем. Правда, полезная поверхность при этом также сокращается, а именно, до цилиндрической области, окружающей ось вращения (на заданном от нее расстоянии). В порядке компенсации за это ограничение становится доступным весь внутренний объем планетеллы, не занятый веществом (которое у естественных космических тел создает тяготение) .Точнее говоря, в созданном человеком искусственном планетоиде становятся доступными все «гравитационные» уровни, меньшие, чем предельный《внешний》уровень, а у оси вращения планетеллы «гравитациям, разумеется, равна нулю (иначе говоря, в области «ступицы» существует《нормальная》космическая невесо-: мость ——как на сегодняшней невращающейся орбитальной стан- ции). Если конструкция Андроселла будет модульной, можно легко ； помещать любые установки на любом заданном 《весовом》уровне : (а в пределе — ih перемещать их с уровня на уровень в случае надобности).;

Конфигурация Андроселла (впервые она была представлена на : суд научной общественности в 1971 г. на заседании А1АА в ； г. Хантсвилле, Алабама) представляет собой производное от Аст-: рополиса модульной конструкции, схема которого впервые была : опубликована еще в 1965 г. Вместо двух прямоугольных элементов крестообразной конфигурации, как было показано выше (см. рис. 16), вокруг осевого ствола можно смонтировать достаточно^ много подобных прямоугольных элементов. Такая конструкция способна вместить многотысячное население, если снабдить ее полностью само.О1б&спечи(вающейоя замкнутой экологической системой (рис. 17).

Как и в случае Астрополиса, такая конструкция выбрана с целью максимизировать продуктивное использование различных гравитационных уровней путем размещения на каждом из них наиболее подходящих именно для данной величины «ускорения тяжести» устройств и систем, включая выбор наиболее благо!пр|Иятного место-

Рис. 17. Схема Аидроселла：

/—зона жилых отсеков; 2—биосистемы； 3—зона с практически нулевой гравитацией; 4—зона малой гравитации

положения жилых помещений, индустриальных и экзопонных установок .

На рис. 17 во избежание загромождения показан только один «экологический ряд», включающий, как и на Астрополисе, экзопон- ные установки на различных гравитационных уровнях. На самом же деле в Андроселле будет множество экологических линий, симметрично размещенных относительно оси вращения. Индустриальные производственные установки могут размещаться где-нибудь между максимальным и нулевым гравитационными уровнями. Для жилых помещений можно выбрать местоположение соответственно вкусам и удобству их обитателей. В конце концов, иммигранты на Андроселл могут быть уроженцаМ'И Марса ；или Лунн, а не

только Земли. Низкая и нулевая гравитация могут также использоваться для организации отдыха и развлечений, а может бнть, и лечебных учреждений.

Андроселл по сути своей не будет нуждаться в каких-либо материальных связях с системой Земля——Луна и поэтому может обращаться вокруг нашего Солнца по независимым орбитам. Он будет включать гигантские фактории и производящие пишу фабрики, создаст свой собственный флот транспортных и пассажирских космических кораблей, организует свои сырьевые (горнорудные и др.) центры на других небесных телах.

Поскольку Андроселл сможет маневрировать, хотя и медленно, различие между космической станцией и космическим кораблем для него начнет терять смысл *.

Еще во вто：рой половине 60-х гг. автор «перешел в стан» ученых——сторонников использования космоса для освоения его человечеством. И сегодня автор все еще верен этим убеждениям. Но систематическое углубленное изучение концепции 《Внеземного императива» в те же .самые годы привело автора к установленрпо трех четких фаз в развитии этой концепции: исследование космоса, индустриализац.ия космоса 'И ——в перспективе ——-колонизация космоса. В те времена человечество, а вместе с ним и многие специалисты ка；к бы танцевали на вулкане приближающегося 1критичс- ского момента, чье значение можно счесть важнейшим за всю историю Человека; оно сопоставимо разве что с первым великим поворотным моментом в развитии жизни, когда древние жизненные формы добились огромного технологического прорыва ——к фотосинтезу, что было исполинским скачком ——от плапетогенной к эстрогенной биологической сообщности, путем переключения на вне- земной источник энергии *.

Размеры этого нового перелома сегодня становятся более определенными, хотя он и не может все еще считаться четко сфокусированным. Во всяком случае, важность для развития производительных сил человечества дополнительной внеземной среды обитания очевидна.

Важно подчеркнуть, что правильное развитие идеи космического императива заключается в опережении индустриализации космоса по сравнению с его массовой колонизацией (т. е. с созданием в космосе крупных поселений, население которых переселяется туда в основном не ради участия в создании и функционировании эк- зоиндустриальных предприятий). Дело в том, что само по себе переселение части человечества в космос неспособно радикально решить все те проблемы, перед которыми человечество окажется в будущем (и о которых мы подробно рассказали ранее). Для решения этих проблем нужно в первую очередь обеспечить дальнейшее развитие производительных сил ——при непременном условии всемерного сохранения естественных природных условий на Земле.

А такая задача по плечу только экзоиндустрии. Само переселение в космос вряд ли возможно без достаточного развития экзоиндустрии, которая должна будет создавать необходимые материальные условия для организации в космосе крупных поселений. И поскольку эти поселения физически не могут быть иждивенцами Землиу рни будут вынуждены развивать собственные производительные силы, т. е. экзоиндустрию. В этом и состоит диалектика освоения космоса человечеством.

з 2694

5ГЛАВА5ГЛАВАСВЕТ ИЗ КОСМОСАСВЕТ ИЗ КОСМОСА

5

ГЛАВА

5

ГЛАВА

СВЕТ ИЗ КОСМОСА

СВЕТ ИЗ КОСМОСА

На всем протяжении своей истории человек пользовался космическим светом: его двумя главными источниками всегда были прямой солнечный свет и отраженный свет Солнца. Среди прочих благодеяний дневного света важнейшую роль играет обеспечение производства ПИЩ1И. Лунный свет также всегда был важным фактором во множестве видов ночной деятельности человека. Однако вариации света ——как дневного, так и ночного ——были и остаются неподвластными человеку. Для компенсации этого и чтобы вообще видеть ночью, все более изощрявшееся человечество привлекало факелы, лампы (светильники) на жидком и газообразном топливе и, наконец, электросветильники.

Сегодня космическая техника подвела человека к порогу, за которым открывается возможность установки в космосе своих собственных рефлекторов для отражения солнечного света. Таким способом можно освещать районы, хотя и небольшие сравнительно со всем Земным шаром, но по обычным нормам ——огромные; при этом освещенность может произвольно изменяться от эквивалентной од- ной полной Луне до во много раз превосходящей интенсивность, солнечного освещения.

Сегодняшнее человечество испытывает потребность в освеще-, нли, превосходящую все, что было когда-либо раньше; в целях ос-- ^вещения мы потребляем столько энергии за один лишь год, сколь-； ко ее .использовано за весь предшествующи百 историчежий период/ И в обозримом будущем вряд ли можно ожидать снижения темпов роста потребности в освещении.

ОБЩЕРОДОВАЯ ПРОГРАММА ' «КОСМИЧЕСКИЙ СВЕТ»

Ниже мы приводим общеродовую программу «Космический свет》 с учетом принятых ранее принципиальных критериев оценки. Эту юбщеродовую программу можно подразделить на три субродовых программы, представляющих собой три ключевых линии: низкий уровень освещенности, для ночного освещения (Лунетта); высокая освещенность (до половины яркости, даваемой Солнцем), для сти-

муляции фотосинтеза (Солетта); и, наконец, очень высокий уровень освещенности (равный солнечной). В последнем случае в некоторой заданной области на поверхности Земли создаются условия, которые имели бы место на планете, обращающейся вокруг центрального светила с удвоенной яркостью (это можно трактовать и так: в данной планетной системе вместо одной звезды имеются две ——поэтому такая ситуация и названа «двухзвездной экологией») .Соответственно упомянутые субпрограммы можно обозначить как А, В и С.；

Рассматривая программу 3 (фотосинтезная Солетта), необходимо принять во внимание следующие обстоятельства.

Требуется длительное время, чтобы в большинстве развивающихся стран поднять на современный уровень их сельское хозяйство (что требует не только денег, но и энергии), т. е. образовать их фермеров, преодолеть глубоко укоренившиеся отсталые традиции и предрассудки, создать эффективную инфраструктуру (транспорт, хранилища, коммуникации, кредит и т. п.). Климат в этих странах способствует быстрому росту популяций насекомых и грызунов; таким образом, рост урожая дает толчок к размножению вредителей, которые и успевают уничтожить значительную долю урожая (подчас сводя на нет смысл его увеличения). Страны с умеренным и прохладным климатом, располагающие современны* ми методами ведения сельского хозяйства и достаточными запасами воды, способны обеспечить менее зараженный вредителями урожай и реагировать быстрее и эффективнее на увеличение продуктивности фотосинтеза.

В случае развития тенденции к ухудшению погодных условий в -важнейших сельскохозяйственных районах Земли, фотосинтезные Солетты приобрели бы жизненно важное значение для всех стран. Все современные методы увеличения производства пищи зависят от локальных условий. Так называемая «зеленая революция» в Индии быстро сошла на нет из-за одной лишь жесточайшей засухи в 1972 г. Солетта обладает возможностью перенацеливать свою радиационную энергию в данные годы именно в те регионы, где интегральные климатические условия обеспечивают максимальную эффективность. В одни годы это может быть та же Индия, а в другие— Канада и т. д.

Конечно, фотосинтезная Солетта ——это довольно экзотическое Решение. Но ничто не может помешать нам в исследовании ее эффективности и ее общих возможностей.

Общеродовая программа ^Космический свет»

Общая цель:

передавать солнечный свет к выбранной области на земной z поверхности (главным образом, с ночной стороны Земли).

2・ Продукт для Земли: отраженный солнечный свет.

Ключевые частные цели:

Освещение (Лунетта).

Увеличение продуктивности фотосинтеза (фото—Солетта).

Двухзвездная экология в выбранной области земной поверхности площадью от 100 000 до 150 000 км2 (Солетта — экология).《

Принципиальные вклады:；

А. Сохранение пищи (урожая)иэнергии, торговля:

.В. Производство пищи

С. Энергетика, химия, топливо;искусственноепроизводство；

- пищи и пресной воды.т

Уровень вкладов: во всех случаях: потенциально значитель-； ный.!

Уникальность вкладов: уникально в отношении снабжения светом и его использования с целью увеличения производства пищи; как средство непосредственного производства еды яв- . ляется одной из многих альтернатив; Солетта ——экология весьма уникальна и обладает наибольшей мощью как усилитель всех космических проектов по генерации энергии и фабрикации топлива.

Фактор времени:

/ первоначальная ( А. 1987——1989 гг.

{ практическая { В. 1995—2005》

I доступность I С. 2005—2030》j

Основные установки: в космосе — единичный рефлектор мл^ связка (гроздь) рефлекторов; на Земле — нет.'、 J

Главные функциональные части: модульный орбитальный соЛ нечный рефлектор (МОСР).я

Основные типы технологии: большие космические конструкция

Спектры влиянийJ

Технический:Я

Система в основном проста и долговечна. Интегральный тем нологический риск сравнительно невелик. Каждая частная подпрограмма — базис для последующей. Лунетта сов мест Л ма с транспортной системой на базе МТКС 《Шатт』》. СистЛ ма В требует послешаттловской более тяжелой транспортной •' системы. Система С требует АК①. В целом Л, В и С требуют постепенного роста численности космических экипажей на околоземной и более высоких орбитах, и следовательно, прогрессивного увеличения обитаемых объектов (космических станций).

Экономический:

Повышенная производительность в тех областях, куда нап-： равлены основные вклады программы. Многонациональный рынок будет максимизировать экономическую эффективность.: Вероятно, желательны интернациональные усилия, особенно ； для В и С. Экономическая жизнеспособность систем повыша- j ется благодаря их сравнительной простоте, долговечности и ；

надежности. Детали зависят от анализа рынка и альтернатив. То обстоятельство, что системы обладают некоторой преемственностью (каждая предыдущая программа служит основой для последующей), благоприятно влияет на цикл капиталовложений, требуемых для выполнения строительства самой системы, ее оснащения и создания обслуживающих систем. Все три подпрограммы напряжены и в финансовом, и в трудовом отношении. Все три системы обладают потенциальным временем жизни от 30 до 60 лет. ‘ 11,3. Экологический (среда обитания):

Как для биосферы, так и для атмосферы продукция системы полностью безвредна. Есть некоторые аспекты, которые тре- .буют дополнительных исследований и согласований. Нет нужды в наземных установках. В и С в принципе обладают возможностью противодействовать вредным климатическим эффектам, вызываемым человеческой деятельностью.

Ц.4. Социальный:

Сохранение наземных ресурсов при повышенном уровне жизни. Все три подпрограммы требуют в основном труда низкой и средней квалификации. Продукция не несет никаких опасностей для общественного здоровья. Возможно появление некоторого количества элементарных юридических проблем.

Политический:

Подпрограммы имеют как национальное, так и международное значение. Возможность экспорта солнечного света благоприятно воздействует на баланс международных экономических связей.

Научный:

Ночное освещение способно дать определенные преимущества при исследованиях по свойствам атмосферы. Возможно взаи- модействие с некоторыми разделами астрономии, связанными с видимой частью спектра.

//.7. Суммарные конечные величины капиталовложений, необходимых для создания и функционирования первого коммерческого образца системы в течение его жизненного цикла:

、 А. 15 млрд. долл, (в ценах 1975 г.)

30—60 млрд. долл, (в зависимости от размеров и орбиты Солетты)

— пока не определены.

52 ОБЩИЕ ЦЕЛИ ПРОГРАММЫ

Возникают два вопроса: 1) почему наш взгляд обращается ,в космос, когда на Земле все еще немало природных источников энергии, в том числе ископаемого горючего, запасы которого не так уж малы — особенно в СССР? 2) Какие полезные вклады в наземную энергетическую^ ситуацию может дать использование космических энергоисточников?

Ответ на первый вопрос четко определяется экономическими и социальными соображениями. Нет никаких сомнений в том, что индустрия нужна в первую очередь для обеспечения роста благосостояния людей. Во-вторых, она дает возможность проявиться творческим устремлениям каждого человека.

И для того, и для другого необходим определенный энергетический базис.

Однако экономические реалии настоятельно вынуждают в первую очередь использовать наименее дорогие энергоисточники ——по крайней мере, до тех пор, пока совершенствование методов добычи топлива и генерации энергии не продвинется настолько, что технически более перспективные энергоисточники станут и экономически эффективными. Следовательно, космические энергоисточники должны экономически не уступать наземным. Более того, стоимость их использования в космосе для различных видов космической деятельности должна быть как можно ниже, чтобы снизить общую стоимость космических операций. Однако соревнование космических энергоисточников с наземными должно включать не одни затраты, но также экологические факторы и землепользование. Последнее менее важно в больших странах с относительно невысокой плотностью населения, таких, например, как СССР или Канада, но это обстоятельство может приобрести первостепенное значение, если речь идет о Центральной Европе.

Интерес к рассмотрению космических энергоисточников вызван еше и тем, что они способны в будущем обеспечивать такие возможности, значение которых будет непрерывно возрастать.

Отвечая на второй вопрос, рассмотрим сегодняшний сценарий развития наземной энергетики (табл. 5). Он дает три широких альтернативы: а) повышение эффективности энергоиспользования; б) развитие существующих источников и методов генерации энергии, т. е. стимуляция увеличивающейся добычи ископаемого горючего и успехн в развитии атомпой энергетики; в) развитие новых ■ технологических принципов и открытие новых ресурсов. .

Из табл. 5 следует, что космическая техника способна дать вклады при любой из трех альтернатив. Если будет принято первое направление, то наиболее важный вклад выливается в расширение выс(!кокачественных звуковых и видеокоммуникационных радиорелейных линий через спутники-ретрансляторы информации. При втором направлении, космос дает вклады в развитие наземных устройств (которые необходимо совершенствовать в рамках концепции по второй альтернативе). Использование ИСЗ для географического и топографического картирования позволит открыть новые месторождения горючих материалов. Производство в космосе карбида больф рам а дает более гомогенное смешение компонентов (за счет нулевой гравитации), что повышает прочность, износостойкость и сопротивляемость коррозии сделанных из этого сплава буровых головок, клапанов, золотников и т. п. За счет этого повышаются экономичность бурения, работоспособность и надежность систем управления, перекачки жидкостей и газов и т. п. Третье нап-

Таблица 5

Энергетические проблемы, потенциальное решение которых возможно на поверхности Земли и в космосе

Сокращение энергопотерь

Совершенствование традиционных энергоисточников и технологий

Развитие новых энергоисточников и технологий

Улучшение характеристик пробега автомобилей

1. Снижение потока пассажироперевозок путем расширения межуч- режденчсских связей и телеконференций

1. Весьма широкие возможности специализированных ИСЗ по расширению звуковых, телевизионных, а в пределе ——и голографических радиорелейных линий связи

На поверхности Земли

Разведка новых источников нефти и газа

Развитие методов экономии нефтепродуктов

Повышение функциональныхтемператур

■ термосистем. Создание более приемлемых образцов ядерных энергосистем. Стимуляция работ •по сжижению и газофика- ции угля. Интегральное о снижение угля в газо- ■ охлаждаемых высокотемпературных реакторах

В космосе

Обзорные геологические и топографические ИСЗ

Производство в космосе карбида вольфрама для золотников и буров

Производство в космосе высокотермостойких сплавов для лопаток турбин

Нагрев и охлаждение при помощи солнечной энергии..

Геотермальная энергия

Солнечные электростанции'

Термоядерная энергия

Производство в космосе фотогальванических солнечных батарей

Энергоспутник с солнечными батареями

Лунетта

Солетта

Солнечноэлектрический спутник с передачей энергии в СВЧ. ИСЗ-рет- ранслятор энергии

Термоядерная силовая станция в космосе Энергоспутник с термоядерным реактором и передачей энергии в СВЧ

равление — производство в космосе высококачественных термостойких сплавов ——позволит улучшить термомеханические характеристики лопаток турбин для авиационных двигателей и стационар- ных наземных газовых турбин. Создается возможность повышения Функциональных температур * на 50——100° С, что, в свою очередь; Повышает эффективность цикла Карно, снижая тем самым расход топлива, и выброс тепла (тепловое загрязнение атмосферы).

* Точнее, можно повысить так называемую температуру Т3 перед лопатками ^Урбины； она является определяющей по всему газодинамическому тракту дви- 倉тел兄，поскольку лопатки турбины ——подвижный элемент, наиболее нагруженный н механическими термически (прим, перев.).

В рамках третьей альтернативной концепции космические вкла- ^ ды относятся к солнечной энергии и к энергии термоядерных реакторов. Здесь опять-таки расширение использования солнечной .энергии на поверхности Земли может стимулироваться за счет космического производства высококачественных солнечных батарей. Кроме того, солнечная энергия может «импортироваться» на Зем- из космоса с помощью солнечных рефлекторов или же путем микроволнового излучения, генерируемого в космосе в результате предварительного перевода солнечной энергии в электрическую. Наконец, космическая среда весьма б.лагоп|р,иятна |для функннонн』 рования термоядерных реакторов, использующих магнитные систеЯН мн удержания плазмы так же, как и для пульсирующих силовы^Н реакторов без магнитного удержания.

Итак, действительно в сценарии развития наземной энергетики ^ содержится широкий спектр применения космических энергоисточников —от питаемых космической энергией спутников прикладного назначения и использования солнечной энергии для производства в космосе разнообразных новых товаров до передачи солнечной или термоядерной энергии из космоса на поверхность Земли и использования термоядерной энергии в космосе ——с целью уменьшения нагрузки наземной энергетики.

Солнечная энергия и ее изначальный источник — термоядерная . энергия —эти два фундаментальных энергоисточника в космосе — / находятся в пределах наших технологических возможностей срав-Я нительно близкого будущего. Энергия требуется и в космосе (орби- Я ты, Луна), и на Земле. В последнем случае наиболее важными I электромагнитными режимами для ее передачи являются: видимый свет и микроволновый диапазон. В видимом участке спектра солнечная энергия отражается к Земле в целях освещения и повышения продуктивности фотосинтеза (используя растения и планктон для перевода электромагнитной энерги!и в химическую). Микроволновая трансляция может оказаться в ряде случаев более удобной ——когда потребителю на Земле нужен в конечном счете не

свет, а электроток; такая передача является многоступенчатой: сначала солнечная радиация (или термоядерная энергия) в космосе преобразуется в электричество (например, с помощью солнечных батарей) ； затем электроток генерирует излучение сверхвысокой частоты (в микроволновом диапазоне), которое фокусируется в тонкий силовой луч с помощью антенны — фазированной решетки; затем СВЧ-луч, достигший поверхности Земли, приемными устройствами переводится обратно в электроток.金

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ1

ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХСИСТЕМ?

Солнце ——практически неисчерпаемый источниксвета и энергии..

С его помощью можно освещать, создавать биомассу, генериро- $ вать электрическую и механическую энергию, производить жидкий | водород или искусственные углеводороды (последний процесс мож- J

По было бы назвать «техническим фотосинтезом»). Солнечная энергия ——один из трех корней жизни (другие два ——наличие воды и к углекислого газа), следовательно, солнце ——оС|1ювотолг1гающая интегральная часть окружающей среды. Средняя ежегодная инсоляция Земли почти в 18 000 раз превышает сегодняшнее энергопотребление всего человечества . Даже для таких районов с высоким уровнем индустриального энергопотребления и низкой инсоляцией, как Центральная Европа, ежегодная солнечная иррадиация превосходит общее энергопотребление примерно в 50 раз.

Но инсоляция подвержена большим суточным и сезонным колебаниям. Солнечный свет особенно ненадежен на больших широтах (как на Севере, так и на Юге Земли), где он неустойчив и действует недолго.

Генеральная цель любой системы космического освещения——передать солнечный свет в некоторые избранные области на ночной стороне Земли. Эта концепция впервые предложена немецким пионером космонавтики, профессором Г. Обертом. Автор, будучи учеником и другом проф. Оберта, изучал новые приложения космического освещения в течение многих лет. Помимо ночного освещения, автором развиты две новых области применения: генерация энергии для достижения почти непрерывного функционирования (с постоянной нагрузочной способностью) наземных силовых станций, а также производство пищи. Рассмотрены и многие другие альтернативы. Результаты этих работ изложены ниже.

Основное внимание уделено осветительной системе, названной

Лунеттой, и двум разновидностям Солетты:

В} — Энергосолетта ——передача солнечной энергии для питания

наземных солнечно-электрических силовых станций ночью, в дополнение к их функционированию от непосредственной солнечной

энергии в течение дня.

В2—(или собственно В)—Биосолетта — передача радиационной энергии и тепла с целью повышения продуктивности фотосинтеза (увеличение производства пиши) и регулировки локальных .температурных вариаций (например, для предотвращения ночных заморозков).

(«Двухзвездная экология» на сегодня мало (изучена, но то, что о ней можно сказать, будет сказано в соответствующем месте).

一 Прежде чем детально анализировать названные частные цели и соответствующие им системы, можно рассмотреть их некоторые общие характеристики, относящиеся к любым устройствам космического света, а именно: орбиты, размеры и массы устройств, а так- ^ке осветительную оптику.

Рис. 18. Зависимость диаметраРис. 18. Зависимость диаметрасветового нятна отсветового нятна отности Земли (/орб = 2; 3; 4; 6; 12 и 24 ч)ности Земли (/орб = 2; 3; 4; 6; 12 и 24 ч)⑥^一fl = J2 ^0,0093рад'JX Рефлектор⑥^一fl = J2 ^0,0093рад'JX РефлекторА^=ТГаЬА^=ТГаЬ2b=0,0093y2b=0,0093y

Рис. 18. Зависимость диаметра

Рис. 18. Зависимость диаметра

светового нятна от

светового нятна от

ности Земли (/орб = 2; 3; 4; 6; 12 и 24 ч)

ности Земли (/орб = 2; 3; 4; 6; 12 и 24 ч)

⑥^一fl = J2 ^0,0093рад

'JX Рефлектор

⑥^一fl = J2 ^0,0093рад

'JX Рефлектор

А^=ТГаЬ

А^=ТГаЬ

2b=0,0093y

2b=0,0093y

Поскольку используемые дистанции отражения велики, единичный рефлектор практически может рассматриваться как точечный источник света. Солнечная радиация сходится на нем в одну точку прм угле р, равном видимому угловому диаметру Солнца (32'= = 0,0093 рад),как показано на рис. 18. Отраженный луч, в свою очередь, расходится при том же самом угле, если рефлектор почти плоский (фокусное расстояние примерно равно высоте). Он должен быть чрезвычайно ровным и гладким (отклонение от идеальной отражающей способности менее 2 мрад и плоское отражение); в противном случае диаметр светового пятна будет увеличиваться из-за размывания отражения.

Следовательно, диаметр отраженного светового пятна возрастает с увеличением расстояния между рефлектором и экраном (роль которого в данном случае играет поверхность Земли), независимо от площади рефлектора. Вертикально под рефлектором диаметр светового пятна имеет минимальный размер . По мере отклонения от подспутниковой (или иначе, субсателлитной) точки круговое световое пятно превращается в эллиптическое (рис. 18). Наименьший радиус 匕。возрастает с увеличением дистанции у>у& и становится малой полуосью эллиптического пятна 6 = 0,0093 у/2, в то время как большая полуось растет:

а=0,00093 告 sin е,

где е ——угол подъема рефлектора над горизонтом наблюдателя, помещающегося в центре эллипса (светового пятна).

На рис. 18 доказаны соотношения между &0 и у о, а также b и у и даны значения минимальной площади светового пятна Ло в подспутниковой точке для геостационарной и субсинхро^ной орбит* С помощью отклонения светового луча в каком-либо направлении от подспутниковой точки, так что угол подъема рефлектора над горизонтом (в центре светового пятна) изменится от 90° до текущего значения е, можно увеличить площадь пятна согласно следующему выражению:

sin £ cos2 е

Освещенность горизонтальной площадки определяется несколькими параметрами:

/ = /^@Кsin е,(2)

где /® ——освещенность горизонтальной площадки на поверхности Земли солнечным светом (непосредственно Солнцем); @ ——зеркаль- ,ная отражающая способность рефлектора (в дальнейшем принято: для алюминиевого покрытия q=0,9; для натриевого покрытия, выполненного в космосе, q = 0,98);

К——общий коэффициент поглощения，и отражения Солнца облаками; Аг ——площадь отражающей поверхности рефлектора; 4% площадь отраженного светового пятна; а ——угол между падающим (на рефлектор от Солнца) и отраженным от рефлектора световыми лучами; е ——угол подъема рефлектора над горизонтом, наблюдаемым из центра горизонтального отраженного пятна (на поверхности Земли).

Солнечная освещенность

/®=/С0/®^ 108000 лк,(3)

где /0— константа солнечного освещения (/©= 13,67 лм/см2— = 136700 лк в космосе; Ко ——общий коэффициент поглощения и отражения в ясной атмосфере [Ko—f(^)]>

Принимая в расчет поглощение и отражение молекулами сухого воздуха, пылью и парами воды при длине пути светового луча в атмосфере около 100 км, получим среднее значение Ко三 0,79.

Следовательно, приведенное опорное значение величины освещенности поверхности Земли Солнцем соответствует яркости Солнца при высоком подъеме (внутри диапазона углов в 40° от зенита; е^50°).

Коэффициент К для разных районов может изменяться в широких пределах. Однако при высоком подъеме облачный покров °чень резко снижает уровень освещенности от Солнца или Луны —— Д° 10% максимального уровня. Обычно даже очень плотный об-

■ W ^ ^ ^ ^ 4 №HdH 7。工 QNBWnDNDW-■ W ^ ^ ^ ^ 4 №HdH 7。工 QNBWnDNDW-64648844""О 20 U0 ВО во 100 &О 20 U0 ВО во 100 &

■ W ^ ^ ^ ^ 4 №HdH 7。工 QNBWnDNDW-

■ W ^ ^ ^ ^ 4 №HdH 7。工 QNBWnDNDW-

6

4

6

4

8

8

4

4

"

"

О 20 U0 ВО во 100 &

О 20 U0 ВО во 100 &

Рнс* 19? Графики максимальной яркости (а); относительной освещенности (б) и схема отра-

/—рефлектор на ГСО (подспутниковая точка); 2—полная Луиа, Солнце или рефлектор на субсннхрониой орбите； <3—рефлектор на ГСО： 4—Солнце или рефлектор иа солнечно-син- хрониой орбите; 5—Луна; 6—субсиихрониая орбита, 7—ГСО； S—ясное небо [на графике (б> по осн ординат а — относительная освещенность, % ； по оси абсцисс Ь — относительное ко* личество часов за год, %]

лачный покров все еще пропускает от 15 до 20% от освещенности^ прн ясном небе. Следовательно, малую облачность можно компен-" сировать путем увеличения размеров рефлекторной системы в семь： раз, доводя уровень освещенности до того, который считается приемлемым при ясном небе. Иначе говоря, тучи являются серьезным, но вовсе не непреодолимым препятствием.

На рмс 19 показано, как меняется угол а между 90 и 0° для рефлектора на геостационарной орбите, посылающего световой луч в свою подспутниковую точку(£ = 90°). Для субсинхронных орбит, на которых рефжктор восходит над местным горизонтом данной точки земной поверхности)и заходит за горизонт, угол <х может достигать значений, превосходящих 90°. ' ”

.Поскольку количество отраженного света пропорционально cos— , рефлектор на геостационарной орбите, находясь над терминатором при сумерках и рассвете, создает освещенность в подспутниковой точке порядка 71 % от максимума.

По мере течения ночного времени плоскость рефлектора непрерывно поворачивается в направлении движения. В точках первой и последней четверти ночной дуги а уменьшается до 45°, а уровень освещенности повышается до 92%. В полночь рефлектор номинально обращен лицом к Солнцу, а=0 и достигается максимум освещенности (рис. 19).

Таким образом, в течение всех безоблачных ночей рефлектор на геостационарной орбите будет освещать данную область земной поверхности с 71%-ной и более высокой яркостью. Для половины безоблачной ночи яркость рефлектора составляет 92% от максимальной. Это делает рефлектор данных размеров значительно более эффективной осветительной системой, чем настоящая ночная Луна или Солнце; рефлектор обеспечивает примерно на 23% большую иллюминацию, чем любое другое небесное тело равной светимости . Фактически, из-за ее &аз, вариаций ее сезонного угла, подъема и удлинения пути лучей через атмосферу вблизи горизонта (при безоблачной, разумеется, погоде) минимум лунной светимости (соответствующий вышеназванным 71)%1 максимальной величины для рефлектора на ГСО) составит всего лишь 2・10一靠 (0,2%) от максимальной номинальной светимости Луны (0,107 лк); и для половины всех ночных часов в год (при условии, что все они будут безоблачными) освещение Луной даст чуть более 5,% от максимальной номинальной освещенности (сравните с 92% для рефлектора). На рис. 19 внизу показаны зависимости относительной освещенности горизонтальной поверхности на Земле рефлекторов на ГСО, Солнцем или рефлектором на субсинхронной орбите, а также Луной ——при всегда безоблачном небе ——в зависимости от процента ночных или дневных часов, в течение которых данная относительная освещенность достигается или превосходится.

Геометрическая форма светового пятна с площадью 力看 определяется формой рефлектора, особенно, когда речь идет о субсинхронной орбите. Если рефлекторная система состоит из множества отдельных частей равных размеров, распределенных друг за другом по орбите, и если каждая часть освещает свою собственную подспутниковую точку, то тогда световое пятно будет иметь размеры ^уХПг^у=пг(^у)21 где пг ~ количество рефлекторов. Если же распределенные друг за другом по орбите частные рефлекторы наклонены так, что все фокусы световых пятен от каждого рефлектора совмещены с центром пятна (подспутниковой точкой) среднего в цепочке рефлектора, то тогда суммарное световое пятно будет приблизительно круговым, даже в том случае, когда элементарные рефлекторы ——квадратные. Для кругового пятна:

4=40n宁4=40n宁Л；Л；22(4)(4)

4=40n宁

4=40n宁

Л；

Л；

2

2

(4)

(4)

где г — радиальное расстояние рефлектора от центра Земли (радиус——вектор орбиты рефлектора); Гоо'——средний радиус Земного сфероида (г00 = ^3 = 6378 км).

Отношение 4/4 в уравнении (2) показывает, что -плотностьосвещенности пропорциональна площади рефлектора. В дополнение

к таким единицам освещенности, как люкс, может отказаться полезным использовать как единицу освещенности《Солнце》(/® = = 5 = ПС) или《Луну》，соответствующую освещенности одной полной Луной при высоком- подъеме и при безоблачном небе (одна 《Се』ена》= 1<т = ПЛ) *.

(5：(5：1о=0,1076 лк = 9,96-10~7/®^ IO-6 ПС.

(5：

(5：

При р = 0,0093; q = 0,9; а=0°; е = 90°; ^=l и с учетом уравнв* лаия (4), можно записать уравнение (2) в солнечных единицах ПС:

『=3,257,10—4『=3,257,10—44 _24 _2

『=3,257,10—4

『=3,257,10—4

4 _

2

4 _

2

% с учетом уравнения (5)——(в лунных единицах (ПЛ=с) 丄= 326,9-^-.

_ Для q = 0,98 коэффициенты в приведенных уравнениях нужно увеличить в 1,0889 раз; для а = 60° их следует умножить на 0,866; и для е = 60; 40 iH 30° .соответственно на 0,866; 0,643 и 0,5*

Интенсивность освещения в подспутниковом пятне (в едини- рах ПЛ и ПС) на рис. 20 представлена как функция отражающей площади для круговых орбит различного сидерического периода • Как видно, площадь рефлектора, потребная для данного уровня освещенности, может быть существенно уменьшена (по сравнению с ГСО), если использовать субсинхронные орбиты. Фактически, пло- -щадь рефлектора на 12-ти часовой орбите уменьшается до 32% от ллощал% потребной при размещении рефлектора на геостационар- ,ной орбите, при равном уровне освещенности. На 3-часовой ор・ бите достаточно всего 1,36% от площади рефлектора на ГСО. Мас- ■са рефлектора уменьшается примерно в той же пропорции. Так же снижаются и транспортные расходы на доставку грузов с околоземной орбиты на данную субсинхронную орбиту. Рис. 20 основан на показателях, учитываемых в уравнениях (6) и (7).

Рефлектор на субсинхронной орбите находится в пределах видимости из данной области земной поверхности лишь временно: он восходит ；и садится. Если пренебречь вращением Земли, то местоположение всех точек горизонта для рефлектора, рассматриваемого из центра некоторой заданной «обслуживаемой области»

,* ПС — «полное Солнце»； ПЛ — «полная Луна» (примеч. перев.).

рис. 20. Зависимость освещенности от площади рефлекторной системы (1 ПС = 108 ООО лк；1 ПЛ = 0,1076 лк)рис. 20. Зависимость освещенности от площади рефлекторной системы (1 ПС = 108 ООО лк；1 ПЛ = 0,1076 лк)у £Езоннзт£30у £Езоннзт£30

рис. 20. Зависимость освещенности от площади рефлекторной системы (1 ПС = 108 ООО лк；

1 ПЛ = 0,1076 лк)

рис. 20. Зависимость освещенности от площади рефлекторной системы (1 ПС = 108 ООО лк；

1 ПЛ = 0,1076 лк)

у £Езоннзт£30

у £Езоннзт£30

(например, города или силовой электростанции), будет представлять собой круг с диаметром 2во, где (см. рис. 18) 0о — угол между радиусами Земли, включающим подспутниковую точку и включаю^ щим точку земной поверхности, соответствующую отклонению угла зрения из обслуживаемой области на рефлектор (относительного местного горизонта) до € —0

90=arccos

Но вблизи горизонта рефлектор не очень эффективен и, сверх того, накрывает (световым пятном) наземные области, освещение которых может быть нежелательно. Для е>0° и AJA^ по уравнению

(1) получим:

(9)(9)8=arcsin ][(也乎 sin е cos?『2

(9)

(9)

Диаметр круга 29 меньше, чем 29о- Рефлектор остается внутри круга 20 (или 200)в течение периода (в часах):一

(Ю)(Ю)2。sin

(Ю)

(Ю)

伽=

360 一 ，

т Sidт Sidla cos 屮

т Sid

т Sid

где 20 sin (Ф/2) — длина хорды орбиты, прокладываемая поперек круга диаметром 20, а угол л|)—■ угол между треком орбиты и движением к востоку вращающейся поверхности Земли (0°W2W9°°) (объяснение этих величин см. рис. 18). Для ①=180° и 屮=0° время наблюдения рефлектора, когда он находится выше угла подъема £> становится максимальным:

(И)(И)〃、2626 T

(И)

(И)

(28)^=—=— Tsyn,

—15 Tsid

Ue %n — синодический период.

Непрерывное освещение обслуживаемой области в пределах данного круга может быть организовано с помощью цепочки рефлекторов или роев (гроздей). Число рефлекторов (гроздей рефлекторов) определяется выражением:

(12) a(12) a26 sin 居)

(12) a

(12) a

Рефлекторы распределяются вдоль по орбите при средней дис-'Я такции в (360/пс}°. Например, для т.рехчасовой орбиты (『= 飞 = 1,656), jb=30°, Ф= 160° и 屮= 20° получается: (Дг-/Ло)зо° =3,86;: 0 = 28,469°, %з =0,53 ч; /гс = 5,42 при разделительной дистанции в : 66,4°. Нечетное число гроздей означает, что «первый» и «послед- J ний》рон должны быть расширены в 1,21 раза и «растянуты» пр,и- Я мерно на 3,2° по направлению друг к другу, за пределы дистанции Я 二в 60°, разделяющей «промежуточные» рои.Я

■ Таким образом, с одной стороны, на субсинхронных орбитах по- Я 'требна меньшая отражающая поверхность, чем на геостанционар- 9 ной, но с другой стороны, на субсинхронной орбите требуется Я множество рефлекторов с необходимой отражающей поверхностью. Я Тем не менее даже при числе роев более пяти общая площадь всех fl рефлекторов на трехчасовой орбите с обставит всего 7,37% от пот- 1 ребной отражающей поверхности рефлектора на геостационарной орбите. Следовательно, общая масса рефлекторов на трехчасовой орбите будет значительно меньшей, чем у единственного большого рефлектора на ГСО.

Чем ниже орбита, тем чаще она проходит через тень Земли, исключая возможность использования рефлектора; «период затме- мня» с уменьшением высоты орбиты удлиняется. Эти «периоды» 讨 сосредоточены около точек весеннего и осеннего равноденствия, где j рефлектор проходит через максимальный диаметр земной тени и Я поэтому там продолжительность «затмения» наибольшая На эква-扌 ториальной четырехчасовой и более низких орбитах сезон «затме-] ний» растягивается на весь год.■

Период «затмений» может быть уменьшен, если орбиту наклонить относительно экватора. Кроме того, наклонение орбиты ж ел а-' тельно, если необходимо освещать области, расположенные на вы- < соких широтах. Это применимо и к геостационарной орбите. На рис. 21 показан пример использования трехчасовой орбиты для освещения мегалополиса — области Бостон——Вашингтон; второй пример относится к выбору трехчасовой орбиты для освещения j Москвы.I

В случае освещения района Бостон — Вашингтон орбита накло- Я йена к экватору на 50°. Область, осматриваемая © орбиты от гори- зонта до горизонта (&^0°), показана большим кругом. Полезно 货 освещаемая область может быть принята соответствующей про- Я сматриваемой поверхности при угле подъема не менее 30P (малый 1 круг). Трехчасовая орбита проходит через полезно освещаемую об- ； ласть в течение пяти витков. Но только во втором и в четвертом | 80胃

рис. 21. Траектории Эиергосолетты дли Западной Европы, СССР и Северной Америки (/—5— вомера трасс)

проходах рефлектор направляется поперек обслуживаемой области при высоком подъеме (время прохода, исходя из синодического периода в 3,43 ч, составит около 0,43 ч). Чтобы обеспечить непрерывное освещение, рефлекторы должны сменять друг друга без пропусков: когда один отражатель (рой) покидает полезно освещаемую область, следующий должен входить в нее. При синодической угловой скорости на орбите порядка 105° в час рефлекторные рои должны быть распределены на дистанциях порядка 45° вдоль орбиты, что соответствует в целом 8 отражателям (роям). Когда «первый» рой трассы № 2 появляется снова над обслуживаемой областью, он следует по трассе № 3, а затем — по трассе № 4. На трассе № 5 (так же, как и на трассе № 1) 'Качества осветительгоп системы ухудшаются (освещенность слабеет), и может потребоваться дополнительная орбита, чтобы выдержать требования к освещенности. Это означает, что желательно иметь рефлекторы на Двух орбитах с углом между их плоскостями около 6dt°, чтобы рефлекторы на трассах №№ 1 и 3 проходили над обслуживаемой областью одновременно. Тогда не только рои на трассах № 1 и № 3, но и на трассах №№ 2 и 4 и 3 и 5 встречаются одновременно, обеспе- анвая высококачественное освещение в течение всей ночи. Для зтого потребно всего 16 рефлекторов (роев).

Приведенные условия подходят для слуяая Москвы, если речь fl идет о прямой орбите Я

Однако наклоненные (при /<90°) прямые орбиты прецессируют ]| в западном направлении вдоль экватора. Трехчасовая орбита с | наклонением в 50° прецессирует со скоростью 1° в день (точнее J на 1,1° за каждые восемь сидерических витков). Другими словами, ] после 163 дней (180°/w；(о= 1,Г/сут) трасса № 1 на рис. 21 превра- 1 тится в трассу № 5. Двухорбитная система в ходе прецессии выхо- ] дит из полезно освещаемой области. Если освещение должно быть J непрерывным, то придется включить вторую пару орбит, дающих J трассы № 4 и № 2, которые спустя 136 дней превращаются в трас- У сы № 1 и № 3. Следуя другому 136-дневному циклу, первоначаль- @ ная пара орбит вернется в пределы кругозора. Таким образом, н четыре орбиты, с восемью рефлекторами (роями) на каждой, тре- 胃 буется для гарантии непрерывного и высококачественного обслу- я живания полезно освещаемой области. Из этого вытекает, что за-司 падная прецессия ухудшает использование рефлекторной системы, Я если только она не обслуживает несколько областей. В последнем Я случае ряд прямых орбит, наклоненных к экватору на угол, мень- Л ший прямого, прецессирует от одной обслуживаемой области к Д другой ——в одном или же в обоих полушариях. Такой подход мо- Я жет существенно повысить эффективность использования)рефлек- В торов, снижая одновременно затраты для потребителей космиче- Я ского освещения, живущих в отдельных обслуживаемых областях. Н

Для тех осветительных систем, которые предназначены для об- ■ служивания только одной освещаемой области (или, возможно, Я двух ——каждая в своем полушарии), потребность в дополнитель- -Я ных орбитах для компенсации прецессии может быть исключена с помощью двух альтернативных решений. Первое состоит в следу- ■ ющем: замедлить скорость прецессии настолько, чтобы орбита не fl выходила за пределы полезно освещаемой области в течение всей Я функциональной жизни системы. Другая альтернатива ——сделать а работу прецессии благоприятным фактором. Для этого нужно ис- Я пользовать орбиту с восточной прецессией. ■

Функциональная жизнь рассматриваемой осветительной систе- Я мы с учетом всех ремонтов может лродолжаться от 30 до 60 лет Я -или несколько больше, прежде чем -возникнет необходимость в ..I

灰，год

рости вращения в восточном направлении (—з)

ее полной замене. Диаметр полезно освещаемой области (20) колеблется в пределах от около 40° для трехчасовой орбиты до примерно 80° для геостационарной орбиты. Следовательно, скорость прецессии должна быть менее одной сотой градуса в день, что тре、 бует наклонения орбиты почти в 50е даже при высоте орбиты, соответствующей геостационарной; для более низких орбит наклон% ния должны быть еще большими (более 80°). Но эти наклонения во многих случаях несовместимы с ф}7нкциональными требованиями к О'еветительным системам.

Однако в ограниченном диапазоне высот прецессия может выполнять благоприятную работу, делая прецессионное движение орбиты свободным относительно данной обслуживаемой области. Это справедливо, например, для орбиты, движущейся против вращения Земли над Москвой (см. рис. 21).

При наклонениях, превосходящих 90° (ретроградные орбиты *), прецессия заставляет орбиту дрейфовать в восточном направлении. Если угловая скорость прецессии составляет 0,986° в день, то ■орбита является солнечно-синхронной (то есть солнечный день для соответственно наклоненной орбиты настает в обслуживаемой области в то же самое время в течение всего года).

С этим решением связаны два неудобства. Одно из них — высо- кие энергопотребности (более высокие затраты на доставку плат、 ной нагрузки) при выведении на орбиту. Этот расход невелик сравнительно с экономией благодаря возможности устанавливать толь- ко один рефлектор для данной обслуживаемой области вместо ▲вух рефлекторных установок. Вторая неприятность заключается в ■

Ретроградная ——орбита с попятным движением: ИСЗ на такой орбите Движется в сторону, обратную вращению Земли; наклонение ретроградной орби- ы больше 90° (прим, перев.).

wo go воwo go во!=3“〃!=3“〃24247? J S 4J22J4 £ 8 72Ор&итальный период ——7? J S 4J22J4 £ 8 72Ор&итальный период ——Z7 IZ7 I39лет<Т^39лет<Т^Рнс. 23. Диаграмма режимов функционирования на орбитах систем космического освещеии* (одиночная коугпвая ообнта):Рнс. 23. Диаграмма режимов функционирования на орбитах систем космического освещеии* (одиночная коугпвая ообнта):60 7J〃50 %〃60 7J〃50 %〃孟 X«Z7 150ь30例7孟 X«Z7 150ь30例720 17020 17070 78070 780

wo go во

wo go во

!=3“〃

!=3“〃

24

24

7? J S 4J22J4 £ 8 72

Ор&итальный период ——

7? J S 4J22J4 £ 8 72

Ор&итальный период ——

Z7 I

Z7 I

39лет<Т^

39лет<Т^

Рнс. 23. Диаграмма режимов функционирования на орбитах систем космического освещеии* (одиночная коугпвая ообнта):

Рнс. 23. Диаграмма режимов функционирования на орбитах систем космического освещеии* (одиночная коугпвая ообнта):

60 7J〃

50 %〃

60 7J〃

50 %〃

孟 X«Z7 150ь30例7

孟 X«Z7 150ь30例7

20 170

20 170

70 780

70 780

/—область, где эллиптическое световое пятно превышает подспутниковое круговое пятно не более, чем вдвое (Д^/Д0<2)； В —область, где Т入>30 лет (А^/А0^2; ^<90°); С—область, ГД диапазон попятных орбит в пределе 30 лет《7入《8；D—трехчасовая прямая орбита со скоростью прецессии 0,986°/сут (/=54,8°) для освещения областей в северном и южном полуша» рнях в течении периода роста растений (спецнализироваииая сельскохозяйственная осветительная система)

том, что солнечно-синхронная с четы>рехчасо!вым периодомтом, что солнечно-синхронная с четы>рехчасо!вым периодомпрецессия неосуществима для орбитВ

том, что солнечно-синхронная с четы>рехчасо!вым периодом

том, что солнечно-синхронная с четы>рехчасо!вым периодом

，и более высоких из-за ослабления彳

гравитационных от центра Землигравитационных от центра Землианомалий пропорционально квадрату расстояния? Но она (солнечно-синхронная прецессия) доступ- J

гравитационных от центра Земли

гравитационных от центра Земли

на в районе благоприятной трехчасовой орбиты.

На рис. 22 показана зависимость угловой скорости вращения в/ восточном направлении (—(о) от наклонения для ретроградных орбит. Значение, присущее солнечно-синхронной орбите, (о= —0,986* в день достигается только на двухчасовой и на трехчасовой орбитах. Для более высоких орбит наибольшая скорость прецессии прогрессивно снижается. Конечно, даже при величинах(о= —0,85ст в день или меньше, время Т入，потребное для прохода за счет

прецессии через заданный диапазон А九= 28, сильна растянута сравнительно с прямой орбитой (z<90°), проходящей над той же s

самой максимальной широтой &тах, поскольку прецессия, по мень-| шей мере, логически следует за изменениями, а не препятствует! им. Если Т入 можно было бы растянуть на тридцать лет и более,!

то рефлекторная система могла бы оставаться внутри обслуживаемой области в продолжение всей своей номинальной функциональной жизни. Однако лишь на двухчасовых и трехчасовых орбитах можно достичь этих значений (рис. 22). Поскольку на них можно достичь и бесконечного значения Т入，более короткие Т 入 почти не имеют практического значения, за исключением, быть может, тех

.случаев, когда уменьшение Т 入 связано с необходимостью установить определенное значение 6тах- Однако, как видно на правом

графике рис. 22, диапазон, в котором достижимо нужное согласование, весьма ограничен.

На рис. 23 показана суммарная картина режимов функционирования и орбит, подходящих для систем космического света, непрерывно освещающих обслуживаемые области. Более низкие субсинхронные орбиты преимущественно относятся к ретроградному режиму (режим С). Сравнительно наиболее привлекательная орбита имеет трехчасовой период, а ее наклонение близко к 125°. Следовательно, она проходит над максимальной широтой в 55°. Как показано граничной кривой для режима Л, максимальное отклонение от вертикали (для Лг/Л0 = 2) на трехчасовой орбите составляет 19°, обеспечивая диапазон широт в пределах до максимальной широты от 36 до 74°. Это дает возможность рефлектору весьма надежно и устойчиво освещать многие наиболее важные города мира или удаленные индустриальные районы в Северном полушарии (а также низкие широты в Южном полушарии).

Анализ режима Л показывает, что при условии непрерывного освещения ГСО обеспечит достижение широты в 48° из экваториальной плоскости (? = 0°), ；и что с круговой орбиты высотой 36 000 км можно освещать обслуживаемые области и на более высоких широтах, если наклонить ее плоскость на 力乒49,4匕 не выходя за счет прецессии из пространства обслуживаемой области в течение 30 лет и дольше. Для орбит с высотой ниже двенадцатичасовой орбиты режим ” резко сужается до наклонений, близких к полярным- (j = 83,7° для двенадцатичасовой орбиты; (=87,8° для восьмичасовой орбиты).

Область вне показанных трех режимов представляется неподходящей для непрерывного обслуживания данного района в течение десятилетий с помощью единственной установки на орбите. Но в пределах этой области представляет интерес точка Q Она предоставляет периодическую возможность в разные времена года непрерывно освещать некоторые области в Северном и Южном полушариях.

Очевидно, что субсинхронные орбиты во многих случаях представляют более подходящие условия, чем геостационарная или даже двенадцатичасовая орбиты. Это в особенности справедливо для Энергосолетты и Лунетты, для которых весьма привлекательной представляется трехчасовая орбита (как ретроградная, так и прямая).

Трехчасовая орбита связана и с некоторыми эксплуатационные ми преимуществами. В частности, высота трехчасовой орбиты ле- Мит внутри протонного сектора радиационных поясов Земли. Следовательно, объект на трехчасовой орбите, наклоненной к экватору, поочередно оказывается то в области с преобладанием электронов, то в области, насыщенной протонами. Это чередование поддерживает поверхность рефлектора в электрически нейтральном- состоянии, чем предохраняет ее от оседания на ней космической Пь1ли, которая уменьшила бы отражающую способность рефлектора, и создавала бы серьезные эксплуатационные проблемы. Фак-

Рис. 24, Зависимость скорости поворота рефлектора иа субсии- хрониой орбите от периода побиты (о) и схема наведения (а)： /—рабочая дуга наведения рефлектора на точку 尸；2—свободная дуга; 3—кривая разности скоростей поворота на рабочей и на свободной дугах при двухстороннем покрытии рефлектора (Also); ^—кривая потребной скорости поворота рефлектора (d$/df)： 5—кривая разности скоростей поворота при рефлекторе с одной зеркальной сторонойРис. 24, Зависимость скорости поворота рефлектора иа субсии- хрониой орбите от периода побиты (о) и схема наведения (а)： /—рабочая дуга наведения рефлектора на точку 尸；2—свободная дуга; 3—кривая разности скоростей поворота на рабочей и на свободной дугах при двухстороннем покрытии рефлектора (Also); ^—кривая потребной скорости поворота рефлектора (d$/df)： 5—кривая разности скоростей поворота при рефлекторе с одной зеркальной стороной

Рис. 24, Зависимость скорости поворота рефлектора иа субсии- хрониой орбите от периода побиты (о) и схема наведения (а)： /—рабочая дуга наведения рефлектора на точку 尸；2—свободная дуга; 3—кривая разности скоростей поворота на рабочей и на свободной дугах при двухстороннем покрытии рефлектора (Also); ^—кривая потребной скорости поворота рефлектора (d$/df)： 5—кривая разности скоростей поворота при рефлекторе с одной зеркальной стороной

Рис. 24, Зависимость скорости поворота рефлектора иа субсии- хрониой орбите от периода побиты (о) и схема наведения (а)： /—рабочая дуга наведения рефлектора на точку 尸；2—свободная дуга; 3—кривая разности скоростей поворота на рабочей и на свободной дугах при двухстороннем покрытии рефлектора (Also); ^—кривая потребной скорости поворота рефлектора (d$/df)： 5—кривая разности скоростей поворота при рефлекторе с одной зеркальной стороной

тически, если предпочесть высокие орбиты, такие как двенадцатичасовая или геостационарная, может статься, что придется 《чне-; тнть》систему от пыли ——с помощью периодического «погружения» отдельных рефлекторов в протонный пояс.

Наконец, субсинхронный рефлектор, наводимый на фиксирован- ную точку (область) Р, должен поворачиваться с определенной «рабочей» угловой скоростью, пока он находится выше горизонта места Р, Однако, если эта вращательная скорость будет сохра-； няться на нерабочей («непосвященной» осветительной работе) | части орбиты 密,рефлектор окажется в неправильном положении в : тот момент, когда он снова — на следующем витке — выйдет на， рабочую дугу, восходя над горизонтом места Р.

Таким образом, когда спутник покидает рабочую дугу орбиты, ”

его скорость вращения должна быть изменена. При выходе на ра- $ бочую дугу скорость поворота спутника еще раз изменяется — так」 чтобы все время направлять лучи света локально на Р. Анализ ■ скорости поворота показывает, что требования к ней достаточно 1 скромны (рис. 24). Видно, что если рефлектор спроектирован так, ■ чтобы обеспечить отражение света на обеих его сторонах, то тог-，

да потребное изменение скорости поворота рефлектора невелико. Потребный вращающий момент (для изменения скорости вращения рефлектора в пределах одной м；инуты) невелик 0,1——3 кН • м. При сравнительно больших размерах единичного рефлектора потребные для создания такого момента силы следует признать малыми. Это позволяет большую часть изменения скорости вращения |рефлсктора получать без расхода массы — за счет гироекС|ПИ-

ческого момента. Даже в том случае, если использовать тяговые системы управления (типа «струйников»), оказывается достаточно электроракетного двигателя малой тяги. При удельном импульсе в 3000 с ежегодное потребление топлива в этих целях окажется менее 12' кг на рефлектор, исходя из двух маневров на каждый синодический оборот.

Единичный элемент ЛунеттыЕдиничный элемент ЛунеттыРис. 25. Единичный элемент ЛунеттыРис. 25. Единичный элемент Лунетты

Единичный элемент Лунетты

Единичный элемент Лунетты

Рис. 25. Единичный элемент Лунетты

Рис. 25. Единичный элемент Лунетты

На самом деле, нет надобности в строгой ориентации рефлектора на всем участке от горизонта до горизонта — достаточно ориентировать его только между двумя минимальными углами подъема (30°). Это сокращает рабочую дугу орбиты, а также и потребное изменение скорости поворота рефлектора.

Единичный рефлектор («отражающий элемент») состоит из отражающей (зеркальной) мембраны, удерживаемой в натянутом состоянии с помощью жесткой конструкции, оснащенной соответствующим оборудованием для навигации и управления, а также тяговыми системами для создания управляющих сил.

В качестве отражающего элемента принята каптоновая мембрана, покрытая непосредственно в космосе натрием для обеспечения максимальной отражающей способности. Толщина такой пленки около 0,015 мм. Рамная конструкция выполнена из графитовоэпок- сидных лонжеронов, также покрытых в космосе натрием с целью защиты от температурных напряжений. Рис. 25 иллюстрирует типовую конфигурацию рефлектора площадью в 0,1 км2. Для элементов разных размеров, вплоть до 100 км2 площадью, следует применять разные конструктивные схемы, чтобы оптимизировать массу элемента и условия его сборки в космосе.

На рис. 26 показаны предварительные оценки массы единичного рефлектора. Видно, что основная составляющая ——масса отражающей поверхности — по мере роста размеров рефлектора Уменьшается: так при увеличении рефлектора в 1000 раз масса 1 км2 снижается с 37 до 30 т. Вероятно, можно ожидать еще боль- 】ие「о снижения массы, если будет организовано оптимальное ：выве- Дение рефлектора на орбиту с помощью солнечного паруса. Одна- 驳°, к рефлектору предъявляются весьма жесткие требования по выдерживанию плоской формы его поверхности; решение такой за-

Рис. 26. Зависимость массы М рефлек- тора от его площади Д：

/—масса основных компонентов (капто- новая пленка, покрытая в космосе натрием, графнто-эпоксидная рама из балок и тросов, покрытых натрием); 2— масса оборудования (электроника, система ориентации, элсктроракетная тяговая система, навигационные устройства)

дачи будет важнейшим инженерным свершением, оно необходимо для обеспечения приведенных характеристик космических осветительных систем. Анализ рис. 26 показывает также, что для единичного рефлектора с размерами менее 1 км2 оборудование представляет преобладающий весовой компонент. Отсюда вытекает очевидная зависимость: чем больше площадь рефлектора, тем большим .： будет вклад от использования светового давления в помощь элект-' ■роракетной тяговой системе.

Выбор размеров рефлектора связан, конечно, с учетом таких факторов, как ограничения по изгибающим моментам и другим воздействиям (из-за управляющих сил, светового давления, термических напряжений в конструкции — из-за различий в позициях относительно Солнца и т. п.). При выбранных конструкционных материалах значительное дальнейшее снижение основного веса поверхности для единичного рефлектора с площадью более 100 км2 представляется маловероятным.

Системы космического освещения включают простые и достаточно надежные объекты, поэтому связанный с ними технический риск невелик, по крайней мере, для Лунетты. Начальные капиталовложения тоже не очень велики. Во всех случаях, кроме Энерго- солетты, не требуется никаких наземных установок, следовательно, в пределах известных ограничений по орбитальной динамике—• системы космического света могут обеспечить немедленное обслуживание любого района земной поверхности. 《Продукт》космической осветительной системы — солнечный свет, из которого ультрафиолетовая часть спектра почти полностью удалена вследствие низкой отражающей способности рефлектора в этом спектральном диапазоне. Видимый свет, как хорошо известно, никак не воздействует на компоненты земной атмосферы и не создает какой-либо опасности ни для человечества, ни для земной жизни в целом. Направленность космического освещения может хорошо контролироваться, чтобы избегнуть подсветки тех районов, освещение которых по каким-либо причинам нежелательно. При уровне интенсивности светового потока, свойственном Лунетте и Энергосолетте, функционирующих на трехчасовой орбите, космический свет на дает ка-

ких-либо нежелательных микроклиматических эффектов. Биосо- летта может дать локальные климатические эффекты, которые однако могут оставаться полностью подконтрольными 'И будут использоваться для организации благоприятных перемен (некоторые рекомендации в этой области сделаны ниже при подробном рассмотрении Биосолетты).

И экономика, и технические проблемы недвусмысленно требуют поэтапного развития — от меньших систем к большим. Маловероятно, например, что Энергосолетта будет создана без предварительной разработки меньших рефлекторов, первоначально функционирующих в целях освещения..

ЛУНЕТТА

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Лунетта ——это космическая система, предназначенная для обеспечения ночного освещения соответствующего уровня. Потребная величина освещенности определяется родом деятельности, в целях которой выполняется освещение. На рис. 27 показан широкий диапазон различных видов деятельности на открытом воздухе (вне помещения) и желательные уровни освещенности для каждого из них. Там же для сравнения показаны минимальные площади рефлекторной системы, потребные для обеспечения нужного уровня освещенности при использовании орбит в диапазоне от восьмичасовой до геостационарной. Очевидно, что большая часть видов деятельности удовлетворяется уровнем освещенности между 100 и 1000 ПЛ (полных лун). Необходимо учитывать, что узаконенные уровни освещенности, как правило, соответствуют самому высокому стандарту. Между тем даже уменьшение уровня освещенности вдвое все еще остается приемлемым во многих случаях (исключая

Рис. 27. Зависимость уровня освещенности от размеров Луиет- ты (точки с цифрами означают необходимую освещенность):

/—спортивные игры в помеще- инн； 2—спортивные игры вне помещения; 3— верфи (рабочая часть)； 4—погрузочно-разгрузочные площадки па заводах; 5—общне производственные объекты； 6—разгрузочные площадки доков; 7—вскрышные работы； S—станционные переходы； 9—аллен; /0—фермы； 11— тротуары в жилых районах; ‘2—тротуары в торговых рай- °нах； /3—железнодорожные сортировочные станции; /4—пасса- *нрскне морские причалы; 15— продолжительное чтение книг;

чтение газет; /7—общее Уличное освещение； /5—глав- 騁 е автострады; /9—дороги;

боковые дороги с ограни- ченньш движением： 21—пеше- ^одиые переходы; 22—зона пог- ?Узкн аэропорта; 23—ангары «эропорта； 24—стоянки аэропор- та； 25—операционные

ОО 7 万 5ОО 7 万 5* rdE-3 nnhbdBHBZ 自30£口三工^自* rdE-3 nnhbdBHBZ 自30£口三工^自3434Рис. 28. Диаграмма эффективности генерации света:

ОО 7 万 5

ОО 7 万 5

* rdE-3 nnhbdBHBZ 自30£口三工^自

* rdE-3 nnhbdBHBZ 自30£口三工^自

34

34

/——Лунетта (солнечный свет нз космоса) ； 2—термоэлектрическая силовая станция (топливо); 3— фотогальванический ИСЗ ——генератор энергии (солнечная энергия в космосе); 4—перспективный спутник (термоядерная энергия в космосе); 5—эффективность 9% (при плотных облаках); 6—средняя эффективность; 7—эффективность 64% в ясную ночь; S—отражательная способность 90%; 0—эффективность 3% для ртутной лампы； /^—эффективность передачи энергии 31%: //—эффективность термоэлектрического преобразования 33%; /2—эффективность выхбда световой энергии 0.64 и 1,4%; /3—эффективность передачи энергии 6,2 и 14.3%; /4— эффективность выхода электроэнергии (выход иа шине преобразователя) 7 и 15%

некоторые особые обстоятельства: спорт на открытом воздухе и работы, эквивалентные продолжительному чтению).

Лунетта представляет собой осветительную систему весьма вы

ночь ее осветительная эф- первоначальной световойночь ее осветительная эф- первоначальной световойсокой эффективности (рис. 28). В ясную фективность будет достигать 64% от

ночь ее осветительная эф- первоначальной световой

ночь ее осветительная эф- первоначальной световой

энергии, обеспечиваемой рефлектором в космосе. Средняя эффективность лежит в районе 30 % т завися в некоторой мере ст времени года и района. Минимальная эффективность составит около 9%——при тяжелом, непроницаемом облачном покрове. Для сравнения:. термоэлектрическая (например, нефтяная) электростанция дает выход в форме света приблизительно 3% от первоначальной химической энергии топлива. ИСЗ ——генератор энергии с кремниевыми фотогальваническими солнечными батареями имеет осветительную эффективность порядка 0,64%. Даже для перспективного ИСЗ ——генератора энергии, базирующегося на мышьяково-галлп- еьых солнечных батареях так же, как и для преобразовательной системы с термоэлектрическим циклом Брайтона, или термоядерной магнитогидродинамической системы световая эффективность едва ли больше 1,4%, что легко показать, исходя из расчетной эффективности составляющих элементов каждой из этих преобразу

ющих систем.

Одно из важных преимуществ Лунетты заключено в относительно высокой эффективности преобразования радиационной энергии Солнца в видимый свет. Эквивалентная энергия светового потока (при А = 0,556 мкм) составляет 621 лм на 1 Вт. При номинальной освещенности земной поверхности солнечным светом /® — = 108 000 лк радиационная энергия, достигающая поверхности Земли, равна 1,07 кВт/м2, что при стопроцентной эффективности преобразования радиационной энергии в свет соответствует 644 000 лк. Соответственно, эффективность преобразования солнечной энергии в свет равна около 0,168 или порядка 101 000 лм на

1 кВт. Для сравнения: высокоэффективная ртутная дуговая лампа в 1 кВт дает световой выход порядка 65 000 лм на 1 кВт.

Следовательно, 1 км2 поверхности рефлектора в ясную ночь излучает к Земле 621 000* 10s-1,07-0,168= 1,116- 10й лм.

Для того чтобы создать тот же световой поток с помощью 〃у= говой лампы, потребуется электрическая мощность 1,72 ГВт.'

Принимая, что энергопотребление с целью освещения нужно в течение чуть более половины общего времени года, получим, что ]км? площади рефлектора для условий ясной ночи обеспечивает эквивалент по выработке электроэнергии в 0,9 ГВт-год.

А чтобы произвести столько электроэнергии, придется сжечь около 1,9 Мт нефти. Даже если принять 0,5 ГВт-год электроэнергии для средних условий облачности за год, эквивалент останется достаточно весомым. Соответственно, как средство освещения при средних условиях облачного покрова 1 км2 площади рефлектора эквивалентен 50 км2 принимающей площади фотогальванического ИСЗ-генератора энергии или около 23 км2 — для перспективного солнечного ИСЗ-генератора.

Разумеется, Лунетта обеспечивает рассеянное наружное освещение, но не пригодна для освещения внутренних помещений или для локальной подсветки в форме светового пятна, как это имеет место в случае лампы. Интенсивность освещения внутренних объемов определяется требуемой освещенностью для выполнения соответствующих специфических работ (на улицах, на судостроительных заводах, дамбах, в доках и т. п.). Таким образом, Лунетта наиболее пригодна в тех случаях, когда требуется освещение больших площадей.

Соответственно имеются четыре широких области использования Лунетты (рис. 29): освещение городов, подсветка удаленных индустриальных объектов, освещение сельскохозяйственных районов, и, если потребуется, освещение районов, где произошли зем* летрясения и другие стихийные бедствия.

Обслуживание Лунеттой больших урбанизированных районов и столичных областей обеспечивает более высокие качества освещения, снижая энергопотребление традиционных осветительных систем. Создается также возможность дублирования освещения при недостатке топлива, при авариях на электростанциях и в электросетях, при экономии электроэнергии, а также при сильных туманах. Подсветка сверху районов, покрытых туманом, за счет рассеяния света при проходе через туман увеличивает яркость освещенного грунта в затуманенной области, повышая тем самым видимость в тумане, что особенно важно в период перехода от ночи в процессе рассвета — к дневному свету.

В городах, подобных Лос-Анджелесу, Чикаго или Нью-Йорку, электро.потребление для наружного освещения составляет от 5 По 10 Вт-год на человека. Вероятно, эта цифра справедлива для всех других аналогичных индустриальных городов. В развивающихся странах удельное энергопотребление (на одного человека в г°П)Для освещения в городах значительно меньше.

王王OcSeuienueгородовOcSeuienueгородовОсвещениеотдаленныхрайоновОсвещениеотдаленныхрайоновШтатное %施一 ш,ение районов сельскохозяйст- %〃%/#，7勿勿Штатное %施一 ш,ение районов сельскохозяйст- %〃%/#，7勿勿Аварийное ос^ дещение (В районах сгпахиИ— Hbi^fedcmStL^)Аварийное ос^ дещение (В районах сгпахиИ— Hbi^fedcmStL^)Лучшая ос беленное ^6(50— леераЗно- М?卩HUP 〃 пой?тюянное освещение),Лучшая ос беленное ^6(50— леераЗно- М?卩HUP 〃 пой?тюянное освещение),Снижение 」потоебле- ^ния энергииСнижение 」потоебле- ^ния энергииДу^лирода- "〃е осаети- тельных злектрисв- те正 на случай аварии, zycrnbix. ту- мано& и. т,пДу^лирода- "〃е осаети- тельных злектрисв- те正 на случай аварии, zycrnbix. ту- мано& и. т,п« Осбеш12Hае Bml так ур^анизи- робанньм аене роЗ (Бостон-Ва,- исингглон, Са^ра- ме^пю ~Лис-А ^^- ”2力ес и. т.п)• Освацеиае ри- тущ и %' 2ородоВ во многий странах« Осбеш12Hае Bml так ур^анизи- робанньм аене роЗ (Бостон-Ва,- исингглон, Са^ра- ме^пю ~Лис-А ^^- ”2力ес и. т.п)• Освацеиае ри- тущ и %' 2ородоВ во многий странахИспользование природных ре - cgpcu53a Себер- HbiM полярным кругомИспользование природных ре - cgpcu53a Себер- HbiM полярным кругомСтроп т ель ст - Jo оольишк сооружений 0 отдаленных районамСтроп т ель ст - Jo оольишк сооружений 0 отдаленных районам^азвитив 1 сепьскогб хозяйстда IИсВещечае при I сель скокоз^йст- беннзх работах после завода I Солна^.^азвитив 1 сепьскогб хозяйстда IИсВещечае при I сель скокоз^йст- беннзх работах после завода I Солна^.Ночное освеще- наг 门口и спасательные опери- циях (6о 8PBMа землетрясений. 〃 т.п)Ночное освеще- наг 门口и спасательные опери- циях (6о 8PBMа землетрясений. 〃 т.п)9 Освещение место- нпхон<дений н呻一 ти,г(1за 〃 минералов на Аляске,6 Канаде, CuSuptif J Баренцовом море и 3 Ce&epHotL Атлантикев Ос8еш,ение стро- иЕвпьст&а 我а- ленных крупных комплексов (солнечных 〃 нЗврнмх энергостанций, плотин^ силовь!Х линий элекщро- переда чи, ivpySo- проЬодоб 〃с.〃)9 Освещение место- нпхон<дений н呻一 ти,г(1за 〃 минералов на Аляске,6 Канаде, CuSuptif J Баренцовом море и 3 Ce&epHotL Атлантикев Ос8еш,ение стро- иЕвпьст&а 我а- ленных крупных комплексов (солнечных 〃 нЗврнмх энергостанций, плотин^ силовь!Х линий элекщро- переда чи, ivpySo- проЬодоб 〃с.〃)в Осбеа^пие，^елью снигнения бремени oSpaiJoEKiL полей мешду сбором урожая и последующим се&ом (создание мног fgpo 卅 а иного ZSGu^H92G ци^ла.)в Освещение с целью 血/ее з(рфекгт1вно~ 20 испопьзобания сель XG3E2XH止 «ив Осбеа^пие，^елью снигнения бремени oSpaiJoEKiL полей мешду сбором урожая и последующим се&ом (создание мног fgpo 卅 а иного ZSGu^H92G ци^ла.)в Освещение с целью 血/ее з(рфекгт1вно~ 20 испопьзобания сель XG3E2XH止 «ив Осбеи^ение с цепью ускорения соора урожая J случае предсказанного ухудшения локальных погодныхв Осбеи^ение с цепью ускорения соора урожая J случае предсказанного ухудшения локальных погодных

王

王

OcSeuienueгородов

OcSeuienueгородов

Освещениеотдаленныхрайонов

Освещениеотдаленныхрайонов

Штатное %施一 ш,ение районов сельскохозяйст- %〃%/#，7勿勿

Штатное %施一 ш,ение районов сельскохозяйст- %〃%/#，7勿勿

Аварийное ос^ дещение (В районах сгпахиИ— Hbi^fedcmStL^)

Аварийное ос^ дещение (В районах сгпахиИ— Hbi^fedcmStL^)

Лучшая ос беленное ^6(50— леераЗно- М?卩HUP 〃 пой?тюянное освещение),

Лучшая ос беленное ^6(50— леераЗно- М?卩HUP 〃 пой?тюянное освещение),

Снижение 」потоебле- ^ния энергии

Снижение 」потоебле- ^ния энергии

Ду^лирода- "〃е осаети- тельных злектрисв- те正 на случай аварии, zycrnbix. ту- мано& и. т,п

Ду^лирода- "〃е осаети- тельных злектрисв- те正 на случай аварии, zycrnbix. ту- мано& и. т,п

« Осбеш12Hае Bml так ур^анизи- робанньм аене роЗ (Бостон-Ва,- исингглон, Са^ра- ме^пю ~Лис-А ^^- ”2力ес и. т.п)

• Освацеиае ри- тущ и %' 2ородоВ во многий странах

« Осбеш12Hае Bml так ур^анизи- робанньм аене роЗ (Бостон-Ва,- исингглон, Са^ра- ме^пю ~Лис-А ^^- ”2力ес и. т.п)

• Освацеиае ри- тущ и %' 2ородоВ во многий странах

Использование природных ре - cgpcu53a Себер- HbiM полярным кругом

Использование природных ре - cgpcu53a Себер- HbiM полярным кругом

Строп т ель ст - Jo оольишк сооружений 0 отдаленных районам

Строп т ель ст - Jo оольишк сооружений 0 отдаленных районам

^азвитив 1 сепьскогб хозяйстда I

ИсВещечае при I сель скокоз^йст- беннзх работах после завода I Солна^.

^азвитив 1 сепьскогб хозяйстда I

ИсВещечае при I сель скокоз^йст- беннзх работах после завода I Солна^.

Ночное освеще- наг 门口и спасательные опери- циях (6о 8PBMа землетрясений. 〃 т.п)

Ночное освеще- наг 门口и спасательные опери- циях (6о 8PBMа землетрясений. 〃 т.п)

9 Освещение место- нпхон<дений н呻一 ти,г(1за 〃 минералов на Аляске,

6 Канаде, CuSuptif J Баренцовом море и 3 Ce&epHotL Атлантике

в Ос8еш,ение стро- иЕвпьст&а 我а- ленных крупных комплексов (солнечных 〃 нЗврнмх энергостанций, плотин^ силовь!Х линий элекщро- переда чи, ivpySo- проЬодоб 〃с.〃)

9 Освещение место- нпхон<дений н呻一 ти,г(1за 〃 минералов на Аляске,

6 Канаде, CuSuptif J Баренцовом море и 3 Ce&epHotL Атлантике

в Ос8еш,ение стро- иЕвпьст&а 我а- ленных крупных комплексов (солнечных 〃 нЗврнмх энергостанций, плотин^ силовь!Х линий элекщро- переда чи, ivpySo- проЬодоб 〃с.〃)

в Осбеа^пие，^елью снигнения бремени oSpaiJoEKiL полей мешду сбором урожая и последующим се&ом (создание мног fgpo 卅 а иного ZSGu^H92G ци^ла.)

в Освещение с целью 血/ее з(рфекгт1вно~ 20 испопьзобания сель XG3E2XH止 «и

в Осбеа^пие，^елью снигнения бремени oSpaiJoEKiL полей мешду сбором урожая и последующим се&ом (создание мног fgpo 卅 а иного ZSGu^H92G ци^ла.)

в Освещение с целью 血/ее з(рфекгт1вно~ 20 испопьзобания сель XG3E2XH止 «и

в Осбеи^ение с цепью ускорения соора урожая J случае предсказанного ухудшения локальных погодных

в Осбеи^ение с цепью ускорения соора урожая J случае предсказанного ухудшения локальных погодных

Рис. 29. Структурная схема использования Лунетты

Согласно оценкам, выполненным ООН для развивающихся стран, на начало 1975 г. жило в урбанизированных районах ——ирг среднем населении одного города в 20 000 жителей или больше — около 819 миллионов или порядка 30% всего населения. По прогнозам, к 2000 году количество городских жителей возрастет при

от общейот общейчисленчисленмерно до 2200 миллионов человек (порядка 42%

от общей

от общей

числен

числен

ности человечества). Таким образом, городское население только в

развивающихся странах к началу третьего тысячелетия может размещаться в 230 урбанизированных районах, каждый из которых будет вмещать до 6 миллионов человек. В современном мире урбанизированные районы, как правило, имеют недостаточное освещение. Это создает большую потребность в использовании новых осветительных систем, в особенности таких высокоэффективных, как Лунетта. Если организовывать наружное (уличное) освещение всех этих новых городов с помощью традиционных электросетей, даже при полуголодном пайке в 5 Вт-год в год на человека (что соответствует среднему освещению района менее чем одной полной Луной), потребуется ежегодное потребление электроэнергии в целях освещения порядка 7 ГВт-год. Чтобы несколько замедлить

процесс урбанизации ——по крайней мере, до уровня, обеспечивающего приемлемое соответствие между проникающей в города рабочей силой и городскими возможностями поглотить этот поток за счет экономической работоспособности городского хозяйства,——необходимо организовать развитие сельских районов. Ночное освещение——один из главнейших компонентов обслуживания в таких сельских местностях (недостаток ночного освещения в сельских районах развивающихся стран сегодня является печальным фактом )-

Ночной свет Лунетты может ускорить реализацию больших индустриальных проектов в далеких, «глухих» районах или в высокоширотных областях, где так растянута полярная ночь. К числу таких крупномасштабных проектов принадлежат: добыча нефти, газа и минеральных руд за Северным Полярным кругом, трубопроводы большой протяженности, протяженные линии электропередачи, телеуправляемые ядерные энерго комплексы или солнечные силовые электростанции. В таких больших проектах уменьшение общих затрат на 10—20% эквивалентно сбережению десятков или даже сотен миллионов долларов.

Например, в районе Шпицбергена Солнце светит 134 дня в год, сменяясь 127 днями полной темноты, с двумя периодами в 54 и 50 дней между ними, когда имеет место обычный суточный цикл с рассветами и сумерками. Между Северным Полярным кругом и 70° северной широты разведаны богатые запасы нефти, природного газа и осадочных минералов. Под дном Варенцова моря и Северного Ледовитого океана обнаружены еще большие запасы нефти и газа между 70 и 80° северной широты.

Однако высокие широты — районы с четкой тенденцией к плотному облачному покрову в течение длительных периодов времени. На рис. 30 показана обзорная картина среднегодовой облачности в дневное время для всего Земного шара (верхняя схема). Можно заметить, что на высоких широтах плотность облачного покрова над океанами превосходит ее величину над сухопутными районами. Район со средней облачностью в 50——75% простирается особенно далеко на Север над материком Евразии. Важно, что в зимние месяцы средняя облачность над Северной Америкой и Евразией, исключая области с морским климатом '(Аляска, Западная Европа), имеет минимальный уровень, как это видно на рис. 30 (нижняя схема). Условия также благоприятны весной и летом и сравнительно менее благоприятны осенью ——особенно в Северозападных и Северовосточных районах Северной Америки.

Уровень освещенности порядка 100 ПЛ (полных Лун) представляется вполне достаточным для многих видов сельскохозяйствен- Hbix работ. Возможность обрабатывать поля до восхода и после захода Солнца при лучшем использовании дорог в ночное время —— важный компонент развития сельских районов, особенно в связи с модернизацией и интенсификацией сельского хозяйства. Существу- 10T“трн линии интенсификации: лучшее обслуживание отдаленных районов, получение нескольких урожаев с межурожайным подсе-

^%Я — от О до 力7 %

вом, усовершенствование методов выращивания растений и животных. Первые две линии, особенно вторая, существенно выигрывают при улучшении освещения.

В тропиках, где сезонные колебания температуры невелики, можно получать до трех урожаев в год, что привело бы к утроению ежегодного выхода продукции с каждого гектара. Полиуро-

тайная система хозяйства требует лучшей ирригации и совершенных дренажных устройств, более интенсивного внесения удобрений, а также эффективных мер против болезней растений. Кроме того, необходимо существенно снизить по сравнению с сегодняшним уровнем время, необходимое для выращивания и сбора урожая, а также период между сбором одного урожая и окончанием обработки земли под следующий урожай. Это, в свою очередь, требует полной машинизации сельского хозяйства. Если же появится возможность использовать сельскохозяйственное оборудование за пределами нормального светлого времени суток, можно будет существенно повысить эффективность применения сельскохозяйственной техники, сегодня в большинстве случаев распыленной между множеством хозяйств, а также укоротить период между двумя урожаями. ”

Среди множества различных применений наиболее важно ——по крайней мере, с точки зрения гуманизма, — организовать ночное освещение районов стихийных бедствий и мест, где выполняются какие-либо спасательные операции. Как правило, катастрофы происходят не в тех районах, которые хорошо освещены; а если уж происходят ——в особенности, землетрясения ——то они разрушают и более прочные объекты, чем осветительные сети и энергосистемы. ■А ночная темнота в районах бедствий Порождает хаос, увеличивает число погибших и значительно затрудняет проведение спасательных операций.

При применении Лунетты для освещения урбанизированных районов необходимо принимать в расчет несколько факторов, чтобы это освещение было общеприемлемым и полезным. Прежде всего, необходимо исключить чрезмерные вариации в уровне освещенности (в яркости «светильника»). Освещение не должно создавать глубоких теней, а это представляет особую проблему там, где в изобилии имеются возвышенности или небоскребы. В третьих, необходимо исключить подсветку районов, не включенных в обслуживаемую область и где освещение нежелательно (и воспринималось бы как возмущение, как нарушение привычного цикла); эта задача стоит особенно остро в тех ситуациях, когда угол подъема рефлектора становится равным предельному (£ит^=30°), ниже которого рефлектор уже не может рационально использоваться, а световое пятно на поверхности Земли приобретает искаженную, эл- липтически-вытянутую форму. Яркость такого «паразитного» пятна должна быть сделана как можно меньшей.

Подобные нежелательные характеристики с высокой вероятностью будут обнаруживаться в тех случаях, когда для освещения определенной обслуживаемой области применяются единственный большой рефлектор или рой тесно связанных рефлекторов, за которыми следует другой рой,— в момент покидания первым роем ду- 「н в пределах 8^=30°. Чтобы создать Лунетту, чьи характеристики как осветительной системы исключают, насколько возможно, названные нежелательные черты, придется рой рефлекторов растя- нуть： распределить его равномерно по дуге, определяемой величи-

ной Ehm (предельного угла подьема рефлектора). Таким путем исключаются бреши в системе освещения. Рои сливаются в последовательность индивидуальных отражающих единиц (или суброев). Каждая единица занимает 360°/^и. Число единиц (или суброев) в рее, если % ——потребная угловая дистанция между частями роя, определяется из выражения:

29

где /ги ——число суброев или единиц в рое; nG ——число роев.

Так, если 20 = 6GD и %=12° имеется пять единиц на один рой или всего тридцать отражающих единиц на орбите. Общая отражающая поверхность такой системы есть произведение площади индивидуальной отражающей единицы на число таких единиц (или суб

сформулировать :сформулировать :роев) на орбите (公用/

сформулировать :

сформулировать :

Учитывая приведенные соображения, можно

следующее положение: для оптимизации свойств осветительной системы, особенно в городских условиях, распределение рефлекторов целесообразно осуществлять не на одной орбите, а на двух или трех. Эти две или три орбиты ——при равных высотах и наклонени

ях——должны быть повернуты вдоль по экватору на несколько гра

дусов, т. е. они должны иметь различные долготы восходящих узлов. При этом источники света распределяются не только в одном измерении (вдоль орбиты), но и во втором измерении (в поперечном относительно первой орбиты направлении). Это иллюстрируется на рис. 31. Слева изображены три последовательных прохода1 над некоторым городом в пределах ограничений по углу подъема ■ рефлектора (в случае одной орбиты). Правая часть показывает

Рис. 31. Схемы орбит Луиетты:Рис. 31. Схемы орбит Луиетты:а—однотрассовый вариант (/, 2, <3—последовательные трассы); 6——график сдвига восход», щих узлов для трехтрассового варианта； e-т-трехтрассовой вариант (/а, 1Ь, 1с, 2а, 2口，2с, За, ЗЬ, Зс—трассы; а, Ъ, с—«суборбиты»)а—однотрассовый вариант (/, 2, <3—последовательные трассы); 6——график сдвига восход», щих узлов для трехтрассового варианта； e-т-трехтрассовой вариант (/а, 1Ь, 1с, 2а, 2口，2с, За, ЗЬ, Зс—трассы; а, Ъ, с—«суборбиты»)

Рис. 31. Схемы орбит Луиетты:

Рис. 31. Схемы орбит Луиетты:

а—однотрассовый вариант (/, 2, <3—последовательные трассы); 6——график сдвига восход», щих узлов для трехтрассового варианта； e-т-трехтрассовой вариант (/а, 1Ь, 1с, 2а, 2口，2с, За, ЗЬ, Зс—трассы; а, Ъ, с—«суборбиты»)

а—однотрассовый вариант (/, 2, <3—последовательные трассы); 6——график сдвига восход», щих узлов для трехтрассового варианта； e-т-трехтрассовой вариант (/а, 1Ь, 1с, 2а, 2口，2с, За, ЗЬ, Зс—трассы; а, Ъ, с—«суборбиты»)

случай, когда единственная орбита «расщеплена» на три — общее количество рефлекторов распределено на трех близких орбитах. При условиях, показанных слева, в течение первого 1 прохода рефлекторы освещают столичную область серией лучей (потоков света), приходящих на землю последовательно: с юго-запада, юга и востока, главным образом, с юга. В течение второго прохода, тремя часами позже, те же самые рефлекторы освещают город с запада, севера, востока. На третьем проходе освещение идет с запада, юга и юго-востока.

В трехорбитном варианте район освещен значительно равномернее: в течение первого прохода ——с севера, юга, востока и запада., Это остается справедливым и для следующих проходов тех же самых рефлекторов над столичной областью тремя и шестью часами позднее.

Фактически, в течение располагаемых 6 ч, обеспечиваемых тремя проходами рефлекторов через кондиционно освещаемую область при одноорбитальной схеме размещения, трасса / (на рис. 31, а) постепенно переходит в трассу 2, которая так же постепенно превращается в трассу 3. Но только в двух частных случаях реф* лекторы проходят через зенит центра столицы, и в эти моменты затенение от строений оказывается минимальным. В трехорбитном варианте происходят такие же постепенные изменения, но сдвиги по направлению потоков света здесь существенно уменьшены. Здесь в течение располагаемых 6 ч обслуживаемая область всегда освещена более равномерно со всех сторон.

На рис. 32 показана трехмерная картина условий в ходе второго прохода при трехорбитном варианте. Разбиение единственной орбиты на три не добавляет общей освещенности, но зато обеспечивает лучшее распределение освещения. Общая отражающая поверхность теперь распределяется между тремя орбитами, Однако в

6о^ 32. Пространственная схема трехтрассового варианта Луиетты (светлые кружки — ра* ающий рефлектор, е>еПш； черные кружки — иеработа.ющий рефлектор, ®<е11т; е=90°— зенит)6о^ 32. Пространственная схема трехтрассового варианта Луиетты (светлые кружки — ра* ающий рефлектор, е>еПш； черные кружки — иеработа.ющий рефлектор, ®<е11т; е=90°— зенит)

6о^ 32. Пространственная схема трехтрассового варианта Луиетты (светлые кружки — ра* ающий рефлектор, е>еПш； черные кружки — иеработа.ющий рефлектор, ®<е11т; е=90°— зенит)

6о^ 32. Пространственная схема трехтрассового варианта Луиетты (светлые кружки — ра* ающий рефлектор, е>еПш； черные кружки — иеработа.ющий рефлектор, ®<е11т; е=90°— зенит)

籽籽42694

籽

籽

данном случае становятся более сложными ремонт и профилакти- 1 ка установок (из-за большего числа функциональных орбит и уве- ? личения количества рефлекторов при уменьшении их размеров). J

Уменьшенные размеры единичного рефлектора вызывают неко- | торое увеличение общей массы системы (см. рис. 26). С другой 1 стороны, при зтом легче наладить производство нужного количе- 1 етва маленьких стандартизованных рефлекторов, что обеспечит 1 снижение их общей стоимости. Отказ какого-либо одного рефлек-孑 тора или его «остановка на ремонт》и профилактическое обслужи- | ванне при многоорбитной схеме меньше сказываются на общей | картине освещения. Даже при большой общей отражающей поверх- | ности такая многоорбитная схема остается хорошо совместимой с 1 транспортными возможностями МТКС «Спейс Шаттл》. 3

Хотя при таком подходе рои исчезают, в ряде случаев мы будем | продолжать пользоваться этим понятием ——для удобства рассуж- | дений. Общая отражающая поверхность Аг, распределена ли она f на одной или на нескольких синхронизованных орбитах, определи- j ется требуемыми условиями освещения. Это положение иллюстри- |： руется следующим примером, для которого весьма большая обслу- ? живаемая область выбрана с учетом интернациональных сообра- J жений, I

Наибольший комплексный мегалополис в США ——это северо- ^ восточный коридор, который окружает столичные центры от Босто- % на до Вашингтона и Ричмонда, именуемый часто ленточным горо-' дом Босвашем,

Если принять среднее энергопотребление в целях уличного ос- S вещения в 7,5 Вт-год на одного человека в год, то как видно из : рис. 33, средний уровень освещенности в этой области составляет 号 всего около 1,3 ПЛ. Разумеется, это освещение не является равно-； мерно распределенным. Общая отражающая поверхность (в км2) J для соответствующей Лунетта — системы следует из выражения: 1

л =丄(且YaL

'^m \r00 / -^0 4 326,9

где 4s，площадь обслуживаемой области (площадь района, под- лежащего освещению); пс ——число роев на субсинхронной орбите, Й потребное для обеспечения двенадцатичасового периода освеще-Д ния; /г。——число орбит, потребное для компенсации прецессии. Я

Для трехчасовой орбиты с наклонением 40° скорость прецессии^ (о=1,31° в день. Для освещения при ограничении по углу подъема ” рефлектора 8^30° требуемые характеристики системы описаны ранее при рассмотрении рис. 21. Однако с целью снижения вариации в освещении здесь следует признать необходимым организовать 7 роев, соответственно кругу для £ = 40°, Л^/Л0 = 2,46 и диаметра ；ко.вдиционно освещаемой области 20 ==44,9°. Потребны две ^орбиты с наклонением в 60°, чтобы гарантировать нужные характеристики полного ночного освещения.

載

Рис. 33. Схема мегаполиса Босваш и диаграмма площадей Лунетты：Рис. 33. Схема мегаполиса Босваш и диаграмма площадей Лунетты：а—мегаполис площадь 165 760 км2, население 46,6 млн. иел., средняя плотность населения на 1 км2—- 281 uen., потребление электроэнергии для уличного освещения на одного человека в год 65 7 кВт-ч. средняя освещенность района 0,137 лк; 'б—диаграмма (данные следующие):а—мегаполис площадь 165 760 км2, население 46,6 млн. иел., средняя плотность населения на 1 км2—- 281 uen., потребление электроэнергии для уличного освещения на одного человека в год 65 7 кВт-ч. средняя освещенность района 0,137 лк; 'б—диаграмма (данные следующие):Вариант Лунетты Сидерический период, q Площадь Лунетты, км2 Количество орбит Наклонение 1° Освещаемая площадь, тыс. км?Вариант Лунетты Сидерический период, q Площадь Лунетты, км2 Количество орбит Наклонение 1° Освещаемая площадь, тыс. км?12 3412 3433 121084 387 7033 121084 387 7072,5340125 4572,5340125 45243110243110100 100 133 166100 100 133 16677

Рис. 33. Схема мегаполиса Босваш и диаграмма площадей Лунетты：

Рис. 33. Схема мегаполиса Босваш и диаграмма площадей Лунетты：

а—мегаполис площадь 165 760 км2, население 46,6 млн. иел., средняя плотность населения на 1 км2—- 281 uen., потребление электроэнергии для уличного освещения на одного человека в год 65 7 кВт-ч. средняя освещенность района 0,137 лк; 'б—диаграмма (данные следующие):

а—мегаполис площадь 165 760 км2, население 46,6 млн. иел., средняя плотность населения на 1 км2—- 281 uen., потребление электроэнергии для уличного освещения на одного человека в год 65 7 кВт-ч. средняя освещенность района 0,137 лк; 'б—диаграмма (данные следующие):

Вариант Лунетты Сидерический период, q Площадь Лунетты, км2 Количество орбит Наклонение 1° Освещаемая площадь, тыс. км?

Вариант Лунетты Сидерический период, q Площадь Лунетты, км2 Количество орбит Наклонение 1° Освещаемая площадь, тыс. км?

12 34

12 34

33 12

1084 387 70

33 12

1084 387 70

72,53

40125 45

72,53

40125 45

24

31

1

0

24

31

1

0

100 100 133 166

100 100 133 166

7

7

2

При названнойПри названнойП д

При названной

При названной

。…скорости прецессии данная орбита обооачива-

за 275ДлнейП^^аТ°РУ(вое产ящнй узел делает один ит) 急^aSZSZ：幫實詳貰)и проходит через кондицио^но： вдля поддержания ночного освещения в течение

! прецессионного года потребуется 7 орбит («0=(2 75/34 3) — Далее 4/4^2,5 (Ло= 1190 км2)；Хм；^33 (учи- &00 ПЛ S Впб 吧1асть полностью городская). Тогда для 就= бЫть л Лсд У площ旣 отражающей поверхности должна 7 еСТЬ 18。，7 км?, на одну орбиту ИЛИ 以,8 км? сколах喘н 農^аа ПЛ°Щадь ^получается в силу не-

“ее существе噂я частная причина состоит в том, что об- Я °бласть(Бост°н—Вашингтон) намного превышает трех 吁哮на, даваемого единичным рефлектором на 礬就謂靠案бнте. Дла меньшей обслуживаемой областиТ бу- ласть вменьше (например, если принять столичную об-

до 31 км?)общая площадь рефлекторов снизится

бедуетбедуетТак, чтобьт е^тппИМИ СЛОВ^МН， высота орбиты должна выбираться Щей освешению°Впеп«ЯТН° бЫЛ° соп°ставимо с областью, подлежа： следует £；；；*пТ：「мегаопопнеа Босваш наиболее подходящей ТЬ геостационарную орбиту. Принимая для эквато- 盥噥。蒙器牆落。^實产L，6,P;c"H。备需黑一 освещенности 1 = ^^^^А^^ П°ЛуЧИМ> ^。^

бедует

бедует

Вторая существенная причина — прецессия. При солнечно-син* хронном методе ее компенсации наклонение для трехчасовой орби* . ты должно быть 125,2°; следовательно, максимальная широта, перекрываемая в данном случае Лунеттой, будет равна примерно 55°. Соответственно, осветительные элементы Лунетты проходят че^ рез кондиционно освещаемую область под более крутым углом -ф {см. рис. 18), чем это было бы при максимальной широте в 40°. Та、 ким образом, потребуется несколько дополнительных роев на тре、. Тьей орбите, помимо тех, что требуются на двух орбитах с накло- / нением в 40°, чтобы гарантировать полное ночное освещение.: При этом добавляется не более 2,5 компонентов роев, вместо семи ； ■прямых орбит, ^потребных для обеспечения AsJAi = 33. Тем самым : потребная общая площадь рефлекторов Аг снижается до 387 км2 : или до 36%, при той же самой освещаемой области. Это исключа- £ ет надобность в рефлекторах общей площадью около 700 км2 или ：■ на 50% уменьшает выводимую на ССО массу. Если же нужно ос-； вещать область площадью в 1500 км2, то общая площадь рефлек-: торов может быть уменьшена до 11,2 км2.；

При первом подходе (4=1084 км2) показатель использования : каждой орбиты весьма невысок: над кондиционно освещаемой об-： ластью каждая орбита находится всего лишь 34 дня из 275 дней : своего прецессионного года. Коэффициент нагрузки при этом будет ; всего лишь равен 0,14.一

При втором подходе, ретроградные орбиты дают значение этого •коэффициента, по меньшей мере, 0,40.

Вдобавок, каждый из семи роев имеет низкий показатель использования (&0,14), поскольку каждый рой находится в работе только менее 0,43 ч за виток. «Безработные^ рефлекторы могут быть задействованы либо путем направления их световых пучков к ' функционирующему в данный момент рою (это можно назвать • цепной передачей) или же путем обслуживания нескольких областей на поверхности Земли.

Цепная передача радиации схематически показана на рис. 34. Слева показан типичный《шнурок》рефлекторов, расположенных -так, чтобы исключить те нежелательные черты осветительной системы, о которых упоминалось выше.

■• Цепная передача радиации использует рефлекторы при углах | подъема, превышающих предельный (enm), а также соседние реф- j ■лекторы с меньшими или отрицательными углами подъема ——пере-1 давая их отраженный свет рефлекторам с углами подъема, превос-: ходящими предельное значение еит- Однако из схемы на рис. 34, 6 -явствует, что реализация этой идеи невозможна, если мы располагаем лишь простыми рефлекторами. Рефлекторы 4*, 5*, 6* находятся при углах подъема, превосходящих ецт； рефлекторы 3* и 7* — при е = епш； рефлекторы /, 2, 8, 9 имеют угол подъема меньше предельно допустимого. Если рефлектор / «отпасовывает» свой отраженный солнечный свет к рефлектору 2, то последний должен занимать расчетную позицию RR — чтобы передать полученную радиацию дальше — к рефлектору 3. В позиции RR рефлектор 2 не

Рис. 34. Схема «цепной» передачи света：

Q—«шнурок» рефлекторов； 6—расположение рефлекторов: (/—9— рефлекторы, а, Ь, с—части рефлектора); в—конфигурация рефлекторов [для передачи по цепи (слева) и для освещения]

может добавить непосредственно к освещению обслуживаемой области свой собственный отраженный свет, ибо для этого он должен бы занять иную позицию, а именно SS. Таким образом, если рефлекторы /, 2 и 3* находятся в своих частных позициях RR, это означает, что рефлектор 4* просто получает солнечный свет от рефлектора 1 ——свет, ослабленный множеством отражений и рассеяни- ，殳м луча в угле 0,0093 рад. Это, конечно, в известной мере снижает ценность идеи цепной передачи радиации.

Чтобы достичь цепной передачи радиации от серии рефлекторов, ■индивидуальные рефлекторы должны состоять из грех частей: а, b и с, которые способны по-разному устанавливаться друг относительно друга. На рис. 34 показана такая адаптируемая модульная， конфигурация рефлектора (здесь, разумеется, иллюстрируется скорее принцип, чем предлагаемая конкретная конструкция). Предполагается, что отраженный свет и непосредственный солнечный свет Должны быть переправлены от рефлекторов 丿，2, 3* к 丝 а также симметрично ——от 9, 8 н 7* к 6*. В этом случае рефлекторы 3* и 7* более не иррадируют непосредственно обслуживаемую область и вследствие этого далее рассматриваются как 3 и 7. Таким образом, как показано на рис. 34, 6, модуля а и &, рефлектора / отражают солнечный свет непосредственно на модуль с (того же рефлекто- ра /), который передает его (за вычетом потерь на рассеяние светового потока) на модуль а рефл&ктора 2. Модуль b рефлектора 2 отражает на его модуль с непосредственно полученный солнечный £вет. Модуль с рефлектора 2 передает свет от 1а ：и 6, а также .от *Ь к За. Модуль 3% в свою очередь, перепасовывает на рефлектор

4 свет от la и bf 2а <и b и ЗЬ, Рефлекторы /, 2, 3, Я & 7 входят в цепную схему передачи радиации. В рефлекторах 4*, 5* и 6* модуль с поставлен в одну линию с модулями а и b ——чтобы создать значительно больший по площади рефлектор двухмерной * конфигурации. .

Прежде чем попасть на рефлектор 4*, солнечный свет от -рефлектора / прошел через шесть отражений: от 2Ь — через четыре и от ЗЬ ——через два отражения. Включая финальное отражение от 4*, световой поток от рефлектора 1 уменьшается до 0,87 при индивидуальной отражающей способности, равной 0,98, или до 0,48 при отражательной способности менее 0,9. Если не будет никаких потерь из-за рассеяния луча, свет, полученный рефлектором 4*, ис-.^ ходя из светового пучка, запасенного рефлектором площадью Лг» ■ равен тому, что дает сумма модулей а, b и с:?

/=告以+ +(S+qI+…+獗J

где q ——отражательная способность; i=2n——1; n — общее число i включенных в цепь рефлекторов.

В приведенном примере п=4, откуда:

/ =告以+ Т" Q& +酰

Это дает конечный .выход освещенноста /= 1,19 для @ = 0,98 и / = 0,76 для q = 0,90. Другими словами, если q = 0,90, рефлектор 4* даже не получает эквивалентный одной полной поверхности рефлектора солнечный свет из-за цепной передачи тремя рефлекторами. Поэтому для цепной передачи требуется весьма высокая отра* , жательная способность. Это, в свою очередь, «выдает мандат》нат-j рневому покрытию поверхности рефлектора в космосе.1

При отражательной способности 0,98, что для натрия представ-' ляется вполне достижимым, рефлектор 4* получает на 19% больше света, чем он получил бы непосредственно от Солнца. Правда, это достигается ценой значительного усложнения конструкции рефлектора. Но упомянутый выигрыш (в 19%) может быть потерян из-за расхождения светового пучка. Однако такие потери не обязательны, по крайней мере, теоретически. При диаметре рефлектора d ширина луча на дистанции S будет Z = %+0,0093s.

Если рефлектор сфокусирован на расстоние S, то Z = 0,0093s.

Соответственно, если Z=d, теоретически отсутствуют потери^ из-за расхождения луча. Это требование определяет длину хорд叫 между рефлекторами, растянутыми вдоль орбиты:|

S(z “ = -^- = 107,53".(13)1

Другими словами, для 5= 1000 км, d должно быть порядка 10 км; при этом площадь рефлектора будет 78,5 км2. Для рефлек-

Рис. 35. Трассы для обслуживания осветительной системой областей с крупными городами: о—при г=4(Г_и ш=3,41 7сут (сплошные кривые) и /=50° н ш«2,86 °/сут (точечные кривые); Тснд=2 口； г=1,26； 8=30,8°； 0=16,2°； Л;/Л0=4,86；力=0,18 ч; б—прн £=40° и ш=1,ЗГ/сут; ?сна=3 ч; г= 1,656； е=31,5°; 827,5° Л^/Л0=3,61； %==0,46 ч (/—Гавайи； 2—Сан-Фраициско： 3—Лос-Анджелес; 4—Хьюстон； 5—Нью-Йорк； 6—Лондон； 7—Ленинград- 8—Москва; 9—Анкара； /О—Рнм; "—Париж； /2—Мадрнд; /5—Пекин- /4—Токио； /5—Сидней; /^—Кейптаун- /7— Буэнос-Айрес)

тора с размерностью, нужной Лунетте, эти величины должны быть много 'больше. Для квадратного рефлектора с площадью 0,1 или 1 км2 дистанцию, обеспечивающую отсутствие потерь, следует уменьшить до 38,4 必 до 121 км соответственно. Трехчасовая орбита имеет длину окружности в 66 363 км, следовательно, исходя нз двух названных дистанций, рефлекторы должны распределиться через 0,21 и 0,66°. Хотя это и не является невозможным, удер- Хание в нужном строю 1715 или даже 546 рефлекторов ——сложная задача.

Самый главный вывод сводится к тому, что цепная передача радиации требует включения огромного числа отражений, чтобы зас- 丁авнрз работать хотя бы скромную часть общей площади отража- кщеа поверхности системы. А большое число отражений снижает интенсивность светового потока даже при отражающей способно-* етн 0,98 и требует чрезмерно точной расстановки на орбите десят- ков рефлекторов.

Лучшей альтернативой представляется обслуживание освети- 'тельной системой более чем одной урбанизированной области. На Рис- 35 показана серия урбанизированных районов, расположен-

ных между 30 и 60° широты. Очевидно, что надлежащий выбор ор- '<| биты предоставляет возможность объединить обслуживание горо- 1 дов в США, Южной Африке и Дальнего Востока; города в Ев- j| ропе и на западе СССР — с урбанизированными областями в Юж-色 ной Америке и в Австралии,Ш

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЛУНЕТТЫ-'相

Лунетта снабжает светом непосредственно. Наземные осветитель- 口 ные системы в качестве промежуточной ступени в цепи преобразований от источника энергии до видимого света требуют электро- J энергии. Следовательно, для Лунетты затраты на один лм-ч (т. е. 1| стоимость обеспечения светового потока в один люмен в течение Л одного часа) могут быть подсчитаны непосредственно, но их необ- J] ходимо выразить через стоимость электроэнергии для наземных ос,- р ветительных систем.工

Для наземных систем затраты на 1 лм • ч составляют:

^лм.ч^лм.чС® + СтС® + Ст

^лм.ч

^лм.ч

С® + Ст

С® + Ст

где Се — стоимость электричества для уличных систем освешени^г (Се = 0,04 .一 0,06 долл, за 1 кВт-ч)； ц — коэффициент характеризующий эффективность преобразования электроэнергии в видимый свет (для уличных систем освещения 1 кВт-ч соответствует 40—— 65 клм-ч); А ——коэффициент, характеризующий ухудшение характеристики лампы (обычно после 1,8—2,7 лет А = 0,7); Ст — долол-: ыительные расходы, Ст вызваны техническим обслуживанием ос- jj ветительной системы.我

Принимая (оптимистически) Се+Ст=0,07 долл, на 1 кВт-ч J П = 50 клм-ч >и А=0,7, получим。^.4^2・10一6 ДОЛЛ1 на l《M ・q (наяИ земная система).

Затр 1ты на 1 лм • q для Лунетты:

Слме = % + & + &，

где CD ——компонент стоимости, выражающий затраты на научнс^Н исследовательские, опытно-конструкторские и жпытательные рабс^В ты при создании Лунетты (НИОКР); & — компонент стоимости, ражающий первоначальные капитальные затраты; & — компоне^・ стоимости, выражающий средние ежегодные текущие расходы.

Величина CD определяется формулой:，

2£ниркр.,1000.(159

Амортизационный период 丁厶 может быть принят от 15 до 30 ■лет. Мы будем считать его равным 30 годам.小一среднее количество единиц Лунетты со средней величиной отражающей поверхности Ди на единицу, которые необходимо поставлять на орбиталь- ную линию ежегодно в течение всего периода Та； L — это световая энергия (лм-ч/год) на единицу отражающей поверхности (км2).

Можно ожидать, что за 30-летний амортизационный период (в ходе которого окупаются все затраты на НИОКР), по меньшей мере, около 5 км2 общей площади (Nn4貝)будет доставлено на линию. Затраты на НИОКР (УСннокр) по-видимому, не превзойдут двух миллиардов долларов. Световая энергия L получается из выражения

L = EhK 3 (16)

где £о ■ — световой поток в лм на единицу поверхности лм/км2; tL — время фактической работы (в ч) по световому обслуживанию в год; К — показатель облачности (средний коэффициент уменьшения светового потока из-за облачного покрова Земли); j ——показатель загрузки осветительной системы (доля общего времени t^ данной единицы Лунетты, когда она полезно функционирует — за вычетом времени, потребного для ремонта и технического обслуживания).

Исходя из величины константы солнечного освещения в космо- се 13,67 л м/см2 и К=0,79, получим общий световой поток, достигающий поверхности Земли после прохода атмосферы со средней Брозрачностью &= 108 Глм/км2.

Величина tL зависит от количества обслуживаемых районов данной орбитальной Лунетта-системой. Если она составляет, по меньшей мере, 0,25 года, то это эквивалентно 2200 ч. При f=0,9 величина L = 0,97・10ii%K； а величина СП=6,Ш-lO~2/tLK. Компонент Ci определяется по формуле:

тле т ——доход на к алит а л о вложе ни я; Ct — первоначальные капиталовложения (стоимость монтажа линейной Лунеттачсистемьь, в долл.)； Аг ——суммарная отражающая поверхность Лунетта-^йс- темы (км2).

В рассмат|рнваемом случае принято, что Лунетта-система состо- мт из семи роев на трехчасовой орбите. Эта система совместима с возможностями МТКС «Спейс Шаттл», которая ошределяет транспортные расходы.

Для обеспечения уровня освещенности в подспутниковой точке в 200。 (ПЛ) в условиях ясной ночи номинальная отражающая по- верхность рефлектора с натриевым покрытием должна быть равна °,24 км?. Чтобы обеспечить -полное освещение в 200о「прл угле подъ- £ма рефлектора е = 40° (28=44,9°), его отражающая поверхность Должна быть увеличена в 2,46 раза. Для среднего значения 140е Из Уравнения (12) получаем количество роев на одну орбнту п^ = = 7,5： откуда площадь отражающей поверхности рефлекторов на одно访 ор.бите будет 4,41 км2. Если принять отражательную способ- Ность q = 0,94 (вместо ее максимального значения 0,98), общая

Рис. 36. Круговая диаграмма (а) распределения затрат при создании Лунетта-системы (86,2 млн. долл. — непредвиденные затраты； 60 млн. долл. — затраты на конструкцию; 798 млн. долл. — затраты иа изготовление, транспортировку и операции ^обслуживание) на орбите； Гд=30 лет — амортизационный период) и диаграмма (б) эквивалентной стоимости электроэнергии для освещения：

(/—наземная станция, 2, 3, 4, 5—Луиетта соответственно для ясного неба, малой облачности, средней облачности и плотной облачности; /—компонент стоимости, выражающий первоначальные капитальные затраты и их возмещение; 7/—компонент, выражающий ежегодные текущие расходы). Данные системы: Минимальный подъем 8jtm = 40o； диаметр кондиционно освещаемой области 20 = 44,9°: Ai/%o = 2,46 при 8=40。(Ло= 1190 км?), 5 орбит (трехтрассовый вариант), освещаемая область на одну трассу 1.52 км2 (7.6 км2 суммарно) (24 рефлектора на орбите； площадь рефлектора 0.063 км?, масса 1 км? — ]50 т, стоимость

1 км? _ 8 млн. долл.)

площадь отражающей поверхности на одну орбиту составит 4,6 км2. Разделяя рефлжторы на три орбиты, получим на одну орбиту площадь отражающей поверхности, равную 1,52 км2. Принимая, что на каждой ：из орбит три рефлектора всегда находятся .в пределах кондиционно освещаемой области, получим значение угловой дистанции меж以у рефлекторами 15°, что соответствует 24 рефлекторам на одну орбиту. Тогда индивидуальная площадь отражающей поверхности единичного рефлектора становится равной 0,063 км?, что соответствует квадрату со стороной в 250 м длиной. Кондиционно освещаемая область ,имеет диаметр в 29, что соответствует примерно 45°. 一

Для рационального размещения трасс внутри обслуживаемой области мы можем принять три орбиты, сдвинутые друг относительно друга на угловую дистанцию в 8° (иначе говоря, угол между восходящими узлами трех орбит будет равен AQ = 8D). Поскольку при расщеплении на три орбиты рефлекторы распределяются на дуге в 16°, отпадает надобность в двух опорных орбитах (т. е. в 8 трассах), чтобы обеспечить ночное освещение с ретроградной трехчасовой орбиты. Потребны пять орбит, каждая «несущая》1,52 км2" общей отражающей поверхности, что обеспечивает распределение на 32° вдоль экватора ——по 16° с обеих сторон от центральной орбиты, чья плоскость обращена лицом к Солнцу. Тогда общая потребная площадь отражающей поверхности составит 4「= 7,6 км2,, включая 120 единичных рефлекторов (5X24). При стоимости 1 км2 площади рефлектора порядка 8 млн. долл, общие затраты на постройку рефлекторов составят около 60,8 млн. долл. (Ср). Если удельная масса поверхности рефлектора будет 150 т/км2, а транспортные расходы 700 000 долл, за 1 т, то общая стоимость монтажа рефлекторов на орбите составит 798 млн. долл. (Стр) (рис. 36). Поскольку наземные установки не нужны для такой системы^ как Лунетта, затраты на наземные элементы, представляющие со-

бой функциональную часть системы, отсутствуют (СОо=О). Стоимость обслуживающих, вспомогательных и обеспечивающих наземных устройств и комплексов включена в непредвиденные расходы, которые приняты равными 15% от суммы затрат на постройку рефлектора и на монтаж его на орбите (включая стоимость транспортировки); таким образом (&) =945 млн. долл.

При годовом фонде %=4400 ч величинаCD ——七,

■считая т=0,15, Та=30 лет, получаем

&= 3 电 10 二4 .(18)

к

Средние ежегодные текущие расходы:

С2="10з.(19)

В соответствии с ранее принятым значением /=0,9 10%' * 120 единичных рефлекторов с отражающей поверхностью 0,063 км2 каждый, то есть 12 рефлекторов, все время находятся в стадии технического обслуживания. Если вдобавок 15% общей массы должно заменяться (восстанавливаться), а 20% общей массы ——в виде расходных материалов ——должно непрерывно доставляться, и если каждый единичный рефлектор дважды за 30-летний период функционирования подлежит покрытию натрием в космосе, то необходимо добавить дополнительные затраты общей величиной в 300 млн. долл, за 30 лет, или в среднем, Сот= 10 млн. долл, в под; (при этом доставка всех необходимых грузов и техническое обслуживание все еще могут обеспечиваться М.ТКС《Шаттл》).

Тогда:

и общие затраты составят:

С — 3,526-10-4

Лм-Ч =~

При эффективности преобразования электрической энергии в световую в 50 000 лм.ч на 1 кВт.ч стоимость освещения наземными осветительными системами (работающими на электроэнергии), соответствующего освещению Лунеттой, составит

Г 17,63

Для районов 'С преобладающе безоблачным небом фактор облачности К может быть принят равным единице в течение 60%1

общего времени; К=0,6 в течение 20% времени, К=0,4 в течение 15% времени и К=0,1 в течение 5% времени. В этом случае средний электрический эквивалент затрат будет равен Се(осв)=31,9.

Для среднего района процентное распределение можно принять таким: 40, 30, 20, 10%, что дает Се(осв)= 42,3.

Для весьма облачного района процентное распределение такое： 20%, 30%, 30 ；и 20%, что дает Се(осв)= 60,8.

Все эти расчетные цифры для Лунетты оказываются более низкими, чем данные для наземных осветительных систем. Если Лу- нетта обслуживает всего лишь две столичных области, то эквива

лентная стоимость электроэнергии, приходящаяся на каждую из двух областей, составит -соответственно 0,016; 0,021 口 0,0304 долл, на 1 кВт.ч.

Распределение основных урбанизированных районов (см. рис. 35) обеспечивает высокий показатель использования Лунетта —— системы на орбитах с наклонением в 30 и 60°. Если необходимо обслуживать большее число городских или индустриальных районов, прецессия уже не будет рассматриваться как недостаток. Будет потребно большее количество орбит, но все они будут использоваться наилучшим образом ——на всем протяжении их прецессионного года — чтобы освещать столичные, индустриальные или сельскохозяйственные районы к северу от экватора. Основным《пробелом» , в Северном полушарии является Тихий океан. Однако в ходе пре- и цессии через этот пробел будут обслуживаться области в Южной ' У Америке и Африке, с южной половины орбиты.”

Большее число орбит будет увеличивать первоначальные капи- * таловложения. Но ^меньшие транспортные расходы при доставке на прямые орбиты плюс более высокий показатель использования снизят стоимость освещения единицы площади обслуживаемой области ниже цифр, приведенных выше. Транспортировка (включая операции на орбите по монтажу и т. п.) преобладает в структуре первоначальных капиталовложений, которые, в свою очередь, пред- 曲 ставляют основную часть суммарной стоимости. Минимальная мае-:羽 са отражающей поверхности и низкие транспортные расходы, в по■ 第 бавление к множеству «областей — подписчиков» (обслуживаемых 用 областей)——вот ключ к снижению стоимости освещения Лунеттой. '|| Перспективы для снижения стоимости наземного освещения, а так- [ же для повышения совершенства и качеств освещения благодаря ：｛ Лунетте представляются весьма неплохими.У

-5.4.3. УМЕНЬШЕНИЕ ПЛОЩАДИ СВЕТОВОГО ПЯТНА

В фокальной ПЛОСКОСТИ лунеттыЛ

При непосредственном отражении солнечного света минимальная площадь фокального пятна неизменно связана с дистанцией между Я рефлектором и поверхностью (на которую проецируется «изобра- П жение» Лунетты). Следовательно, площадь светового пятна может 電 быть больше обслуживаемой области, что по ряду причин может оказаться нежелательным, так как будут подсвечиваться районы

Рис. 37. Схема уменьшения площади светового пятна при двух рефлекторахРис. 37. Схема уменьшения площади светового пятна при двух рефлекторах

Рис. 37. Схема уменьшения площади светового пятна при двух рефлекторах

Рис. 37. Схема уменьшения площади светового пятна при двух рефлекторах

вне обслуживаемой области (ими могут оказаться и населенные и «дикие», например, заповедные районы). Может оказаться также желательной комбинация преимуществ, обеспечиваемых использованием для Лунетты ГСО и меньшей площади светового пятна в фокальной плоскости.

Кроме того, при освещении районов в высоких широтах может оказаться желательным использовать эллиптические орбиты. Особенный интерес представляет эллиптическая орбита с наклонением в 63,5°, поскольку ей свойственно отсутствие вращения большой оси (т. е. ее апогей будет всегда оставаться над широтой обслуживаемых областей) и поскольку эта орбита накрывает немало областей в Северном и Южном полушариях, освещение которых может потребоваться с высокой вероятностью.

Рефлектор на такой эллиптической орбите значительно дольше находится над полушарием, «обращенным лицом» к апогею, нем над перигейным ^полушарием； однако размеры светового пятна в этом случае существенно изменяются при движении рефлектора по орбите.

Размеры светового пятна так же, как -и вариации его абсолютной площади, в случае применения эллиптической орбиты могут быть значительно уменьшены с помощью двойного отражения (рис. 37). 。

В этом случае, система включает два рефлектора: первичный, обращенный лицом к Солнцу (ориентированный на Солнце), и вторичный, ориентированный на Землю и обращенный к Солнцу тылом.

Таким образом, размеры фокального светового пятна вторичного рефлектора определяются угловым диаметром первичного рефлектора, под которым он видится из вторичной системы. Размеры систем и дистанция между ними должны быть так рассчитаны, чтобы угловой диаметр (у) первичного рефлектора был меньше

углового диаметра Солнца (Р). На рис. 37 две рассматриваемые системы обозначены ;как «Кастор» (С) и.Поллукс» (Р).

Каждый из двух рефлекторов может быть как первичным, так и вторичным. Вставка (вверху слева) на рис. 37 показывает, как по очевидным оптическим причинам «ведущий» рефлектор (идущий вперед по направлению движения на орбите) должен быть первичным (т. е. ориентированным на Солнце) между вечерними сумерками (позиция над вечерним терминатором) и полуночью. Иначе говоря, в этом случае роль первичного рефлектора играет Поллукс, а Кастор представляет собой вторичную систему. На дуге орбиты между полуночью и рассветом первичным должен быть ведомый рефлектор (С).

Перемена ролей должна происходить сразу -же 1noeле полуночи таким образом, что освещение обслуживаемой области не прерывается, а только слегка тускнеет на короткий период времени г несколько минут. Вследствие этой перемены ролей желательно сделать обе отражающие поверхности (рабочие поверхности рефлекторов С и Р) примерно равлыми. В данном случае, световой пучок от первичного рефлектора имеет диаметр Sp, превосходящий диаметр вторичного рефлектора: Следовательно, плотность светового потока от второго рефлектора (и обеспечиваемая им освещенность) уменьшается. Однако возможно световой пучок, проходящий вне площади вторичного рефлектора, перехватить с помощью дополнительных отражателей, «вставленных^ в первичный луч. Но тогда обме'н ролей между двумя отражающими системами при переходе точки полуночи уже не может выполняться также простым путем, как в предыдущем случае.

При заданной площади отражающей поверхности площадь све- тового пятна на поверхности Земли можно уменьшить за счет увеличения дистанции между рефлекторами С и Р; но при этом будет происходить и одновременное уменьшение освещенности. Чтобы сохранить потребный уровень освещенности, придется увеличивать площадь отражающей поверхности вместе с ростом дистанции S. (Это увеличение отражающей поверхности ——цена, которую приходится платить за уменьшение размеров светового пятна на поверхности Земли).

В результате трудоемкого, но принципиально элементарного анализа найдено, что для заданного уровня освещенности на грунте произведение площадей отражающих поверхностей рефлекторов Р и С (если выразить освещенность в единицах опорного лунного уровня) должно быть:

Z

Л рАс 弋 10~6 ————, (20) 尸 尸(S, " I,

где: / — освещенность на грунте; ?т — освещенность одной ПЛ (/т= 1(т=0,107 лк).

尸(S,r)=尸(S,r)=1)2+ 十 S*?1)2+ 十 S*?(21)(21)

尸(S,r)=

尸(S,r)=

1)2+ 十 S*?

1)2+ 十 S*?

(21)

(21)

где переменные имеют значения, определенные выше или разъясненные на рис. 38. Звездочка означает, что данная переменная выражена в единицах радиуса Земли (г00 = 6378 км).

Уравнения (20) и (21) выведены применительно к величинам, показанным на рис. 37, основываясь на геометрии симметричного отражения и принимая положение середины дистанции S на угловом расстоянии в 45° от терминатора, в сторону полуночи, как по* казано на рис. 38. Для асимметричных условий освещения, т. е. 口刀兄 случая-^ ОРС^=ОСР, геометрические соотношения сложнее.

На рис. 38 представлены результаты для уровня освещенности на поверхности Земли в 10а. Видно, что уменьшение площади светового пятна получается ценой весьма существенного возрастания суммарной отражающей поверхности (которая удваивается по сравнению с ее значением, показанным на схеме внизу слева на рис. 33, поскольку Ас = Ар). Фактически сравнительно*с единственным рефлектором суммарная площадь больше примерно в 700 раз. Отражающая поверхность изменяется пропорционально корню квадратному из потребного уровня наземной освещенности (в о). Угол вторичного светового луча изменяется пропорционально о'・

Рнс. 38. Схема (д) и графики (б), (в), (а) симметричного двухкратного отражения {1М «= 10о> °p = Qc=0*9；龙=1 (ясное иебо); /^,/7^=0,79; п=45°; Л р=Лс; ОРС=ОСР; 0=0,0093 рад]: ;~при rS7D=3 ч; 2—при Ts/d = 12 ч; 3—при TSJD^24 ч [А р и Ас следует умножить иа 102; "0 г) на кривых 1, 2, 3 следует умножить соответственно на 10-6, l0-f。，I0-，iJРнс. 38. Схема (д) и графики (б), (в), (а) симметричного двухкратного отражения {1М «= 10о> °p = Qc=0*9；龙=1 (ясное иебо); /^,/7^=0,79; п=45°; Л р=Лс; ОРС=ОСР; 0=0,0093 рад]: ;~при rS7D=3 ч; 2—при Ts/d = 12 ч; 3—при TSJD^24 ч [А р и Ас следует умножить иа 102; "0 г) на кривых 1, 2, 3 следует умножить соответственно на 10-6, l0-f。，I0-，iJ

Рнс. 38. Схема (д) и графики (б), (в), (а) симметричного двухкратного отражения {1М «= 10о> °p = Qc=0*9；龙=1 (ясное иебо); /^,/7^=0,79; п=45°; Л р=Лс; ОРС=ОСР; 0=0,0093 рад]: ;~при rS7D=3 ч; 2—при Ts/d = 12 ч; 3—при TSJD^24 ч [А р и Ас следует умножить иа 102; "0 г) на кривых 1, 2, 3 следует умножить соответственно на 10-6, l0-f。，I0-，iJ

Рнс. 38. Схема (д) и графики (б), (в), (а) симметричного двухкратного отражения {1М «= 10о> °p = Qc=0*9；龙=1 (ясное иебо); /^,/7^=0,79; п=45°; Л р=Лс; ОРС=ОСР; 0=0,0093 рад]: ;~при rS7D=3 ч; 2—при Ts/d = 12 ч; 3—при TSJD^24 ч [А р и Ас следует умножить иа 102; "0 г) на кривых 1, 2, 3 следует умножить соответственно на 10-6, l0-f。，I0-，iJ

Таким образом, хотя и возможно уменьшить размеры светового 1 пятна оптическим путем — и даже легче, чем выбором более низ- 1 кой орбиты,——это становится практичным лишь после того, как J| большие размеры единичных рефлекторов и низкие транспортные Д расходы станут доступными и неизбежными условиями при реали- Я зации концепции. Такие условия имеют место в связи с Биосолет- Я той (см. ниже). Однако преимущества двойного отражения могут ; быть полностью реализованы только в том случае, если необходима стационарная проекция светового пятна. Если же пятно движется, может оказаться более экономичным осуществлять это с 二 помощью единственного рефлектора на субсинхронной орбите. Сле- довательно, если по каким-либо причинам части Биосолетты пот- | ребуется отклонять от их первоначального положения, нужно бы-孑 ло бы 'поместить Биосолетту на геостационарную круговую эква- J ториальную орбиту. Одна,ко эта орбита может оказаться не самой 9 приемлемой для Биосолетты по причинам, изложенным ниже.»

СОЛЕТТА!.

Солетта обеспечивает высокий уровень потока солнечной энергии fl <в световом пятне. Она имеет четыре основных функции: 1) произ- я водство пищи (океан, суша); 2) борьба с заморозками; 3) надеж-才 ное предсказание погодных' условий для сельского хозяйства; Я 4) генерация электроэнергии ночью с помощью солнечно-электри-"' ческих станций). Первые три из них относятся к Биосолетте, последняя—— к Энергосолетте. Важно подчеркнуть, что три первых функции Солетты не требуют никаких наземных установок. Разме- ; ры Солетты лежат в диапазоне от тысяч до десятков тысяч квад-, ратных километров. Солетта состоит из большого количества реф- f лекторов, сфокусированных в общем световом пятне на поверхно- 『 сти Земли. Размеры рефлекторов не позволяют использовать двой- '- ное отражение, да оно здесь и непригодно. Функции Солетты име- ' ют смысл лишь в том случае, когда они применимы к обслужива- : емой области, сопоставимой по размерам с самой Солеттой. Осо- бенно это относится к Биосолетте, которая, чтобы быть достаточно J эффективной, должна облучать тысячи квадратных километров, | если речь идет о суше, и в десятки раз большие площади, когда j речь пойдет об океане. Следовательно, Биосолетта должна быть на т геостационарной или же еще более высокой орбите. Энергосолетта, | которая является единственной из всех отражательных систем, тре- 】 бующей протяженных наземных установок, облучает меньшие, чем Биосолетта, области (по крайней мере, на первоначальном этапе своего развития), вследствие целесообразности удержания начальных капиталовложений на приемлемо низком уровне и для обеспе-: чения более ранней доступности такой энергосистемы. Поэтому для Энергосолетты более подходящей является трехчасовая орбита. '

Ниже рассмотрены возможности как Энергосолетты, так и Биосолетты. Здесь это делается впервые. Представлен также и экономический анализ обеих Солетт.；

ЭНЕРГОСОЛЕТТА

Цель рефлекторной системы Энергосолетты ——добавить к регулярному потоку солнечной энергии дополнительный поток к наземным солнечно-электрическим энергостанциям. Энергосолетта как бы 《перемещает》Солнце ночью, а также способна повысить вклад солнечной энергии в дневное время. Подвод энергии ночью позволит наземным электростанциям функционировать круглосуточно —— так, как будто бы они размещались в космосе (разумеется, зависимость от атмосферных условий здесь все-таки сохраняется). Энергосолетта сделает доступным солнечно-электрический принцип энергосистемы для стран с недостаточно изобильной инсоляцией, делая тем самым существенный вклад на длинном и трудном пути улучшения климатических условий, не соответствующих нашим представлениям об идеале.

Чем выше орбита, на которой монтируются рефлекторы, тем их (илп роев рефлекторов) нужно меньше, но тем большим становится наземное световое пятно. А поскольку Энергосолетта включает наземные установки, вышерассмотренные взаимосвязи ведут, в конечном счете, к зависимости размеров и стоимости этих наземных установок от высоты орбиты, ибо в противном случае значительная часть солнечной энергии без всякой пользы излучалась бы в наземную окружающую среду. Это не только будет снижать эффективность системы, но фактически будет увеличивать ее тепловой выброс (т. е. повысит 《тепловое загрязнение» атмосферы). С другой стороны, из-за увеличения площади светового пятна н числа наземных установок будут заметно возрастать начальные капиталовложения. Выработка энергии должна быть очень большой (от сотен до тысяч ГВт-год), а эффективность и степень использования рефлектора должна быть весьма высокой. Однако масштабность проекта затруднит его быструю реализацию.

Двухчасовые и трехчасовые орбиты дают более подходящие условия для введения в строй Энергосолетты, хотя и приведут к некоторому ухудшению эффективности системы.

(22)(22)Для Энергосолетты очень важно предотвратить чрезмерные вариации интенсивности освещения. Здесь эта задача важнее, чем для Лунетты, поскольку процесс производства энергии наземным оборудованием не так гибок, как человеческий глаз в случае осветительной системы. Человеческий глаз, как и все другие органические рецепторы, обладает способностью логарифмической адаптации к вариациям уровня освещения, в то время как эффективность энергогенерирующего оборудования (например, фотогальванических батарей) резко падает, если уровень иррадиации падает слишком низко. Эти соображения влияют на выбор еит. Длина пути свето- вого луча через атмосферу £h для данного угла подъема рефлектора g следует из системы уравнений: &=Г%о + (Г(Х)+А)2—2(Гоо + А) cos% e=arccos (。。a sin 供)

(22)

(22)

где Do — длина вертикального пути через атмосферу (т. е. вдол радиуса круговой орбиты); 8’ ——угол при центре Земли между ра диусомпвектором, направленным к зениту, и радиусом, нап-рав ленным к точке пересечения линий угла подъема 8 и круга с ради усом, равным Гоо + ^о (рис. 39).

Принимая Dq=100 км, получим для трехчасовой орбиты е^40° диаметр & 150 км, а при е^30° диаметр Qd96 км.

На выбор величины еИт влияют два обстоятельства: размеры рефлектора и потери энергии как функция изменений длины пути светового луча между зенитом и предельным углом подъема рефлектора £i1m. Для заданного числа рефлекторов большая кондиционно освещаемая область (меньший ⑸皿)допускает большие размеры единичных рефлекторов, а следовательно, меньшую общую массу, что снижает транспортные расходы.

Если же площадь, приходящаяся на один рефлектор, падает ниже 20 км2, образуется заметный массовый 《штраф》из-за повышения удельной доли массы вспомогательных систем, которыми должен оснащаться каждый индивидуальный рефлектор. Что касается влияния длины пути светового луча, то для условий в совершенно прозрачной атмосфере отношение уровня светового потока (в лм) к интенсивности (силе) света (в меж дун ародных свечах) можно вывести из закона Алларда: ■

Это означает, что при самых наилучших условиях интенсивность варьирует между 1,0 и 0,44 для кондиционно освещаемой области при предельном угле подъема рефлектора ецга 40° .и ь:ежду 1,0 и 0,26 при £нт=30*\ При тех же атмосферных условиях солнеч

ная интенсивность меняется между

1,0 и 0,14 при е = 20° (длина пути

луча 266 км).

Для прозрачности равной 0,7, отношение

атмосферы,(23) можноатмосферы,(23) можноаппроксимировать так:аппроксимировать так:耳

атмосферы,(23) можно

атмосферы,(23) можно

аппроксимировать так:

аппроксимировать так:

В этом случае интенсивность из меняется между 0,7 и 0,23 для ецщ^ = 40°; 0,11 для еит = 30° .и 0,05 ал| еит = 20°.

Между углом подъема в 20*° и зе нитом Солнце обеспечивает в сре,

Рнс. 39. Схема определения расстояния, проходимого лучом в атмосфере (гд—радиус Земли； cd=

=^0； са=у; О0=Яатм; D = ba; Q'= <cob)

Использование ретрирефлексии, для Энергосилетты с целью повьлиения выра&итки эпектроэнерzu.il 6днебние

Рис. 40. Схема использования ретрорефлексии для передачи энергии

нем 0,79——0,81 энергии, даваемой при ПС = 1 Энергосолетт-ой между 40° и зенитом при прозр ачности атмосферы 0,7 и 1,0 соответственно; для кондиционно освещаемой области, расширяемой до 30° угла подъема, отношения будут равны 0,9 и 0,93 соответственно. Так, если Энергосолетта предназначена для дублирования вклада энергии Солнца в течение ночи, необходимо обеспечить около 0,8 ПС при Eiim = 40° и 0,92 ПС при — 30°.

В табл. .6 показаны комплексные воздействия на степень использования рефлекторов Эиергосолетты высоты орбиты и ограничении по }'Тлу подъема. Эти же параметры влияют на общую площадь отражающей поверхности Эиергосолетты. Очевидно, что большая кондиционно освещаемая область (меньшлй 8цт) экономит площадь рефлектора, несмотря на штраф из-за необходимости компенсировать более длинный путь светового луча через атмосферу. Соответственно растет эффективность использования рефлектора. Сравнение данных, соответствующих eiim = 60° для трехчасовой и четырехчасовой орбит, показывает, что уменьшение eijm для мень； weSt кондиционно освещаемой области более эффективно достигается на более bbicoikoh орбите. Сравнение 8цт = 30° и &im = 60° для трехчасовой орбиты показывает, что при шести десятиградусной схеме размещения должны функционировать три наземные знерго- станции, чтобы экономически оправдать включение большей общей отражающей поверхности.

В случае Эиергосолетты при определенных условиях может оказаться весьма привлекательной одна частная форма цепной переда- ^工 радиационной энергии, названная ретрорефлексией (рис. 40). Применение Эиергосолетты связано со значительной дневной нрра- Диацией, поскольку это увеличивает энерговыработку наземной си- 门овой электростанцией. Ретрорефлексия не страдает теми недостат- ками, которые приводили к неэффективности и непривлекательно-

Таблица 6

Характеристики Энергосолетты для различных орбит и ограничений по углу подъема рефлектора

Характеристика

Значение характеристики при сидерическом периоде, ч

2

3

4

Отношение радиуса орбиты к радиусу Земли

Высота уо орбиты, км

Площадь Ло подспутникового светового пятна, км2'

Диаметр а0 подспутникового пятна, км Максимальный угол еПт подъема рефлектора, °

Отношение Ле /Ло при 由血

Диаметр кондиционно освещаемой области 20, °

Максимальное время прохода через КОО, ч

Время прохода при ф= 100& и -ф = 25°, чз

Количество роев па орбите, Nc Интенсивность освещения, ПС Площадь роя (при q = 0,94), км2 Общая отражающая поверхность на орбите, км2

Число трасс (при трех трассах через КОО — кондиционно освещаемую область)

Угловое расстояние между орбитами, ДЙ, °

Отражающая поверхность на одной трассовой орбите, км2

Общая отражающая поверхность (на всех орбитах), км2國

Угловая дистанция между рефлекторами на орбите, °

Количество рефлекторов на трассовой орбите

Площадь единичного рефлектора, км2

Суммарное число рефлекторов (на всех трассовых орбитах)

Количество рефлекторов, одновременно функционирующих над КОО

Коэффициент использования рефлектора на одну КОО (отношение числа функционирующих рефлекторов к их суммарному количеству)

1,26

1658

187

15,4

45

2,36 21,7

0,13

0,1

18

0,8 174

3132

9

5

1044

9396

5,54

65

16,1 585

11

0,019

30

3,86

57

0,54

0,41

6 0,92 1215 7292

4

11

2430

9723

12

30

81 128

15

0,117

1,656

4148 1190

38,6

40

2,46 44,3

0,423

0,323

9 0,8 1012 9,108

4

11 3036

12144

13 „85

26

117

104

9 0,087

60

1,36 24,83

0,24

0,18

16 0,6 759

12,141

6

7

4048

24228

6

60

67.5

360

9

0,025

2,0

6380

2765

59

60

1,31

33,5

0,744

0,553

11,5

0,6

3070

35,302

3

11

11767

35302

10,9

33

475,5

93

9

0,091

сти ранее рассмотренной формы цепной передачи радиации. Поэто-二 му она сопособна увеличить коэффициент использования рефлекто-； ров. Будут л：и при этом какие-то навигационные сложности или нет f смысл применения такой схемы определяется расстоянием между : рефлекторами и потерями из-за того, что не весь отраженный назад ， свет перехватывается приемными рефлекторами. |

рнс. 41： Схема солнечно-синхронных орбит для Лунетты и энеproсолетты：

трехчасовая орбита; 2—двухчасовая орбита; 3―орбита ннжнего предела (〜1500 км)： 4—орбита, иа высоте коброй радиационное давление превосходит аэродниами- ческое сопротивление (〜1100 км)； 5—орбита обслуживания (550 км)

Из табл. 6 следует, что для небольшого количества широко разнесенных наземных энергостанций наиболее привлекательна трехчасовая орбита, поскольку она должна быть солнечно-синх-ронной; альтернатива — использовать большое число наземных станций, чтобы сделать всю энергосистему совсем нечувствительной к прецессии орбит.

Большой угол наклонения двухчасо

вой солнечно-синхронной орбиты ограничивает ее полезность (рис.. 41). А шестичасовая солнечно-синхронная орбита нереализуемо так же, как и четырехчасовая.

Необходимость монтажа большого количества рефлекторов оп* равдывает создание обслуживающей станции на солнечно-синхронной орбите высотой 550 км (ниже радиационного пояса). Обслуживающая орбита должна быть солнечно-синхронной, чтобы удерживать фиксированное положение относительно трехчасовой солнечно-синхронной орбиты. Если единичный рефлектор может быть сделан достаточно легким, чтобы использовать световое давление солнечной радиации в дополнение к электроракетной тяговой системе для приведения рефлектора в движение по направлению от Земли, то этот единичный рефлектор следует сначала поднять на высоту около 1100 км, где аэродинамическое сопротивление из-за атмосферного воздуха становится настолько малым, что не съедаег эффект светового давления.

. Наклонение солнечно-синхронной орбиты с высотой 550 км равно 97,6°, что более благоприятно в смысле транспортировки грузов с поверхности Земли на орбиту, чем в случае трехчасовой орбиты с наклонением в 125°. Разница в наклонениях компенсируется в ходе межорбитального перехода. Непрерывная солнечная экспозиция обеспечивает обильный приток энергии для присоединенной материалообрабатывающей фабрики. Эта фабрика будет производить сверхлегкие конструкции для рефлекторов, она же будет- выполнять работы по покрытию поверхностей рефлекторов натри- ем, который легче алюминия, дешевле его и обладает более высо- кой отражающей способностью； но в таких масштабах, какие пот- Ребны в пашем случае, он может обрабатываться только в космо- се，где его отражательная способность не ухудшается из-за окисле- ння кислородом.

Ретроградная трехчасовая орбита периодически погружается в протонный радиационный пояс и выходит из него. Протоны вызы- Вают появление шероховатостей на отражающей поверхности. Про

тоны пйзкой энергии могут захватываться материалом рефлектора ； и создавать в поверхности раздела пластика и металлического пок- ,! рытия микроскопические водородные пузырьки. В масштабах длин ' световых волн эти пузырьки становятся вполне ощутимыми, что ： добавляется к постепенному ухудшению отражательной способно- ст и рефлектора.?：

Скорость вырождения рефлектора в настоящее время не из- г вестна. Отражающая поверхность вожет требовать перепокрытия в интервале в 15(,или в 8 лет. С другой стороны, протоны имеют 7 тенденцию к нейтрализации отрицательных зарядов, которые рефлектор захватывает при движении вне протонного пояса.

Благодаря этому на поверхность рефлектора будет садиться J меньше пыли, в меньшей степени снижая его' отражательную спо・： собность, чем на более высоких орбитах.

Поскольку установка дополнительных приемных станций на поверхности Земли вдоль трассы, проходимой рефлекторами, повысит общий объем энергии, генерируемой всей системой, можно использовать два роя, каждый из которых поочередно освещает одну из двух обслуживаемых областей. В этом случае два принимающих свет роя взаимодействуют в схеме интеррефлексии только с рефлекторами на своей половине орбиты и поэтому потребуется снабдить каждый рой дополнительными рефлекторами. Однако затраты на создание второй станции будут меньшими, чем при создании первой станции, так как теперь каждый рой несет двойную вахту в течение каждого витка. Эта тенденция будет сохраняться и при дальнейшем увеличении числа наземных энергостанций (обслуживаемых областей). Дополнительные рои должны размещаться между первоначальными. Таким методом можно обеспечить постепенное наращивание объема производимой энергии при повышении экономической эффективности всей системы, основываясь на годовых доходах от уже созданной части общей энергосистемы. Это существенно улучшает общую картину капиталовложений по сравнению с весьма большими Солеттами на высоких солнечно-синхронных орбитах (хотя эффективность первоначальных затрат растет с увеличением высоты).

С помощью ретроградной трехчасовой орбиты страны и районы, лишенные изобилия солнечной энергии, приобретут возможность установить свое собственное рукотворное «Солнце》для генерации электроэнергии на земле. Поскольку лучшее покрытие обслуживаемых областей достигается в том случае, когда они размещены на широтах несколько меньших, чем соответствующая вертексу (bmax = %) трассы данной орбиты, могут быть обслужены наземные станции вплоть до широты около 50P. Разумеется, могут обслуживаться и станции до широт, по меньшей мере, в 65°. Это означает, что обслуживаемые Солеттой солнечные энергостанцип можно строить в Северной Европе, на севере Сибири или в Канаде. Конечно, чем дальше на север расположена станция, тем больше доля общей радиационной мощности, обеспечиваемая Солеттой.

ns.：

анергостанций для Западной Европы, СССР н Северной Америки (штрнх-пуиктнрные линии —Западноевропейские трассы； а—по дсп утни ковое световое пятно Л0=1321 км2； О0=41 км)

Фактически, на высоких широтах может создаться обращенная ситуация: наземная силовая энергостанция работает с максимальным уровнем выработки электричества ночью, то есть тогда, когда она облучается Солеттой. Потому потребуется аккумуляция электроэнергии — чтобы затем поддерживать и при дневном свете -минимальный функциональный уровень; чтобы максимизировать энерговыработку наземной станции и добиться успехов в обеспечении эффективного круглосуточного функционирования, целесообразно минимизировать потребности в хранении запасенной энергии при соответствующем уменьшении стоимости конструкций; энергостанции при этом следует размещать в районах со слабым облачным покровом, между 30 и 45° широты. На рис. 42 показаны три примера. Можно рассматривать и более северное размещение .энергостанций, но з этом случае для снижения затрат необходим более высокий коэффициент использования рефлекторов, чтобы скомпенсировать рост потерь из-за облачности. /

Проведем сравнение условий для трех точек на поверхности Земного шара (рис. 42), рассматриваемых в качестве кандидатур на размещение там солнечно-электрических силовых станций, в частности рассмотрим вклады Энергосолетты в объем электроэнер- Гии, вырабатываемой каждой из этих станций.

В СССР одно из наиболее благоприятных мест для размещения солнечной энергостанции ——восточная часть Каспийского моря в Туркменской ССР (около 40° северной широты). Оно особенно пРивлекательно как с точки зрения обилия солнечной энергии, так

и с точки зрения наличия воды для охлаждения, ирригации и производства жидкого водорода. Для передачи электроэнергии в западные районы СССР и Восточную Европу это размещение энергостанции удобнее, чем размещение в Центральной Сибири. Для энергоснабжения Западной Европы наиболее благоприятными условиями обладает восточная половина Испании при передаче энергии через высоковольтные магистральные линии постоянного тока к индустриальным центрам на севере и на востоке. В Северной Америке, где только США являются высокоиндустриализованной страной, содержащей районы с высоким уровнем инсоляции, порядка более 2-109 кВт-ч радиационной энергии на 1 км2 земной поверхности в год, наиболее благоприятным местом для размещения энергостанции будет район между Аризоной и Сонорой в Мексике. Из этого региона могут снабжаться электроэнергией через высоковольтные линии постоянного тока Мексика, США и часть Канады.

На рис. 42 показано наклонение орбиты в 45°, чтобы охватить все три рассматриваемых места для размещения энергостанций, хотя для США орбита с наклонением в 35е была бы несколько более эффективной. Причина этого состоит во взаимной поддержке ио передаче энергии к соответствующим наземным энергостанци- :ям всех рассматриваемых орбит: Западноевропейских (штрих- пунктирные трассы), Советского Союза и США. Фактически, следующие после США четыре витка трассы № 3 совпадают с трассой № 1 Западноевропейской орбиты. Другими словами, энергостанции в США и в Западной Европе могут использовать одну и ту же систему Энергосолетт. Станции в СССР также извлекают из этой Энергосолетты определенную выгоду, хотя ее трассы и менее подходящи для СССР, чем для Западной Европы. Однако одна пара орбит могла бы удовлетворительно обслуживать эыергостанции Советского Союза и США. Наконец, трассы в Западной Европе и трассы в СССР обеспечивают взаимные выгоды. Для трех показанных на рис. 42 мест размещения энергостанций три орбиты (то ■есть как бы 1,5 пары орбит вместо трех пар) могли бы обеспечить удовлетворительное обслуживание. При определенном выборе мест размещения обслуживаемых районов и соответствующей оп-- тимизации наклонений орбит и промежутков между их восходящи-^ мн узлами потребная для трех точек обслуживания Эпергосолет-1； та может быть уменьшена до размещаемой на одной паре орбит. Здесь принимается, что используется трехтрассовая схема. Как《， было установлено в табл. 6, результирующая протяженность (AR) ■ требует только четырех трасс, что эквивалентно одной и одной трети полной орбиты.

На рис. 43 показаны общие условия для всех трех мест разме-' щения энергостанций. Три схемы слева показывают вариации общего вклада солнечной энергии, получаемой горизонтальной поверхностью в течение года (жирная линия), и радиационную энергию, запасаемую энергоспутником. Величины, относящиеся к Солнцу (кВт-ч радиации на 1 км2 в месяц), были рассчитаны по ради а-

нВт-ч1(км2-л^ес)нВт-ч1(км2-л^ес)Рис. 43. Графики количества солнечной энергии, получаемого поверхностью приемника на Земле от Солнца (сплошные линии) и от Солетты (штриховые линии) по месяцам (а—Северная Америка, район Аризона — Сонора； б—СССР — район Туркмении； s—Западная Европа—район Испании； по месяцам от Солнца (сплошные линии) и суммарно (штриховые линии) от Солнца н Солетты (з)； накопленной за год (обозначения те же) по месяцам (9》 (/—Северная Америка； 2—Западная Европа； 3—ССС0)Рис. 43. Графики количества солнечной энергии, получаемого поверхностью приемника на Земле от Солнца (сплошные линии) и от Солетты (штриховые линии) по месяцам (а—Северная Америка, район Аризона — Сонора； б—СССР — район Туркмении； s—Западная Европа—район Испании； по месяцам от Солнца (сплошные линии) и суммарно (штриховые линии) от Солнца н Солетты (з)； накопленной за год (обозначения те же) по месяцам (9》 (/—Северная Америка； 2—Западная Европа； 3—ССС0)

нВт-ч1(км2-л^ес)

нВт-ч1(км2-л^ес)

Рис. 43. Графики количества солнечной энергии, получаемого поверхностью приемника на Земле от Солнца (сплошные линии) и от Солетты (штриховые линии) по месяцам (а—Северная Америка, район Аризона — Сонора； б—СССР — район Туркмении； s—Западная Европа—район Испании； по месяцам от Солнца (сплошные линии) и суммарно (штриховые линии) от Солнца н Солетты (з)； накопленной за год (обозначения те же) по месяцам (9》 (/—Северная Америка； 2—Западная Европа； 3—ССС0)

Рис. 43. Графики количества солнечной энергии, получаемого поверхностью приемника на Земле от Солнца (сплошные линии) и от Солетты (штриховые линии) по месяцам (а—Северная Америка, район Аризона — Сонора； б—СССР — район Туркмении； s—Западная Европа—район Испании； по месяцам от Солнца (сплошные линии) и суммарно (штриховые линии) от Солнца н Солетты (з)； накопленной за год (обозначения те же) по месяцам (9》 (/—Северная Америка； 2—Западная Европа； 3—ССС0)

ционным изотермам, приведенным в монографии Б. Дейонга «Ради- ация, получаемая горизонтальной поверхностью на Земле》 (издание Дельфтского университета, 1973 г.). При размещении энерго- станции на территории СССР будут наибольшие по амплитуде изменения солнечной радиации в течение года. Уровень затенения облаками здесь имеет тенденцию к увеличению в течение зимних месяцев, большую (и на больших площадях), чем в других местах.

Из этих данных можно получить значения вклада радиационной энергии, даваемого Энергосолеттой. Возрастание доли диффузионных компонентов излучения будет снижать эффективность солнечно-термической электростанции, использующей принцип концентрации солнечного света. Фотогальваническая батарейная система, которой здесь отдано предпочтение, способна жвлекать энергию из диффузной радиации. Следовательно, оценка уменьшения Выхода энергии может быть устойчивой.

Функциональные трассы Энергосолетты не опускаются ниже угла подъема в 30°. Большую часть времени они проходят в пределах 80° по углу подъема, или 20° от точки зенита обслуживаемой области. При широте 30° (Североамериканская обслуживаемая область) Солнце никогда не проходит через зенит и достигает полуденного угла подъема в 83P только 21-го июня. Для энергостан- Нии, расположенной на 40° северной широты, максимальный угол подъема Солнца равен 73°. Соответственно, вклад Энергосолетты Интенсивностью в 1 ПС в июне и в июле будет примерно на 5%

выше, чем вклад самого Солнца. Это преимущество Энергосолет- ты на рис. 43 не отображено.

Наибольшие флюктуации в величине вклада Солнца определяются сезонными изменениями максимального угла подъема Солнца. На широте 30° максимальный угол подъема изменяется между 21-м июня и 21-м декабря от 83 до 37°; на широте 40°—от 73,5 до 26,5°. Разумеется, Энергосолетта не подвержена эт,им -вариациям, и, следовательно, обеспечивает более высокий выход энергии к силовой электростанции. Этот фактор отражен на рис. 43.

Для точек размещения станций в Северной Америке и в Западной Европе Энергосолетта обеспечивает главный энерговклад между ноябрем и февралем. Это справедливо и для территории СССР, если принять в расчет менее осторожное предположение относительно зимнего облачного покрова. График вверху справа на рис. 43 дает сравнение результирующих величин месячного радиационного вклада для одного Солнца (жирная линия) и для Солнца вместе с Энергосолеттой. Во втором случае радиационная энергия более чем удваивается. Точно такую же картину мы наблюдаем и в отношении энергии, накопленной за год на каждом квадратном километре земной поверхности (график внизу справа на рис. 43). Даже для тех мест в Северной Америке, где вклад прямой солнечной энергии наибольший по сравнению со всеми иными районами, Энергосолетта обеспечивает увеличение общей выдачи энергии на 30%. Для районов СССР и Западной Европы (где предусмотрено размещение энергостанций) Энергосолетта вносит 1,45 и 1,43 соответственно единиц энергии на каждую единицу, обеспечиваемую непосредственно Солнцем.

Что это означает практически? Во-первых это означает, что Энергосолетта дает возможность установить большие наземные солнечно-силовые энергоустановки, которые могут быть осуществлены в местных условиях; они обеспечат ежегодную доставку электроэнергии, в 1,5——2 раза большую, чем дают наиболее благоприятные районы Земли с наивысшим уровнем инсоляции (уровень иррадиации порядка 2,5* 109 кВт-ч на 1 км2 в ГОд для горизонтальной поверхности) .

Во-вторых, Энергосолетта снимает некоторые географические ограничения -благодаря возможности размещения таких солнечно- § энергетических центров, которые обладают высокой мощностью, но j являются полностью контролируемыми, в тех областях, где уро- j вень инсоляции много меньше 2,2-109 кВт-ч на 1 км2 в год. В част-才 ности, снабжение солнечной энергией в целях генерации электро* J энергии в Центральной и Северной Европе, Восточной Европе и западных районах СССР благодаря Энергосолетте становится практически целесообразным с точки зрения развития энергетики. Как показано ниже, это целесообразно и экономически.

В-третьих, хотя Энергосолетта и не фиксирована жестко на небосводе обслуживаемой области, она все же значительно эффектов-. нее Солнца — в первую очередь, благодаря отсутствию сезонных ц изменений.J

1223

Эффектавмость преобразованияЭффектавмость преобразования

Эффектавмость преобразования

Эффектавмость преобразования

рис. 44. Диаграмма выработки электроэнергии при разной (0J5; 0,20; 0,25) эффективности преобразований:

Аризона—Сонора 32° с. ш., 115° з. д.; 2—Турк- мення 40° с. ш.; 55° в. д.； 3—Испания — 40° с. ш.； 1° з. д. (/ ГВт.год эквивалентен 2,06 Мт нефти НЛи 3,34 Мт угля; площадь, генерирующая энергию на одну освещаемую область, составляет 1000 к」、/)

В-четвертых, стоимость конст- 1 рукции на один киловатт электроэнергии снижается для солнечной энергостанции благодаря ее непрерывному функционированию днем и ночью, а также благодаря устране-

нию громоздких и дорогих устройств хранения (аккумуляции)

энергии. ,

Наконец, поступающая радиация благоприятна.во всех отношениях. Только около 8% поступающей энергии поглощается сухими молекулами воздуха. Пыль и пары воды могут дополнительно поглотить 5 и 10% соответственно. Это может рассматриваться как показатель снижения плотности юблачного покрова над обслуживаемой областью, что, в конечном счете, увеличивает поток радиационной энергии, поступающей к энергокомплексу. Львиная доля

термического движения воздуха вызывается нагрево)м и теплорадиа- цией грунта. Однако в тех точках, где энергия поглощена для генерации мощности, нагревательный эффект («термическое альбедо^) существенно снижается (90% и более поглощается перерабатывающей энергию поверхностью). Это снижает термический ■показатель ниже уровня, свойственного столичной области (большому современному городу). Однако эффективность фотогальванического преобразования невысО|Ка. От сброса энергии нужно как-то избавляться ——путем охлаждения или с помощью отвода -сбрасываемой энергии для выполнения полезной ;работы. Но макроклиматически термическая выдача энергогенерирующего района слишком мала, чт1обы давать какие-либо эффекты.

С точки зрения минимизации локальных возмущений, также как и максимизации использования радиационной энергии, элементы энергопроизводящей поверхности должны покрывать как можно большую долю общего светового пятна. Высокотемпературные концентрационные системы, использующие большое количество ге・ лиостато-в для фокусировки энергии на вершине колонны-нагревателя, имеют менее широкую область применения, чем《ковер》из солнечных батарей, которые к тому же менее чувствительны к рассеянию света, вызываемому атмосферой.

На рис. 44 показаны характеристики производства электроэнер- 「ни фотогальванической коллекторной системой площадью в 1000 км? применительно к трем определенным выше местам разме- тення наземных энергостанций, основываясь на величинах накопленного энерговклада, представленного внизу справа на рис. 43. Главная доля первоначальных затрат может быть связана с созда-

иием большой фотоэлектрической системы. Стоимость солнечных батарей (панелей) с ростом их эффективности уменьшается. Исходя из анализа соображений, определяемых сбытом электроэнергии, можно придти к убеждению, что оптимальная с точки зрения экономики эффективность преобразования к уровню середины 1990-х годов может составлять около 15%.

Для принятых сегодня концепций солнечных энергостанций низкая эффективность, обычно свойство малопривлекательное, поскольку это ведет к соответственному увеличению территории, потребной для заданной энергетической мощности системы. Однако это становится менее важным фактором для энергостанций, питаемых и Солнцем, и Энергосолеттой, чей вклад превышает энерговклад Солнца.

Значение эффективности преобразования в 15% дает возможность обеспечить весьма заметный вклад в общий объем снабжения электроэнергией для каждого из трех рассматриваемых экономических регионов даже при уровне потребления электроэнергии, ожидаемого к концу текущего столетия. Вклад одной Энергосолет- ты эквивалентен выработке электроэнергии наземной тепловой электростанцией, требующей сжигания от 80 до 100 миллионов тонн нефти ежегодно *.

БИОСОЛЕТТА

Важнейшим потенциальным вкладом Биосолетты следует считать повышеьше роста органических соединений путем стимуляции процесса усвоения углерода сельскохозяйственными растениями, а также морским планктоном ——чтобы в итоге увеличить производство товарной рыбы и других《наров моря》в качестве источника протеина для человечества. Этого можно достичь двумя способами. Один из них— подсветка в период вечерних сумерек и ранним утром—иначе говоря, продление дня. Второй метод ——ночная стимуляция путем периодического освещения в течение часа или более среди ночи.

Для 《сухопутных》растений световой фактор является одним из нескольких абиотических факторов, влияющих на рост (к другим факторам относятся: температура, углекислота, вода и минеральные соли). Свет дает энергию; углекислота, вода и почвенные минералы обеспечивают строительные материалы для этого био- индустриального процесса. При наличии других благоприятных факторов интенсивность ассимиляции углерода зависит от плотности освещения (интенсивности света); процесс ассимиляции углерода растениями, как известно, называют фотосинтезом. Прирост плотности освещения тем более эффективен с точки зрения возрастания скорости ассимиляции углерода, чем ближе к пределу на-

дальний уровень освещенности. Таким образом, Биосолетта сравнительно более эффективна над регионами, наделенными предельными величинами солнечной интенсивности.

Фотосинтез обладает такой особенностью, что выше определенного уровня (который зависит, среди прочих причин, от уровня насыщенности СО2) он далее уже не увеличивается. Для растений, предпочитающих затененные участки, этот уровень достигается приблизительно при освещенности в 15% от максимальной интенсивности солнечного света. Для солнцелюбивых растений максимум скорости фотосинтеза вдвое выше и достигается при значении плотности освещения около 50% от полного солнечного света (96% максимума достигается уже при 40% полной интенсивности солнечного света).

Свет, кроме ассимиляции углерода, вызывает рост растений и определяет скорость их созревания. При более продолжительных днях те же самые растения обнаруживают тенденцию к лучшему развитию и большей длине (при всех остальных одинаковых факторах), чем при более коротком дневном периоде, исключая горные растения, чей рост несколько притормаживается, из-за одновременного увеличения интенсивности ультрафиолетового облучения.

Кроме количества света, экологически важно распределение его периодичности, поскольку возможность синтеза углеводородов определяется чередующимися периодами света и темноты. Длиннопериодические растения требуют около 12 ч освещения в сутки или больше, чтобы пышно разрастись и зацвести. Это относится и к пшенице. Короткопериодические растения (к которым относится, например, кукуруза) цветут при дневном освещении продолжительностью менее 12 ч. Третья группа фотопериодически индифферентна (главным образом, сюда относятся сорняки и некоторые сорта табака). Без каких-либо вредных последствий период светлого времени может прерываться короткими отрезками отсутствия солнца (например, из-за облачности). И наоборот ——короткие периоды освещения (в некоторых экспериментах продолжительностью менее 1 с) могут вызвать сильный эффект. Другими словами, важным фактором фотопериодичности является длительность непрерываемого периода темноты. Путем ночной стимуляции длиннопериодические растения, при менее чем 12 ч дневного света, могут быть доведены до цветения ——как будто бы их рост шел в условиях естественного двенадцатичасового дневного освещения. Следовательно, Биосолетта может быть весьма эффективной в тех районах, где Широко возделывается пшеница и вместе с тем светоснабжение близко к предельно необходимому. При этом Биосолетта может использоваться как для растягивания светлого времени, так и для Ночной стимуляции.

Над океанами увеличение продуктивности фотосинтеза может эффективно применяться в тех областях, где богатые пищей глубинные воды поднимаются к поверхности океана («ключевые» регионы). Давая достаточное освещение солнечным светом, можно приблизить выход углерода в течение периода активного подъема

180°0°180°

Рис. 45. Схема регионов высокой продуктивности морских организмовЖ

глубинных вод к 1 г на 1 м2 в день (сравнительно с выходом Я 0,3 г углерода с 1 м2 в день в районах высокопродуктивных пр礴 брежных акваторий и 0,15 г на 1 м2 в день в открытом океане; эти данные взяты из работы Райзера «Фотосинтез и воспроизводство рыбы в море»). Самые большие области на Земле, где происходит подъем глубинных вод и вместе с тем интенсивность освещения является лимитирующим фактором, могут быть названы грубо в хш рядке убывания значимости： разные протяженные районы вокру] Антарктиды, запад Северной Атлантики между Ньюфауадлендо^ и Гренландией, а также восток Северной Атлантики между Исл ан- дней и Норвегией (рис 45).Т

В тех районах мирового океана, где происходит подъем глубинных вод, пищевая цепь от планктона до промысловых видов рыбы——наикратчайшая. Следовательно, эффективность функционирования Биосолетты там будет наивысшей. Причина этого заключается в следующем. В районах поднимающихся глубинных вод наиболее широко распространенные разновидности фитопланктона не только образуются в изобилии, но и имеют размеры, существенно превосходящие средние, что позволяет некоторым видам промысловой рыбы, наделенным специальными сгребающими решетками (анчоусы, сардины и др,), непосредственно употреблять в пищу этот фитопланктон. В определенных условиях фитопланктон образует большие колонии желеобразной массы, включающей длинные волокнистые цепи, которыми могут непосредственно питаться даже большие промысловые .рыбы, лишенные специальных сгребающих устройств.

Все вышеизложенное представляет собой очень упрощенную схему возможностей Биосолетты, которые могут быть использованы для увеличения объема мирового производства пищи как на суше, так и в океанах.

Физиология фотосинтеза, связанная со светом, весьма сложна. Картнна протекания этого процесса определяется многими факторами. Чтобы определить характерные значения величины производительности системы Биосолетты, необходимо проанализировать ее применение в рамках нескольких типичных сценариев освещения. Эти сценарии должны принимать в расчет ежегодную солнечную иррадиацию, облачный покров, температуры, состояние воды и почвы (условия обеспечения пищей в океанических районах) и другие факторы, воздействующие на освещаемые Биосолеттой районы. Однако свет в производстве пищи имеет основополагающее значение. На первое время космическая индустрия дает средства управления количеством фотосинтетически эффективного прилива света в важные сельскохозяйственные районы н океанские области, обладающие высокой продуктивностью. Эти новые и уникальные возможности могут оказаться принципиально важными для будущего человеческого общества на Земле.

Плотность радиации Биосолетты должна быть достаточной для стимуляции фотосинтеза. Ассимиляция углерода имеет место даже при плотном облачном покрове, пропускающем к земле всего 20— 30% солнечного света; при этом обеспечиваются все другие потребности, нужные для роста. Если принять для монтажа Биосолетты трехчасовую орбиту, то для создания освещенности 0,4 ПС в подспутниковой точке потребуется общая отражающая поверхность роя 530 км2, а в области в пределах 36° отклонения от подспутниковой точки обеспечение 0,4 ПС потребует 780 км2. Если мы пожелаем иметь 1 ПС, потребная площадь роя возрастет соответственно до 1325 и 1950 км2.

Солетта мощностью в 0,4 ПС на ГСО должна иметь общую отражающую поверхность почти 40 000 км2. Поскольку необходимо облучать весьма большие области, а эффективность Биосолетты, как уже отмечалось, относительно более .высока для высокошлрот- ных районов Земли, наиболее подходящим режимом функционирования является режим В (см. рис. 23). При этом могут использоваться 12-часовая или геостационарная орбиты.

За сутки Солетта (см. рис. 24) совершает полное круговое движение над поверхностью Земли； следовательно, ночью ею освещается только одно полушарие, а второе полушарие облучается днем. При этом на ночном полушарии Солетта как бы заменяет солнце, ■а на дневном ——увеличивает интенсивность солнечного облучения. В заполярных районах Солетта послужит эффективным добавлени-

ем к полуночному Солнцу в течение полярного лета; в течение зимы Биосолетта наиболее эффективно будет использоваться над океаническими регионами, где имеют место благоприятные вертикальные течения, поднимающие глубинные воды к поверхности океа на, поскольку Солетта недостаточно мощна, чтобы радикальш изменить зимний климат над сушей и обеспечить в это время btq рой сезон урожая.、

Многоурожайность, подобная той, что свойственна климату тропиков или даже еще более высокая, могла бы значительно увеличить производство пищи в северных странах. Но имеется сравнительно немного таких избранных районов, где Солетта могла оы произвести описанный эффект. Климатически эти районы принадлежат к средним широтам, вероятно, не выше чем 40—45° широты и зависят от местных локальных факторов. В тех местах зимы почти всегда достаточно мягкие, поэтому Солетта мощностью от 0,4 ПС no I ПС способна так изменить световые и температурные условия на поверхности площадью до 100 000 км2, чтобы создать возможность многократного сбора урожая. Однако для повышения уровня ассимиляции углерода в холодных океанических водах, в районах интенсивного подъема глубинных вод на высоких широтах ведущим фактором является скорее освещение поверхностных слоев воды, чем их нагрев.

На орбитах с высоким наклонением Солетта будет вставать в сумерках из-за южной части горизонта (в Антарктическом регионе——наоборот： нз、за северной части горизонта), затем она поднимется в полночь до максимального угла подъема при наибольшей яркости, а затем снова зайдет за горизонт в сумерках (в южной части горизонта для северного полушария и в северной—• для южного полушария). На экваториальной орбите Солетта также может двигаться по направлению к Северному или Южному полушарию, ее можно на определенное время《зафиксировать》в небе. В последнем случае система обеспечивает дополнительные преимущества, описанные ранее. Но она не может эффективно обслуживать рай-. оны, лежащие выше 45——50° широты; причем условия обслужива^ ния зависят от облачного покрытия и яркости Солетты.吋

Для Биосолетты не существует единственной «наилучшей орбиЯ тн》. Целесообразные орбиты характеризуются некоторым оптия мальным компромиссом по выбору наклонения и других параметр ров, включая даже положение Биосолетты на орбите, определяемое ' ее основным предназначением. Ряд практических соображений убеждает, что Биосолетта, используемая для сельскохозяйственного производства пищи на суше, должна рассчитываться на освещение меньших областей, чем при производстве морских продуктов, поскольку культивируемые участки земли обычно ограничены соседством с городами, поселениями и пустынными районами, освещение которых по ночам нежелательно в силу тех или иных причин. Поэтому для Биосолетты, предназначенной освещать сухопутные районы, представляется более подходящей трехчасовая или, возможно, двухчасовая орбита (в зависимости от скорости дефор- 128

мации орбиты и суммарных расходов по доставке грузов на эту орбиту). Для выполнения случайных операций над сухопутными участками (например, предотвращения ночных заморозков) высота орбиты имеет меньшее значение.

Для производства пищи морского происхождения могут облучаться значительно большие области, что приведет к возрастанию общей эффективности системы. Вследствие этого Биосолетту следует монтировать на более высокой орбите, фактически, чем выше, тем лучше.

Одним из важных факторов, который необходимо учитывать при выборе орбит Биосолетты, является возможная интерференция ее компонентов' с коммуникационными каналами между поверхностью Земли и спутниками различного назначения, функционирующими на ГСО.

Причина возможной интерференции кроется в том, что Биосолетта включает большие поверхности, обладающие высокой отражательной способностью в микроволновом диапазоне спектра -электромагнитных волн. Можно предположить, что характеристики и схему функционирования систем рефлекторов, развО|рачиваемых для Биосолетты и Энергосолетты на трехчасовой орбите, можно согласовать ,с требованиями коммуникационных систем, например, путем' установления коммуникационных каналов через .ретрансляционные ИСЗ. Это вполне возможно, поскольку положения рефлекторных единиц на орбитах хорошо известна и не изменяются. Тем не менее, данное допущение требует дальнейшей цроверки.

Океанская Биосолетта на высокой субсинхронной орбите также может быть приспособлена для целей коммуникации с помощью ретрансляционных связных спутников. Однако в течение тридцатилетнего или еще более продолжительного периода функциональной жизни Биосолетты может оказаться необходимым постоянно транспортировать отдельные ее фракции (например, порядка 10% ее общей отражательной поверхности) к обслуживающей станции, чтобы восстановить отражающее покрытие, произвести ремонт и техническое обслуживание агрегатов. Если это действительно окажется неизбежным или же придется использовать непрерывно увеличивающееся число океанских Вносолетт, то интерференция с линиями связи в самом деле могла бы стать неуправляемой- В таком случае океаническую Б иосол етту придется поместить на наклонную относительно экватора (т. е. плоскости ГСО) круговую геосинхронную орбиту или же на орбиту, внешнюю относительно геостационарной, то есть на круговую экваториальную орбиту с периодом обращения ИСЗ, превышающим сутки.

Другая альтернатива состоит в использовании эллиптической 24-часовой орбиты, апогей которой размещается над областью оке- ана, обладающей наибольшей продуктивностью. В этом случае период светового стимулирования продуктивной области удлиняет* с只,что повышает общую производительную эффективность системы.

Функционально, а также с точки зрения небесной механики, наиболее подходящее значение угла наклонения орбиты — 63,5°..( Оно обеспечит океанической Биосолетте накрытие самых плодород- g ных районов вокруг Антарктиды, где широко распространены благоприятные вертикальные течения, вызывающее прилив глубинных вод к поверхности; будут накрываться подобные районы и в высоких северных широтах. В настоящее время из-за недостатка сол- нечного света оба эти региона производят много меньше, чем могли бы производить в условиях изобилия солнца. С точки зрения небесной механики, это наклонение привлекательно из-за стабильного положения большой оси орбиты, на которую не влияют пертурбационные (земные) возмущения , вызывающие вращение линии апсид орбиты, если ее наклонение отличается от 63,5°. Следовательно, в рассматриваемом случае перигей и апогей всегда будут оставаться ,над теми же широтами. При заданном периоде выбор расстояния от центра Земли до перигея определяет как расстояние апогея, так и размеры рефлектора. •

На рис. 46 показана 24-часовая эллиптическая орбита для Биосо летты. Орбиты с такими наклонением и эллиптичностью используются сегодня для связных систем, как это -сделано, например, у советской связной системы 《Молння》 (ее орбита — 12-часовая с апогеем над Северным полушарием, радиус-вектор меняется в пределах 1,08 до 7,27 радиусов Земли). Функционируя на данной орбите, Биосолетта будет проходить по дуге в 77,22° с обеих сторон от апогея за 12 ч с изменением расстояния от центра Земли от 6,67 до 7,22 земного радиуса, возвращаясь в конце витка снова к 6,67 凡.

Таким образом, площадь подспутникового светового пятна меняется всего лишь на 17%; по сравнению с круговой ГСО площадь подспутникового пятна, когда Биосолетта находится в апогее эллиптической орбиты, будет на 19% больше.

Это добавляет к освещаемой области около 18 000 км2, если мн .季 заинтересованы в том же самом уровне облучения в 1 ПС.金

Для иллюстрации возможностей Б.иосолетты по производству» пищи показателем может служить ассимиляция океанического уг-ж лерода, поскольку океаны представляют собой большие смежные'® области, которые следует освещать подряд, не опасаясь подсвет- Л кн обитаемых или пустынных районов, освещать которые нежела- & тельно ；или бессмысленно. Примером районов океана с вертикаль-片 ными подъемами_ глубинных вод может служить связанный с Пе- £

汙

руанским прибрежным течением, создающим одну из самых производительных областей в мире по воспроизводству рыбы. Этот район дает около 2-107 т промысловой рыбы ежегодно, в полосе прибрежий площадью свыше 60 000 км2 (1250 км на 50 км). Это соответствует около 333 т рыбы с каждого квадратного километра в год.

Чистый《урожай》составит около 107 т; остальные 107 т уйдут за счет морских хищников и птиц (переводящих ассимилированный морскими организмами углерод в гуано). Благодаря всплытию глубинных вод организуется снабжение пищей поверхностных слоев в Перуанской прибрежной полосе; при изобилии солнечного света здесь создадутся особенно благоприятные условия.

Представляет большой интерес исследовать, какое дальнейшее увеличение выхода продуктов моря могло бы стимулировать освещение «полуночным солнцем».

Воспроизводительные возможности вод Антарктики -изучены ме- Нее хорошо. Область, где имеют место условия, необходимые для подъема глубинных вод, оценивается в 160 000 км2 или несколько меньше (Райзер. «Фотосинтез и воспроизводство рыбы в море》)， тем не менее, эта область ——наибольшая в мире из областей тако- г。рода. Казахара рассчитал для этой области объем ежегодного созревания криля, по меньшей мере, порядка 24——36 Мт. Оценки Других авторов еще выше: например, выполненные недавно в ФРГ расчеты на основе гидроакустических измерений, проведенных в

1975——1976 гг. двумя рыболовецко-исследовательскими кораблями, ：j дают значение для годового производства криля в Антарктике по-] рядка 200 Мт.|

При ежегодном производстве 300 г углерода с 1 м2 водной по- j| верхности и 20,% экологической эффективности область в 160 000 1 км2 могла бы производить 50 Мт морских продуктов, но Райзер g сомневается, что такой уровень продуктивности может достигаться в районе, где фотосинтез возможен только в течение полугодия. Однако даже если только 160 000 км2 площади или грубо 26% тридцатикилометровой полосы прибрежных вод, протянувшейся по периметру материка Антарктиды, являются высокопродуктивными, то этого достаточно, чтобы ежегодное воспроизводство морских продуктов превзошло 50 Мт, что вытекает из приведенных оценок. Биосолетта, функционирующая на рассмотренной ранее двадцати- четырехчасовой эллиптической орбите, способна освещать в течение 12 ночных часов область площадью в 100 000 км2. При уровне j освещенности в 1 ПС (отражающая поверхность 105 км2) Биосолет- та будет такой же эффективной, как <и естественное солнце при оди- ] наковых условиях облачного покрова. Таким образом, в течение 」 летнего антарктического дня избранный район будет попеременно ; облучаться 12 ч одним солнцем, а остальные 12 ч—• двумя солн- J цами. В течение зимней антарктической ночи этот район будет ос- 'Щ вещаться одним солнцем по 12 ч в сутки. Другими словами, по- Я ток радиационной энергии к области площадью 100 000 км2 почтиЯ утроится.量

Следовательно, если принять продуктивность усвоения углеро?Я да морскими организмами порядка 60% от вероятного максимума, Я т. е. 180 г с каждого квадратного метра водной поверхности в год, при освещении только естественным Солнцем, то с участием Биосо- летты продуктивность производства углерода может возрасти до 540 г/м2 в год. Даже если снизить эту величину до 360 г углерода с 1 м2 в год, то получим величину производительности на базе Со- летты до 36 Мт в год (рис. 47).扌

В калориметрическом измерении производство морских продук- # тов не может конкурировать с производством продукции наземно- Я го сельского хозяйства. Но оно создает жизненно-необходимое уве- 蜀 личение производства протеина *. Около 36 г высококачественного 11

Рис. 47. Биосолетта (схема) для облучения участка океана (регион облучения—Антарктн5-- ка, 70—75° с. ш.; время солнечного облучения — 0,5 года (4400 ч); масса ожидаемой продук* ции за год 18 Мт; данные:

эллиптическая орбита 24 ч,『=63,5°, гЛ = 7,22 R3, 「口=6&3， время облучения за сутки 12 ч", средняя площадь светового пятна 100 000 км2, площадь отражающей поверхности 100000 кмг, освещенность 1 ПС=1,07 Млк; при облучении Солнцем и Биосолеттой время облучения и поодукция за год составляет соответственно около 13200 ч и 54 Мт

белка в день (как раз столько можно извлечь из морских продуктов) считается достаточным по нормам, утвержденным Научноконсультационным Комитетом при Президенте США . 10 Мт рыбы содержат около 2 Мт белка. Однако из 10 Мт выловленной рыбы фактически годной к употреблению только около 1,7 Мт(п,ротеина. Принимая поэтому годным к употреблению 16% от выловленной массы, получим, что ежедневная норма в 36 г белка приблизительно эквивалентна ежесуточному потреблению 220 г рыбы (в выловленной массе). Приняв даже, что вылавливается 50% от произведенной рыбы, а показатель дополнительных потерь имеет порядок 0,2, вычтем ту долю протеино-содержащих веществ, которые пригодны для скармливания животным (поставляющим далее животный белок для питания людей, однако в целях обеспечения нашим расчетам некоторого «запаса прочности» этой статьей дохода можно пренебречь). Таким образом, производимая с помощью Солеттьв товарная рыба должна давать улов в 14,4 Мт ежегодно. В «расфасовке» по 220 г это количество рыбы обеспечит потребное ежеднев- ное снабжение протеином 180 млн. человек ежегодно. При площа- Ан рефлектора в 100 000 км2 получается выход протеина с каждо- Го гектара отражающей поверхности, необходимый для обеспече- ния 18 человек.

Названная цифра близка, по-видимому, к оптимальной для одного полушария. На практике каждый гектар системы способен

обеспечить (протеином от 9 до 15 человек. Однако .с выбранной орбиты Биосолетта может 《удобрять》 оба полушария, добавляя свой вклад к солнечному энерговкладу в течение соответствующего лета и являясь ведущим ,ил-и единственным «источником световой энергии весной и осенью, а тем более зимой. Принимая в расчет общую (вместе с естественным Солнцем) радиационную энергию, получим выход |Протеина с каждого гектара -отражающей .поверхности рефлекторов, обеспечивающий питание для 18——24 человек.

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БИОСОЛЕТТЫ И ЭНЕРГОСОЛЕТТЫ

Биосолетта предоставляет световую энергию непосредственно для биохимического преобразования в белок、н углеводы. В качестве ■«наземной станции》 здесь выступает небольшая часть биосферы. Поскольку Биосолетта ——система не включает никакие индустриальные наземные устройства, а размеры Биосолетты превосходят размеры Энергосолетты, экономические характеристики Биосолетты рассматриваются первыми. Если не принимать во внимание наземные приемно-преобразовательные энергоустановки, Биосолетта представляет собой как бы «технологический зонтик», полностью покрывающий все аналогачные требования Энергосолетты.

Здесь необходимо подчеркнуть, что ни одна из рассматриваемых систем иска что не оптимизирована. Фактически, некоторые весьма дорого обходящиеся требования (такие, как полная замена натриевого покрытия всех рефлекторов через каждые 10 лет их работы), принятые нами ранее в качестве постулатов, возможно, могут быть снижены, когда накопятся более полные данные об условиях эксплуатации систем в космической среде. В расчеты не включаются некоторые возможные способы улучшения характеристик систем (такие, как метод ретрорефлексии для Энергосолетты), что дает оценкам определенный запас надежности.

Чтобы оценить общую сумму затрат для Биосолетты используем уравнение типа (14) в модифицированной форме ——как оценку стоимости обеспечения 36 г белка (220 г морских продуктов), на одного человека в день

(25)(25)С% = CD + & + &.

(25)

(25)

Биосолетта должна войти в строй позднее предшествующей ей Энергосолетты и потому может рассчитывать на определенные пре-

имущества за счет продвижения и развития технологии в более ■поздний период. Поэтому, а также вследствие больших размеров системы, даже большие затраты на НИОКР по Биосолетте окажут ' небольшое влияние на величину Сзб. Запишем уравнение (15) в 「 форме:j

(2б|(2б|с

(2б|

(2б|

С —：НИОКР

k 165TA%"

где 7\ = 30 лет; ^4 — количество людей, обеспечиваемых 36 г белка ежедневно с каждого гектара Биосолетты; Ав — размеры Био

солетты ,в гектарах (примем Лв= Ю7 га); f — коэффициент загруз* ки Биосолетты (примем f = 0,9).

Полагаем, что Биосолетта освещает области площадью около 100 000 км2 как в Северной Атлантике (или в Тихом океане), так и в основном ключевом районе (с подъемом глубинных вод к поверхности) Антарктики. Тогда приходим к выводу, что производство морских продуктов, пригодных к употреблению, будет достаточным для обеспечения, по меньшей мере, 20 человек с 1 га необходимой суточной нормой белка. Принимая затраты на НИОКР порядка 50 млрд, долл., получим расходы в долл, на 1 человека в день Ср = 0,025. -

Уравнение (17) теперь запишется в виде (в долл, на 1 человека в день)

* = _( 1 f a 36瞅7/ , I")

Из-за большой отражающей поверхности общая масса Биосолетты очень велика. Эту массу не только необходимо доставить с поверхности Земли на опорную околоземную орбиту (ОЗО с высотой порядка 550 км), но далее требуется всю эту массу перевезти с ОЗО на функциональную орбиту, для чего на ОЗО необходимо доставить топливо из расчета р тонн на каждую тонну массы Биосолетты. Таким образом, нагрузка, доставляемая на ОЗО, по меньшей мере, будет иметь массу:

听 тр=М£1+р)・ (28)

Функциональная орбита Биосолетты показана на рис. 46. Принято: площадь Биосолетты Ав= 100 000 км2, время строительства /СТр =15 лет.

Перспективный многоразовый аэрокосмический транспортный корабль (фрахтер) с полезной нагрузкой по меньшей мере в 1000 т для доставки груза на ОЗО потребует расхода около 10,7 т топлива на 1 т нагрузки. Межорбитальный корабль с химической силовой установкой на топливной паре жидкий кислород — жидкий водород при удельном импульсе 470 с потребляет около 3,46 т топлива на 1 т нагрузки, доставленной на функциональную орбиту, с учетом возвращения на опорную околоземную орбиту 10% полной платной нагрузки. Отсюда имеем:

/=4,46% (29)

Используя электроракетную тяговую систему (ионный двигатель) с удельным импульсом около 3 000 с, получим значение р«1 ^0,6, тогда:

吵 тр= 1,6 旷 Е・ (30)

Третья альтернатива, возможная хотя бы принципиально, — использовать для подъема на функциональную орбиту радиациоййое Давление (солнечного света). Элементы Биосолетты подобны 1и*

гантским солнечным парусам и поэтому пригодны для такого спо- I соба транспортировки. Давление солнечной радиации на расстоя- 1 нии одной астрономической единицы от Солнца весьма мало. 1

Следовательно, масса единицы поверхности рефлектора Wr/Ar 1 должна быть чрезвычайно малой. Опорная орбита в этом случае ' должна находиться выше 030, чтобы сила аэродинамического сопротивления (за счет земной атмосферы) была существенно меньше силы светового давления； этому требованию соответствует высота орбиты порядка 1000 км. В этом случае единственным расходуемым веществом будет топливо, потребное для управления ориентацией рефлектора и коррекции переходной траектории. При ве- 1 личине удельного импульса порядка 100 000 с соответствующий ； расход топлива составит:•彳

(31)(31)%= 1,0163%

(31)

(31)

Транспортируемый груз в этом случае составит 64% от полезной нагрузки в предыдущем случае, то время как при переходе от первого случая ко второму величина полезной нагрузки уменьшается до 36% от -нагрузки в первом случае.

Четвертая альтернатива заключается в использовании кислорода, извлекаемого из лунных пород. Если весь кислород, потребляемый межорбитальным транспортным аппаратом с химической силовой установкой, будет лунного происхождения, то величина р с 4,46 снизится до 1,33.

Пятая альтернатива включает комбинацию использования земных и лунных материалов. Материалы с Луны должны доставлять- ■ ся на опорную орбиту с помощью солнечного паруса (как бы «снаружи» опорной орбиты), материалы земного происхождения прибудут на опорную орбиту на борту космического корабля (《изнутри》 030); на опорной орбите будет выполняться монтаж и подготовка переходной транспортной системы к полету на орбиту функционирования Биосолетты.

Пилотируемые полеты предусматриваются для монтажа и технического обслуживания элементов систем на функциональной орбите. Далее рассматриваются только первые три случая из воз-jj можных альтернатив.Я

Исходя из данных, приведенных на рис. 26, примем относитель-Я ную массу отражающей поверхности в 30 т/км2, тогда масса Био-:М солетты составит WB = 3 Мт. Этот груз, плюс топливо, потребное型 для межорбитального перехода в соответствии с уравнениями (29) (30) и (31), необходимо доставить на околоземную орбиту с высо* Я той 550 км.М

В дополнение к этому необходимо учесть массу оборудования .^ межорбитальной тяговой системы, а также топлива и конструктивных элементов, потребных в случае 3 для подъема на промежуточную орбиту с высотой 1100 км, где может начать работать солнечный парус. Стоимость транспортировки на опорную околоземную орбиту принята равной 50 000 долл, плюс 10% от этой величины для учета различных н еопред еле н ностей. Стоимость подъема на -. 136』

Рис. 48. Круговые и столбиковые диаграммы для Биосолетты：

д—случай 1-й с полностью химическими силовыми установками； б—случай 2-й с химическими и электроракетиьши силовыми установками； в—случай 3-й с химическими и электрора- кетными силовыми установками и солнечным парусом (во всех трех случаях указана масса составных частей системы для создания Биосолетты в Мт)： г—общие транспортные затраты (вверх) и среднегодовые затраты (вниз) для трех случаев (в млрд, долл); 5—общий выброс паров воды (вверх) и среднегодовой выброс паров воды (вниз) для трех случаев в Мт; е—выброс энергии (вверх) в ПВт и эк- вивадзнт!1ая работа (при КПД преобразования 35%) (вниз) ГВт • год; /—масса конструкции транспортной системы, 2—масса Биосолетты, 3—масса топлива для межорбиталь- иого перехода

орбиту с высотой 1100 км составит около 2% от предыдущих зат-

Мл卩汇 долл.1600 г ^ооМл卩汇 долл.1600 г ^оо82,82,1200 800 4例О401200 800 4例О40рат.

Мл卩汇 долл.

1600 г ^оо

Мл卩汇 долл.

1600 г ^оо

82,

82,

1200 800 4例

О

40

1200 800 4例

О

40

На рис. 48 показано распределение по категориям транспортной нагрузки для трех рассматриваемых альтернативных случаев транспортировки Биосолетты. Кольцевые диаграммы показывают, что в случае 1 доминирующей нагрузкой является топливо для межорбитального перехода. Во втором и третьем случаях доминирует масса самой Биосолетты. Схема транспортных затрат представлена вверху справа- Ниже показаны выброс в атмосферу Зем

ли продуктов сгорания и со отв етствующего количества термической энергии. Большая часть продуктов сгорания (около 95% по массе) выделяется в форме паров воды *, из которых две трети выб- расываются в тропосфере, а одна треть ——в стратосфере и экзо- сфере.

Выброс воды и термической энергии особенно велик в случае 1- Однако следует принять в расчет фактор времени. При продолжительности периода создания Биосолетты 15 лет выброс тепла в атмосферу соответствует тому, который связан с работой 20 электростанций, функционирующих при нагрузке в 1 ГВт в течение года, считая их эффективность преобразования равной 35%. Но 20 ГВтХ Хгоа——всего лишь небольшая доля от сегодняшней общей мировой выработки термической энергии в процессе генерации электроэнер- гн?； к тому же не мал вклад общей индустриальной и транспорт- ной выработки тепла, который сегодня трудно оценить. Основными принципиальными недостатками случая 1 остаются затраты, боль- тое количество паров воды и весьма большое потребное число зэрокосмических фрахтеров, а также пусковых наземных комплек- сов (стоимость которых не включена в общие затраты).

* Имея в виду, что в качестве топлива используются сжиженные водород н Кислород (прим, перев.).

1371376秋4

137

137

Случай 2 во всех отношениях более удовлетворителен. К числу его преимуществ относится определенная независимость массы рефлектора. Случай 3 неудобен тем, что необходимо выдержать весьма низкое значение относительной массы единицы поверхности

рефлектора; эта взаимосвязь увеличивает степень технологического риска. Но с другой стороны, стремление сделать массу рефлектора как можно более низкой является самодовлеющим, поскольку это снижает транспортные расходы комбинированной тяговой системы, включающей солнечный парус >и электроракетный двигатель.

Давление солнечной радиации очень мало. Чтобы сделать его превосходящим аэродинамическое сопротивление, рефлектор должен стартовать с орбиты высотой не менее 1100 км. Поскольку эта высота оказывается внутри нижней части радиационного пояса, большую часть монтажа придется выполнять на пятисоткилометровой околоземной опорной орбите. После этого полуразвернутая система вместе с временным экипажем поднимается на высоту 1100 км и там полностью разворачивается. Экипаж возвращается на нижнюю опорную орбиту, а рефлектор начинает свое《плавание》 к периферии — на функциональную орбиту Биосолетты.

Величину ускорения, создаваемого световым давлением Солнца (в единицах g ускорения свободного падения на поверхности Земли), можно получить из соотношения：

『筐今 с" а 尉=證(1+3 COS2 а ⑶；• (32) j4r Ar

где Wr—масса элемента рефлектора 'на поверхности Земли; Аг — площадь рефлектора; S — солнечная постоянная； С —скорость света; а — угол атаки поверхности относительно вектора радиационного давления; г — расстояние от центра Земли; Гоо(радиус Земли.

Если перейти к тоннам и километрам, уравнение (32) преобразуется к виду:

К=4,5^т(i+q1cos2a (幵;.(33)：

区=30 т/км2; q=0,78; a=45°).I

4=

Начальное ускорение при Го//*оо= 1Д7 будет всего лишь %= > =2・10-5 g. На высоте геостационарной орбиты (при Г1/гоо=6,62)?

ускорение возрастет до значения П1 = 6,4* lO-4^.j

Следовательно, начальная траектория будет весьма компакт- j ной спиралью, которая разворачивается вместе с увеличением вы- j

138I

соты. Примерное время полета (дней) от г0 к Г] можно оценить выражением:

. (34)

где |/^十=丿о—круговая скорость на начальной орбите с высотой 1100 км (Уо=735О м/с), а член в круглых скобках примерно равен 0, 54.

Время перехода с орбиты радиуса г0= 1,17 гОо на орбиту радиуса л = 6,62 Гоо составит около 234 дней (〜7,6 мес.). Имея в виду, что предполагаемый период строительства будет порядка 15 лет, можно заключить, что продолжительность перехода не является неприемлемой. Если использовать дополнительные электроракет- ные ускорители, это время можно уменьшить.

Примем величину транспортных затрат около 2,03 млрд. долл.

Согласно оценкам химической корпорации Дюпона в настоя- Щее время стоимость 1 м2 непокрытой каптоновой пленки толщиной 0,051 мм составляет 4,87 долл. Эта цена неприемлемо высока. Однако при наличии массовой потребности в такой пленке нет никаких оснований сомневаться, что через 20 лет цена 1 м2 снизится д。1 долл, (в ценах 1975 г.). С учетом конструктивных элементов и оснащения можно принять Стоимость 1 м2 поверхности рефлекто- Ра в 1,5 долл. Тогда стоимость конструкции Биосолетты составит Ск= 150 млрд. долл.

Суммарная начальная стоимость

Со=Ск + С1m+ С+См + Ссп， (35) где Ск — стоимость конструкции； СНп —стоимость натриевого покрытия; Св—■ стоимость выведения на опорную орбиту; См — стои- мость межорбитального перехода;以叮一случайные (непредвиденные) расходы.

Стоимости конструкции и натриевого покрытия составляют основную долю производственной стоимости Биосолетты. Общие транс- портные расходы складываются из Св и См, где См включает стои- мость межорбитальных буксиров, расходных материалов (однора- зовых элементов) и наземного обслуживания. Ссл учитывает неучтенные изменения величины любого из членов в выражении (35).

Принимая для повторных покрытий натрием в космосе (сверх первоначальных затрат на создание Биосолетты) за период после 15-летнего строительства в среднем 2 долл, за 1 м2, получим Снп= q2°° млрд. долл. Стоимость межорбитальных переходов См после 15-летнего строительства для случаев 1, 2, и 3 соответственно со- ^авнт примерно 489 млрд, долл., 451 млрд. долл, и 292 млрд. долл. ^ля непредвиденных затрат примем величину в 10% от начальной стоимости Биосолетты и транспортных расходов. На рис. 49 для ^У^ая 1 Cq= (150 + 200+1011+489+ 185) =2035 млрд, долл.,'что

^^С21млр3.оо^2260「^^С21млр3.оо^2260「18001800У43У43□ннии^□ннии^m ними 4m ними 4I п тI п т15 лепт aMopnjU'， зации15 лепт aMopnjU'， зации6)6)ЗОлет амортизации60 лет функционирования 叨自m777 LЗОлет амортизации60 лет функционирования 叨自m777 LРис. 49. Диаграмма стоимости &, установки и эксплуатационных расходов С2 Биосолетты (а) и стоимость Сзб дневной порции /36 г) протеина иа одного человека (б) при сроках амортизации Биосолетты 30 и 15 пет, а также при сроках амортизации 30 лет и функционирования 60 лет:/—затраты на материалы для Биосолетты; 2—затраты на покрытие натрием в космосе; 3~ затраты на подъем Биосолетты с Земли на ОЗО; 4—затраты на орбитальные переходы; 5—непредвиденные затраты； 7, 〃，〃/— случаи — см. рис. 48; Т=0,07; ТА =30 лет (60 лет); N广20 человек 'иа 1 га Бносолетты； ^p^l07 га отражательной поверхности; f—0,9Рис. 49. Диаграмма стоимости &, установки и эксплуатационных расходов С2 Биосолетты (а) и стоимость Сзб дневной порции /36 г) протеина иа одного человека (б) при сроках амортизации Биосолетты 30 и 15 пет, а также при сроках амортизации 30 лет и функционирования 60 лет:/—затраты на материалы для Биосолетты; 2—затраты на покрытие натрием в космосе; 3~ затраты на подъем Биосолетты с Земли на ОЗО; 4—затраты на орбитальные переходы; 5—непредвиденные затраты； 7, 〃，〃/— случаи — см. рис. 48; Т=0,07; ТА =30 лет (60 лет); N广20 человек 'иа 1 га Бносолетты； ^p^l07 га отражательной поверхности; f—0,9

^^С21млр3.оо^

2260「

^^С21млр3.оо^

2260「

1800

1800

У

4

3

У

4

3

□ннии^

□ннии^

m ними 4

m ними 4

I п т

I п т

15 лепт aMopnjU'， зации

15 лепт aMopnjU'， зации

6)

6)

ЗОлет амортизации

60 лет функционирования 叨自m

777 L

ЗОлет амортизации

60 лет функционирования 叨自m

777 L

Рис. 49. Диаграмма стоимости &, установки и эксплуатационных расходов С2 Биосолетты (а) и стоимость Сзб дневной порции /36 г) протеина иа одного человека (б) при сроках амортизации Биосолетты 30 и 15 пет, а также при сроках амортизации 30 лет и функционирования 60 лет:

/—затраты на материалы для Биосолетты; 2—затраты на покрытие натрием в космосе; 3~ затраты на подъем Биосолетты с Земли на ОЗО; 4—затраты на орбитальные переходы; 5—непредвиденные затраты； 7, 〃，〃/— случаи — см. рис. 48; Т=0,07; ТА =30 лет (60 лет); N广20 человек 'иа 1 га Бносолетты； ^p^l07 га отражательной поверхности; f—0,9

Рис. 49. Диаграмма стоимости &, установки и эксплуатационных расходов С2 Биосолетты (а) и стоимость Сзб дневной порции /36 г) протеина иа одного человека (б) при сроках амортизации Биосолетты 30 и 15 пет, а также при сроках амортизации 30 лет и функционирования 60 лет:

/—затраты на материалы для Биосолетты; 2—затраты на покрытие натрием в космосе; 3~ затраты на подъем Биосолетты с Земли на ОЗО; 4—затраты на орбитальные переходы; 5—непредвиденные затраты； 7, 〃，〃/— случаи — см. рис. 48; Т=0,07; ТА =30 лет (60 лет); N广20 человек 'иа 1 га Бносолетты； ^p^l07 га отражательной поверхности; f—0,9

дает среднегодовые расходы в 135,5 млрд. долл. Для случая 2 величина Со= (150 + 200 + 374 + 451 + 118) = 1293 млрд. долл, или 86,2 млрд. долл, ежегодно. Для случая 3 Со— (150 + 200 + 203 + + 292 + 85)=930 млрд. долл, или 62 млрд. долл, ежегодно.

При оценке С〔 необходимо иметь в виду, что Биосолетта мыслима только как многонациональная программа, основанная на правительственных ассигнованиях. Поэтому прибыль на капиталовложения в данном случае принята т=0,07. Тогда на человека в день для -случаев 1, 2 и 3 величина С】 соответственно 2,5； 1,59 и 1,14 долл. ,

Уравнение (19) для среднегодовых текущих расходов теперь запишется в форме:

С2=—J•…(36) z 365N4ABf

Расходы на функционирование (стоимость эксплуатации) зависят от многих факторов. Для кратности эти факторы здесь учтены суммарно.

На протяжении 30-летнего периода эксплуатации, который начинается сразу же после окончания 15-летнего периода строительства, заменяется 15% материалов рефлектора и его вспомогательного оборудования; 20% массы рефлектора представляют собой расходные материалы, требующие восстановления； кроме того, рефлектор полностью покрывается натрием заново в течение каждых 15 лет. Это соответствует тому, что примерно 18,3 км2 рефлектора должны перекрываться каждый день.

Стоимость операций, связанных с данными требованиями, может быть снижена, если удастся избежать ранее принятого способа снабжения. Длительность периода эксплуатации позволяет органи- 140

зОвать непрерывную рециркуляцию элементов рефлектора между источником повторного снабжения и своей функциональной орбитой. Эта ситуация сопоставима с техническим обслуживанием и окраской очень длинного моста. К тому времени, когда рабочие, пройдя вдоль всего моста, достигнут его дальнего конца, на ближнем €го конце настанет пора снова начинать необходимые операции.

Подобная технология применима, если натрий может успешно добываться на Луне, а ионизированные пары натрия могут использоваться в качестве расходуемых материалов *, тогда фракции Биосолетты будут всегда в плавании: к восстановительно-обслуживающей базе на окололунной орбите и обратно к своей геоцентрической рабочей орбите. Если же единственным источником натрия останется Земля, возможность применения описанной технологии окажется под вопросом. В этом случае элементы Биосолетты придется отбуксировывать на промежуточную опорную орбиту (1100 км), где на объекты действуют экстремальные температурные перепады при проходе через земную тень.

Перед возвращением на эту орбиту придется снова сложить отражающую поверхность, чтобы минимизировать искажение орбитальных параметров из-за аэродинамических сил. Неясно, будет ли это практичным после 15-летнего облучения Солнцем. Ремонт и восстановление натриевого покрытия пришлось бы выполнять в режиме орбитального полета на высотах 1100—1500 км, т. е. в пределах внутреннего радиационного пояса. При этом потребуется установка биологической защиты и смена обслуживающего персонала. Поэтому оценить достаточно надежно этот способ по критерию «стоимость — эффективность» сегодня невозможно.

Более простой альтернативой представляется установка обслуживающего оборудования на экваториальной круговой орбите с периодом обращения более суток (т. е. на экстрагеостационар- ной). Как уже отмечалось, это позволит избежать интерференции с передающими и ретранслирующими спутниками, количество которых на геостационарной орбите к тому времени станет весьма большим. Для регулярного технического обслуживания рефлекторы будут выполнять《плавание》под солнечным парусом с их функциональной орбиты на супергеостационар.ную. Для внештатного -(аварийного или иного безотлагательного) ремонта технические экипажи (команды) будут отправляться с ГСО на операционную орбиту с помощью электроракетных или химических межор|биталъ- ннх транспортных аппаратов.

Обслуживающая станция на супергеостационарной орбите мо- *ет легко обеспечиваться с более капитально оборудованного комп- некса на ГСО, предназначенного для контроля и технического обслуживания развернутых здесь спутниковых систем, функционирующих в обеспечение интересов наземных систем. Фактически обе обязанности может выполнять один и тот же экипаж (количество

訂 * То есть в качестве рабочего тела электроракетной тяговой системы (прим.

членов которого минимизировано с целью сокращения эксплуатационных расходов), для которого опорная станция на геостационарной орбите будет служить《домом》，т. е. местом для сна и восстановления сил. Если принять такую концепцию, эксплуатационные расходы за 30-летний период функционирования будут соответствовать показанным на рис. 48. Они включают затраты на два восстановления натриевого покрытия всей Биосолетты в течение 30-летнего периода, что соответствует требованию ежегодно транспортировать на супергеостационарную орбиту и обратно около 6,7% общей поверхности или 6700 км2. Принято, что 15% оборудования заменяется. Таким образом, на человеко-день для случаев 1, 2 и 3 величина С2 соответственно равна 0,075; 0,069 и 0,066 долл., а результирующие (С36) затраты соответственно составят 2,6; 1,6 и 1,15 долл.

Как и в случае Лунетты, амортизация капитала является достаточно важным показателем экономических характеристик. Поэтому весьма желательно проанализировать возможность использования лунных ресурсов для снижения величины первоначальных капиталовложений Со. Если же удастся продолжить эксплуатацию системы и во второй период длительностью 30 лет, можно ожидать, что это приведет к значительному повышению общей экономичности системы.

Благодаря государственному финансированию становится возможным оправдать первоначальные затраты в течение 15 лет от начала функционирования. В этом случае ，

G = 0,llG = 0,llС。^NKABfС。^NKABf

G = 0,ll

G = 0,ll

С。^NKABf

С。^NKABf

Здесь С} увеличивается в 1,36 раза по сравнению с цифрами, приведенными ранее, но зато этот компонент исключается вовсе после первых 15 лет эксплуатации. Для первых 30 лет в этом случае:

C?36=Od + °，5 (1,366\ +C2)+0，5С2,

где С\ и С? имеют тот же смысл, что и раньше. Отсюда Сзб для : случаев 1, 2 и 3 соответственно равно 1,8; 1,18 и 0,83 долл.

Эта стоимость получения 36 г протеина на одного человека в день будет иметь место в течение первых 30 лет^ а затем снизится до центов на человека в день.

Очевидно, что для потребителя стоимость морской пищи будет несколько более высокой, поскольку необходимо добавить расходы на вылов рыбы, обработку и доставку продукции.

Экономика Биосолетты связана с новыми временными константами, ранее не встречавшимися в человеческой технологии. Возможно, Биосолетта ——единственный в своем роде, величайший проект в системе Земля—Луна； она будет становиться все более экономичной после первоначального периода функционирования ； продолжительностью в 30 лет. Быть может, жизненный цикл Био-.

со〃еттн растянется до века. Благодаря Биосолетте человечество перейдет в новую эпоху, связанную с космической индустрией.

Потребуются дальнейшие исследования и эксперименты с малоразмерным прототипом Биосолетты, функционирующим над подходящими районами мирового океана, чтобы установить достовер- ность принятого нами допущения о возрастании общего воспроизводства морских организмов в обоих полушариях, эквивалентного ежегодному приросту улова рыбы на 40 Мт, что согласно современным данным (Райзер; Пайк и Спайлхэз, «Ресурсы моря》)， составит от 16 до 20% расчетного значения сегодняшнего ежегодного воспроизводства рыбы (в необработанном виде ——порядка 200—240 Мт). Эти цифры позволяют оценить перспективный уровень выхода рыбных продуктов до 100——150 Мт. Приведенные цифры——средние по земному шару, с учетом больших областей малой или нулевой производительности. Воздействие Биосолетты концентрируется на самые прибыльные области, которые сегодня неработо- способны из-за недостатка солнечного света. Если же эти области обеспечить достаточным освещением, то их производительность может возрасти до уровня, значительно превосходящего принятый в приведенных расчетах (что, естественно, сделано из осторожности). Представляется также резонным признать, что область площадью в 100 000 км? является достаточно представительной с точки зрения экологии. Извлечение 16 Мт пригодной к употреблению морской пищи (рыба, планктон и т. д.) представляет около четверти сегодняшнего ежегодного улова.

Принципиальный изъян Биосолетты ——большие начальные капиталовложения, по меньшей мере, порядка 1012 долл, в течение 15-летнего периода (или около 67 млрд. долл, ежегодно). Однако рефлекторы будут созданы значительно раньше (в первую очередь, как элементы Энергосолетты на трехчасовой орбите). Кроме того, мы уже отмечали, что трудно мыслить Биосолетту иначе как интернациональную программу, поэтому ежегодные капиталовложения распределятся на многие нации. Наконец, подъем продуктивности сегодняшнего рыболовецкого промысла также требует увеличения капиталовложений, прибыль от которых на единицу оборудования будет падать из-за того, что добавочная рыба, ко* торую нужно поймать, по мере повышения улова становится все более рассеянной и в целом менее ценной. Би^солетта же дает возможность повысить продуктивность за счет более концентрированных форм морского хозяйства (в пределе это может быть океанская ферма по производству морской пищи), которые обеспе- ^т ценные уловы, поскольку производство локализуется в наибо- “ее плодородных ключевых областях (где существуют постоянные вертикальные течения, вызывающие подъем биологически актив- ннх глубинных вод к поверхности океана).

В случае Энергосолетты принята трехчасовая попятная орбита (см. рис. 41) в трехтрассовой модификации, т. е. общее потребное Число рефлекторов распределено на трех близких орбитах со сдви- 「°м по восходящему узлу (как было описано ранее); как станет

ясно из дальнейшего, общее число трасс может доходить до четырех и более.

Аналогом уравнения (14) для оценки стоимости электроэнергии в данном случае служит:

G=Cd + & + C2・(37：

Стоимость НИОКР на 1 кВт-ч л составляет (в долл.)

小=翁(38)

где 7\—амортизационный период (лет); Е—годовое производство электроэнергии.

Начальная стоимость 1 кВт-ч (в долл.). •

& =& =С。С。т

& =

& =

С。

С。

где т—норма возврата кап：италовложений (прибыль на .капитал);

СО=СК + Снп + G+爲 + Сэ + Ссл,(40)

где Сэ — стоимостьгде Сэ — стоимостьсоздания и установки в определенном порядке

где Сэ — стоимость

где Сэ — стоимость

наземных энергостанций.

Другие члены имеют тот же смысл, что в уравнении (35). Наконец, эксплуатационные расходы (в долл.) составят на 1 кВт-ч:

Основываясь на рис. 43 и 44, определена суммарная выработка электроэнергии; она показана в табл. 7.

Таблица

Параметры энергостанцийг расположенных в трех районах Земли

Параметр

Значение параметра ] для станции,,

расположенной в

Северной Америке

СССР

Западной

Европе

Площадь элементов, преобразующих энергию, км2

Количество ежегодно подводимой (суммарно) энергии от Солнца и Энергосолетты, ГВт ■ ч/км2

Количество ежегодно подводимой энергии от Энерго- солетты, ТВт ■ ч/км2

Коэффициент эффективности фотогальванического преобразования

Годовая выработка электроэнергии, ГВт'- лет

Коэффициент загрузки

Годовой выход электроэнергии, ГВт ■ лет

Выработка электроэнергии за 30 лет, ПВт • ч

Эквивалентное количество нефти для выработки такого количества энергии (КПД станции на нефти 35%), Мт

1000

5

2,85

0,15

85,6

0,75

64,2

12,65

130

1000 4,1

2,42

0,15

70,2

0,75

52 7

10,40

1000

3,72

2,20

0,15

63,7

0,75

47,8

9,42

99

Данные следующие: CDe= Ю-109 — суммарные затраты на

HI40KP (долл.) ; Ск =——.стоимость 1 км? конструкции реф-

15 Лэс

лектора (долл.); Снп=2-106 — стоимость покрытия 1 км2 натрием (долл); Св= 110-103 ——стоимость выведения 1 т с поверхности Зем* ди на солнечно-синхронную опорную орбиту (долл); См= =40・1。3 — стоимость транспортировки 1 т с опорной (обслуживающей) орбиты на трехчасовую солнечно-синхронную орбиту функционирования (долл.)； Снэ=60-106 — стоимость 1 км* наземных

электростанций:

Ссл=。J (Cda+G+%—G+q+4).

В формуле (41) величина Сом——затраты на функционирование и техническое обслуживание в течение амортизационного периода 7а, лет оценивается, .исходя из: 15% восстановления (замены) материалов рефлектора; 2-х перепокрытий натрием всей поверхности рефлекторов Энергосолетты с учетом связанных с этим челночных перегонок рефлекторов между трехчасовой функциональной орбитой и опорной 1100-километровой орбитой (40 000 долл/т); 30% массы Энергосолетты необходимо доставлять с поверхности Земли на трехчасовую орбиту (15%—названные материалы для ремонта и восстановления, 15%—расходные вещества); 10% от суммы всех вышеперечисленных затрат — случайные неучтенные расходы； т=0,15 дохода на капитал (норма прибыли); Та= 30 лет ——амортизационный период.

Из приведенных соотношений вытекает:

GT；(42)

G =1^ЬА С0=Ь6^ [■ двс(2+0,2167 ^J + бОД^, (43)

где 4с, 也с — площадь и масса Энергосолетты (рефлекторов); %нэ—площадь рабочих элементов наземных энергостанций;

*R Н+0,135芝) + 6。/],(44)

Где £ = 8,76 ГВт • год — чистая ежегодная выработка электроэнергии.

Для площади Энергосолетты приняты два значения, взятые из табл. 6 и умноженные на 1,05 для учета техобслуж ив ан и я: 10210 км2 (четырехтрассовая схема орбит) и 12 750 км2 (пятитрассовая схема). Приняты два значения относительной массы поверх- Ностн WqJAqC 30 и 50 т/км2. Для наземной энергостанции площадь рабочей поверхности принята равной Днэ= 1000 км2, что находится внутри минимального светового пятна с площадью в 1150 км2.

&丿&丿Рис. 50. Круговые диаграммы затрат иа бита) при массе 1 км2 поверхности 30 тРис. 50. Круговые диаграммы затрат иа бита) при массе 1 км2 поверхности 30 тЭиергосолетту f3-часовая солнечно-синхронная ор- (а), прн массе I км2 поверхности 50 т (б)：Эиергосолетту f3-часовая солнечно-синхронная ор- (а), прн массе I км2 поверхности 50 т (б)：

&丿

&丿

Рис. 50. Круговые диаграммы затрат иа бита) при массе 1 км2 поверхности 30 т

Рис. 50. Круговые диаграммы затрат иа бита) при массе 1 км2 поверхности 30 т

Эиергосолетту f3-часовая солнечно-синхронная ор- (а), прн массе I км2 поверхности 50 т (б)：

Эиергосолетту f3-часовая солнечно-синхронная ор- (а), прн массе I км2 поверхности 50 т (б)：

/—затраты на фотогальваническую энергостанцию; 2—непредвиденные затраты; /*—затраты иа материалы для рефлектора (без покрытия); 2*—затраты на покрытие натрием в космосе; 3*—затраты на транспортировку Земля—орбита； 4*—затраты на межорбитальный переход; 5*—непредвиденные затраты； а*—затраты на замену материалов; в*—затраты на двухкратное восстановление натриевого покрытия в космосе; с*—затраты на транспортировку заменяемых элементов и расходных материалов； d*—затраты на межорбитальные перевозки; е*—затраты на орбитальные переходы для повторного перекрытия натрием； /*—непредвиденные затраты

Начальные затраты в расчете на один суммарный киловатт электроэнергии получаются из выражения:,

2=噫•(旬

106七q

Для сравнения запишем выражение, определяющее стоимость | электроэнергии, выработанной фотогальванической наземной, уста-1 новкой принятого сегодня типа (т. е., работающей только за счет 1 одного естественного солнечного света), считая, что для нее затра- | ты на НИОКР не требуются:1

^U(^-+C4(46)]

где Сх — дополнительные расходы на хранение энергии； 1,1 ко- j эффициент, учитывающий случайные расходы;

&= 1 嘗 1%及(47)

Здесь Ек——в кВт*ч на один год; Е — в ГВт • год;

2噩加(48)；

Принято Сх==200 долл, на 1 кВт.1

Результаты расчетов представлены на рис. 50 и 51. На рис. 501 в левой части кольцевой диаграммы показано распределение по| отдельным статьям для первоначальных затрат; правая сторона! отображает распределение эксплуатационных затрат. Сравнение^

乃亿乃亿Рис. 51. Диаграмма стоимости электроэнергии (вверх в долларах иа МВт • ч, вниз — в долларах на кВт) вырабатываемой Энергосолеттой-системой (3-часовая солиечно-сиихрониая орбита)：/—для Северной Америки； 2—дня Западной Европы; 3—для Советского Союза； /+2—для совместного снабжения Северной Америки и Западной Европы； / + 2 + 3——для совместного снабжения всех трех потребителей (а—для наземной солнечной электростанции принятого сегодня типа; б—с учетом использования тех рефлекторов, которые направляют энергию к «своей» наземной станции)Рис. 51. Диаграмма стоимости электроэнергии (вверх в долларах иа МВт • ч, вниз — в долларах на кВт) вырабатываемой Энергосолеттой-системой (3-часовая солиечно-сиихрониая орбита)：/—для Северной Америки； 2—дня Западной Европы; 3—для Советского Союза； /+2—для совместного снабжения Северной Америки и Западной Европы； / + 2 + 3——для совместного снабжения всех трех потребителей (а—для наземной солнечной электростанции принятого сегодня типа; б—с учетом использования тех рефлекторов, которые направляют энергию к «своей» наземной станции)^^

乃亿

乃亿

Рис. 51. Диаграмма стоимости электроэнергии (вверх в долларах иа МВт • ч, вниз — в долларах на кВт) вырабатываемой Энергосолеттой-системой (3-часовая солиечно-сиихрониая орбита)：

/—для Северной Америки； 2—дня Западной Европы; 3—для Советского Союза； /+2—для совместного снабжения Северной Америки и Западной Европы； / + 2 + 3——для совместного снабжения всех трех потребителей (а—для наземной солнечной электростанции принятого сегодня типа; б—с учетом использования тех рефлекторов, которые направляют энергию к «своей» наземной станции)

Рис. 51. Диаграмма стоимости электроэнергии (вверх в долларах иа МВт • ч, вниз — в долларах на кВт) вырабатываемой Энергосолеттой-системой (3-часовая солиечно-сиихрониая орбита)：

/—для Северной Америки； 2—дня Западной Европы; 3—для Советского Союза； /+2—для совместного снабжения Северной Америки и Западной Европы； / + 2 + 3——для совместного снабжения всех трех потребителей (а—для наземной солнечной электростанции принятого сегодня типа; б—с учетом использования тех рефлекторов, которые направляют энергию к «своей» наземной станции)

^

^

двух кольцевых диаграмм иллюстрирует влияние массы Энергосолетты на распределение стоимости по отдельным статьям расходов.

Затраты на космический сектор преобладают ，как в составах первоначальных и эксплуатационных расходов, так и в обоих вариантах относительной массы отражающей поверхности рефлектора. Однако при обслуживании одной Энергосолеттой двух наземных силовых станций наземный компонент затрат приблизится к 50% общих первоначальных или эксплуатационных затрат для Энергосолетты с удельной массой в 50 т/км2 и превысит 50% в случае рефлекторов с массой поверхности в 30 т/км2. Не удивительно, что в начальной стоимости космического сектора львиная доля приходится на транспортные расходы, даже при использовании комбинации электроракетного привода и солнечного паруса (именно этот принцип принят в обоих случаях для межорбитального перехода за пределами 1100-километровой высоты). Основная причина этого—— снижение массы полезной нагрузки из-за использования ретроградных орбит . Как было отмечено выше, если использовать большее число наземных электростанций, можно уменьшить наклонение орбиты примерно до 45°, что приведет к снижению почти вдвое транспортных расходов на выведение с Земли на опорную орбиту.

Такое же значение, что и транспортировка, имеет покрытие натрием в космосе; этот компонент составляет значительную долю начальных затрат, хотя эти расходы и не будут больше, чем те, которые имели бы место при покрытии рефлекторов натрием на по-

верхности Земли. Покрытие натрием доминирует и в эксплуатации онных расходах (Ь* и е*). Однако наше основное допущение, что каждый рефлектор необходимо отбуксировывать на опорную 1100- километровую орбиту в среднем каждые 10 лет с целью возобновления натриевого покрытия ,и технического обслуживания, требует серьезной проверки, поскольку необходимо еще обосновать потребность в новом натриевом покрытии по истечении каждых 10 лет.

На рис. 51 приведено сравнение потребностей в начальных капиталовложениях (в долл, на кВт) и стоимости 1 кВт-ч электроэнергии для каждой из трех наземных энергостанций (при трех вариантах площади и относительной массы) ； здесь же приведены цифры для двух и всех трех энергостанций, обеспечиваемых одной и той же -системой рефлекторов. Две дополнительные диаграммы приведены в целях сравнения： левая представляет собой стоимостные характеристики для наземной солнечной электростанции принятого сегодня типа, обладающей одинаковой эффективностью преобразования, с учетом дополнительных затрат на систему аккумуляции (хранения) энергии размером в 200 долл, на 1 кВт. Крайняя справа диаграмма основана на допущении, что используются те рефлекторы, которые функционируют в данный момент, т. е. излучают энергию к《своей》наземной энергостанции. Эти величины очерчивают предельно нижнюю стоимостную асимптоту для «собственных» наземных станций Энергосолетты, к которой будут стремиться затраты при использовании 12-часовой или геостационарной орбиты, когда данный комплект рефлекторов облучает наземную энергостанцию в течение ночи. Аналогичные величины затрат могут быть также получены при использовании субсинхроныых орбит, когда последовательно облучается большее количество наземных станций.

Рис. 51 убеждает, что Энергосолетта обеспечит потенциальную возможность для новой интегрированной технологии в системе «Земля—космос», неся странам с различным географическим положением солнечно-электрическую энергию при сравнительно низких затратах. Эти возможности, в первую очередь, опираются на факт, что рефлекторы на субсинхронных орбитах могут обслуживать ряд наземных энергостанций, а возможно, и единую простую и очень большую энергостанцию при высокой эффективности использования рефлекторов. Существует еще одна возможность для дополнительного повышения степени утилизации рефлекторов: использование ретрорефлексии радиационной энергии к энергостанции на дневной стороне Земли, создавая тем самым дополнительный потенциал для снижения затрат, поскольку рефлекторы — весьма высокоэффективная система трансляции энергии.

«ДВУХЗВЕЗДНАЯ ЭКОЛОГИЯ»

Помимо использования в плане Биосолетты, в более далеком бу-； дущем можно представи1Ь себе и другие применения Солеттьм обеспечивающей дополнительный поток световой энергии, по мощ| 148 1

рис. 52. Схема применения Солетты, график ре- акций:/—человеческое зрение;^—синтез хлорофилла; ^отражательная способность серебрарис. 52. Схема применения Солетты, график ре- акций:/—человеческое зрение;^—синтез хлорофилла; ^отражательная способность серебраНочной, фотосинтезНочной, фотосинтезНочное осОеце - ние conHSHHbfx электростанцийНочное осОеце - ние conHSHHbfx электростанцийРеакция,勿Реакция,勿ИрригацияпустыньИрригацияпустынь华 0,5 a6 0.1华 0,5 a6 0.1入№入№Генерация пресной %%/Генерация пресной %%/Непрерывный, рост (днем 厶 ночью) сепьско- хозяйстоенныхНепрерывный, рост (днем 厶 ночью) сепьско- хозяйстоенныхкдпьтдркдпьтдр

рис. 52. Схема применения Солетты, график ре- акций:

/—человеческое зрение;

^—синтез хлорофилла; ^отражательная способность серебра

рис. 52. Схема применения Солетты, график ре- акций:

/—человеческое зрение;

^—синтез хлорофилла; ^отражательная способность серебра

Ночной, фотосинтез

Ночной, фотосинтез

Ночное осОеце - ние conHSHHbfx электростанций

Ночное осОеце - ние conHSHHbfx электростанций

Реакция,勿

Реакция,勿

Ирригацияпустынь

Ирригацияпустынь

华 0,5 a6 0.1

华 0,5 a6 0.1

入№

入№

Генерация пресной %%/

Генерация пресной %%/

Непрерывный, рост (днем 厶 ночью) сепьско- хозяйстоенных

Непрерывный, рост (днем 厶 ночью) сепьско- хозяйстоенных

кдпьтдр

кдпьтдр

ности равной тому, который дает наше естественное светило. Эту дополнительную световую энергию можно будет направить по следующим основным линиям (рис. 52):.

непосредственная генерация разных видов энергии, потребной для индустрии, городов и т. п.;.

широкомасштабное производство пресной воды;

крупные ирригационные работы по обводнению пустынь;

широкомасштабное производство длительно хранимых видов топлива;

ДнемНочьюДнемНочью^Нитрий^^Нитрий^коллекторколлекторДнемДнемj Солнце I——-■■ елепй沁- I Исчькj Солнце I——-■■ елепй沁- I ИсчькДнемНс ^ьюДнемНс ^ьюВзтдск преснейВзтдск преснейобласть г нЕпре-область г нЕпре-.Пар.ПарНа гпра едый. теплообменникНа гпра едый. теплообменникводы (Зь/парида- рь^нымростомводы (Зь/парида- рь^нымростомТур5огенЕрагтюр ］：今疝爲场二「^5Тур5огенЕрагтюр ］：今疝爲场二「^5ппнаем)наем)растениярастения^энЕргияХ^^энЕргияХ^"/〃〃/777,"/〃〃/777,Химическая стимикх 认 и%/77〃 TTI—=：Химическая стимикх 认 и%/77〃 TTI—=：ПотребителиПотребителиЭнергоре- w зерды wЭнергоре- w зерды wЭлектролиз доды а о^имение компинен.Электролиз доды а о^имение компинен.йй其 кепра^ ew- ■*— Н?其 кепра^ ew- ■*— Н?ftft1212Транспорт^, ные сисгпе^ь. |Транспорт^, ные сисгпе^ь. |。"//7〃〃"〃/' Т777777/〃//力。"//7〃〃"〃/' Т777777/〃//力zz

Днем

Ночью

Днем

Ночью

^Нитрий^

^Нитрий^

коллектор

коллектор

Днем

Днем

j Солнце I——-■■ елепй沁- I Исчьк

j Солнце I——-■■ елепй沁- I Исчьк

Днем

Нс ^ью

Днем

Нс ^ью

Взтдск пресней

Взтдск пресней

область г нЕпре-

область г нЕпре-

.Пар

.Пар

На гпра едый. теплообменник

На гпра едый. теплообменник

воды (Зь/парида- рь^нымростом

воды (Зь/парида- рь^нымростом

Тур5огенЕрагтюр ］：今疝爲场二「^5

Тур5огенЕрагтюр ］：今疝爲场二「^5

п

п

наем)

наем)

растения

растения

^энЕргияХ^

^энЕргияХ^

"/〃〃/777,

"/〃〃/777,

Химическая стимикх 认 и%

/77〃

TTI—=：

Химическая стимикх 认 и%

/77〃

TTI—=：

Потребители

Потребители

Энергоре- w зерды w

Энергоре- w зерды w

Электролиз доды а о^имение компинен.

Электролиз доды а о^имение компинен.

й

й

其 ке

пра^ ew- ■*— Н?

其 ке

пра^ ew- ■*— Н?

ft

ft

12

12

Транспорт^, ные сисгпе^ь. |

Транспорт^, ные сисгпе^ь. |

。"//7〃〃"〃/' Т777777/〃//力

。"//7〃〃"〃/' Т777777/〃//力

z

z

Рнс. БЗ. Функциональная схема Солетта-системы

крупномасштаоное производство пищи (в том числе с помощью химического синтеза).

Фиксированное положение Солетты на ГСО обеспечит идеаль- ные условия по облучению определенных выбранных областей на поверхности Земного шара； поскольку Солетта, в отличие от естественного Солнца, не подвержена сезонным и суточным вариациям, она лучше накрывает те области, где будут установлены гелиоста- тические элементы центральной приемной энергостанции, и упро- щает управление всем энергокомплексом. Поэтому Солетта стано- внтся в определенном смысле главным энергоисточником, а естесг- венное солнце — вспомогательным.

Общая Солетта ——экология будет чрезвычайно продуктивной. Представляя удобную передающую систему, она не только может обеспечить все человечество электроэнергией, но и явится главным создателем углеводородного топлива, синтезируемого из воды и углекислоты (технологический аналог фотосинтеза); она будет

- главным стимулятором индустриализации. Давая возможность ■ орошения больших, ныне бесплодных районов, Солетта ——система станет одним из главных производителей пищи.

Общая Солетта ——экология будет синергистической интегрированной системой, производящей в огромных количествах три самых главных и самых необходимых продукта: энергию, воду и пи- щу. Она создает эффект маленького внеземного мира, как бы принадлежащего планете из планетной системы двойной звезды； иначе говоря, естественное светило как бы окажется удвоенным.

При выбранной нами системе критериев оценки Солетта на ГСО должна быть весьма экономически эффективной. Функциональная г схема Солетта-системы приведена на рис. 53.

* Т. е. обеспечивающей комбинированное действие, при котором суммарный эффект превышает простую сумму действий отдельных компонентов (от греч. synergia — содействие) (прим, перев.).

6ГЛАВА6ГЛАВАЭНЕРГИЯИЗ КОСМОСАЭНЕРГИЯИЗ КОСМОСА

6

ГЛАВА

6

ГЛАВА

ЭНЕРГИЯ

ИЗ КОСМОСА

ЭНЕРГИЯ

ИЗ КОСМОСА

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА И КОСМОС

Электричество ——самая подвижная форма энергии. Она может преобразовываться в химическую энергию, ее можно хранить в различных формах, передавать по силовым линиям и, наконец, ее можно трансформировать в микроволновой луч и таким путем передавать через пространство. Таким путем космическая техника может использоваться для передачи электроэнергии из одной точки земной поверхности в Другую, а также для генерации электроэнергии в космосе с целью ее передачи на Землю.

В энергосценарии будущего космическая техника может занять видное место, если она сумеет внести вклад в распределение и генерацию электроэнергии — своевременно, многофункционально и экономически конкурентоспособным образом.

К началу последнего десятилетия XX века придется передавать тысячи миллиардов киловатт-часов к весьма нагруженным центрам в индустриально развитых странах и к возрастающему числу не менее нагруженных центров в развивающихся странах. Солнечная энергия обеспечивает наибольшую степень благоприятного воздействия на окружающую среду и, если организовать массовое производство компонентов энергостанций,——наиболее экономичную форму генерации вышеназванных количеств энергии. Это вполне естественно, поскольку самым мощным и по сути самым изначальным энергоисточником на нашей планете является Солнце. Особенно богаты солнечной энергией США, Мексика, Австралия, Африка и Средний Восток.

Чтобы доставлять порождаемую Солнцем электроэнергию от областей с наибольшей интенсивностью солнечной радиации к вы- соконагруженным центрам, придется передавать сотни и тысячи миллиардов киловатт-пасов на большие расстояния, преодолевая °кеаны, горные районы, джунгли и другие труднопроходимые территории. Часто энергоисточники окажутся отделенными от потребителей многими государствами. Если использовать наземные ли- нии передачи, придется проходить через территории этих стран, Для чего потребуются не только приобретение соответствующего права и денежные расходы, но и содержание на линии обслужива- РЩего персонала. Физически право на прокладку силовых линий

покупается ценой отчуждения огромных земельных участков, что создает нежелательные экономические, социальные, экологические - и эстетические последствия. Проход через труднопроходимые территории, связанный с чрезмерно протяженными наземными распределительными сетями, приводит к значительному возрастанию эксплуатационных расходов на силовые линии (или трубопроводы жидкого водорода); в ряде случаев эти расходы значительно выше тех, что имеют место в высокоразвитых и хорошо интегрированных областях, таких как США или Западная Европа.

В этих случаях передача энергии через космические ретрансля-. ционные станции заполняет глубокий провал в распределительной технологии. Чтобы обеспечить экономическую конкурентоспособность, космическая система ретрансляции должна обладать эффективностью передачи в 60% или больше, а стоимость передачи ： ие должна быть выше 1,4 цента на 1 кВт-ч электроэнергии, поступающей к приемной шине в конце линии электропередачи.

Независимо от использования вместе с солнечными электростанциями, система спутников-ретрансляторов энергии обеспечива- 1 ет два явственных преимущества в связи с применением ядерных энергоисточников. Ядерные энергоустановки должны размещаться в удаленных пустынных районах, на безопасном расстоянии от плотно населенных областей. Во-вторых, электроэнергия, генерируемая ядерньши установками, может быть распределена между множеством стран-потребителей без необходимости распределения между ними ядерных реакторов и плутония-239.

Можно безопасно «распределять» ядерную энергию, фактичес--, ки сохраняя полный контроль над запасами плутония-239.

Если благодаря отдаленному размещению ядерного энергоисточника можно повысить показатель использования (долю времени, в течение которого фактически производится энергия), то снижение эффективности передачи (сравнительно с более короткими дальностями передачи) полностью окупается.

Для системы ретрансляции энергии необходим первичный энергоисточник. Например, может использоваться подходящей величины отдаленный геотермальный или гидре динамический энергоисточник.

Имеется много стран, чьи энергетические ресурсы (солнечные,' геотермальные, гидро) превосходят их внутренние потребности.； Если расширить для них рынки сбыта, куда они продавали бы из- ■ быток энергии, то для этих стран (в особенности это важно для развивающихся стран) их залитые солнцем территории и другие . источники энергии стали бы драгоценным активом, укрепляющим их экономику, представляющим другим странам ценный продукт, и тем самым вносящим заметный вклад в оздоровление и целенаправленное интегрирование мировой экономики. Спутники-ретрансляторы энергии обеспечат много большую область потребления этой энергии, которая будет достаточной, для того чтобы оправдать развитие и эксплуатацию названных энергоисточников. При нали-

чии системы спутников-ретрансляторов энергии станет возможной новая эра планетарного энергетического хозяйства.

Для создания мощности на спутниках-генераторах энергии в космосе можно использовать два очевидных энергоисточника: Солнце и ядерные реакторы. Солнце в космосе является даровым местным источником, а ядерная энергия настолько концентрирована, дто может оказаться впо/не экономичным снабжать ядерным горючим ИСЗ-генераторы энергии. Ядерный вариант включает как деление, так и синтез. Поскольку термоядерные реакторы тоже производят радиоактивные материалы (хотя и в меньших количествах, чем атомные реакторы) п дают отброс тепла, оба этих принципа связаны с засорением окружающей среды, а потому и желателен их вынос в космос, чтобы не загрязнять наземную среду обитания. *

Генерация мощности на орбите и микроволновая передача энергии на Землю представляет собой космическую программу значительно больших масштабов, чем ретрансляция энергии через ИСЗ от наземного источника к другому району ——потребителю на поверхности земного шара. Возникающие при этом транспортные потребности превосходят возможности МТКС 《Спе自с Шаттл》. Масса ИСЗ~генератора превосходит массу спутника——ретранслятора на один-два порядка и поэтому требует значительно больших ^капиталовложений во вспомогательные устройства.

Общеродовая программа «Энергия из космоса» имеет главной целью широкомасштабную трансляцию энергии микроволновым лучом (или иначе — СВЧ： сверхвысокой частоты). Она может включать три альтернативы (субродовые программы): 1) передача энергии с большой центральной силовой станции на поверхности Земли удаленным потребителям путем космической ретрансляции; 2) генерация мощности устройством на ГСО и передача ее к приемным устройствам на Земле или к экзоиндустриальным потребителям； 3) генерация мощности устройством на ССО и передача ее к потребителям на поверхности Земли через активные ретрансляторы на геостационарной орбите.

Использование космоса для передачи или для генерации и передачи энергии потребителям может быть более экономичным и более благоприятно в экологическом отношении, чем большинст- в° чисто наземных энергетических систем. Кроме того, при таком подходе обеспечивается непрерывный рост энергоснабжения вне- земных потребителей, что способствует развитию всех линий экзо- индустрии.

Вероятные сроки начала эксплуатации систем: 1-я программа 90—9$ гг.； 2-я программа 95—2000 гг., 3~я программа 93—97 гг.

Принципиальные технические задачи, которые нужно решить ?Рн создании космических энергосистем, следующие： обработка (превращение из вида в вид) энергии в космосе； генерация микро- в°лнавого СВЧ—излучения; фокусирование силового СВЧ — "У"а; обратное преобразование микроволновой энергии в электри- ческий ток; антенное усиление и управление силовым лучом； транс-

портировка и сборка больших и тяжелых конструкций в космосе； создание принципиально новых систем выведения (исключая ИСЗ.； ретранслятор, для которого они не необходимы).

В основном, как уже было отмечено, космические энергосистемы благоприятны для наземной окружающей среды. Но их ахиллесовой пятой может оказаться микроволновая радиация. Сегодня необходимо провести обширные эксперименты, чтобы достаточно надежно и глубоко изучить возможные воздействия СВЧ ——излучения на атмосферу, биосферу и на долговременные характеристики общественного здоровья.

Возможно, в более поздний период (после 2000 г.) будут использоваться передающие фазированные решетки (размещаемые как на Земле, так и в космосе) для частот, не проходящих сквозь всю толщу атмосферы с минимумом потерь, а напротив, поглоща-J емых на заранее определенных высотах (соответственно характе-1 ристикам молекул и атомов); это может использоваться для конт-| ролируемого локального управления климатом. Таким образом, между рассматриваемыми ниже космическими энергосистемами и Солеттой оказывается широкий диапазон частот, доступный в целях локальных модификаций климата: воздействия на ветры, количество атмосферных осадков, а следовательно, и на производство пищи. Такая техника могла бы обеспечить локальную компенсацию изменений климата из-за перемен в цикле солнечной а'ктив- ности. Но прежде необходимо более глубоко, чем это сделано до сих пор, изучить анатомию земного климата и воздействие Солнца на климат.

ТРАНСЛЯЦИЯ ЭНЕРГИИ ЧЕРЕЗ КОСМОС

Электроэнергия наземной силовой станции, питаемой солнцем, гео-^ термическим или иным источником, будет преобразовываться а； микроволновое излучение, с частотой порядка 3 ГГц (длина волны 10 см), и по фидеру будет подаваться на передающую антенну —— ； фазированную решетку. Передающая система формирует энергию; в управляемый силовой луч и фокусирует его на ИСЗ-ретрансля-1 торе энергии, находящемся в заданной точке ГСО; ИСЗ—РЭ будет., действовать как пассивный отражатель, перенаправляющий сило--： вой луч к приемной установке на Земле, расположенной на весьма большом удалении от первоисточника энергии. Наземная электро- | магнитная силовая станция преобразует СВЧ-излучение в электри-1 чество. Такая станция состоит из приемного устройства, выпрями- j теля (преобразующего электромагнитную энергию в постоянный : ток) и обычного коллектора. (Вообще говоря, преобразователь мо- i жет стоять <и у потребителя, а на приемной станции отсутствовать.) J

Транспортировка элементов ретранслятора на ГСО может вы-彳 полниться с помощью МТКС 《ГЙаттл》， работающей cqbmbctq с ； пилотируемым межорбитальным буксиром или связкой ступеней с； солнечпо-электроракетной тяговой системой. Сборка будет выпол-^ няться на опорной околоземной орбите, но возможна и окончатель-.； 154

сборка на самой ГСО. Для обслуживания системы будут ис- две космические станции: с экипажем в 12—24 чел.сборка на самой ГСО. Для обслуживания системы будут ис- две космические станции: с экипажем в 12—24 чел.нахнахпользоваться ,

сборка на самой ГСО. Для обслуживания системы будут ис- две космические станции: с экипажем в 12—24 чел.

сборка на самой ГСО. Для обслуживания системы будут ис- две космические станции: с экипажем в 12—24 чел.

нах

нах

на околоземной и в 6——12 чел.——на геостационарной орбитах.

Наземные элементы системы ( передающее и приемное устройства) потребуют около 36 км2 площади из расчета на 1000 МВт транслируемой мощности. В табл. 8 показаны характеристики системы, рассчитанной на подводимую к передатчику мощность около 12 ГВт.

Таблица 8

Характеристики ретрансляционной энергосистемы

Характеристика

Значение характеристики

Суммарный коэффициент эффективности трансляций *。

Общая площадь излучающей поверхности на передающей станции, км?.

Площадь ИСЗ-ретранслятора, км2

Масса ИСЗ-ретранслятора, т“

Общая площадь приемного наземного устройства, км2

Мощность постоянного тока на передающей станции, ГВт

Мощность СВЧ-луча при апертуре передающего2* устройства, ГВт

Мощность СВЧ-луча в апертуре приемного3* устройства} ГЬт

Выходная мощность постоянного тока на приемной станции, ГВт

Энергия 4*, переданная за 30 лет функционирования системы, ПВт ■ ч

• Отношение мощности на приемной шине наземной станции к под сти иа передающей станции.„

х Максимальная плотность энергии в центре силового луча 50 мВт/с

х Максимальная плотность энергии в центре силового луча 36 мВт/с I*• Переданная энергия эквивалента 400 Мт нефти (ежегодному пот

0,63-0,67 66

1,5

300

66

11,6

9,2

8,6

7,3

1,73

водимой мощно-

м2.

м2.

реблению 13 Мт).

Линия электропередачи на 600—800 кВ напряжения при входной мощности в 2200 МВт (выходная мощность в этом случае зависит от длины линии) требует около 50 км2 на каждые 1000 км дистанции. Таким образом, космическая система оказывается луч^ шей уже при дистанции передачи энергии около 2000 км, если исходить из потребности в отчуждении земель. Если же исходить из эффективности передачи, «точка пересечения» наземной и космической систем соответствует дальности передачи где-нибудь около 4000—6000 км для высокоразвитой, плоской территории; и при гораздо меньших расстояниях — для неосвоенных, 《диких》территорий (джунгли, горы я т.п.). Но космическая система электропередачи совершенно незаменима, если требуется «перепрыгнуть^» че- рез океан. Если исходить из потребления электропроводящих материалов (имея в виду алюминий) f точка пересечения лежит при Дальности передачи около 2500—3500 км. Стоимость разработки и Установки космической системы энергопередачи должна быть около 450 долл, на 1 кВт (в ценах 1975 г.)* Учитывая первоначальные

капиталовложения и эксплуатационные расходы, отнесенные j энергии, переданной в течение 30 лет, получим стоимость трансл；! ции энергии при коэффициенте загрузки 90%, около 1 нента н； 1 кВт-ч. {

ТЕРМОЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ В КОСМОСЕ

Развитие термоядерных реакторов как источников первичной знер乂 гии является, по-видимому, особенно важной предпосылкой для серьезных успехов человека в космосе, и, в первую очередь, для индустриального освоения внеземной окружающей среды. Наиболее привлекательные черты и огромные потенциальные возможности управляемой термоядерной реакции показаны суммарно на рис. 54, на котором в-идно, что термоядерная энергия занимает

-весьма высокое место среди ключевых технологических принципов, связанных с индустриализацией космоса.

Управляемая термоядерная реакция, когда она будет технически реализована, по ряду причин станет более дешевым и универсальным источником энергии, чем солнечный свет. Во-первых, тер- моядерная энергоустановка более компактна по сравнению с энергоустановкой, так или иначе использующей в качестве первичного энергоисточника солнечную радиацию. Высокая плотность энергии в термоядерной установке, ее большая компактность делают ее наиболее транспортабельным энергоисточником, особенно при больших потребных мощностях. Термоядерный энергоисточник не зависит от затмений, от чередования ночных периодов (в том числе и на поверхности иных космических тел, кроме Земли); он не зави-； сим и от расстояния до Солнца. Термоядерный реактор — единст- 1 венный энергоисточник, способный обеспечить вынос с поверхност^)^|

Минимальная потребность 0 снабтенаи 〃 запасахМинимальная потребность 0 снабтенаи 〃 запасахЭкономичность анер ?ои стогна - ка для зпвктрм магнитных ускв- 7〃勿£"£〃 (типа.Лунатрон)Экономичность анер ?ои стогна - ка для зпвктрм магнитных ускв- 7〃勿£"£〃 (типа.Лунатрон)ЗсрфеНЕиб- НОСЕЬ 〃 эко- комичность энергои.сгт1оч- ннкц дпя риз-ЗсрфеНЕиб- НОСЕЬ 〃 эко- комичность энергои.сгт1оч- ннкц дпя риз-夕"Я7"57 〃"办一 стри и на. Луне夕"Я7"57 〃"办一 стри и на. ЛунеТранспорта. 5епь - ноешь энергоисточника.Транспорта. 5епь - ноешь энергоисточника.Наи^олыиня плот- насть энергии на единицу массыНаи^олыиня плот- насть энергии на единицу массыЭффектность 3〃&〃2 也 0/770”“- ка для больших гпранспортнь'^ космических У0- paSceR 3*喈二：6一 го радиуса 叁崂-Эффектность 3〃&〃2 也 0/770”“- ка для больших гпранспортнь'^ космических У0- paSceR 3*喈二：6一 го радиуса 叁崂-энэнгиягияосмо нив-осмо нив-力〃 "£力〃 "£Термоя-дернаяТермоя-дерная'Эффектабность энергоисточника, для космических энерго станций, на орбитах, где имеет мвсЕа попадание “ станции “а какой-то период ” глень Земли'Эффектабность энергоисточника, для космических энерго станций, на орбитах, где имеет мвсЕа попадание “ станции “а какой-то период ” глень ЗемлиНаименьшие массовые затро-ты при генерации энергии для Земли.Наименьшие массовые затро-ты при генерации энергии для Земли.

Минимальная потребность 0 снабтенаи 〃 запасах

Минимальная потребность 0 снабтенаи 〃 запасах

Экономичность анер ?ои стогна - ка для зпвктрм магнитных ускв- 7〃勿£"£〃 (типа.

Лунатрон)

Экономичность анер ?ои стогна - ка для зпвктрм магнитных ускв- 7〃勿£"£〃 (типа.

Лунатрон)

ЗсрфеНЕиб- НОСЕЬ 〃 эко- комичность энергои.сгт1оч- ннкц дпя риз-

ЗсрфеНЕиб- НОСЕЬ 〃 эко- комичность энергои.сгт1оч- ннкц дпя риз-

夕"Я7"57 〃"办一 стри и на. Луне

夕"Я7"57 〃"办一 стри и на. Луне

Транспорта. 5епь - ноешь энергоисточника.

Транспорта. 5епь - ноешь энергоисточника.

Наи^олыиня плот- насть энергии на единицу массы

Наи^олыиня плот- насть энергии на единицу массы

Эффектность 3〃&〃2 也 0/770”“- ка для больших гпранспортнь'^ космических У0- paSceR 3*喈二：6一 го радиуса 叁崂-

Эффектность 3〃&〃2 也 0/770”“- ка для больших гпранспортнь'^ космических У0- paSceR 3*喈二：6一 го радиуса 叁崂-

эн

эн

гия

гия

осмо нив-

осмо нив-

力〃 "£

力〃 "£

Термоя-дерная

Термоя-дерная

'Эффектабность энергоисточника, для космических энерго станций, на орбитах, где имеет мвсЕа попадание “ станции “а какой-то период ” глень Земли

'Эффектабность энергоисточника, для космических энерго станций, на орбитах, где имеет мвсЕа попадание “ станции “а какой-то период ” глень Земли

Наименьшие массовые затро-ты при генерации энергии для Земли.

Наименьшие массовые затро-ты при генерации энергии для Земли.

^B*«S^K器с^^М『5°"Ь"°ванн» управляемой термоядерной виер-

Зем〃н в космос значительной части индустрии, особенно тех ее от- аслей, которые по тем или иным соображениям нежелательно развивать на земной поверхности, или тех, которые представляют прямую опасность для наземной окружающей среды. Термоядер- наЯ реакция ——самый эффективный энергоисточник для крупно- масштабной и весьма экономичной добычи руд и других ресурсов на Луне и вообще где бы то ни было в Солнечной системе. Термо* ядерная энергия легко превращается в другие виды энергии: теп- 』о, электричество, различные формы сфокусированной и направленной энергии для силового применения в тяговых системах (в виде плазмы или силового луча), для добычи и обработки материа- лов в вакууме. Термоядерная реакция ——единственный энергоисточник, способный обеспечить экономичное создание сильных магнитных полей, которые в тот период станут необходимыми для за- щиты внеземных человеческих поселений и космических кораблей, длительное время подвергающихся действию солнечных вспышек и космических лучей.

Вряд ли окажется ошибочным предположение, что индустриальная утилизация космоса будет вести к развитию управляемой тер~ моядерной энергетики. Космос предоставляет наиболее адекватную среду для генерации и применения термоядерной энергии; при этом наиболее существенны два фактора: неограниченный вакуум и 6и~ □логически нечувствительное окружение. Фактически, космическая природная среда изначально определяется всевозможными излучениями термоядерного《реактора》，имеющего громадные утечки и расположенного в центре нашей планетной системы (так же, впрочем, как и других удаленных «реакторов》, расположенных в цент- рах своих планетных систем или же лишенных каких-либо заметных для нас планет).

Возможны два принципиальных подхода к реализации контро・ лируемой генерации термоядерной энергии: нестационарный (взрывной) или с применением различных способов магнитного удержания плазмы. Оба подхода применимы как на Луне, так и на орбите, где достаточно возможностей по постройке больших удерживающих конструкций, внутри которых могут происходить небольшие термоядерные взрывы, инициируемые лазером или ионным силовым лучом.

Ниже представлен краткий обзор ключевых проблемных областей в развитии реакторов. (Сразу же отметим, что в космических условиях сложность решения большинства проблем уменьшается по сравнению с наземными условиями.) Специфических, глубоких вопросов мы касаться не будем； единственное исключение — крат・ кое рассмотрение вопроса об удержании плазмы в реакторе типа 《Токамак》, поскольку во многих странах делаются усилия для ре- тення данной проблемы подобным путем.

Принцип 《Токамака》первоначально найден и развит в СССР, а впоследствии он применялся во многих странах. Этот принцип позволяет достичь числа Лоусона nty^ 10й (где и ——число частиц в 1 см3 плазмы, ty ——продолжительность периода удержания плаз-

мы). Число Лоусона характеризует возможность получения «чис< то宓》положительной мощности от термоядерной реакции дейте- рий ——тритий. Но даже при достижении нужного значения Крите- рия Лоусона (чего следует, по-видимому, ожидать в начале 80-х годов) останутся многие чисто инженерные проблемы, которые пот. ребуют серьезных усилий для своего решения, Они -сконцентриро- ваны в трех широких областях:

—— достаточно долгое стабильное удержание плазмы;

— поддержание высокого, чистого вакуума;

—— создание материалов с необходимыми физическими свойс* вами, развитие методов обслуживания и ремонта реакторов, ра: работка больших сверхпроводящих катушек.

Решение названных проблем тем сложнее, чем меньше размеры реактора.

При сегодняшнем уровне проблема устойчивого 'Стационарного удержания плазмы может быть успешно решена с помощью комбинации спирально-тороидального и полоидного магнитных полей в реакторе типа «Токамак》. Однако такому -реактору свойственно низкое значение величины (3 (отношение плотности плазмы к средней плотности энергии в магнитном поле), а следовательно, для него необходимо высокое давление магнитного поля, что, в свою очередь, предъявляет высокие требования к сохранению чистота вакуума (то есть самой плазмы), к размерам и форме камеры реактора и к поддержанию сверхпроводимости.

Особое значение имеет высокий и чистый вакуум. Его потребное значение имеет порядок 10-6 торр *. При более высоких цифрах (менее глубоком вакууме) давление плазмы становится неуправляемо большим. Когда идет реакция дейтерий — тритий, 80% энергии приходится на нейтроны, а 20% — на ионы, которые улетают из реактора. При ударе о стенки вакуумной камеры они выбивают из них загрязняющие плазму частицы. Присутствие в плазме загрязнений вызывает возрастание потока радиационной энергии от плазмы к стенкам камеры реактора, что охлаждает плазму и может вызвать ее дестабилизацию или даже вовсе нарушить термоядерную реакцию.

Вследствие того, что термоядерный дейтериево-тритиевый реактор является мощным источником нейтронов с энергией порядка 14 мегаватт, а также других частиц и радиации, возникает сложная проблема создания соответствующих конструкционных материалов, поскольку потоки частиц и радиация создают серьезную опасность для конструкции оболочки, окружающей плазму. Размерные ограничения требуют от материалов конструкции вакуумной камеры способности выдерживать потоки лри уровне в 1022 нейтро- нов/см2 в течение 20 лет функциональной жизни .реактора. Это значение намного превышает допустимый уровень потоков для топливного плакирующего слоя в атомном реакторе деления.

1 торр равен 1 мм ртутного столба (прим, перев.)-

Космос обеспечивает два важных фактора, которые, в конечном счете, облегчают решение многих из упомянутых выше проблем, 9To наличие высокого вакуума и возможность применения очень больших по размерам конструкций. Космический вакуум (порядка ]0-8 Торр) значительно снижает давление плазмы, а следователь- но, и потребное давление магнитного поля, поэтому уменьшается жесткость всех конструктивных требований ——образно говоря, ^обеспеченная высоким вакуумом》камера не преподносит никаких неожиданных принципиально неразрешимых проблем. Хотя размеры камеры ——не единственный важный фактор (не менее вайсна конфигурация плазменного поля), но при больших размерах проблема удержания стабильной плазмы значительно облегчается. Увеличение размеров снижает и плотность тепло;потока, а следовательно, термические напряжения в конструкц|ио'нных материалах, что продлевает их ресурс и облегчает обслуживание. Уменьшаются потери рабочего объема, снижается число пузырьков, появляющихся в толще материала и вызывающих его хрупкость. Меньшая радиа- ■ ционная опасность также будет уменьшать сложность проблем,, связанных с возрастанием сопротивления стабилизирующих материалов (меди или алюминия) в сверхпроводящих магнитных системах.

Большие размеры камеры означают увеличенные расстояния от зоны плазмы, где идет термоядерная реакция, до первой стенки (внутренней стенки камеры), что обеспечивает больший буферный объем. При большем доступном внутреннем объеме и при наличии высокого внешнего вакуума облегчается задача эффективного предотвращения загрязнения плазмы.

Термоядерный реактор ——сложная система, связанная с комплексом вспомогательных систем: нагрева плазмы, подачи топлива, управления, аккумуляции энергии, восстановления трития (путем взаимодействия литиевого покрытия с нейтронами) и прочих устройств, окутанных изоляционными и защитными конструкциями. Тем с не менее, сложность, многих наиболее трудных инженерных задач 叩к функционировании реактора в космосе уменьшается. Вероят- но, еще большего облегчения в решении большинства узловых' проблем можно ожидать на поверхности Луны. Дополнительная поддержка может быть получена с помощью космического производства——за счет выпуска более гомогенных металлических материалов для отражателей (пользу от этого получат и наземные термоядерные силовые установки).

Такне материалы в первую очередь нужны для внутренних стенок, где потребуется низкий атомный номер, чтобы обеспечить минимально возможное загрязнение плазмы, а также высокое зна- "енне температуры плавления.

Реализация космического термоядерного реактора, дриспособ- Ленного к функционированию в орбитальном полете и на поверх- ности Луны, среди прочих полезных применений обеспечит воз- МоЖность создания маленького и легкого энергопроизводящего спутника.

ЭНЕРГОПРОИЗВОДЯЩИЙ СПУТНИК

Энергопроиэводящий ИСЗ, в отличие от Энергосолетты, первичную : солнечную энергию непосредственно в космосе преобразует в : электричество, чтобы затем передавать ее на поверхность Землн ;；

в микроволновом режиме и снова переводить в электроэнергию наземными установками. Передача СВЧ-лучом удобнее, чем световым. Принята частота микроволнового излучения 2,45 ГГц, что соответствует длине волны 12,24 см..：

На рис. 55 показаны две принципиальные схемы энергопроиз-' водящего спутника ——солнечная и ядерная. Здесь же приведено распределение плотности энергии в микроволновом силовом луче у выпрямительно-приемной антенны (ректенны) на поверхности Земли.

Использование микроволнового излучения имеет множество преимуществ и не меньше недостатков.

К преимуществам относятся: малое влияние на земную атмосферу, возможность формировать силовой луч независимо от углового диаметра Солнца, что определяет процесс фокусировки при организации трансляции энергии в видимом свете.

Все недостатки микроволнового излучения коренятся в его «искусственности» относительно изначального излучения Солнца:

нанаРис. 55. Схемы фотогальванической энергостанции fa) «ни (б) на орбите, график распределения У ректеины (в):Рис. 55. Схемы фотогальванической энергостанции fa) «ни (б) на орбите, график распределения У ректеины (в):орбите, термоядернойорбите, термоядернойплотности энергии в микроволновом силовом лучеплотности энергии в микроволновом силовом луче

на

на

Рис. 55. Схемы фотогальванической энергостанции fa) «ни (б) на орбите, график распределения У ректеины (в):

Рис. 55. Схемы фотогальванической энергостанции fa) «ни (б) на орбите, график распределения У ректеины (в):

орбите, термоядерной

орбите, термоядерной

плотности энергии в микроволновом силовом луче

плотности энергии в микроволновом силовом луче

/—энергостанцня (простейшая система); 2—элемент солнечной панели; 3—рефлектор; 4—солнечные батареи; 5—модульный радиатор; 6—реактор； 7—защитный экран («щит»); 8—отсек силовой аппаратуры； 9—отсек вспомогательного оборудования; 10—^оборудование преобразования электроэнергии; 11—передающая антенна; 12—линия ограннчеиня по нормам СССР； /3—линия ограничення по нормам США

вк」а口 микроволновой радиации в наземную окружающую среду п0 природе своей является чужеродным. Одно из возможных следствий —нагрев ионосферы из-за электронной интерференции этого диапазона радиочастот (Драммонд И, Е. Термическая стабильность земной ионосферы при функционировании ИСЗ ——ретрансля- торов энергии; Перкинс Ф. В. Термическая автофокусировка электромагнитных волн в плазме). Свободные электроны, образующиеся ；ионосфере из-за солнечной фотоионизации, отнимают энергию у микроволнового поля, вызывая тем самым перекачку мощности Из электромагнитного силового луча в тепловую энергию ионосферной плазмы. Путем ограничения максимальной плотности энергии в силовом луче величиной около 230 Вт на 1 м2《отсос》энергии может быть удержан в приемлемых пределах (порядка 0,06 Вт/м2). Другое следствие связано с опасностью биологического воздействия микроволнового луча на людей, земную фауну, а быть может, и флору. Это потребует введения определенного стандарта безопасности в отношении допустимого верхнего ограничения плотности энергии в силовом луче. В США принят стандарт: 100 Вт/м2 в течение всего рабочего дня. В СССР считается допустимым уровень не более 0,1 Вт/м2. Если мы хотим добиться максимальной эффек

тивности передачи энергии, форма поперечного сечения силового энерголуча должна соответствовать такому профилю диаграммы распределения плотности энергии по сечению, при котором плот-, ность максимальна в центре сечения и падает до минимума на его периферии. Явление ионосферной интерференции ограничивает рациональную плотность энергии в центре поперечного сечения силового луча величиной не более 230 Вт/м2 (что, грубо говоря, соответствует 0,23 солнечной постоянной на поверхности Земли, S). Тем самым ограничивается общий экономический потенциал системы, который можно было бы значительно повысить, если бы можно было поднять плотность энергии в центре силового луча до 300 или даже до 400 Вт/м2. При соблюдении названного ограничения около 99% энергии, которую несет силовой луч мощностью в 5 ГВт (имеется в виду получаемая на поверхности Земли мощность на приемной шине наземной электростанции), передается в пределах площади радиусом в 6 км (что соответствует площади пятна на поверхности Земли в 113 км2). Если принять стандарт безопасности, действующий сегодня в США, площадь отчуждаемой на поверхности Земли территории должна увеличиться до 154 км? (зт。соответствует радиусу пятна в 7 км). Принятие стандарта безопасности, действующего в СССР, вынудит пойти на дальнейшее Увеличение радиуса отчуждаемого круга, по крайней мере, до 15 км2 (что соответствует площади пятна 707 км2), поскольку максимум второго бокового лепестка диаграммы распределения плотности энерпии (см. р.ис. 55) достигает уровня 0,1 Вт/м2 на уда- "еннп от центра силового луча, равном примерно 17 км. Таким об- 党зом, даже при соблюдении уровня безопасности, принятого в °ША, средний уровень плотности передаваемой энергии составит °кол。1оз Вт/м2 (что соответствует 0,1 солнечной постоянной).

Очевидно, что для экономичности системы, передающей энергию с помощью силового луча, далеко не безразлично, какое ограничение по плотности энергии в конце концов будет признано допустимым и какую соответственно площадь на поверхности Земли придется отчуждать. Также очевидно, что даже рассмотрение лишь одного этого аспекта―■ целесообразного ограничения по максимальной плотности энергии в силовом луче ——указывает на сложность этой проблемы. Приемлема ли для общества система, включающая большое количество подобных силовых лучей мощностью порядка шести миллионов киловатт каждый,——это сегодня следует, по-видимому, считать открытым вопросом.

Преимущества передачи энергии микроволновым лучом по сравнению с передачей путем прямого отражения солнечного света даются не даром: плата за эти преимущества состоит в большей сложности и большей массе микроволновой системы. Такая система должна: принимать первичную энергию; преобразовывать ее в электричество; превращать электроэнергию в микроволновое излучение; формировать микроволновую энергию в силовой луч с необходимыми характеристиками.

Самым «естественным» и первоначальным источником первичной энергии является Солнце (этот источник используется солнечно-силовым энергопроизводящим спутником). Другим первоисточником энергии может быть атомный или термоядерный реактор. В случае солнечно-силового энергоспутника его размеры и масса конструкции почти полностью определяются низкой плотностью энергии в солнечной радиации и почти не зависят от системы преобразования энергии. В других системах размеры и масса конструкции определяются радиатором, служащим для сброса избыточного тепла.

Могут использоваться различные варианты преобразующих систем. Только фотогальванический метод преобразования неразрывно связан с солнечно-силовым спутником, (Подобная система впервые предложена П. Глейзером). Альтернативными методами преобразования являются: цикл Брайтона (реализуемый в газовой турбине, связанной с электрогенератором); магнитогидродинамический (МГД) преобразователь; термоионный преобразователь； комбинация термоионного и МГД-методов； комбинация каскадной термоионной и Брайтоновской систем преобразования.

Все эти методы применимы при использовании различных источников первичной энергии. Но существуют и предпочтительные сочетания. Так, для солнечной энергии наиболее подходят преобразователи фотогальванического или Б,райтоновского тапа. Для атомных реакторов с твердыми тепловыделяющими элементами» с жидкой или газофазной активной зоной лучше других——МГД-пре- образователь или комбинированные системы на базе термоионного каскада и цикла Брайтона. В случае термоядерного реактора сегодня наиболее привлекательной представляется комбинация термоионного и магнитогидродинамического преобразователей. Основные характеристики различных систем приведены в табл. 9.

^яоактеристики энергопромзводящего спутника *

Значенне характеристик

Характеристики

11

雰詳 ||| 1

Масса системы, Мт

Площадь системы, км2“

Коэффициент преобразования первичной энергии, средний за 30 лет

Произведение всех других коэффициентов

Полный КПД

Потребление первичной энергии, 1 Вт

Стоимость НИОКР, млрд. долл.

Стоимость строительства одного экземпляра, млрд. ДОЛЛ.一сс「

Ежегодные эксплуатационные расходы, млрд, долл.

Доходы на капиталовложения

Коэффициент использования

Стоимость 1 кВт ■ ч электроэнергии, центов:

доля НИОКР

доля капитальных затрат

доля эксплуатационных расходов

полная стоимость

Начальные затраты на 1 кВт, долл.

80 120

0,11

0,60 0,066

152 50

30

0,27

0,15 0,95

0,203 5,546 0,328 6,080 3000

151

70

0,20

0,60

0,128

78

70

28

0,36

0,15

0,90

0,299 5,464 0,461 6,220 2800

60

30

0,22

0,60

0,132

76

80

25

0,40

0,15

0,85

0,343 5,165 0,436

5,946 2500

52

17

0,40

0,60

0,240

42

100

20

0,30

0,15

0,85

0,429

4,132

0,349

1 4,910

1 2000

• Иыпяйятыряемая мошность на поверхности Земли (2 передатчика по “ 'а‘ 10 ГВт, ежегодное производство энергии 86,72 ГВт • ч при коэффициенте ясных солнечных дней 0,99 и жизненном цикле 30 лет (вместе с созданием)*

Таблица 9

Из всех названных систем наиболее изучен фотогальванический энергоспутник, облик и характер которого неоднократно описыва- '★св и в специальной литературе и в широкой прессе. Поэтому нпже приведены только самые ключевые характеристики фотогаль- ванического ИСЗ-генератора энергии.

^врактеристики фотогальванического ИСЗ — генератора энергии

Выходная мощность на поверхности Земли, ГВт

Р^Щзя масса системы, Мт

Площадь системы, км2

Солнечные батареи:

материал

толщина, мкм

СТОИМОСТЬ 1 кВт, долл.

10

65—85

120

кремний (альтернативный вариант—арсенид галлия)

50—100

200

Передающее устройство:、 диаметр, км

допустимые отклонения от плоскости (1/4 длины волны), 3

см

2,451Фазир. решетка из 2,78- 106 амплитронов200•-23010 ГВт, лежит2,451Фазир. решетка из 2,78- 106 амплитронов200•-23010 ГВт, лежитчастота. ГГц

2,45

1

Фазир. решетка из 2,78- 106 амплитронов

200•

-230

10 ГВт, лежит

2,45

1

Фазир. решетка из 2,78- 106 амплитронов

200•

-230

10 ГВт, лежит

точность ориентации силового луча, угловых минут генератор микроволновой радиации

площадь приемной ректениы на наземной станции, км2 максимальная плотность энергии в силовом луче, Вт/м2 Общая масса такой системы, рассчитанной на

пределах 65——85 Мт. При типовой общей эффективности порядка от 6,5 до 7,5% (подразумевается отношение мощности, вырабатываемой на выходной шине наземного преобразователя энергии, в мощности входного потока солнечной энергии, потребляемой не орбите энергоспутником) площадь приемника солнечной энергии должна быть от 154 до 133 км2. Таким образом, при площади s 140 км2 и массе системы в 75 Мт средняя масса единицы площади составит 536 т/км2. Наиболее тяжелая подсистема ■—передатчик энергии, для которого удельная масса единицы поверхности составляет 10 000 т/км2 (при площади 0,79 км2 для расчетной выходной мощности на поверхности Земли в 5 ГВт). Как правило, солнечные батареи комбинируются с отражателями, повышающими плотность светового потока примерно вдвое (таким образом солнечные батареи облучаются с интенсивностью, соответствующей удвоенной солнечной постоянной). Если применяются кремниевые батареи, то это обстоятельство имеет меньшее значение, но при использовании вместо кремния арсенида галлия (или алюминия) повышение степени концентрации светового потока приобретает особое значение, так как позволяет изменить конструктивные соотношения и пропорции в системе: путем добавления сравнительно дешевых рефлекторов значительно уменьшается потребная масса существенно более дорогих солнечных батарей.

Чтобы обеспечить системе большую надежность и экономическую эффективность, следует распространить ее воздействие на большее количество обслуживаемых наземных районов. Кроме того, на 1—2% может быть снижена стоимость солнечных батарей по сравнению с их сегодняшней стоимостью. Правда, экономическая жизнеспособность системы определяется не столько стоимостью солнечных батарей, сколько, главным образом, транспортными и эксплуатационными расходами, от которых зависят гарантии в обеспечении потребного по экономическим соображениям основного Периода функционирования (жизненного цикла) системы порядка 30 лет. ；

СРАВНЕНИЕ ЭНЕРГОСОЛЕТТЫ § И ЭНЕРГОПРОИЗВОДЯЩЕГО СПУТНИКА

Энергосолетта ,и энергопроизводящий ИСЗ — два различных решения одной задали： обеспечить практически непрерывное производство электроэнерггии, используя Солнце в качестве первичного 164

энергоисточника. По способности обеспечения полной расчетной нагрузки ИСЗ-генератор энергии превосходит Энергосолетту, кото °宓 изменение мощности облачного покрова мешает сохранять заданную вых од н)^ю мощность наземных электростанций, взаимодействующих с Энергосолеттой. Однако Энергосолетта представля- ет собой решительный шаг по пути установления высоких значений полной расчетной нагрузки наземных солнечно-силовых электростанций, что значительно уменьшает преимущества энергопраизво- дяшего ИСЗ по сохранению уровня расчетной нагрузки. А по сложности и потребной массе энергопро.изводящий спутник уступает

Энергосолетте.

В случае Эиергосолетты передача энергии на земную поверхность происходит более благоприятным для наземной окружающей среды образом, чем в случае энергопроизводящего спутника, транслирующего энергию Солнца (к которой земная природа приспособлена миллиарднолетней эволюцией) в виде микроволнового излучения (которое для наземной среды не является привычным). Однако в обоих случаях энергетический луч должен ориентироваться относительно приемной наземной энергостанции достаточно точно. Преимущество Эиергосолетты здесь сводится к тому, что световой луч может превосходить силовой луч микроволнового диапазона по допустимой плотности энергии, по меньшей мере, в пять

раз.

Как было показано раньше, Энергосолетта с рабочей поверхностью в 1000 км2 с учетом всех потерь может обеспечить среднегодовой выход электроэнергии порядка 47—64 ГВт-год.

В случае десятигигаваттного энергоспутника с двумя приемными ректеннами площадью по 200 км2 каждая, потребуется на поверхности Земли отчуждать (т. е. освобождать от присутствия людей и животных), по самой скромной оценке, до 18 000 км2.

Очевидно, что обе рассматриваемые системы обладают сравнительно невысокой эффективностью, если их сравнивать, например, с наземной атомной энергостанцией, не говоря уже об ожидаемой эффективности термоядерной энергоустановки. Но при этом не следует забывать, что тепловое засорение атмосферы, а также экологическая несовместимость, свойственные ядерньш энергоустановкам, затрудняют их широкое -развитие на поверхности Земл：и, что и вынуждает рассматривать более приемлемую альтернативу： вынос первичных ядерных энергоисточников с поверхности Земли в космическое пространство.

Процесс генерации энергии энергоспутником включает три сту- пени преобразования энергии (электричество — микроволновое излучение — электричество), в то время как система Энергосолет- Tbi функционирует при единственном преобразовании (солнечного света в электроэнергию на наземной силовой энергостанции). При 9ToM наименее эффективная операция в многоступенчатом преобразовании энергии ——перевод первичной солнечной энергии в элект- ричёство ——на энергопроизводящем ИСЗ выполняется в космосе. Обе эти его особенности делают энергоспутник значительно более

циента поясняется в табл. 6), эффективность передачи энергиициента поясняется в табл. 6), эффективность передачи энергии

циента поясняется в табл. 6), эффективность передачи энергии

циента поясняется в табл. 6), эффективность передачи энергии

ВВче-че-цни — ицни — исложным и тяжелым по сравнению с элементарным отражателем каковым, по сути, является Энергосолетта. Правда, с другой сто. роны, выброс тепла в наземную окружающую среду в случае энер* госпутника составляет всего 1/6 от выброса тепла при функционировании системы Энергосолетты.

В

В

че-

че-

цни — и

цни — и

Масса, приходящаяся на единицу мощности энергоспутника, очень велика: от 6 500 т до 8 500 т на 1 ГВт выходной мощности на поверхности Земли. Если принять для Энергосолетты коэффи- циент использования рефлекторов 0,087 (значение этого коэффи«

рез атмосферу 0,71, средний показатель облачности 0,7, эффективность преобразования энергии солнечного света на земной поверхности в электроэнергию 0,15, удельную массу зеркала рефлектора 50 т/км2, то при плотности солнечной энергии в космосе 1,35 ГВт на квадратный километр, суммарная удельная масса рефлектора Энергосолетты на 1 ГВт мощности будет порядка 5 700 т. Разумеется, эта цифра справедлива лишь для случая, когда Энергосолет- та обслуживает единственную наземную солнечно-силовую электростанцию. Если их будет две и более, то масса Энергосолетты на единицу «наземной мощности» упадет до 2850 т/ГВт и ниже. Поскольку Энергосолетта может функционировать на орбитах ниже геостационарной, она может одними и теми же рефлекторами обслуживать различные наземные энергостанции. Поэтому в экологическом отношении система Энергосолетты будет значительно превосходить ИСЗ-генератор энергии. Несмотря на это, повышение степени использования рефлекторов ——особенно в случае обслуживания единственной наземной энергостанции ——должно оставаться одной из важных целей. В этом смысле весьма многообещающей можно считать новую концепцию ретрофлексии (с целью повысить уровень солнечного светового потока в дневное время).

Энергосолетта обладает явными преимуществами перед спут* никовым генератором энергии в отношении капитальных затрат и начала поступления доходов (возврата капиталовложений). Технологический риск, связанный с развитием рефлекторов, много меньше того, который связывается даже с простейшим энергоспутником. Рефлектор можно сравнительно легко разделить на отдельные части, оптимальные по размерам (как в транспортном, так и в конструктивном отношении). Подобная операция в нужной степени с энергоспутником практически невыполнима. В лице Лунетты Энергосолетта имеет весьма полезного предшественника, который обеспечит заблаговременное решение многих проблем и приблизит момент начала экономической отдачи Энергосолетты. Сравнительно с энергоспутником стоимость эксплуатации Энергосолетты будет относительно невысокой, не говоря уже о том, что сам процесс обслуживания рефлекторов будет сравнительно несложной зада・ □ей. Рефлекторы окажутся более приспособленными к транспортировке на окололунную опорную орбиту (как показано выше, транспортировка может организовываться как 《плавание》под солнеч-： ным парусом — роль паруса играет сам рефлектор).

заключение следует отметить, что обе рассмотренные концеп-

светового, и микроволнового силового луча для передачи

епгии из космоса на поверхность Земли — заслуживают интен- %%нх дальнейших исследований. Энергосолетта сегодня представ- с еТСЯ особенно многообещающей, но не исключено, что в конце 工 нцов наиболее рациональной окажется смесь обеих рассмотрен- :х систем. Если учесть к тому же многообещающие возможности, связанные с развитием управляемых термоядерных реакторов, как и разных других методов генерации (и аккумуляции) энергии, рассмотренных выше, можно сделать вывод, что космос и энергия в самом деле образуют мощную и работоспособную комбинацию. Можно ожидать, что это сочетание принесет человечеству новую эру — эру изобильной и дешевой энергии.

Г Открытый мир Земли и космоса уже стал реальностью. Благо-

даря творческому гению человечества он может принимать все новые формы. Весь вопрос в том, окажется ли человечество способным воспользоваться открывающимися перед ним новыми возможностями.

7

ГЛАВА

ИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ ЛУНЫ

ЛУННЫЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЦЕНТР •

Концепция экзоиндустриализации в качестве одной из перспективных программ .включает использование индустриального потенциала Луны.

Конечно, Луна еще долго будет объектом и чисто научного интереса. Это и наглядная модель геологического прошлого Земли , и близкая к идеалу база астрономических исследований, и отличный испытательный полигон для космической техники. Не исключено, что со временем Луна станет заправочной станцией для межпланетных кораблей, а быть может, и главным межзвездным космопортом Земли.

Но куда важнее то, что Луна ——кладезь всевозможных ресурсов. Как уже было сказано, на Земле все четче проявляются суровые энергетические и экологические ограничения. Поэтому человечеству пора искать энергетические и вещественные резервы в космосе——даже независимо от того, как быстро окупятся капиталовложения. Нужно заранее вкладывать средства в области, которые обеспечат дальнейшее развитие земной техники и технологии, и Луна в этом смысле занимает совершенно исключительное место. Но к тому же лунная индустрия вовсе не будет убыточной- Специфические условия на Луне позволяют организовать производство на базе радикально новой технологии, применение которой на Земле вовсе исключено. Эта технология столь нова, столь необычна и сулит такую революцию в производственной сфере, что ее значение без какого-либо преувеличения можно сравнить с изобретением колеса.

Использование Луны должно основываться не только на высокой технической эффективности и экономичности всех операций, но и на высоком уровне экологической автономии. Конечно, определенных материалов, в том числе воды и кислорода, в свободном виде на Луне нет. Поэтому первоочередной задачей станет создание технологии их получения в лунных условиях. Анализы лунных

унтов показали, что на Луне достаточно кислорода, содержаще- ^ся в связанном виде в окислах металлов и кремния. Всюду, где- опускались земные космические аппараты, Луна покрыта реголи- том ——зернистой обломочной породой, возникшей в результате бом- бар^нровкн лунной поверхности метеоритами. Встречаются два различных типа по)2)оды: вулканическая, сходная с земными базаль- ^аМп (по-виднмому, из таких пород сложены все лунные моря), 目 осадочно-метеоритная, напоминающие земные брекчии. Встреча- ется и так называемый «крип»—■ порода, обогащенная калием, фосфором и редкоземельными элементами. В условиях земной поверх- ности многие наиболее широко потребляемые металлы требуют большого расхода энергии в процессе их извлечения и очистки. В первую очередь, к ним относится алюминий. То же самое характерно для титана и магния. На Луне получение этих металлов облегчится благодаря глубокому вакууму на ее поверхности. В земных условиях ——на дне воздушного океана ——искусственное создание вакуума пока что обходится весьма недешево.

Как было показано, наиболее энергоемкую и «грязную» часть" земной индустрии весьма желательно убрать с поверхности Земли в космос. В том числе и на Луну- Здесь может быть создан автономный, независимый (или почти независимый) от Земли индустриальный комплекс, который со временем сможет обеспечить металлами, кислородом и многими видами промышленной продукции не только свои собственные, лунные базы, но и Землю, а также ее орбитальные предприятия и космические поселения.

Лунный индустриальный комплекс должен включать три взаимосвязанных компонента: индустриальную зону на поверхности Луны, производственные установки на селеноцентрических орбитах и транспортную систему. С созданием лунного индустриального центра будет сделан заметный шаг на пути организации зкзонн- дустриальной Земной системы. Если земная технология развива- лась под влиянием многих ограничений, а некоторые ее приемы считаются необходимыми лишь в силу того, что на поверхности Земли доступны только вполне определенные материалы и процесс си, то химия и физика лунной промышленной технологии будет развиваться на принципиально иных основах. Высокий вакуум н отсутствие биосферы позволяют применить на Луне новые техно* логические идеи и весьма мощные электроисточники.

Вместе с тем, производственные установки на поверхности Лу・ нн должны размещаться в пределах определенной локальной зо- нн, четко ограниченной от других районов лунной поверхности^ которые должны оставаться неизменными. Это необходимо как 4пя дальнейшего исследования самой Луны, так и для размещения различного астрономического и астрофизического оборудования. Сказанное особенно важно для оборотной стороны Луны.

Как известно, начало нашего века ознаменовалось бурным раз- вптнем астрономии: строились все более грандиозные телескопы, Р℃ла разрешающая способность инструментов... Но очень скоро астрономы убедились в невозможности использовать возросшие

7 2694 嶼

способности своей аппаратуры в наземных условиях. Из-за неоднородности земной атмосферы (вертикальные конвективные движения воздуха, горизонтальные струйные течения, вызывающие флюктуации плотности атмосферы и др.) изображение небесного объекта в телескопе дрожит и размывается. Создалась парадоксальная ситуация: зеркала больших телескопов, перед которыми проходит много атмосферных неоднородностей, дают подчас даже худшее изображение, чем сравнительно небольшие инструменты. «Бегство в горы», где воздух прозрачней и неоднородностей мень- те, несколько улучшает дело, но не настолько, как хотелось бы, поскольку высота земных гор относительно невелика. При попытках проникнуть в ультрафиолетовую и инфракрасную части спектра астрономия столкнулась с еще более жесткими ограничениями, которые несет земная атмосфера: почти весь огромный инфракрасный диапазон заполнен полосами поглощения воды и углекислоты, а ультрафиолетовый участок обрезается полосами поглощения озона, кислорода и азота. Выход один — монтировать астрономические инструменты вне атмосферы. Можно — на орбите. Но почему бы их не переселить на Луну? Ведь там найдется, и из чего монтировать — не придется буквально все возить с поверхности Земли, как это неизбежно в случае околоземной орбитальной станции. 《Даровой》вакуум может оказать благоприятное воздействие и на темпы развития ядерной физики. Так что и для фундаментальных наук может оказаться полезным создание автономного лунного производственного центра.

ОБЩАЯ ПРОГРАММА \ ИНДУСТРИАЛИЗАЦИИ ЛУНЫ Г：

Индустриализацию Луны следует рассматривать как необходимый элемент общего развития земной техносферы, который способен обеспечить достижение трех главных целей： распространение сырьевой базы земной индустрии за пределы зависимости исключительно от земных ресурсов; поддержание непрерывного технологического, индустриального и экономического роста без дополнительно-] го загрязнения земной окружающей среды； использование специ-1^ фики лунных природных условий для организации на новых прин-j пипах производства продуктов, необходимых на Земле и на разви-1 вающихся внеземных объектах. * Ц

На рис. 56 приведена схема, иллюстрирующая особенности вывоза продукции лунного индустриального комплекса. Продуктами, предназначенными специально для Земли, будут чистые металлы и сплавы, полуфабрикаты и конечные изделия из металлов и кремния (ситаллы, силиконы или кремнийорганика). Лунная производственная база может быть первой полностью экзоиндустиальной подсистемой, включающей все фазы индустриального метаболизма и все продукты в пределах ресурсных лимитов лунной природы. Кроме создания изобилия металлов ——этой основы, исходных мате риалов для всей земной цивилизации,■~-лунный индустриальный

рнс. 56. Схема вывоза продукции лунного индустриального комплекса (Андроселл — искусст* вениый планетоид иа геллоцеитрической орбите)рнс. 56. Схема вывоза продукции лунного индустриального комплекса (Андроселл — искусст* вениый планетоид иа геллоцеитрической орбите)^^_ конечные пр” дукты (оборудование, конструн*^^_ конечные пр” дукты (оборудование, конструн*匚二Ь -очищенные материалы, полуфа^ринат^匚二Ь -очищенные материалы, полуфа^ринат^

рнс. 56. Схема вывоза продукции лунного индустриального комплекса (Андроселл — искусст* вениый планетоид иа геллоцеитрической орбите)

рнс. 56. Схема вывоза продукции лунного индустриального комплекса (Андроселл — искусст* вениый планетоид иа геллоцеитрической орбите)

^^_ конечные пр” дукты (оборудование, конструн*

^^_ конечные пр” дукты (оборудование, конструн*

匚二Ь -очищенные материалы, полуфа^ринат^

匚二Ь -очищенные материалы, полуфа^ринат^

комплекс внесет определенный вклад и в развитие сельского хозяйства, освобождая сельскохозяйственные территории от шахт, карьеров, свалок промышленных отходов. В более отдаленной перспективе лунный комплекс сможет также производить химические и биохимические продукты.

В целом вклады лунной индустрии могут быть совершенно уникальными. Конечно, в соответствующих специфических областях следует провести сравнение лунной программы с другими альтернативными проектами (например, с такими, как рассмотренная ранее Солетта — экологическая подсистема). Чтобы индустриализация Луны стала экологически жизнеспособной концепцией, очевидно, необходимо в первое десятилетие XXI в. обеспечить начальный объем продукции лунного центра порядка 60——100 Мт в год лунных' металлов и их чистых фракций. Технический риск реализации лунной программы можно минимизировать с помощью рациональной стратегии строительства лунного центра. Индустриализация Луны — это длительный процесс, в ходе которого должен соблюдаться определенный баланс между капитальными вложениями и возвратом капитала. Необходимо усилить благоприятное социальное воздействие лунной программы — путем сохранения наземных ресурсов, флоры и фауны, а также сельскохозяйственных Угодий ——при непрерывном возрастании уровня жизни, повышении Квалификации и активности трудоспособного населения. Быть может, ближайшие результаты лунной программы окажутся менее заметными, чем у других экзоиндустриальных программ, но в более отдаленной перспективе ожидаемые результаты реализации лунной программы следует оценить довольно высоко.

Прикидочная экономическая оценка программы индустриализации Луны (сделанная, разумеется, при определенных допущениях) показывает, что начальные капиталовложения в период между 2000-м и 2010-м годом достигнут 60—70 миллиардов долларов. Вообще-то подсчитывать доходы и расходы, которые произойдут в отдаленном будущем, нелегко. Деньги, которые необходимо ио трайпь сегодня, как бы дороже тех, что будут расходоваться через：

20——30 лет. При идеальной реализации лунной программы нужны ежегодные вклады в 3——4 миллиарда долларов. Несмотря на всю внушительность этих цифр, они никак не могут казаться чрезмер- эньши, если вспомнить, что на совокупность программ, обеспечив- тих полеты《Апполонов》, истрачено более 25 млрд. долл. К тому 〉ке все расчеты по лунной программе выполнены так, как будто она реализуется изолированно. На самом деле она будет пересекаться, взаимодействовать и в определенной мере объединяться с другими космическими программами (околоземных заводов, спутников-ретрансляторов и генераторов энергии для Земли и др.). Программа индустриализации Луны способна благотворно влиять на развитие всей земной техносферы.

СЛАГАЕМЫЕ ЛУННОЙ ИНДУСТРИИ

Главный компонент лунного индустриального комплекса ——поверхностная производственная зона — включает несколько секторов: сырьевой, энергетический, производственный； кроме того, необходима система жизнеобеспечения для персонала центра, численность которого определяется исходя из того, что на каждую тнся- ку тонн в год добытых и очищенных металлов требуется работа нрех человек, а на тысячу тонн в год конечной продукции потребуй ется от 6 до 7 человек.1

Старт развитию лунной индустрии даст наземный персонал, к* торый создаст первоначальную энергетическую，6азу, кибернетичесч 趴не системы (информационные и исполнительные устройства, те；! «неуправляемые полуавтоматы и роботы, жизнеобеспечивающую аппаратуру и т. п.), а также транспортные средства для доставки- ®сего этого первоначального оборудования и людей с Земли на поверхность Луны. Возможно, первоначальное строительство на Луне будет полностью поручено роботам и телеуправляемым устро济ст- 出ам (управлять которыми мог бы, например, экипаж околоземной космической станции на ГСО). 、

СЕКТОР СЫРЬЯ

На земле некоторые металлы сконцентрированы в рудах, где их] больше, чем в окружающих скальных породах, в сотни и даже д& 1 сятки тысяч раз； правда, это относится к очень небольшой дол《1 земного запаса металлов. В скудных рудах неферромагнитных м§ I таллов относительное содержание колеблется в диапазоне от од制 лого атома металла на сто атомов породы до одного атома на -20 000 атомов породы. В фоновых породах и обычных земных грунтах содержание металла может быть от одной десятитысячной (например, для меди) до одной миллионной (для кадмия). Осадочные породы с высокой концентрацией металлов не смогут долго удовлетворять непрерывно растущие потребности современной индустрии. Если будут открыты новые принципы, позволяющие извлекать металлы из очень бедных руд (вплоть до рядовых скальных пород), станет доступным огромный резерв металлов.

1

Однако, высокие энергетические потребности и большое количест- 0 отходов ——неизбежные спутники использования бедных метал- лИческих руд. Опасность растущего тяжелого загрязнения земной окружающей среды делает «металлургию бедных руд» на поверх- н0СТи Земли практически совершенно бесперспективной.

'В земных океанах и морях руд нет (за исключением сравнительно небольшого количества конкреций), а металлы и другие вещества здесь содержатся в виде растворов, при средней концентрации до 3,5% твердых веществ. Если будут изобретены подходящие химические методы, из морской воды в принципе можно извлекать определенные металлы путем выведения их в осадок. По сути, образование металлических конкреций на дне моря и есть 5акой процесс； но темпы его развития слишком медленны, чтобы иметь промышленное значение (человечество может за десятки лет использовать все морские отложения, которые образовались в течение миллионов лет). А в отсутствие эффективного и экономичного метода быстрой селективной минерализации из морской воды вместе с желаемым веществом в осадок будет выпадать множество других элементов. Океан — почти недифференцированное геологическое тело: чтобы извлечь из него 1 т цинка (для чего придется переработать около 100 000 000 т морской воды), волей — неволей придется попутно получить около 300 т бария, 17 т лития, 0,19 т ванадия и много других веществ (не говоря уже о горах соли). При этом самое сложное—разделить все эти вещества после их совместного выпадения в осадок. В этом отношении руда удобнее морской воды.

Анализ лунных грунтов свидетельствует, что они как бы занимают промежуточное положение между земными литосферой и гидросферой: лунную кору можно считать океаном из окиси кремния, в котором растворены другие элементы. (Разумеется, на Луне тоже есть местные концентрации металлов, но они, вероятно, все же весьма далеки от тех рудных «изюмина, которые вкраплены в земную литсисферу.) Содержание наиболее важных окислов в лунных грунтах показано в табл. 10. Следовательно, самый приемлемый способ добычи металлов на Луне — извлечение их плавлением.

Химическая формула составляющего

Содержание в породах (% по массе) но данным экспедиций

иАноллон-11и, морской базальт

»Луна-20", габбро- анорзит

,Аполлон-15*, анорзит

вАполлон-14*, норит

иАиоллон-12#, дацит

SiO2

40,5

42,4

44,1

50

61

АЬОЗ

9,7

20,2

35,5

20

12'

FeO

19,0

6,4

0,2

7,7

10

TiO2

11,4

0,4

1,3

1,2

СаО

9,6

18,6

19,7

11

6,3

MgO

8,0

12,2

0,1

8

6

Na2O

0,53

0,40

0,34

0,63

0,69

口£0

0,16

0,52

一

0,53

2,0

Таблица 10

Состав лунных грунтов

Li

遗

к

Rb

Cs

Be

Sr

Ba

О < ngmu нет 1 V 0,%〃7 % " 2 < 0,01 а/о 3 < 1% 4 > 1%

困 имеющиеся “ изобилии.

8a*Hbfe редкие мегпа.лль1И "Е встречаются 夕 естестб. виде

Sc

率 Nb |Mo：

RW« Ta |w|Re &+tttt^

Cd 而

Ga Ge As Se Er Kr

In

т

?Sn： SB

拨i

3i

Po

Xe

Rn

RЕЕ-редкоземельные элементы

• -ралт^е индустриально ватное

* ^-Высокого потребления^mpeSyem /“020 энергии.

* _ требует много энергии, (при. про и зводстбе)

С)

1 2 父 о 1

5

Рис. 57. Сравнительные таблицы наличия элементов на Земле (а) и Луне (6):

1 0 1

2 О 1

1 О 1

2 0 1

7° 1

О—почти нет; /—по объему имеется менее 0,0001%; 2—имеется менее 0,01%; 3—имеется мёш 1%; 4—имеется более 1%

(А, может быть, и газификацией. Не исключено, что подобная плаз менная металлургия когда-нибудь будет применяться и нг Земле.)

Этот метод можно комбинировать с различными химическими воздействиями. Таким путем можно извлекать широкий спектр металлов—примерно пропорционально их содержанию в коре Луны (с учетом также и их «энергоемкости», т. е. энергозатрат при их извлечении и очистке). Наиболее важными продуктами лунной металлургии, по-видимому, станут титан, алюминий, железо и молибден; будут добываться и редкие в условиях Земли металлы, а также те, добыча которых на поверхности нашей родной планеты по

тем или иным причинам нежелательна.

Чтобы представить себе более детально состав продукции лун-' ной индустрии, полезно сравнить Луну и Землю по содержаний химических элементов. На рис. 57 в упрощенном виде изображен^ Периодическая система элементов Менделеева, на которой отмече

ны «уровни изобилия» веществ в земной коре

⑷

и на Луне

(6)

Анализ рис. 58 показывает следующее. Если на Земле имеются в изобилии водород, азот, кислород, натрий, магний, алюминий, кремний, кальций, хром, марганец, железо, то и на Луне (за исключением водорода) этих элементов, по крайней мере, больше,

чем других. Их содержание в лунных грунтах доходит до-Х)дного объемного процента и выше.、

Оиасткии х必夕ewaeгазоб

Конденсацияа хранениедоды

Отделена е, очист- Отделение, ■― очистка, конденса-

ма,^онденса.ци.я.

и. другиегазы

С02

Вторичная каверна.

у Пробуренный и зиЬи- тый (пож закладки, заряда^) первичный канал

ЯЗ^-^ лунная

I порода

Ha+мета 〃刀ь/

хранение

*3+сн『7у"“ан I порода.

ЯЗ+лунная порода

^другие газыл-металлыл-о кислы

ни気,х尸〃依斤〃e

С02'

HCN

ЯЗ^^С^лун- ная порода.

^^^Лка.р5и-*

ды металловh2o+CO2+hcn

+ металлы+ карбиды м^талл^

+ дпцгае-^цианиды

CTVBa+МЕ/Т7&〃/7“

^другие берест-

Ядерная

Начальная о полость

Первоначальная Вторичная каверна кабернн

^ - восститёленные (ра скиспеннь1е) м ета. л л и ^ески е рувы

Рис. 58. Схемы «взрывной» технологии иа Луне

Основное отличие лунных пород от земных — малое содержание калия, натрия и летучих элементов. Но зато в них очень много титана и железа, которые недаром называются «хлебом современной индустрии》. Впрочем, для нее сегодня важны не только железо или алюминий, но и такие элементы, которых на Земле не так Уж много: медь, никель, цирконий, вольфрам, золото, свинец, уран. На Луне есть все эти металлы, хотя и в меньших количествах, чем Железо и алюминий. Не обделена Луна и редкоземельными элемен- тами, столь необходимыми электронике.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СЕКТОР

Процессы плавления и газификации лунных пород — энергетически напряженные методы, поскольку здесь происходит радикальное из-

менение состояния вещества. С точки зрения окружающей срД на Луне нет сложных проблем, а решающее значение приобретаю доступность, изобилие и экономичность источников энергии.

Энергия потребна преимущественно в форме тепла и электри чества. Заманчиво в течение долгого лунного дня использоват солнечную энергию. Однако сооружение больших рефлекторов солнечных батарей, а также преобразующих устройств — даже соз даваемых из легкодоступных местных материалов ——может при вести к заметному удорожанию энергии (а это, в свою очередь способно поставить под сомнение экономическую конкурентоспо собность лунной индустрии). Для 《запуска》процесса индустрпа лизации Луны все равно потребуется иной энергоисточник.

Таким новым энергоисточником, притом .как будто специальна ■приспособленным к специфике лунной окружающей среды, могу; стать ядерные заряды. (Надо думать, человечество не захочет ис пользовать ядерные боеголовки по прямому назначению.) Пере, другими (ныне известными и доступными) источниками энергш ядерные заряды имеют одно бесспорное преимущество： у них наи большая концентрация энергии на единицу массы; поэтому и? транспортировка с Земли на Луну потребует наименьших затра: по'сравнению со всеми другими типами энергоисточников. (В даль нейшем лунная индустрия, по-виднмому, сможет перейти на пол ную автономию, организовав производство ядерных зарядов из лун ных материалов.)

Если производить взрывы термоядерных или атомных зарядов на достаточной глубине, в толщине лунных пород, можно быть уве ренными, что поверхностная природная среда Луны нимало не m страдает. (Нужно принять во внимание, что поверхность Луны 工 тому же «приучена^ естественным порядком к непрерывной метеоритной бомбардировке, абсолютно не смягчаемой атмосферной броней ——ввиду ее отсутствия.)

'Энергия, выделяемая при ядерном взрыве, будет аккумулироваться перегретым газом, который далее может использоваться как теплоноситель для нагрева каких-либо рабочих жидкостей (рабочего тела тепловой машины)； пар, полученный в теплообменнике (а быть может, и сам первичный газ), пойдет затем через турбины, вращающие электрогенераторы или непосредственно приводящие в движение рабочие механизмы. В лунных условиях — при малой тяжести и высоком вакууме — может оказаться удобным и экономически выгодным《запасать》также механическую энергию за счет раскрутки специальных больших маховиков, обладающих огромными моментами инерции и способных поэтому длительно сохранять свое вращение.

Подлунный взрыв освободит колоссальное количество кислорода: ведь его содержание в лунных породах доходит до 40% (см. табл. 10). Этот кислород можно использовать как окислитель во вюричных энергоустановках. (При условии, разумеется, что будет найден какой-либо подходящий ——физический или химический, а может быть, и биологический ——способ производства на Луне жид- 176

M)io или сжижаемого горючего. Этот способ должен быть зконо- ^ичным и обеспечивать массовый выпуск горючего.)

Важно подчеркнуть следующее. Если удалять кислород из взрывной каверны достаточно быстро, в окружающих каверну при= родных лунных породах будут образовываться богатые металлические руды. То, что на Земле занимало целые геологические эпохи в десятки и сотни миллионов лет, на Луне благодаря мирному при- щенению ядерных зарядов будет происходить за считанные миллисекунды. В условиях Земли такая технология не сможет найти применения ——из-за опасности засорения природной среды, повреждения всевозможных сооружений, нанесения ущерба земной флоре и фауне. Луна же как будто специально создана для развития на ней взрывной технологии.

Таким образом, благодаря принципиально новому технологическому фактору энергетический сектор лунной индустрии тесно смыкается с ее сырьевым сектором. Об этом новом технологическом факторе следует поговорить более подробно.

ПОДЛУННЫЕ ВЗРЫВНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Результаты подземных ядерных взрывов известны. (Напомним, что все они проводились на специальных полигонах, вдали от густонаселенных районов.) Учитывая более 'рыхлую по сравнению с земными породами структуру лунного грунта, легко понять, что заряд мощностью в одну килотонну (это очень небольшой, маломощный заряд) раздробит около 330 000 т лунной породы и образует каверну объемом в несколько десятков тысяч кубических метров. По крайней мере, около 10% породы полностью испарится. Кремний и металлы быстро сконденсируются, но так как они будут находиться в весьма чистой кислородной среде, они начнут интенсивно оеокисляться. Если весьма осторожно принять, что с учетом всех потерь только 30% испарившейся породы придется на кислород, то мы получим следующие цифры: заряд с общей массой (т. е. со всеми контрольными, запальными и другими устройствами) менее 100 кг может «произвести» до 10 000 т кислорода.

Чтобы предотвратить интенсивное реокислеььие металлов и кремния, кислород нужно удалить из взрывной каверны так быстро, как -то только возможно. С этой целью можно использовать пробурен- нн济 заранее канал, идущий с поверхности Луны до размещенной на нужной глубине начальной полости, в которую закладывается яДериый заряд. Между начальной полостью：и нижним конном канала оставляется перемычка точно расчетной толщины. При взрыве зта перемычка мгновенно разрушается и горячий кислород по ка- налу устремится вверх. Над верхним устьем канала должны быть заранее сооружены приемно-очистные сооружения и емкости для хранения кислорода — как это показано на рис. 58,а. (Первичный канал, используемый для образования начальной полости и за- кладки в нее заряда, может быть тщательно забит； либо он будет использоваться как рассмотренный выше канал для отсоса из ка-

верны кислорода; во втором случае у его нижнего устья должна быть создана упомянутая расчетная перемычка.) Космический хо- лод, особенно легко доступный в течение длительно访 лунно访 hoih第 существенно облегчит сжижение и хранение сжиженного кислорода (а также и других газов, которые образуются в каверне в результате ядерного взрыва и которые можно легко будет отделить от кислорода).丿

Имеется еще одна ——притом очень полезная —■ возможность； быстро поглотить освобождающийся при взрыве кислород. Доста-J точно наполнить каверну водородом. (На первых порах он будетJ очевидно, доставляться，с Земли.) Нетрудно догадаться, что в ре-? зультате каверна заполнится водой.

,Практически эту процедуру придется выполнять в два этапа. Первый ——это подготовка начальной полости, установка ядерного заряда и взрыв. Второй ——наполнение образовавшейся каверны во- дородом, установка вторичного заряда и повторный взрыв： после него как раз и выделится тот кислород, который вступит в реакцию с водородом и образует воду.

Однако повторный взрыв в каверне, образованной первым взрывом, окажется значительно менее эффективным： первый взрыв расширит начальную полость более чем в тысячу раз; поэтому —— если мощность вторичного заряда будет та же, что и у первого,— результирующее давление после второго взрыва окажется в тысячу раз меньше, чем после первичного взрыва. Соответственно меньше выделится кислорода. Следовательно, придется либо увеличить мощность вторичного заряда (в ту же тысячу раз), либо... выполнить повторный взрыв в специальной начальной полости расчетно- 1 ° объема. Эта отдельная начальная полость разместится по соседству с первой каверной (рис. 58,6). Перемычка между кавернами при взрыве разрушится и горячий кислород устремится в 口ерву嘲 каверну, где все уже будет готово к его приему. Если на 10 000 т кислорода, которые образуются при взрыве ядерного заря-Я ДЗ мощностью в 1 кт, в первой каверне запасти 1400 т .водородаЯ образуется около 11 000 т воды. Таким путем может быть в цето磚 решена проблема воды для лунной индустрии и сопровождающих ее поселений .

«Взрывная технологиях* может использоваться не только для получения воды, но и других необходимых веществ： карбидов, цианидов и пр. Эти вещества послужат основой для органического синтеза. Принципиальная схема организации этой линии взрывной технологии показана на рис. 58,а. Такой подход в принципе спосо- бен радикально решить задачу получения на Луне всех необходи-,Ь мнх индустриальных и биологических материалов. Методика эта 1 должна быть достаточно экономной и пригодной для самых широ-， комасштабных операций. Быть может, в быстрорастущей семье 1 наук появится новая дисциплина ——《взрывная физическая химиям- 1

развитие технологии всегда было обусловлено уровнем достижимых температур. До знакомства с огнем доступными материалами для людей были лишь камни и кости, а единственной операцией —— «холодная шлифовка». В пламени костра (температура порядка 700——800° С) родилась новая технология ——начался бронзовый век. Но пока не были придуманы керамика для тиглей и плавильная печь (температура 1400—1500°С), не могло быть и речи не только о железе, но даже и о (Стекле. Без преувеличения можно сказать: .история нашей цивилизации — это развитие техники. А возможно- сти техники — это прежде всего возможности технологии, которые, в свою очередь, теснейшим образом зависят от《температурного ■потенциала» индустрии.

Благодаря ядерной энергии уровень доступных температур повысился на несколько порядков (как и другой немаловажный технологический фактор — давление). Но в рамках традиционной металлургии нелегко придумать, как использовать колоссальные возможности ядерного взрыва. И, пожалуй, единственный приемлемый путь — выпустить сокрушающую мощь атомного пламени в глубине коренных пород. Но по возможности — не на Земле-

Таким образом, рассматриваемая конценпция глубже и шире, чем простое увеличение рудных ресурсов. По сути, ядерные взрывные процессы — принципиально новая ступень в развитии технологии. Выиграет не одна металлургия： высокие температуры и давления нужны и химии. А также и физике. Конечно, сейчас — до приобретения практического опыта в этой области ——можно спорить, пойдут ли на деле те реакции, которые в итоге должны привести к синтезу соединений, показанных на рис. 58,а. Но игра стоит свеч. И быть может, будущее откроет такие возможности подлунных взрывов, какие мы пока просто не в силах представить...

ЕСТЕСТВЕННЫЕ ЛУННЫЕ РУДЫ

Взрывные процессы вовсе не являются для Луны чем то органически чужеродным. Напротив, в естественных условиях они идут на ней постоянно. Когда в лунную поверхность с космической скоростью вонзается метеорит, происходит самый настоящий взрыв (хотя и бесшумный： из-за отсутствия атмосферы на Луне не будут слышны ни грохот взрывов, и какие-либо производственные шумы； вероятно, в этом есть свои удобства). Удар крупного камня размерами с рядовой земной булыжник, при его скорости в несколько Десятков километров в секунду (а для метеоритов — такие скорости не редкость) по производимому эффекту вполне эквивалентен ядерному взрыву мощностью во много килотонн. Так что взрывы Для Луны ——дело обычное (хотя и происходят пока что только на ее поверхности). На рис. 59 показаны результаты одного из таких Давних взрывов, сфотографированные с борта командного модуля американского космического корабля «Аполлон-15》. Подобные Особые точки на теле Луны интересны не только для науки, но и Для будущей лунной индустрии: именно в таких районах возможна

л^а-15./ЧаСТ0К ЛУНН°Й поверхности, где упал метеорит (фотография с борта «Анол.л^а-15./ЧаСТ0К ЛУНН°Й поверхности, где упал метеорит (фотография с борта «Анол.

л^а-15./ЧаСТ0К ЛУНН°Й поверхности, где упал метеорит (фотография с борта «Анол.

л^а-15./ЧаСТ0К ЛУНН°Й поверхности, где упал метеорит (фотография с борта «Анол.

повышенная концентрация природных лунных руд. Ведь концентрированное выделение тепла — за счет перехода кинетической энергии метеорита в теплоту при его ударе о лунную поверхность— приведет、к диффузии освободившихся газов в тлубь лунного грунта, в результате чего произойдет локальная деоксидация поверхностных слоев породы. Таким путем могут образоваться естественные лунные руды. Поэтому районы падения метеоритов на поверх- ности Луны будут одними из первоочередных объектов исследований последующих лунных экспедиций. |

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ СЕКТОР ' I

7ЯВ отработанных и специальным образом оборудованных кавер- R нах будут размещаться все компоненты поверхностной зоны лунно-耳 го индустриального комплекса. Основные строительные и производственные материалы ——кислород, металлы, кремний и его сое- 1807ЯВ отработанных и специальным образом оборудованных кавер- R нах будут размещаться все компоненты поверхностной зоны лунно-耳 го индустриального комплекса. Основные строительные и производственные материалы ——кислород, металлы, кремний и его сое- 180Отработанные каверны (после извлечения из них всех полезных веществ) могут использоваться как готовые помещения для монтажа производственных установок, развертывания складов, организации жилых отсеков и т. п. Таким образом, взрывная техноло-j гия обеспечит не только удовлетворение энергетических потреб-1 ностей и добычу всевозможного сырья, но и строительные работы! на Луне.1

7Я

В отработанных и специальным образом оборудованных кавер- R нах будут размещаться все компоненты поверхностной зоны лунно-耳 го индустриального комплекса. Основные строительные и производственные материалы ——кислород, металлы, кремний и его сое- 180

7Я

В отработанных и специальным образом оборудованных кавер- R нах будут размещаться все компоненты поверхностной зоны лунно-耳 го индустриального комплекса. Основные строительные и производственные материалы ——кислород, металлы, кремний и его сое- 180

динения будут местного происхождения. С Земли же на первых： порах придется возить продукты питания, одежду для людей, а так*е водород (скорее всего, в виде каких-либо гидридов). Со вре- менем за счет развития оранжерейного растениеводства (на основе гидропоники, с использованием удобрений местного происхождения) Луна приобретет собственную базу для развития автономной' пищевой и легкой индустрии.

Главной отраслью лунной тяжелой индустрии, как уже бнло сказано, станет металлургия. Продукция лунного производственного центра будет включать также металлокерамику, волокнистые4 и кристаллические композитные материалы, ситаллы, силиконы (кремнийорганические соединения), медикаменты, специальные оптические и другие стекла, особо чистые и редкие на Земле вещества, порошкообразные строительные материалы. Лунная промышленность займется также изготовлением элементов электроники, агрегатов и металлоконструкций для окололунных и околоземных орбитальных заводов и станций. Возможно, она будет производить даже драгоценности (точнее, исходные материалы для их изготовления). Все это схематически показано на рис, 60,

Возникает резонный вопрос: а не помешают ли товарообмену громадные расстояния между Землей и Луной? Очевидно, что в решении данной проблемы немалую роль сыграет совершенствование транспортных систем. Конечно, транспортные расходы никогда не удастся свести к нулю, хотя к началу следующего тысячелетия они наверняка существенно снизятся благодаря интенсивному раз-

КислородКислород尸丄；7/7斤 、 pab позлен- умник少尸丄；7/7斤 、 pab позлен- умник少“/а 5“/а 5、покнастве 05^ионные "广^」！ 7риапь「”、покнастве 05^ионные "广^」！ 7риапь「”РедкиеРедкиена Землгна Землгетал/д!етал/д!ДрагойДрагойаеннисЕиаеннисЕиспециал^ чыр изделияспециал^ чыр изделияметалликметалликВь/боз 从zВь/боз 从zглальныеглальныезаоидызаоидыBoonBoonПенпмр^-Пенпмр^-таллыталлыобъектам夕 открытом ЧВодород космосеобъектам夕 открытом ЧВодород космосе许效〃/?^ !ые сплиВы 'металлов许效〃/?^ !ые сплиВы 'металловРеднозЕ-РеднозЕ-мельныеэти：-мельныеэти：-ментыментыРис. 60. Схема продукции луниоЙ индустрииРис. 60. Схема продукции луниоЙ индустрии/ч1лутони.й.(а радиоакти- Y“6/e IL39EQ- ^^76//ч1лутони.й.(а радиоакти- Y“6/e IL39EQ- ^^76/РеактсрРеактсрвеские изделивеские изделипопивала：попивала：不不言值俞A[веские，汾меу-)j—Ebi Н С非白占汜HURI(Псрис-^~\7ПЫЕ Ml. f T7Vl不不言值俞A[веские，汾меу-)j—Ebi Н С非白占汜HURI(Псрис-^~\7ПЫЕ Ml. f T7VlwcnpoLL^So^cm-Sqm ядерчзго 丿горючего^wcnpoLL^So^cm-Sqm ядерчзго 丿горючего^«，¥，2厶凡 7."屮% 1？冥幻口工工«，¥，2厶凡 7."屮% 1？冥幻口工工Мкталлд^Мкталлд^Распоо-стране^нь^г^но-демле^е-^талль!"Распоо-стране^нь^г^но-демле^е-^талль!"〜海心彘4“а.口/:ь$j〜海心彘4“а.口/:ь$j勿乃昭2仆\MizmeA勿乃昭2仆\MizmeA

Кислород

Кислород

尸丄；7/7斤 、 pab позлен- умник少

尸丄；7/7斤 、 pab позлен- умник少

“/а 5

“/а 5

、покнастве 05

^ионные "广^」！ 7риапь「”

、покнастве 05

^ионные "广^」！ 7риапь「”

Редкие

Редкие

на Землг

на Землг

етал/д!

етал/д!

Драгой

Драгой

аеннисЕи

аеннисЕи

специал^ чыр изделия

специал^ чыр изделия

металлик

металлик

Вь/боз 从z

Вь/боз 从z

глальные

глальные

заоиды

заоиды

Boon

Boon

Пенпмр^-

Пенпмр^-

таллы

таллы

объектам

夕 открытом ЧВодород космосе

объектам

夕 открытом ЧВодород космосе

许效〃/?^ !ые сплиВы 'металлов

许效〃/?^ !ые сплиВы 'металлов

РеднозЕ-

РеднозЕ-

мельныеэти：-

мельныеэти：-

менты

менты

Рис. 60. Схема продукции луниоЙ индустрии

Рис. 60. Схема продукции луниоЙ индустрии

/ч1лутони.й.

(а радиоакти- Y“6/e IL39EQ- ^^76/

/ч1лутони.й.

(а радиоакти- Y“6/e IL39EQ- ^^76/

Реактср

Реактср

веские издели

веские издели

попивала：

попивала：

不不言值俞A[

веские，汾меу-)j—

Ebi Н С非白占汜HURI

(Псрис-^~

\7ПЫЕ Ml. f T

7Vl

不不言值俞A[

веские，汾меу-)j—

Ebi Н С非白占汜HURI

(Псрис-^~

\7ПЫЕ Ml. f T

7Vl

wcnpoLL^So^cm-

Sqm ядерчзго 丿горючего^

wcnpoLL^So^cm-

Sqm ядерчзго 丿горючего^

«，¥，2厶凡 7."屮% 1？冥幻口工工

«，¥，2厶凡 7."屮% 1？冥幻口工工

Мкталлд^

Мкталлд^

Распоо-стране^нь^г^но-демле^е-^талль!"

Распоо-стране^нь^г^но-демле^е-^талль!"

〜海心彘4“а.口/:ь$j

〜海心彘4“а.口/:ь$j

勿乃昭2仆\

MizmeA

勿乃昭2仆\

MizmeA

витию многоразовых аэрокосмических аппаратов, обеспечивающих высокую экономичность наиболее сложного и дорогого участка выведения: с поверхности Земли на опорную круговую околоземную = орбиту, откуда ——уже вне сопротивления земной атмосферы и при I малом влиянии земной гравитации ——смогут легко стартовать тран- । спортные корабли малой тяги с электроракетными или я.перно-га- ! зофазными силовыми установками, обладающими гораздо более . высокими значениями удельного импульса по сравнению с химическими ракетными двигателями большой тяги, которые необходимы для старта с поверхности Земли.

Но важно иметь в виду и следующие соображения. Многие вещества (не говоря уж о конечных изделиях) сами стоят так дорого, 刃то их поставка издалека остается целесообразной практически :прн любых транспортных расходах (имеется, конечно, в виду, что ^транспортные расходы для подобных веществ и изделий составят лишь небольшую долю суммарных расходов на создание объектов). 2апрнмер, килограмм радия стоит более 20 млн. долл., килограмм « бриллиантов (не ниже 3 карат массой и высокого качества) стоит

14 мл. долл.. Даже такой сугубо технический материал, как монокристаллический кремний (широко используемый ныне в радио- электронике), обходится в 1300 долл, за килограмм. Поэтому вывоз продукции лунного производственного центра на Землю (а тем более на искусственные космические объекты типа Андроселла и Астрополиса, лишенные собственной сырьевой базы) никогда не будет убыточным.

Технология металлообработки на Луне, вероятно, превзойдет земную: даровой глубокий вакуум позволит широко применять порошковую и испарительную металлургию, использовать в масштабах, невозможных на Земле, лазерную и электроннолучевую технику для обработки металлов, строительных материалов и других веществ.

В отличие от земной, лунная природа будет малочувствительна к загрязняющему воздействию индустрии. Безжизненная, безводная, .безатмосферная Луна, не менее 4 млгрд. лет подверженная воздействию полного спектра ничем не смягченного солнечного излучения не будет столь болезненно реагировать на промышленные отходы, которые на Земле уже в наши дни. становятся настоящим бичом для всей земной природы.j

Но все же развитие лунной индустрии должно сопровождаться 1 строгим соблюдением одного непременного условия: не нарушать 1 неприкосновенность наиболее ранимого фактора лунной природы——Я глубокого вакуума на ее поверхности. Поэтому те огромные коли- j чества кислорода, которые будут освобождаться при извлечении 1 'металлов из лунных пород (так например, при добыче 2 Мт редких 1 металлов выделится около 0,8 Мт кислорода), поначалу придется хранить — быть может, в виде воды ——в подземных емкостях, размещенных глубоко под поверхностью Луны. Хранить до тех пор,

цока на Луне не вырастут большие поселения (селенополисы) и ле появятся лунные предприятия с многочисленным персоналом и жилыми помещениями (асгрополисы) на окололунных и околоземных орбитах, где кислород потребуется для дыхания и в качестве топливного компонента (не только в ракетных и других двигателях^ но и, пожалуй, даже в первую очередь ——в топливных элементах,, обеспечивающих функционирование вторичных энергоустановок на1, автономных подвижных средствах).

Взаимодействие и разделение сфер производства между поверхностным индустриальным районом и производственными установками на селеноцентрических орбитах представить сегодня в деталях еще трудно. Но очевидно, что основой для подобного разделе-, ния послужит технологический принцип： производственные процес- ,сы и операции, которые лучше протекают в условиях воздействия гравитации (хотя и меньшей, чем на Земле), будут отнесены к компетенции поверхностной части лунного комплекса, а те линии производства, которые требуют невесомости (к ним относятся, например, производство пенокерамики и пенометаллов, отливка металлических шариков для подшипников, получение крупных монокристаллов для электроники и оптики, производство иммуноглобулина и других специальных медикаментов и т. п.), будут развертываться на окололунных орбитальных станциях. Не исключено, что производство некоторых изделий будет включать операции, выполняемые и в поверхностном промышленном центре, и на орбитальных производственных установках. Поэтому особое значение приобретает экономичность и эффективность функционирования транспортных средств, способных обеспечить перевозку грузов как меж* ду компонентами лунного индустриального комплекса, так и к пот-_. робителям его продукинм на Земле и на искусственных космических объектах.

ЛУННАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА

Организация транспортных операций в пределах поверхностнога производственного района здесь детально не рассматривается, поскольку при этом не встретятся какие-либо сложные проблемы; основу《внутренне卤》тран-спортной системы, по-видимому, составит разветвленная сеть трубопроводов, соединяющих все производственные и жилые помещения (которые, как было показано, будут организовываться в полостях под поверхностью Луны). Транспортировка легких грузов в пределах этой сети может осуществляться с помощью пневмо- или гидропривода. Для людей и крупногабаритных грузов могут быть пробиты туннели, обеспечивающие движение вагонов с электромеханическим приводом.

Основное внимание целесообразно уделить системе транспортировки грузов с Луны на Землю и на космические объекты искусственного происхождения. Эта 《внешняя》транспортная система- для упрощения будет именоваться просто «лунной транспортной системой».

ВОЗМОЖНЫЕ АЛЬТЕРНАТИВЫ孑

В принципе .существуют две основные альтернативы при аргани- зации лунной транспортной системы: первая ——использовать тради-^ донные космические корабли с ракетными двигателями; вторая— ■построить электромагнитные ускорители, запускающие на нужных; траектории полета «пассивные» (т- е. лишенные бортовых разгон-" 、ннх двигателей) грузовые или пассажирские космические аппараJ^ ”_гы. Вторая альтернатива привлекательнее ——прежде всего потому, 'что она позволит существенно снизить расход ракетного топлива.

А как было показано, местные лунные ресурсы позволяют добывать в изобилии кислород, но не обеспечивают получение в нужных количествах дешевого жидкого (или ожижаемого) горючего, необходимого для ракетных двигателей. Разумеется, могут использоваться транспортные корабли (фрахтеры) на ядерной тяге, причел» экономически наиболее ценными здесь представляются силовые ус皆 танов к и с газофазными ядерными реакторами. Могут прнменятьс 题 также импульсные ядерные двигатели, особенно подходящие для 駕 транспортировки крупногабаритных тяжелых грузов, поскольку

• удельные характеристики (и прежде всего, удельный импульс) импульсного ядерного двигателя улучшаются с увеличением размеров летательного аппарата.

Для запуска транспортных кораблей с поверхности Луны на селеноцентрические орбиты или траектории полета к другим небесным объектам в принципе можно использовать и технику ядерно- 「и взрыва. Эта идея естественно приходит на ум в связи с описанными ранее подлунными ядерно-взрывными процессами. Комбинировать запуск транспортных космических аппаратов с подлунными ядерными взрывами можно двумя путями: 1) горючий кислород, ■поражденный взрывом, используется для нагрева водяного пара, который затем раскручивает маховое колесо, приводящее в движение электрогенераторы; электроэнергия обеспечивает функционирование электромагнитных ускорителей. Для сокращения такую

систему можно назвать ядерно-электромагнитным ускорителем (ЯЭУ); 2) горючий кислород, образующийся при подлунном взрыве, непосредственно используется для разгона транспортных косми-； ческих кораблей, заранее размещенных в ускорительных трубах,.: направленных таким образом, чтобы после вылета из ствола по-: добного «пушечного ускорителям космический аппарат вышел на 中 нужную переходную траекторию — полета к Земле или перехода J на селеноцентрическую орбиту. Такую систему можно условно наз- J вать ядсрно-вулканическим ускорителем (ЯВУ).и

Как видно, при обоих способах ядерные взрывные процессы,仆 кроме их прямого технологического и строительного применения, j используются также и для достижения добавочных целей, что мо- Л жет существенно повысить их экономическую эффективность. Срав- । некие двух способов показывает следующее. Ядерно-вулканический f ускоритель способен разгонять более тяжелые грузы и требует j меньшего аппаратурного оснащения, чем ядерно-электромагнитный ： ускоритель. Максимальная величина ускорения в ЯВУ также бу- 5

дет большей, чем в ЯЭУ. Но это уже, скорее, недостаток： придется специально позаботиться о мерах для снижения максимальной ве- личины ускорения в ЯВУ до уровня, допустимого по выносливости человека и по прочности наиболее чувствительной продукции лун- ного индустриального комплекса. Наиболее радикальные меры —— увеличение длины разгонного ствола и управление газовым потоком в стволе (что, естественно, усложнит и удорожит транспорт- ные операции с помощью ядерно-вулканического ускорителя). Надо думать, что ЯВУ ——слишком 《грубая》система для транспортировки таких изделий, как сверхлегкие элементы больших конструкций, предназначенных для искусственных космических объектов- Но у ЯВУ есть и более серьезный недостаток: истекающие из разгонных стволов газы будут нарушать вакуум на поверхности Луны. Если не принять никаких мер, в очень короткий срок (порядка десятилетия, а то и нескольких лет ——учитывая потребный высокий темп запусков транспортных кораблей с изделиями лунной промышленности) на Луне может образоваться заметная атмосфера, все уплотняющаяся по мере применения ЯВУ. А это усложнит, а то и вовсе разрушит условия для производства на Луне ряда важных специфических изделий и для научных работ в лунных обсерваториях. Выброс горячего кислорода на поверхность Луны особенно нежелателен: ведь кислород ——газ, далеко не инертный. Еще один недостаток ядерно-вулканического ускорителя ——необходимость строгой синхронизации моментов запуска транспортных кораблей с выполнением подлунных взрывных работ. Наконец, ЯВУ может в принципе применяться только на поверхности Луны, а на орби- тальнмх компонентах лунного индустриального комплекса придется использовать какой-то другой метод ускорения транспортных кораблей.

Метод ядерно-электромагнитного ускорения более «чистый», более изощренный и, вероятно, более дорогой, чем ЯВУ. Его применение потребует весьма экономичных источников электроэнергии. Избыточное тепло, получаемое от ядерно-взрывных процессов, будет вынужденно излучаться в космос в качестве термических отбросов. Но зато электромагнитное ускорение (при наличии источников электроэнергии) может применяться и на орбитальной станции, а не только на самой Луне. Величина ускорения при использовании ЯЭУ будет ниже, чем при ЯВУ, а регулировка ускорения —за счет длины разгонной дистанции много проще. Исходя из сказанного, можно заключить, что по совокупности всех рассмотренных свойств ядерно-электромагнитный ускоритель н-есомненно предпочтительнее. "

Чтобы сделать систему теплопередачи в ядерно-электромагнит- ном ускорителе достаточно простой, горячий кислород можно пропускать через трубы, проходящие внутри емкости, содержащей воду (таким образом организуется определенная разновидность трубчатого водогазового теплообменника). Было бы еще экономичнее просто выпускать горячий кислород в воду через отверстия в днище резервуара и позволять ему проходить сквозь толщу воды

в виде пузырей. Но это нежелательно вследствие того, что пары воды, насыщенные горячим кислородом, вызовут сильную Коррозию лопаток турбин и других элементов системы. ,

После выхода из трубчатого теплообменника кислород/ может улавливаться и ожижаться точно так же, как это делалось при одноцелевом (технологическом) использовании ядерных взрывных процессов. Строго говоря, при двухцелевом использовании ядерно- го взрыва ожижение кислорода даже облегчится, поскольку его теплосодержание уменьшится после нагрева воды.

Применение электромагнитных систем для запуска различных объектов с поверхности Луны рассматривалось и раньше. Концепция использования электромагнитных ускорителей на орбитальных станциях предлагается автором данной -работы впервые.

ЛУНАТРОН И ОРБИТРОН

Космический корабль, приводимый в движение линейным электромагнитным ускорителем, может быть разогнан на поверхности Луны до скоростей, достаточных для выхода на селеноцентрическую орбиту или траекторию межпланетного перелета. В 1962 г. Вильям Зтер, работавший тогда в НАСА, в Центре космических полетов им. Маршалла исследовал подобную систему и присвоил ей название 《Лунатрон》. Исследуя возможность применения подобной системы на борту .орбитальной станции, автор данной работы для названия орбитального электромагнитного ускорителя предложил другое слово 《Орбнтрон》.А объединенной системе, включающей взаимосвязанные в функциональном отношении и поверхностные, и орбитальные ускорители, было дано имя《Астрон》.

Имея в виду величину скорости, которая должна быть достигнута на космическом ускорителе, легко прийти к выводу, что здесь не обойтись без использования магнитной левитации разгоняемого объекта. Идея магнитной левитации впервые была предложена французским инженером Эмилем Бэчиле еще в 1912 г.

Итак, для создания электромагнитного ускорителя требуются две вещи: магнитная левитация и электромагнитная тяга. Использование сверхпроводимости позволит получить необходимый уровень индуцированной левитации при невысокой потребляемой мощности. Для иллюстрации возможностей сверхпроводимости можно привести такой пример. При нормальных условиях медный провод диаметром около 1,5 мм имеет ограничение по допустимой силе тока порядка 10 А. Провод того же диаметра из общепринятого сегодня сверхпроводящего материала (например, из сплава ниобий——олово) при температуре жидкого гелия (4,2 К, т. е. всего на 4,2° выше абсолютного нуля) может безнаказанно проводить в пятьсот раз больший ток, т- е. ток до 5 000 А. В космической окружающей среде сверхпроводимость на больших объектах может быть достигнута более легким путем, чем на Земле. Можно утверждать, что генерировать магнитное поле с нужной напряженностью не будет слишком трудно. В условиях Луны аппарат с пас-

сажирами сможет двигаться и при давлении порядка 70 кПа (0,7 кгс/см2). Для создания такого давления нужно магнитное поле в 3,4 кГс (с 'каждой стороны аппарата), а это всего вдвое больше, чем у игрушечного магнита.

Рассмотрим движение аппарата поверх токопроводящих рельсов за счет магнитного привода. Течение тока в рельсах создает подобие магнитного отталкивания аппарата, снабженного злектро- магнитами. Электрическое сопротивление в проводнике действует подобно магнитному сопротивлению. Таким образом, в случае когда проводник неидеальный (т. е. не сверхпроводник), помимо магнитной подъемной силы имеется магнитное сопротивление. Это сопротивление может быть преодолено какой-либо движущей силой (тягой). Однако если и магниты на аппарате и рельсы будут сверхпроводниками, сопротивление упадет практически до нуля и никакой тяги для его преодоления не потребуется. (Потребность в тяге останется для преодоления инерции самого разгоняемого аппарата.) Наиболее подходящим устройством для создания тяги представляется линейный синхронный двигатель, который, грубо говоря, генерирует бегущую магнитную волну, толкающую разгоняемый аппарат вперед. Здесь можно провести приблизительную аналогию с доской для серфинга, которая толкается вперед бегущим к берегу водяным валом, если эту доску необходимым образом поместить на подходящий склон волны. Чтобы минимизировать массу присоединенных силовых контуров (《петель》)，через которые магнитное поле генерирует бегущую волну («водяной вал» по вышеприведенной аналогии), а также и массу магнитов на разгоняемом аппарате (который аналогичен в рассмотренной иллюстрации доске для серф.инга), система ,в нелом должна функционировать при температурах сверхпроводимости. В реальном процессе разгона движущаяся сила возникает благодаря разнице между скоростью бегущей магнитной волны и скоростью аппарата (так называемое «линейное проскальзывание»). Величина движущей силы ограничена тем обстоятельством, что по мере роста ли- нейного проскальзывания эффективность передачи энергии от двигателя к разгоняемому аппарату падает. Поскольку скорость аппарата растет, должна расти и скорость бегущей магнитной волны―■ чтобы поддерживать разгон аппарата при оптимальной величине проскальзывания. Увеличение скорости бегущей волны Достигается путем изменения частоты переменного тока в линейном синхронном двигателе или за счет прогрессивного изменения величины интервала между индукционными катушками (силовыми пет- 』ямн), в которых генерируется бегущая магнитная волна.

Тремя главными элементами разгонной системы являются: источник энергии, преобразователь энергии, рельсовый путь и тележ- Ка-носитель (несущая разгоняемый аппарат). Роль этой тележки может играть и сам космический аппарат, если вся необходимая ■сверхпроводящая аппаратура будет установлена на его борту; естественно, что такой космический аппарат должен быть рассчитан на многократное применение. После схода такого многоразо-

вого корабля с ускорителя никаких дополнительных работ на ускорителе не требуется. В случае применения тележки-носителя, после старта с нее космического корабля, она тормозится электродинамическим способом (при этом кинетическая энергия тележки превращается обратно в электроэнергию, которая может запасаться какими-либо аккумуляторами) и возвращается к стартовому концу ускорителя для последующего использования. Поскольку на тележке-носителе смонтировано дорогостоящее оборудование (датчики, сверхпроводниковые цепи, холодильные системы и пр.) она также должна быть многоразовой. Таким образом, необходимо выбрать: либо монтировать все необходимое оборудование на борту каждого транспортного космического корабля, либо построить дополнительный участок рельсового пути, необходимый для торможения тележки-носителя.

Очевидно, что вместо единичного корабля (или тележки) мож- но разгонять сцепку (《поезд》) из нескольких объектов. Это может быть поезд из небольших транспортных кораблей, запускаемых совместно, или сцепка тележек-носителей, каждая из которых несет один транспортный корабль. В последнем случае по достижении сцепкой необходимой скорости все космические корабли одновременно отделятся от тележек.

Рельсовый путь оборудуется силовыми петлями и другой аппаратурой, необходимой для разгона и направления тележек. Специальная силовая энергостанция обеспечивает разгонную систему необходимой энергией, а кибернетическое оборудование поддерживает заданные режимы по частоте, напряжению и силе тока. В зависимости от расчетного ускорения, массы и конечной скорости разгоняемого объекта, потребная мощность системы может меняться в пределах от сотен до нескольких тысяч МВт. Если принять, в качестве примера, что расчетное ускорение равно g (9,81 м/с2), масса тележки-носителя (или поезда транспортных кораблей) 100 т, а потребная конечная скорость разгона 1700 м/с (это минимальная начальная скорость, необходимая для выхода на ннзкую селеноцентрическую орбиту), получим, что требуемая в конце разгона мощность составит 1670 МВт, При коэффициенте полезного действия тяговой системы в 65% * потребная мощность силовой электростанции должна быть не менее 2570 МВт. При этом длина рельсового пути ускорителя составит 144,5 км. Если используются тележки-носители, длина рельсового пути должна быть удвоена.

Эти цифры свидетельствуют, что упомянутые преимущества транспортной системы Астрон достанутся не даром. Энергетические потребности такой системы могут быть удовлетворены только за счет большой внеземной энергостанции. Большой интерес представ-

* При скорости порядка 300 м/с коэффициент полезного действия лежит в диапазоне 0,5 ... 0,8 и зависит от длины сверхпроводниковых контуров, длины активного пути (снабжаемого энергией) и величины силы тока. Большой ток в сверхпроводниковых петлях (300 000—500 000 А), размещенных на тележке, снижает попребный ток в проводниках разгонного пути и повышает КПД двигателя. 188

;!Яют в этом смысле маховые колеса, которые хорошо приспособлены к развитию больших начальных мощностей при ускорении разгоняемых объектов, когда силовая энергостанция приближается к выдаче своей полной расчетной мощности, а также к приему возвращаемой энергии при торможении тележки-носителя. Как показано, длина разгонного пути велика, конечные скорости объектов тоже. Для осуществления принципа магнитной левитации нужно решить одну принципиальную проблему: обеспечение динамической устойчивости разгоняемого объекта при больших скоростях движения. Рельсовый путь должен быть чрезвычайно гладким и прямым. Неизбежные отклонения рельсов от оси пути должны контролироваться лазерной аппаратурой с целью обнаружения и устранения имеющихся чрезмерных искривлений. Современные лазерные 'системы контроля способны обнаруживать отклонения или неровности менее 0,7 мм на 1 км пути. Чтобы обеспечить статическую установку частей рельсового пути с точностью до одного миллиметра на -километр, конструкция пути должна органически включать специальные датчики, распределенные вдоль рельсов и способные взаимодействовать с высокочастотными лазерными установочными системами.

В случае Лунатрона реактивная сила, создающаяся при передаче тягового усилия тележке-носителю, поглощается массой Луны. Но каждый электромагнитный запуск с Орбитрона будет заметно деформировать его орбиту. К счастью, начальная скорость космического корабля при его запуске с окололунной круговой орбиты на переходную траекторию полета к Земле примерно на 910 м/с меньше, чем начальная скорость, потребная для выведения объекта с поверхности Луны на селеноцентрическую орбиту. Благодаря этому длина разгонного пути на Орбитроне может быть уменьшена по сравнению с Лунатроном на 29% (при одинаковом в обоих случаях расчетном ускорении). Тем не менее, если масса станции—— Орбитрона в 10 раз превосходит массу ускоряемого объекта, станция после запуска объекта окажется заторможенной на 91 м/с, вследствие чего Орбитрон перейдет с круговой орбиты на эллиптическую (аполуний которой касается старой орбиты). При использовании тележки-носителя замедление Орбитрона будет уменьшено (за счет последующего торможения тележки относительно Орбитрона). Однако, если масса тележки-носителя составляет, скажем, 10% от суммарной разгоняемой массы, то уменьшение замедления станции составит всего около 9 м/с (т. е- на 82 м/с Орбитрон за-' тормозится на своей орбите и в этом случае). Следовательно, в принципе необходим какой-либо контрускор.итель. Им может быть Дополнительный рельсовый путь, на котором одновременно с разгоном транспортного корабля в противоположном направлении разгоняется другой объект. Если масса этого объекта равна массе транспортного корабля, длина основного и дополнительного рельсового пути будут одинаковыми. Но возможно и другое решение ■— с однорельсовым (точнее, «однопутевым») ускорителем. Эта кон- иепция рассматривается ниже.

В заключение следует отметить, что создание системы типа Астр он связано с необходимостью решения ряда сложных проблем по разработке внеземных конструкций. Устройство таких систем обойдется достаточно дорого. Но будучи однажды построены, они обеспечат высокую экономичность каждого запуска и сохранение наземных топливных ресурсов. Правда, экономическая эффективность таких транспортных систем обеспечивается только при интенсивном производстве, определяющем поддержание устойчивого грузооборота между Землей и Луной. Но ведь в этом и заключается конечная цель индустриализации Луны.

АСТРОН

В Орбитроне разгонные рельсы могут использоваться как контрускоритель, обеспечивая таким образом достижение обеих целей (запуска транспортного корабля и коррекции орбиты ускорителя). Это проиллюстрировано на рис. 61.

В процессе разгона транспортного космического корабля, предназначенного для полета с полезной нагрузкой к Земле, реактивная сила замедляет Орбитрон, что вынуждает его перейти на эллиптическую орбиту. После старта транспортного корабля разгонные рельсы разворачиваются на 180° и выполняется разгон ка~ кого-либо груза в противоположном направлении. Эта операция производится в тот момент, когда Орбитрон в его движении по эллиптической орбите оказывается в нужной точке ■—аполунии- Если произведение массы разгоняемого груза на величину ускорения равно аналогичному произведению для ушедшего к Земле транспортного космического корабля, штатная круговая селеноцентрическая орбита станции ——Орбитрона окажется восстановленной. Вторичный груз будет ускоряться против движения Орбнтро на по его орбите. Поэтому относительно Луны вторичный груз затормозится достаточно, чтобы сойти с эллиптической промежуточной орбиты и упасть на поверхность Луны.

Рис. 61. Схема запуска объектов транспортной системой Астрон:

•а—好吁ск с Лунатрона на Орбитрон; б—запуск первичной нагрузки с Орбитрона к Земле； 8—Сроитрон на эллиптической орбите развернут на [80°, Запуск в Аполунии вторичной наг- рузкн возвращает Орбитрон на круговую орбиту; г—орбитрон возвращ.ен в позицию транс- земного запуска (7—Лунатрон： 2—Орбитрон； 3—выход иа орбиту； 4—первичная нагрузка на траектории полета к Земле; 5—Орбитрон перешел на эллиптическую орбиту; 6—Орбитрон вернулся на круговую орбиту； 7—аполунии; 8—вторичная нагрузка на траектории полета к -Луне; 9—перелунн* 卜j у у

Таким образом, если вторичную нагрузку сформировать из материалов, полезных для поверхностной индустриальной зоны на Дуне, запуск вторичной нагрузки будет целесообразным и в экономическом отношении. Лунатрон может доставлять на Орбитрон лунные породы, которые будут обрабатываться на орбитальных остановках лунного индустриального комплекса, а отходы этих процессов вместе(. изделиями, предназначаемыми для поверхностных установок на Луне, будут использоваться на Орбитроне для формирования вторичной нагрузки. С другой стороны, ввоз продуктов с Земли на Луну можно включить в формирование этой вторичной нагрузки, направив грузопоток земных товаров через Ор* битрон. В данном случае земные изделия должны компоноваться с химическими тяговыми системами, которые обеспечат их мягкук> посадку на поверхность Луны. В дальнейшем эти химические тяговые 1си.стемы (ил.и, по крайней мере, их наиболее дорогие элементы) могут возвращаться на селеноцентрическую орбиту для повторного использования. При посадке вторичной нагрузки на поверхность Луны топлива потребуется значительно меньше, чем в случае расчетной штатной посадки земных кораблей, поскольку значительная часть замедления обеспечивается Орбитроном в процессе выведения вторичной нагрузки на крутую траекторию спуска. Необходимо соблюдать и второе условие： запуск вторичной нагрузки должен выполняться в моменты, когда Орбитрон находится в таком положении относительно поверхностного индустриального района, что обеспечивается прилунение вторичного груза в пределах этого района, поскольку транспортировка грузов по поверхности Луны наверняка обойдется дороже и потребует больших потерь, времени. Если же в качестве вторичной нагрузки будут использоваться отходы обработки лунных пород, то их можно сбрасывать и вне пределов индустриального поверхностного района, но, разумеется, только на специально выделенные для этого полигоны.

8EABA8EABAПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ

8

EABA

8

EABA

ОЦЕНКА

КАПИТАЛЬНЫХ ЗАТРАТ

Чтобы сформировать предварительную шкалу оценок для сравнения неповторяющихся (капитальных) затрат на ряд субродовых программ (в разделе《Критерии эффективности программы» этому соответствует критерий 8 для субродовых программ), необходимо оценить довольно много различных подпрограмм и вспомогательных программ. Целесообразно рассмотреть всего 46 частных проектов (стр. 193). На стоимостных диаграммах частные проекты обозначены цифрами, соответствующими порядковому номеру проекта в этом перечне.

Естественно, что при стоимостной оценке этих программ не избежать противоречий. Действительно, эти программы будут подвержены изменениям по мере уточнения всех необходимых нсход- ных данных. Но введение немедленных корректив, отражающих эти изменения, потребует превосходного понимания действительности. В будущем можно рассчитывать на более детальную дефиницию рассматриваемых программ, а также на более конкретные предложения и решения ——как относительно самостоятельного продолжения определенных программ, так и относительно целесообразности объединения каких-то других программ.

Если считать приводимые величины затрат определенным материалом для первоначального обсуждения, то они могут -послужить целям систематизации расчетов； но они, разумеется, недостаточно надежны, чтобы принимать их за реальные стоимости тех или иных проектов 相.Не следует думать, что уточненные данные окажутся более высокими, чем приведенные здесь. Во всяком случае, эти данные делают возможным первый оценочный расчет.

На стоимостных диаграммах ординаты выражены в миллиардах долларов, приведенных к уровню цен 1975 г. Для большей ясности главная диаграмма разделена на две части： выше оси абсцисс (оси натурального — календарного — времени) помещены затраты на производственные установки, ниже — на транспортные - системы. В верхней части каждой схемы помещена диаграмма для суммар-

ных затрат. В случае лунной программы на второй позиции показана итоговая (кумулятивная) сумма затрат.

Каждая диаграмма рассчитана для отдельной программы, так что эффект снижения затрат за счет взаимодействия частных программ не учтен. Анализ схем показывает, что ежегодное потребное финансирование для любой отдельной программы не превосходит 5 млрд. долл, (в ценах 1975 г.). Даже при удвоении этой цифры ежегодные затраты на реализацию предложенных решений останутся сравнительно скромными.

Перечень частных проектов

«Шаттл» ——«Слейслэб» ——промежуточный буксир — стартовая ступень.

Развитие буксира.

Расширение станции 《Спе比слаб》 (малай космическая станция) .

Завод на околоземной орбите.,,

Транспортный космический корабль большой грузоподъемности.

Полностью многоразовый 《Шаттл》 (с возвращаемой первой ступенью многократного применения).

Ступень с солнечно-электроракетной тяговой системой.

Пилотируемый буксир.•

Опорные платформы ——станции на геостационарной орбите.

Платформа на геостационарной орбите для систем телеуправления.

Модульная космическая станция.

Развитие модульной космической станции.

Сборный комплекс на околоземной орбите.

Развитие сборного комплекса.

Орбитальная станция на ГСО.

Сборный орбитальный комплекс на ГСО.

ИСЗ — ретранслятор энергии.

Трансмиссионная спутниковая система.

Электромагнитная силовая станция.

Развитие установки-ретранслятора энергии.

Развитие трансмиссионной системы.

Энергопроизводящий ИСЗ на геостационарной орбите.

Энерготрансляционная система (энергопроизводящий ИСЗ наТСО плюс ИСЗ — ретрансляторы энергии).

Лунетта.

Развитие Лунетты.

Развитие станции на ГСО.

Развитие орбитального комплекса на ГСО.

Развитие транспортного космического корабля большой грузоподъемности.

Четырехступенчатый аэрокосмический фрахтер.

Развитие аэрокосмического фрахтера.

Взаимодействие аэрокосмического фрахтера с наземными производственными установками.

Модернизация «Шаттла».‘、

Силовая энергостанция на ГСО.

Орбитрон на ГСО.

Развитие Орбитрона на ГСО-

Транспортный модуль для Орбитрона.

Электроракетная ступень для перелетов с ГСО на околоземную орбиту.

Космическая база на селеноцентрической орбите.

Лунный Орбитрон.

Первый образец лунной базы.

Лунная орбитальная фабрика.

Космические индустриальные установки лунного комплекса.

База на Луне,尸-

Лунные производственные предприятия.

Лунатрон.

Индустриальная зона на поверхности Луны.

ИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ КОСМОСА.

ОКОЛОЗЕМНАЯ ОРБИТА

Основной график на рис. 62 показывает функциональные системы (выше оси времени). Транспортные системы показаны ниже оси времени. Ординаты выражены в миллиардах долларов уровня цен 1975 г. Величины на схеме вверху показывают, что к моменту на-

млрЗ. долл.

чала отдачи (получения прибыли) индустриализация околоземной орбиты требует регулярных вложений около 1 млрд. долл, ежегодно в период между 1981 и 1992 гг., (с учетом инфляции).

ГЕОСТАЦИОНАРНАЯ ОРБИТА

На этой схеме (рис. 63) сопоставляются затраты на развертывание определенных частных программ по освоению геостационарной орбиты. При рассмотрении проекта № 9 (по списку на стр. 193) приняты во внимание только две функции опорных платформ на ГСО： передача информации и наблюдение поверхности Земли. Принято, что другие функции при необходимости могут быть добавлены без существенного увеличения общих затрат. Платформа для телеопераций (проект №‘ 10) рассматривается в варианте> включающем один инструментальный модуль и два обитаемых модуля с системой жизнеобеспечения для экипажа в 6 человек.

Надо полагать, что возможности «Шаттла》промежуточного буксира (проект № 2 на предыдущей схеме) и солнечно-электроракет- ной ступени (проект № 7) ускоряет освоение геосинхронной орбиты для реализации рассматриваемых функций. Соответственно на графике вверху (см. рис. 63) показан относительно короткий период интенсивных расходов в середине 80-х годов.

ОКОЛОЗЕМНАЯ ОРБИТА И ГЕОСТАЦИОНАРНАЯ

ОРБИТА. ОРБИТАЛЬНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ

И ТЕЛЕОПЕРАЦИИ

Если программы, рассмотренные на двух предыдущих схемах, скомбинировать, получится картина, показанная на рис. 64. В результате будут иметь место относительно устойчивые затраты в 1,5—2 млрд. долл, ежегодно между 1981 и 1987 гг. В дальнейшем они снижаются примерно до 1 млрд. долл, к 1991 году.

附%次 ейЛЛ.附%次 ейЛЛ.Рис. 63. График затрат иа частные программы по освоению ГСО：

附%次 ейЛЛ.

附%次 ейЛЛ.

95 телеуправления95 телеуправленияZ7 ~*〃7 处 7Z7 ~*〃7 处 78 85^^ 8 7898 85^^ 8 7891993гг.1993гг.7—солнечно-электроракетная ступень; S—пилотируемый межорбитальный буксир; 9—орбитальная платформа для установки ретрансляционного оборудования и аппаратуры для наблюдения за Землей; 10——платформа для

95 телеуправления

95 телеуправления

Z7 ~*〃7 处 7

Z7 ~*〃7 处 7

8 85^^ 8 789

8 85^^ 8 789

1993гг.

1993гг.

尚%7〃 долл

8.4. ИСЗ — РЕТРАНСЛЯТОР ЭНЕРГИИ

Рассматривая эту программу как отдельную, т, е. как не интегрирующуюся с программами, исследуемыми на предыдущих схемах, необходимо принять во внимание 15 основных проектов (1, 2, 4, 5, 7, 8, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 и 19).

Маленький суммарный график на рис. 65 показывает, что эта программа приводит к пику в финансировании порядка 3 млрд, долл- в середине 80-х годов.

ГЕНЕРАЦИЯ ЭНЕРГИИ 8 КОСМОСЕ

Программа создания энергопроизводящей станции в приземном космосе, как и все ранее рассмотренные, оценивается отдельно от других. Эга программа имеет особенно большое количество вариантов. Кумулятивные общие расходы около 55 млрд, долл, не включают проект № 1. Уровень финасирования составит около 4 млрд, долл,, в год для периода с 1985 до 1991 г. (см. рис 66), считая, что первый образец обеспечит к 1995——97 гг. начальный уровень производимой мощности от 5 до 7 ГВт.

86 ЛУННЫЙ КОСМОС

Индустриализация Луны также рассмотрена как сепаратная программа, не интегрированная с другими главными программами. Эта программа, пожалуй, является самой амбициозной, самой сложной и наиболее новой в концептуальном отношении 財з всех рассмотренных программ. Ее оценка показана на рис. 67.

m叩曰.8олл,

Млрд. долл.

gg zonigg zoniZ万Z万1U О1U О9095909596=纪+44+496=纪+44+447477575Рис. 67. График расходов по индустриализаРис. 67. График расходов по индустриализации Луны (список проектов на стр. 193)：ции Луны (список проектов на стр. 193)：93 %r一石飞厂4而1匚「93 %r一石飞厂4而1匚「方G方Gа—транспортные системы; б—космические ус-а—транспортные системы; б—космические ус-тановки; e—интегральные (кумулятивные) за- траты； г——орбитальная станция иа полярной .селеноцентрической орбите； д——посадочные，； луиные ступени二тановки; e—интегральные (кумулятивные) за- траты； г——орбитальная станция иа полярной .селеноцентрической орбите； д——посадочные，； луиные ступени二

gg zoni

gg zoni

Z万

Z万

1U О

1U О

9095

9095

96=纪+44+4

96=纪+44+4

47

47

75

75

Рис. 67. График расходов по индустриализа

Рис. 67. График расходов по индустриализа

ции Луны (список проектов на стр. 193)：

ции Луны (список проектов на стр. 193)：

93 %r一石飞厂4而1匚「

93 %r一石飞厂4而1匚「

方G

方G

а—транспортные системы; б—космические ус-

а—транспортные системы; б—космические ус-

тановки; e—интегральные (кумулятивные) за- траты； г——орбитальная станция иа полярной .

селеноцентрической орбите； д——посадочные，； луиные ступени二

тановки; e—интегральные (кумулятивные) за- траты； г——орбитальная станция иа полярной .

селеноцентрической орбите； д——посадочные，； луиные ступени二

Заводы на околоземной орбите учтены здесь как поставщики оборудования для лунных операций в первоначальный период. Очевидно, что производительность этих предприятий может быть легко увеличена для удовлетворения потребностей и земных потребителей. Но поскольку эта часть программы околоземных заводов не является частью программы индустриализации Луны, затраты на эту работу заводов на ОЗО в схему затрат на лунную программу не включены.

Тот же подход применен при рассмотрении орбитальной силовой энергостанции. Она оценена как интегральная часть системы Лунатрон ——Орбитрон, а не как энергоспутник, обслуживающий Землю. Подобная станция должна иметь величину генерируемой мощности в диапазоне многих МВт.

Практически околоземный орбитальный завод, производящий оборудование для индустриализации Луны, будет, вне всяких сомнений, обслуживать также и наземный рынок. Энергостанция на геостационарной орбите также будет использоваться для снабжения Земли энергией с помощью необходимых передающих и аккумулирующих устройств. Широкие возможности аэрокосмического фрахтера, спроектированного для участия в индустриализации Луны, могут использоваться и при реализации таких программ, как «Космический свет》， что снизит транспортные расходы на Лунетту, ИСЗ-ретранслятор энергии, ИСЗ-генератор энергии, заводы на околоземной орбите и пр.

С этой точки зрения, стоимость всех главных программ, обсуждаемых выше, должна быть уменьшена, учитывая взаимное участие отдельных проектов в реализации друг д.руга.

Программа индустриализации Луны могла бы осуществляться как некая объединяющая и перекрывающая другие программы —— она может рассматриваться как мощный ствол, вокруг которого будут группироваться конценпции заводов на околоземных орбитах, ИСЗ-ретрансляторов и генераторов энергии, Лунетты, Астрополиса и других главных ветвей. .

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Предисловие :3

Предисловие автора 、，，・・・・■・6

Глава 1. ФОРМУЛИРОВКА ПРОБЛЕМЫ 7

Основные альтернативы 7

Сеть космической индустрии.......8

Экзоиндустриализация и материальная культура 9

Возможные разногласия

Краткие итоги по формулировке проблемы

Глава 2. ПЕРСПЕКТИВЫ ЭКЗОИНДУСТРИАЛИЗАЦИИ ....

Космос и эволюция производительности

Космос и окружающая среда

Некоторые следствия экзоиндустриализации

Экзоиндустриализация и контуры обозримого будущего ..「

Экзоиндустрия и новые начинания в космосе

Глава 3. ПЕРВЫЕ ИТОГИ

Время решений

3.2. Первоначальные капиталовложения

Контуры экономического выигрышаi ....

Подготовка программы освоения околоземного космоса ...

Л1аксимизация эффективности программы «Шаттл» .

Доставка объектов на ГСО

Аэрокосмический грузовой корабль*

Области использования АКФ

Узловые моменты

Глава 4. ПРОГРАММЫ

Обзор общеродовых программ

Критерии эффективности программ

Сенсорная информация

Орбитальная станция как экзоиндустриальное предприятие ..

Телеуправление наземными системами из космоса .

Астрополис (город в космосе)

Андроселл (искусственный планетоид) ....-....

Глава 5. СВЕТ ИЗ КОСМОСА

Общеродовая программа-«Космический свет»

Общие цели программы

Общие характеристики осветительных космических систем ..

Лунетта

Общие требования

Экономические аспекты Лунетты104

Уменьшение площади светового пятна в фокальной плоскости Лунетты108

Солетта

Энергосолетта

Биосолетта .

Экономические аспекты Биосолетты и Энергосолетты ..

«Двухзвездная экология» '

Глава 6. ЭНЕРГИЯ ИЗ КОСМОСАи

Электроэнергетика и космос；....151

Трансляция энергии через космос154

Термоядерная энергия в космосе 153

Энергопроизводящий спутник 160

Сравнение Энергосолетты и энергопроизводящего спутника ..164

Глава 7. ИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ ЛУНЫ ........168”

Лунный производственный центр. 168

Общая программа индустриализации Луны170

Слагаемые лунной индустрии172

Сектор сырья172

Энергетический сектор175

Подлунные взрывные процессы177

Естественные лунные руды179

Производственный сектор180

Лунная транспортная система 183

. Возможные альтернативы184

Луиатрон и Орбитрон186

一7.4.3. Астрои190

Глава 8. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯОЦЕНКАКАПИТАЛЬНЫХ ЗАТРАТ 192

Индустриализация космоса.Околоземнаяорбита194

Геостационарная орбита195

Околоземная орбита и геостационарная орбита. Орбитальные наблюдения и телеоперации 195

ИСЗ — ретранслятор энергии 196

Генерация энергии в космосе .196

Лунный космос 196

ИВ № 1879

Краффт А. Эрике

БУДУЩЕЕ

КОСМИЧЕСКОЙ

ИНДУСТРИИ

Редактор Л. И. Фрид

Технические редакторы Л. Т. Зубко,

Н. В. Тй.мофеенко

Корректоры О. Е. Мишина, А. М. Усачева

Переплет художника С. Н. Орлова

Сдано в набор lo.08.79.

Подписано в печать 29.10.79.

Формат 60X9j'/i6

Бумага типографская № 2 '

Гарнитура литературная

Печать высокая

Усл. iie4. л. 12,5 Уч.-изд. л. 14,25

Тираж 2100 экз. Заказ 2694 Цена 95 К

Издательство «Машиностроение», 107885,

Москва, ГСП-6, 1-й Басманный пер., 3

Московская типография № 8

Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР , по делам издательств, полиграфии н книжной торговли.

Хохловский пер., 3.

** В данном случае он равен 24 ч (прим, перев.).

* Это надо понимать в том смысле, что приведенные цифры способны правильно отразить соотношение затрат на те или иные программы, но не дают на* дежного отражения абсолютных значений затрат (прим, перев.).

Краффт А.Эрике

сзовигащ^вшйm^Gwraca

МОСКВА

•МАШИНОСТРОЕНИЕ» 1979

ББК 39.6Э74УДК 629.78.002.2ББК 39.6Э74УДК 629.78.002.2

ББК 39.6

Э74

УДК 629.78.002.2

ББК 39.6

Э74

УДК 629.78.002.2

Перевод с англ, и редактированиерусского текста 4 А ПТУ ШЕН КО

Краффт А. Эрике

374 Будущее космической мнаустрмн： Пер. с англ.—М.： Машиностроение, 1979. — 200 с., ил.

95 к.

В книге рассматриваются перспективы развития космической индустрии в околоземном пространстве и на Луие. Наибольшее внимание уделяется энергетике, добыче ископаемых на Луне, выносу ряда производств в космос, транспортным проблемам, экономике экзоиндустриализации, защите окружающей среды на поверхности Земли.

Книга рассчитана на самый широкий круг читателей, занимающихся вопросами комплексного освоения космического пространства.

31900-423038(01)-7931900-423038(01)-79227-80.227-80.36070000003607000000ББК 39.6 6Т 6ББК 39.6 6Т 6

31900-423

038(01)-79

31900-423

038(01)-79

227-80.

227-80.

3607000000

3607000000

ББК 39.6 6Т 6

ББК 39.6 6Т 6

© Перевод иа русский язык, предисловие и примечания, «Машиностроение», 1979 г.