|
Чудо-зеркала Альберта Шолохова
Как известно, для энергоснабжения долговременных орбитальных станций используются солнечные батареи. Не требуется никакого топлива, а для увеличения мощности надо только нарастить площадь панелей, похожих на крылья. Однако эффективность солнечных батарей зависит от температуры и со временем падает до нуля. А наращивание площади «крыльев» увеличивает парусность и гасит скорость – ведь на высоте полёта орбитальных станций действует остаточная аэродинамика. Поскольку применение солнечных батарей не решает проблемы космического энергоснабжения, в умах энтузиастов из РКК «Энергия» возникла идея – использовать энергию Солнца более эффективно.
Солнце – источник не только световой, но и тепловой энергии. Солнечные лучи хорошо фокусирует вогнутое зеркало. Как показал в начале ХХ века профессор В.К. Цераский, изображение нашего светила в фокусе параболическое зеркала диаметром около метра даёт температуру, при которой плавится даже вольфрам! Значит, специальный зеркальный концентратор может, нагревая котёл с теплоносителем, постоянно обеспечивать орбитальную станцию электроэнергией для оборудования и теплом для экипажа. У зеркальных концентраторов и КПД в 2-3 раза выше, чем у солнечных батарей, и площадь в несколько раз меньше, а температуры они дают в тысячи градусов, да и время над ними не властно.
Правда, изготовление вогнутого зеркала требует высокой точности оборудования и технологии. И чем больше мощность (а значит, и размеры зеркала), тем сложнее техника его изготовления. А космос накладывает на изделия строгие ограничения по размеру и массе. Так что качественный зеркальный концентратор солнечных лучей – очень дорогое удовольствие. Значит, его надо удешевить.
Как ставится задача в наших ракетно-космических НИИ и КБ? Изделие должно наилучшим образом выполнять свои функции, быть лёгким, недорогим, максимально простым в изготовлении, по возможности красивым и желательно, чтобы «ещё и на скрипочке играло»… Но всегда находится человек, который берётся решить такую задачу. Для этого надо иметь хорошее образование, опыт работы и знание возможностей производства, но прежде всего – быть изобретателем! И такой изобретатель нашёлся – ведущий научный сотрудник РКК «Энергия», кандидат технических наук Альберт Всеволодович Шолохов.
Божественное откровение
Компетентный работник Государственного Оптического Института скажет вам, что имеющееся в ГОИ оборудование позволяет изготовить отражающую поверхность параболического зеркала диаметром не более 3 метров, что соответствует мощности гелиоустановки примерно в 3 киловатта. А для орбитальной теплоэлектростанции нужна мощность в сотни и тысячи киловатт!
Конечно, отражающую поверхность можно делать сборной из нескольких трёхметровых параболических зеркал. Но изготовление каждого такого зеркала на базе ГОИ требует больших затрат времени и средств, а сборка крупногабаритного концентратора на орбите выливается в несколько запусков, так как головные обтекатели ракет ограничивают размер полезного груза. И Шолохов решил: зеркало должно быть небольшим и лёгким, с высоким КПД и большой мощностью, собирающим солнечные лучи «в точку» и «в линию», а главное – плоским!
Изобретатель сознавал, что эти требования кажутся абсурдными. Но он уже «завёлся». Забросив задачу «в подсознание», Альберт Всеволодович спокойно занимался текущими работами, но где-то на дальнем плане мыслительных горизонтов непрестанно маячила удивительно простая конструкция – ну проще некуда! Только вот разглядеть её никак не получалось. Так продолжалось больше года. И вдруг…
Шолохов увидел странный сон – перед самым пробуждением, около 5 часов утра. Ему снился Космос. Вроде бы естественно, если человек с 1966 года, после окончания Физтеха, работает на космонавтику. Но в этот раз Космос был с Большой Буквы. Потому что в пронизанном звёздами пространстве спящий технарь увидел Господа Бога – таким, как на библейских иллюстрациях. Взор Всевышнего был устремлён на светящийся объект, свободно зависший в прозрачной космической тьме. И услышал Альберт голос Господа: «Ну, молодцы, мужики – додумались!», и увидел он в подробностях то самое зеркало – и тут же проснулся.
Времени до проходной «Энергии» хватило, чтобы увиденное в чудесном сне обдумать, мысленно начертить, составить техзадание для цеха и заявку на изобретение. А за рабочим столом всё заготовленное начало превращаться в рабочие материалы.
Зеркала Шолохова
Приходилось вам держать в руке туристский или охотничий стаканчик в сложенном виде? На плоском донышке лежат несколько концентрических колец в виде поясков, нарезанных из пустотелого конуса. Потянули наружное кольцо кверху – получился конический стакан. Наполнили, опрокинули, сложили – и стакан снова превратился в систему кольцевых элементов на плоском основании. Осталось представить, что внутренние стороны колец имеют зеркальные поверхности. Вот и вся модель зеркала Шолохова.
Кольцевые элементы наносятся на металлическом диске резцом токарного или карусельного станка. Чем их больше, тем поверхность зеркала ближе к плоскости. Главное, чтобы внутренние поверхности концентрических колец соответствовали форме исходного отражателя – тогда плоское зеркало будет фокусировать солнечные лучи не хуже параболического рефлектора.
«Как просто!» – не переставал удивляться Шолохов, превращая сновидческий образ в реальный технический проект. Оставалось довести проект до испытаний. Чтобы эффект был убедительнее, он максимально упростил конструкцию и технологию изготовления опытного образца. От алюминиевой болванки диаметром менее полуметра отпилили диск сантиметровой толщины, на токарном станке сделали двенадцать концентрических колец, имеющих острую наружную кромку и пологую внутреннюю поверхность. Шлифанули отражающие поверхности наждачной шкуркой, в фокусе самодельного отражателя укрепили клочок ваты и вытащили демонстрационную модель под скупые лучи октябрьского Солнца.
С помощью коллег Шолохов сориентировал зеркало нужным образом и предложил собравшимся немного подождать. Под снисходительные усмешки начальства и разноголосые реплики «Это не будет работать!» вата в фокусе отражателя задымилась, вспыхнула и сгорела. Кто-то растерянно протянул: «Да-а…». «Когда нечего сказать, и «да» хорошо!» – мгновенно отреагировал триумфатор.
За злой язык Шолохов не раз имел неприятности, но здесь выпад прошёл незамеченным. Кто-то даже вспомнил давнее прозвище Альберта Шолохова «Двойной Нобель» (из-за имени великого физика и фамилии великого писателя), другой увидел в плоском зеркале аналогию с линзой Френеля… Но наибольшее впечатление произвёл сам факт, что вату зажёг алюминиевый диск, обработанный на обычном токарном станке!
Первое зеркало, концентрирующее солнечные лучи «в точку», вдохновило изобретателя на поиски вариантов. Концентратор лучей «в линию» отличается тем, что узкие отражающие поверхности расположены на параллельных прямых полосах параболического сечения, а основанием для зеркала служит прямоугольная пластина. Далее было новое изобретение – концентрирующее устройство, состоящее из множества ячеек прямоугольной формы линейного сечения. Каждое последующее решение отличается от предыдущих большей эффективностью, упрощением процесса сборки на орбите или увеличением общей площади отражающих поверхностей.
Зачем это нужно?
Солнечная энергетика нужна не только в космосе, но и на Земле. Как вы помните, её возможности известны с начала ХХ века, но человечество до сих пор не вняло словам великого Менделеева о том, что использовать нефть как горючее – всё равно, что топить печи ассигнациями. Дело не только в том, что горючие материалы земных недр не возобновляются. Они, исчезая в топках и камерах сгорания, отравляют земную атмосферу и всё окружающее. Даже американцы поняли, что земная атмосфера одна на всех, а значит, опасные последствия сжигания нефтепродуктов отразятся и на их «богоизбранном» народе. И штатовские «яйцеголовые» активно ищут путей возвращения к солнечным электростанциям, потому что, наконец, стало ясно: это – единственно возможный способ получения экологически чистой энергии. Значит, приходит время электростанций, работающих в космосе и на Земле от концентрированных солнечных лучей. Время плоских зеркал Альберта Шолохова…
Н.Дорожкин На грани невозможного 7,2004
|
