НОВОЕ
В ЖИЗНИ, НАУКЕ,
ТЕХНИКЕ

1/1974	Г. Я. Умаров, А. А. Ершов
НАУКА О ЗЕМЛЕ	СОЛНЕЧНАЯ
ЭНЕРГЕТИКА
Г. Я. Умаров,
член-корреспондент
АН Узбекской ССР,
А. А. Ершов,
инженер
СОЛНЕЧНАЯ
ЭНЕРГЕТИКА
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ЗНАНИЕ»
Москва 1974
6 П 2.10
У 52
Умаров Гияс Якубович,
Ершов Анатолий Андреевич
У 52 Солнечная энергетика. М., «Знание», 1974.
(Новое в жизни, науке и технике. Серия «Наука о
Земле», 1. Серия издается ежемесячно с 1966 г.).
64 стр.
Использовать энергию Солнца люди стремились еще в глу-
бокой древности. Как решается данная задача в наши дни,
рассказывается в этой брошюре
Водяные насосы, солнечные электростанции, кондиционеры,
опреснители, «солнечные дома», гелиокухни, сушилки фруктов,
установки для пропарки железобетонных изделий, «солнечные
холодильники», гелиотеплицы, сварка и плавка металлов — вот
далеко не полный перечень устройств и областей возможного
широкого использования энергии Солнца. Для серийного выпуска
ряда этих изделий, разработанных советскими учеными, в девя-
той пятилетке в узбекском городе Бухаре предусмотрено постро-
ить первый в стране завод гелиоаппаратов. Авторы брошюры
рассказывают и о более отдаленных перспективах освоения сол-
нечной энергии — одного из важнейших источников возобновля-
емых видов энергии.
3-3-9	6 П 2.10
Т. п. 1974 г. № 49
(g) Издательство «Знание», 1974 г.
ТОПЛИВО ... С НЕБА
Слой своеобразного угля толщиной с пол-
метра ежегодно образуется на всей территории Сред-
ней Азии. Удивительный слой покрывает поля и горы,
улицы и площади городов, крыши домов и сады. Его
не нужно ни откуда возить — бери этот уголь и исполь-
зуй! Пройдет год, и слой снова возобновляется. Он про-
сто неисчерпаем. Но хотя мы все ходим по странному
топливу, почти никто на него не обращает внимания.
Конечно, энергия этого удивительного угля никуда не
исчезает — она просто рассеивается в атмосфере.
Что же это за невидимый уголь? Ученые дали ему
имя «желтый уголь» — солнечная энергия! Расчеты по-
казывают, что в Узбекистане на каждый квадратный
метр ее попадает такое количество, что по калориям
она эквивалентна слою ангренского бурого угля тол-
щиной примерно в полметра. Богаты «желтым углем»
Закавказье, Крым и другие южные районы страны, мно-
гие государства Азии, Африки, Америки.
Однако это огромное богатство до сих пор остается
почти неиспользованным. Между тем топлива не хва-
тает. В одних местах это ощущается еще не так замет-
но, в других же недостаток топлива стал острой про-
блемой И это в целом для всей планеты! Некоторые
экономисты утверждают, что последняя тонна нефти
будет добыта из недр земли уже на грани грядущего
XXI века. Что же касается каменного угля и природно-
го газа, то их запасов хватит также ненадолго.
3
Потребности же населения земного шара в энергии
растут очень быстро. Ведь без использования энергии
немыслим технический прогресс. Учеными подсчитано:
с начала своего существования человечество израсхо-
довало 850 тысяч млрд киловатт-часов первичной энер-
гии, то есть энергии, образующейся при горении тех
или иных видов топлива. Особенно быстро она расхо-
довалась в последние сто лет.
Но ведь рост энергетического хозяйства планеты не
остановится и в будущем. Не смогут его достаточно
долго удовлетворить и запасы в земной коре радиоак-
тивных элементов — топлива бурно растущей атомной
энергетики. Ресурсы урана и тория тоже не бесконеч-
ны, как и все обычные виды топлива.
Надолго обеспечило бы энергией человечество осво-
ение термоядерной реакции, но на этом пути пока
стоят огромные трудности.
Итак, растет население Земли, растут его потреб-
ности в энергии. Откуда же ее черпать? Может быть,
в самом деле человечеству грозит «энергетический го-
лод»?
Нет, все не так безнадежно. На Земле пока не уда-
лось подчинить человеку реакцию термоядерного син-
теза, сделать ее управляемой. А именно на это надеют-
ся ученые в своих расчетах по удовлетворению энерге-
тических потребностей человечества. Но ведь подобная
реакция происходит на звездах, в том числе и на бли-
жайшей к нам — Солнце. По существу, дневное светило
является гигантским термоядерным реактором, который
потребляет каждую секунду примерно 4 миллиона тонн
годорода, превращая его в гелий. В результате выде-
ляется огромное количество энергии, излучаемой в виде
света и различных частиц.
Лишь очень небольшая доля этой колоссальной
энергии — примерно двухмиллиардиая часть — достает-
ся нашей планете. Много Л1Р Ее вполне достаточно,
чтобы за несколько минут испарить Азовское море. За
год же Земля получает от Солнца энергии больше, чем
ее содержится во всех известных мировых залежах то-
плива. И именно Солнце является первоисточником
всех форм энергии, нашедших широкое применение в
экономике плане 1Ы. Ископаемое топливо, по сущест-
4
ву, — законсервированная энергия Солнца, сохранив-
шаяся в остатках растительного мира прошлых эпох
Своей энергией Солнцу обязаны и реки, которые попол-
няются водой, испаряемой дневным светилом с поверх-
ности океанов и морей.
Кладовая «солнечного топлива» для человечества
неисчерпаема. Поэтому не случайно ученые все с боль-
шей и большей надеждой обращают свои мысли на
этот практически вечный источник света и тепла. На
Землю он посылает количество энергии, которая на-
много превосходит потребность в ней всего челове-
чества.
Невольно возникает вопрос: почему же тогда сол-
нечная энергия до сих пор не нашла широкого приме-
нения в промышленности? Дело в том, что она очень
рассеяна. Значит, надо найти и разработать способы
концентрировать и накапливать солнечную энергию.
Как ученые решают эти важные для будущего планеты
проблемы, подбирают ключи к Солнцу, мы попытаемся
рассказать в этой брошюре.
В нашей стране новый важный этап в развитии
исследований по усвоению энергии Солнца связан с де-
вятой пятилеткой.
«Главная задача пятилетки состоит в том, чтобы
обеспечить значительный подъем материального и куль-
турного уровня жизни народа на основе высоких темпов
развития социалистического производства, повышения
его эффективности, научно-технического прогресса и
ускорения роста производительности труда» — говорит-
ся в Директивах XXIV съезда КПСС по пятплетнему
плану развития народного хозяйства СССР на 1971 —
1975 годы.
В Директивах перед учеными поставлены задачи
«совершенствования методов преобразования энергии»,
«создания... экономичных методов получения особо чи-
стых веществ», разработке «методов селекции для вы-
ведения высокоурожайных сортов растений», «научных
основ охраны и преобразования природы в целях улуч-
шения естественной среды, окружающей человека, и
лучшего использования природных ресурсов». Свой
вклад в решение проблем, поставленных перед совет-
ской наукой XXIV съездом КПСС, вносят и ученые, ве-
5
дущие поиск в различных направлениях, связанных с
использованием энергии Солнца в народном хозяйстве.
Работы в этой области осуществляются по координа-
ционному плану Государственного комитета Совета Ми-
нистров СССР по науке и технике на 1971 —1975 годы.
По разработке конкретных проблем определены го-
ловные институты. За разработку различных видов пре-
образователей солнечной энергии, в частности фото-
электрических преобразователей, а также за проведе-
ние высокотемпературных исследований отвечает Всесо-
юзный институт источников тока. Ведущим научным уч-
реждением в области солнечных тепловых установок и
некоторых преобразователей солнечной энергии (термо-
электрических) является Энергетический институт име-
ни Г. М. Кржижановского. Головным исследователь-
ским центром в области создания солнечных кондицио-
неров и опреснителей стал Физико-технический инсти-
тут Академии наук Туркмении. Физико-технический ин-
ститут Академии наук Узбекистана отвечает за разра-
ботку концентраторов солнечной энергии, солнечных
тепловых устройств, солнечных энергетических устано-
вок на основе двигателя Стирлинга.
В научных центрах Российской Федерации, Украи-
ны, Казахстана, Узбекистана, Молдавии в последние
годы широкое развитие получили исследования в новой
области — фотоэнергетике растений.
Большое внимание освоению энергии Солнца уде-
ляется и за рубежом. Важных результатов в этом деле
достигли ученые Франции, США, Японии. Интерес к
этой проблеме проявляют молодые государства Азии и
Африки. Некоторые из этих стран не обладают доста-
точными топливными ресурсами, поэтому широкое внед-
рение в экономику достижений гелиотехники для них
сыграло бы весьма важную роль. В связи с этим уче-
ные многих развивающихся стран выразили желание
сотрудничать с советскими учеными в исследованиях по
гелиотехнике. Совместный поиск в области освоения
энергии Солнца начат учеными СССР и США.
«ПОДКЛЮЧИТЕ К... СОЛНЦУ»
С незапамятных времен люди пытались на-
учиться использовать солнечную энергию. Об этом сви-
детельствуют летописи и старинные книги египтян, гре-
ков, римлян. Многие древние народы поклонялись Солн-
цу, считали его божеством. Они интуитивно угадывали
в нем источник жизни, первооснову всякого движения
на нашей планете. Культ дневного светила, существо-
вавший в Средней Азии, для нас сохранился в изобра-
жениях бога Солнца на монетах могущественных ку-
шанских царей.
О том, как поймать солнечные лучи, задумывались
еще в древности. Тогда уже было известно свойство
линз и вогнутых зеркал собирать лучи в фокус. Ис-
пользуя зажигательные стекла, добывали священный
огонь в Древнем Риме вестадки на жертвенниках у хра-
ма богини Весты.
Великий Архимед сообщал о возможностях концент-
рирования солнечных лучей в своей книге «О зажига-
тельных стеклах». С его именем связана легенда о сож-
жении с помощью зеркал флота римлян, осаждавших
Сиракузы.
В эпоху раннего средневековья ученые Средней Азии
также знали о способности линз собирать в одной точ-
ке солнечные лучи. Веруни и его не менее известный
современник Ибн-Сина были знакомы с фокусирующим
свойством линз и зеркал. Так, Ибн-Сина в «Даниш-На-
мэ» («Книга знаний») объяснял тепловое действие сол-
нечных лучей и оптические свойства линзы следующим
образом: «Загорание через лупу происходит потому,
что в ней есть точка, воспринимающая лучи со всех
сторон. Эта точка сильно освещается и, следовательно,
сильно нагревается». Зажигающие зеркала, утверждал
ученый, имеют такие же свойства, как и лупы. В те
далекие времена зеркала представляли собой полиро-
ванную металлическую поверхность, на которую перио-
дически наносилась ртуть.
Гениальный русский ученый М. В. Ломоносов пред-
ставил в Петербургскую академию наук в 1741 году
доклад о возможности изготовления «зажигательного
7
инструмента» путем концентрации солнечных лучей лин-
зами и зеркалами.
Многие ученые и инженеры сейчас, в наши дни, ра-
ботают над идеей поймать солнечный луч и заставить
сто работать. Но осуществление этих идей связано с
большими затратами. Поэтому-то и сегодня задача соз-
дания недорогих, простых и эффективных гелиотехниче-
ских устройств остается одной из важнейших в этой
области знания. Свой вклад в ее решение вносят совет-
ские гелиотехники. Старожилы Ташкента, вероятно, еще
хорошо помнят гигантский железобетонный подсолнух,
повернувшийся к Солнцу над корпусами местного кон-
сервного завода. Чаша десятпметрозого параболоида,
покрытая квадратиками зеркал, стояла здесь в течение
многих лет. Странное сооружение невольно привлекало
внимание всех, кто проезжал по одной из самых ожив-
ленных магистралей столицы Узбекистана. Этот кон-
центратор солнечных лучей в первые послевоенные го-
ды построил Ф. Ф. Молеро, работавший на существо-
вавшей тогда в Ташкенте гелиоплощадке Московского
энергетического института им. Г. М. Кржижановского.
Концентратор предназначался для снабжения тепловой
энергией консервного завода. Это была уникальная
установка. В самой горячей точке, где пересекались
солнечные лучи, температура превышала тысячу граду-
сов.
Однако, как обнаружилось позже, при создании этой
инженерной конструкции не учтенным оказалось иезна-
"ительное расхождение коэффициентов линейного рас-
ширения стекла и клея, прикреплявшего его к железо-
бетону. Это и погубило отличную установку: стекла
зеркала-конценгратора растрескались из-за возникших
огромных внутренних напряжений.
Ташкентские гелиотехники эют вопрос подробно
изучили и решили в концентраторе своей конструкции
обойтись совсем без клея. А как же будут держаться
зеркала? На свободном креплении! Идея была элемен-
тарно простой. Исследователи взяли покрытые с одной
стороны амальгамой пластинки из обыкновенного окон-
ного стекла Прикрепить эти пластинки в пяти опорах
к каркасу концентратора и получить вогнутую поверх-
ность пз них оказалось делом не трудным. И, что осо-
бенно важно, стекла на свободном креплении теперь
8
уже не трескалпсь от теплового расширения. Некоторые
из таких установок, расположившиеся на полигоне Фи-
зико-технического института в Ташкенте, имеют диаметр
отражательной поверхности, равный 5 метрам.
Зеркала из полированного стекла — прекрасные кон-
центраторы солнечных лучей. Но изготовить такое зер-
кало большого размера очень дорого. И чем больше его
диаметр, тем значительнее затраты на его изготовление.
А может быть, одно большое зеркало можно заменить
десятками мелких? Расчеты и опыты, проведенные в
Физико-техническом институте Академии наук Узбек-
ской ССР, подтвердили правильность намеченного пу-
Рис. 1. В фокусе этого простого п дешевого концентратора
плавится металл, хотя отражатель его изготовлен из секто-
ров обыкновенного оконного стекла, которым придана опре-
деленная кривизна поверхности.
О
til Мелкие зеркала изготавливать гораздо проще и, сле-
довательно, значительно дешевле.
Из зеркал-фацет в этом институте были собраны и
небольшие концентраторы солнечных лучей, и крупные
установки. Диаметр одной из них равен 5 метрам. Для
ее изготовления использованы 60 фацет — круглых зер-
кал диаметром 60 сантиметров. Все они установлены
на металлическом каркасе с таким расчетом, чтобы с
большой точностью концентрировать солнечный свет.
В фокусе температура достигает почти 2 тысяч граду-
сов. Вокруг же этой точки — в фокальном пятне — сред-
няя температура оказалась равной 1000—1200 градусам.
Такие установки весьма перспективны при решении
многих практических задач.
Рис. 2. В фокусе этою концентратора (диаметр 5 метров),
собранного из небольших зеркал-фацет из неполированною
стекла, температура достигает 2000 градусов. Доска, вне-
сенная в такой солнечный зайчик, моментально вспыхивает.
И все же всех недостатков стекла преодолеть не
удается. Слишком уж это тяжелый материал, поэтому
при создании больших концентраторов из стекла прихо-
дится собирать довольно солидные металлические кон-
струкции для несущих опор. Значит, уже при достиже-
нии определенного размера использовать подобные кон-
центраторы будет невыгодно. И исследователи продол-
жают поиски. А если взять полимерные пленки? Попро-
бовали лавсан. Металлизированная пленка из этого ма-
териала получается легкой и по оптическим свойствам
незначительно уступает стеклу. Испытание такой плен-
ки провели на гелиоплощадке Физико-технического ин-
ститута Академии наук Узбекской ССР. Оказалось, что
свои первоначальные качества пленка сохраняет всего
несколько месяцев. Как продлить срок ее службы, имея
в виду, что она прежде всего не должна терять высокой
отражательной способности? Один из аспирантов ин-
ститута предложил покрывать пленку лаком со специ-
альными добавками. Уже первые испытания показали,
что в таком виде она служит значительно больше года.
Ученые идут и по пути уменьшения веса конструк-
ций, на которых стоят отражательные поверхности.
Ташкентские гелиотехники попробовали заменить ме-
талл асбестоцементом. Получилось легче, но не на-
столько, как хотелось бы ученым. Тогда остов концентра-
тора сделали из пенополистирола, а затем попробовали
и пенопласт. Но лучше всех подошел пенополиуретан.
Собрали лучи в фокус. А как лучше использовать
сконцентрированную энергию? Здесь исследования ве-
дутся тоже по нескольким направлениям. Сотрудники
Физико-технического института Академии наук Узбек-
ской ССР работают над усовершенствованием способа
превращения энергии Солнца в электрическую с по-
мощью двигателя Стирлинга.
Удивительно, что патент на эту тепловую машину,
которую современная техника приняла в свой арсенал
лишь в самое последнее время, был выдан более 150 лет
назад. Ее изобретателем явился шотландский монах Ро-
берт Стирлинг, именем которого теперь и принято на-
зывать этот тип двигателя. В нем, как и в паровой ма-
шине, тепловая энергия получается за счет внешнего
сгорания (в отличие от двигателя внутреннего сгорания,
в котором топливо отдает свою энергию непосредствен-
11,
по в цилиндрах машины). Однако рабочим телом дви-
гателя Стирлинга является не пар, а газ, циркулиру-
ющий в .герметически закрытом контуре. Теоретически
коэффициент полезного действия этой машины может
быть очень высоким — близким к коэффициенту полез-
ного действия идеального цикла Карно. Достоинства
машины Стирлинга — бесшумность работы, уравнове-
шенность привода, способность действовать в вакууме,
под водой и в других необычных условиях.
Для приведения в действие такой машины может
служить любой источник тепла — жидкое или твердое
топливо, атомная энергия, тепловые аккумуляторы...
Но, пожалуй, один из самых перспективных источников
энергии для двигателя Стирлинга — солнечные лучи.
Попадая на «горячую» камеру машины, они заставляют
циркулировать по замкнутому контуру водород, гелий
пли другой подходящий газ, который и приводит в дей-
ствие поршни двигателя. Превращение же механической
энергии в электрическую происходит обычным путем.
Коэффициент полезного действия двигателя зависит
от разности температур «горячей» и «холодной» камер
машины. Чем она больше, тем выше эффективность ра-
боты двигателя. В лучших зарубежных образцах двига-
телей газ нагревается до 750 градусов и охлаждается
до 20 градусов Цельсия (обычно для охлаждения газа
используется вода). Такого большого перепада темпе-
ратур легко добиться с помощью концентраторов сол-
нечных лучей. Мы уже отмечали, что узбекским гелио-
техникам удалось достигнуть в своей установке еще
большего перепада, ведь в ее фокальном пятне, куда
помещается «горячая» камера двигателя Стирлинга,
температура составляет 1000—1200 градусов. Это по-
зволило довести коэффициент полезного действия маши-
ны уже до 30 процентов. Кроме того, сотрудники Фи-
зико технического института внесли ряд усовершенство-
ваний в * онструкцию двигателя Стирлинга. Их приори-
тет в этом деле закреплен авторскими свидетельства-
ми на изобретения.
Энергию из солнечного «зайчика» можно черпать и
с помощью так называемых термоэлектрических преоб-
разователей, принцип действия которых также открыт
в XIX веке. Он основан на том, что при нагреве спая
12
двух проволок из разных металлов появляется ток. Ока-
залось, что если вместо металлов подобрать два раз-
личных полупроводника, то коэффициент такого термо-
электрогенератора значительно повысится. Именно эта
идея была предложена около 40 лет назад академиком
А. Ф. Иоффе, предсказавшим большое будущее термо-
электричеству. А пока коэффициент полезного действия
термоэлектрогеператоров составляет всего около 5 про-
центов. Однако в скором будущем ученые надеются до-
вести эту цифру до 10 процентов.
На принципе преобразования энергии через тепло в
электричество основано действие и термоэмнсспонного
электрогенератора. По своему устройству он напоми-
нает обычную радиолампу, в которой при нагреве като-
да (отрицательного электрода) происходит испуска-
ние— эмиссия электронов, попадающих на анод (поло-
жительный электрод) и создающих тем самым ток в
замкнутой цепи. Чтобы достигнуть в данном случае от-
носительно высокого коэффициента полезного действия,
необходимо нагревать катод примерно до 2000 граду-
сов. Эту температуру дают солнечные лучи, собранные
зеркалами-концентраторами. Важное преимущество тер-
моэмиссионных преобразователей - - возможность полу-
чить ток очень высокой плотности—до десятков и да-
же сотен ампер с квадратного сантиметра облучаемой
поверхности. Специалисты рассчитывают, что на этом
принципе удастся создать преобразователи с коэффи-
циентом полезного действия 20—25 процентов, но иссле-
дователей ожидает еще много технических трудностей.
С помощью концентраторов солнечных лучей можно
разогревать до высоких температур газы и пары ще-
лочных металлов, чтобы получать электропроводящую
плазму. Если плазму пропускать через магнитное поле,
то согласно законам электродинамики возникает элек-
трический ток. В отличие от обычного электрогенера-
тора ток здесь будет проходить не по медной обмотке,
а через саму плазму. Отвести этот ток можно с по-
мощью электродов. На этом принципе основано дейст-
вие магнитогидродинамических (МГД) генераторов, над
созданием которых работают ученые многих стран. Их
привлекает высокий коэффициент полезного действия
таких установок, обещающий заметно превзойти соот-
ветствующий показатель для тепловых электростанций.
13
Однако на пути этой заманчивой технической идеи так-
же имеется ряд трудностей, в частности, сложной про-
блемой остается создание плазмы. Может быть, решить
ее поможет концентрированный солнечный луч? Ответ
на этот вопрос даст будущее.
Идеалом явилось бы непосредственное преобразова-
ние солнечной энергии в электрическую. При падении
света на некоторые металлы из них выбиваются элек-
троны. Это явление получило название фотоэлектриче-
ского эффекта. Пионером исследований в этой области
является известный русский физик А. Г. Столетов
(1839—1896). На этом эффекте основывается принцип
действия экспонометров, применяемых фотографами и
кинооператорами. Но такое устройство дает чрезвычай-
но мало энергии — лишь тысячную долю используемой
им лучистой энергии Солнца. Однако с появлением по-
лупроводников удалось достигнуть важных практиче-
ских результатов в области прямого преобразования
световой энергии в электрическую.
Фотоэлектрические преобразователи, или солнечные
батареи, изготавливаются из пластинок кремния или по-
добного ему по свойствам другого полупроводникового
материала. При попадании солнечного луча на полупро-
водник из атомов вещества выбиваются электроны,
оставляющие вместо себя положительный заряд. Выби-
тые лучистым потоком электроны переходят из одного
слоя кремния в другой. Такое перемещение зарядов и
вызывает электрический ток. Из множества одинаковых
элементов, полупроводниковых пластинок, собираются
целые панели. Они-то и представляют собой настоящие
небольшие электростанции без паровых котлов и дина-
мо-машин.
Коэффициент полезного действия солнечной батареи
достигает сейчас примерно 10 процентов. Максимально
возможный теоретически такой показатель для кремния
равен 22 процентам. К этой цифре и стремятся ученые,
работая над усовершенствованием солнечных батарей.
А ведь, кроме кремния, открыто и существует немало
других полупроводников, причем теоретический коэффи-
циент полезного действия у них может быть и значи-
тельно выше.
А если на полупроводниковую батарею направить
концентрированный пучок солнечных лучей? Тогда, как
14
оказалось, можно значительно эффективнее заставить
работать фотоэлектрический генератор (ведь выработка
тока зависит от степени освещенности). Правда, крем-
ниевые батареи не выдерживают значительного повы-
шения температуры, но найдены полупроводники, кото-
рые не боятся «ослепления» солнечным лучом.
«ГОРЯЧИЙ ящик»
Однако рассказ о «ловушках» солнечного лу-
ча получился пока неполным. Мы еще ничего не сказа-
ли о самой широко распространенной — «горячем ящи-
ке». Его пример — обыкновенный парник. Легко прони-
кая сквозь прозрачное стекло, солнечный луч нагревает
грунт парника. В результате он тоже излучает энергию.
Но уже в виде невидимых, инфракрасных, лучей. Для
таких лучей стекло не прозрачно, оно не выпускает их
наружу. Так солнечная энергия попадает в «капкан».
Если поставить несколько рядов стекол, то можно
поднять температуру воздуха в «горячем ящике» даже
до 250 градусов. Такого результата еще в довоенные
годы удалось достигнуть в опытах ташкентскому гелио-
технику Константину Григорьевичу Трофимову, исполь-
зовавшему восемь рядов стекол. На эффекте «горячего
ящика» и основывается конструкция простейших водо-
нагревателей. Здесь, конечно, надо помнить, что часть
лучистой энергии поглощается стеклами, поэтому на
практике используется наиболее оптимальный вариант—
один или два ряда стекол, что достаточно для получе-
ния горячей воды.
Парники, теплицы, оранжереи. Очень распространен-
ные сооружения. Поэтому усовершенствование таких
простейших устройств по использованию лучистой энер-
гии обещает большой экономический эффект. Какие же
здесь имеются возможности?
Начнем со стекла. Пока оно остается одним из ос-
новных материалов при строительстве теплиц и прежде
всего потому, что обладает нужными оптическими свой-
ствами— с наименьшими потерями пропускает солнеч-
ный свет и затем частично задерживает его. Но ведь
стекло хрупкое, легко бьется. Дождь, снег, сильный ве-
15
тер, уже не говоря о граде... Разрушаются тысячи и ты-
сячи квадратных метров парникового стекла.
В наших окнах, в витринах магазинов — всюду, где
стекло не лежит, а стоит, оно способно выдерживать
свой собственный вес, часто довольно большой. Стоит
уложить стекло горизонтально — оно теряет эту способ-
ность, становится непрочным. Это еще один недостаток
стекла. Миллионы квадратных метров стеклянной по-
верхности приходится крепить в теплицах на частоколе
опор. А ведь это удорожает строительство теплиц, ус-
ложняет внутреннюю планировку и, следовательно, уход
за ними.
Если сделать обычное стекло волнистым наподобие
шифера, то оно станет на порядок, как говорят инже-
неры, то есть в 10 раз, прочнее. Ему уже почти нс
страшна непогода. Размеры самих стеклянных листов
можно будет значительно увеличить. Значит, и подпо-
рок понадобится меньше, и строительство теплиц будет
обходиться намного дешевле. Такие вот стекла и пред-
лагают применять при сооружении теплиц сотрудники
Физико-технического института Академии наук Узбек-
ской ССР.
Ученые улучшают также оптические свойства стекла.
Оно все же пропускает из парников часть тепловых лу-
чей. Поэтому мысль исследователей идет в направлении
создания таких стекол, которые были бы совсем не-
прозрачными для инфракрасного излучения и надежно
запирали бы тепло в парнике. Группа научных сотруд-
ников Энергетического института имени Г. М. Кржижа-
новского предложила покрывать стекло пленкой из дву-
окиси олова. Технология этого процесса относительно
проста и уже освоена промышленностью. Обработанное
таким способом стекло ученые назвали селективным,
так как оно обладает избирательным свойством регули-
ровать одностороннее прохождение лучистой энергии.
Двухгодичные испытания покрытых селективным
стеклом теплиц и парников позволили установить, что
температура в них на 9—10 градусов выше, чем в обыч-
ных. В парниках без подогрева при ночных заморозках
в минус 5 и ниже градусов растения погибают. В теп-
лицах же с селективными стеклами растениям не страш-
ны понижения температуры наружного воздуха до ми-
нус 12 градусов.
18
А если вместо стекла использовать пленки? Об этом
также думали ученые и инженеры. Сейчас наиболее
широкое применение нашла полиэтиленовая пленка.
В качестве покрытия для теплиц она служит недолго.
За три летних месяца под действием солнца она раз-
рушается и теряет не только прочность, но и другие
механические свойства. Кроме того, и по оптическим
данным полиэтилен уступает оконному стеклу, парнико-
вый эффект синтетического покрытии значительно сла-
бее.
Хорошо бы сделать полиэтиленовую пленку такой,
чтобы она выдерживала воздействие солнца в течение
нескольких лет. Выгода от этого была бы огромная!
Например, под пленкой удалось бы снимать два уро-
жая хлопка, ведь его вегетативный период в тепличных
условиях сократился бы благодаря большой концентра-
ции углекислого газа. И тогда девяти месяцев хвати-
ло бы на то, чтобы два раза сеять и собирать урожай
хлопка Однако нужен полиэтилен, способный все это
время выдерживать лучи горячего солнца Узбекистана.
И еще один недостаток есть у полиэтиленовой плен-
ки— ее трудно отмыть от пыли. Пылинки буквально
въедаются в нее, от них невозможно освободиться. Это
серьезная проблема, которую предстоит решить, хотя
уже наметился путь, идя по которому, можно улучшить
смачиваемость полиэтиленовой пленки. Мы здесь имеем
в виду газоразрядную камеру, бомбардируя в которой
пленку ионами, можно улучшить ее смачиваемость.
Проблем, которые волнуют гелиотехников, немало.
Но уже то, что создано в этой области учеными, может
заметно изменить наш быт, внести немало нового в
совершенствование важных технологических процессов
в промышленности.
ГОРОД СОЛНЦА
3 этом удивительном городе многие важней-
шие работы выполняет Солнце — оно отапливает зимой
и охлаждает летом дома, нагревает воду для душевых
и варит обед, сушит фрукты и синтезирует химические
продукты на заводах...
1910-2
17
Зайдем в один из домиков необычного солнечного
городка. На улице жара—свыше 40 градусов, а внут-
ри коттеджа изумительная для лета прохлада. Ее соз-
дает Солнце. Откроем в ванной кран — из душа хлынул
ласковый теплый «дождь», на кухне, в мойке для по-
суды,— горячая вода. Это тоже работа Солнца. Хозяй-
ка домика угощает обедом. Как будто все обычное,
а между тем приготовлено с помощью Солнца. Но вот
гелиочай почему-то кажется ароматнее н вкуснее обыч-
ного.
— Зимой, — поделились хозяева коттеджа, — у нас
Рис. 3. Солнечная кухня конструкции Физико-технического
института Академии наук УзССР,
«8
нет нужды думать о топливе. Обо всем заботится сол-
нышко. Оно обогревает наш дом, освещает паши ком-
наты, не говоря уже о многих бытовых услугах, кото-
рыми мы пользуемся с его помощью, — достаем воду из
колодца и вообще делаем массу другой полезной ра-
боты...
Продолжим путешествие по этому удивительному
городу. Невдалеке от домика крупное предприятие пи-
щевой промышленности. Здесь Солнцу поручено сушить
фрхкты н овощи, готовить пищевые концентраты, пасты,
соки... Рядом корпуса химического завода, где солнеч-
ные лучи используются для проведения фотохимических
реакций, которые позволяют получить ценные соеди-
нения.
Пойдем дальше — перед нами полигон научно-иссле-
довательского института строительных материалов.
Здесь концентрированными лучами Солнца, испытывают-
ся материалы на старение. Благодаря этой своеобраз-
ной машине времени срок старения материалов сокра-
щается в 5—10 раз по сравнению с естественными усло-
виями. Такие испытания позволят создать очень долго-
вечные материалы.
Вы скажете: все это мечта, фантазия! Нет такого
города на Земле. Ну, целого города, предположим, по-
ка нет. Но солнечные домики существуют реально. Мож-
но познакомиться и с солнечными холодильниками, и
с солнечными кухнями, и с солнечными сушилками, н с
многими другими агрегатами, к названию которых до-
бавлено слово «гелио». Это можно сделать в Ашхаба-
де, Ташкенте, Бухаре, Карши...
Каким же образом Солнцу удается «выполнять» са-
мые разнообразные бытовые и производственные зада-
ния человека? Прежде всего познакомимся с устройст-
вом солнечного коттеджа. Он совершенно обыкновен-
ный, построить его можно даже по типовому проекту.
Своеобразна в нем лишь крыша, она представляет со-
бой уже знакомый нам «горячий ящик», установленный
на южной стороне дома под углом в 50 градусов к го-
ризонту. Такая крыша-котел- позволяет преобразовы-
вать солнечную энергию в тепло.
Плоские водонагреватели, конструкция которых раз-
работана в Физико-техническом институте Академии
наук Узбекской ССР, как черепица, покрывают эту
своеобразную крышу. Изготавливаются такие водона-
треватели из стандартных заводских деталей — рифлено-
го проката. Кстати, из такого же проката делаются
борта известных прицепов для бестарной перевозки
хлопка. Для лучшего поглощения солнечных лучей ме-
талл зачернен. Сверху листы проказа накрыты стек-
лом— вот и готов «горячий ящик». Внутри него цирку-
лирует вода. Просто, дешево и эффективно. Эксперимен-
ты, проведенные ташкентскими гелиотехниками, пока-
зали, что такие водонагреватели обладают коэффициен-
том полезного действия, на целую греть превышающим
этот показатель в ранее применявшихся установках с
трубчатой конструкцией.
Крыша-когел дает воду с температурой 60—70 гра-
дусов Цельсия. Если нужна еще горячее, можно при-
менить двухслойное застекление для этого котла. На-
гретая солнцем вода используется для обогрева ком-
нат с помощью обычных радиаторов. Часть горячей
воды поступает в кухню, в ванную и т. д. Когда нет
необходимости обогревать комнату, горячая вода на-
правляется в теплоизолированные баки — аккумулято-
ры. Запасенное в них тепло можно использовать в
пасмурную погоду и ночью. При длительной непогоде,
конечно, приходится прибегать к резервной системе ото-
пления.
Та же гелиоустановка на крыше и система радиа-
торов в помещении летом может служить и для охлаж-
дения комнат. Если днем крыша вырабатывает тепло,
то ночью она же позволяет «запасать» прохладу. Для
этого вода, подлежащая охлаждению, тонким слоем сли-
вается по остекленной поверхности крыши-котла. За
счет испарения и излучения тепла в ночное небо1 тем-
пература воды понижается до 12—14 градусов Цельсия
(при более высокой температуре окружающего возду-
ха!). Это далеко не предел возможного охлаждения.
Если воду отделить от окружающих предметов хорошей
теплоизоляцией, то за счет такого эффекта летом при
ясном небе можно получать даже лед!
* Эффективная температура безоблачного ночного неба много
ниже нуля. При безоблачном небе Земчя, излучая в мировое про-
странство инфракрасные лучи, быстро теряет тепло..
20
/{так, охлажденная ночью па крыше вода собирает-
ся в специальных емкостях с хорошей теплоизоляцией.
Дием пз них жидкость направляется в радиаторы, ко-
торые теперь служат уже не для обогрева, а для охлаж-
дения помещений.
Натурные испытания этой системы охлаждения,
установленной в ряде помещений Физико-технического
института, доказали ее высокую эффективность. При су-
точном колебании температуры наружного воздуха в
15 градусов температура воздуха в охлаждаемой ком-
нате менялась лишь па одни градус. В то же время
в контрольном помещении, не оснащенном такой охлаж-
дающей системой, колебания температуры воздуха со-
ставляли 6—7 градусов.
Технико-экономические расчеты показали, что удоро-
жание строительства дома за счет установки крыши-
котла, насоса и прочего несложного оборудования со-
ставляет всего 15—20 процентов от его исходной стои-
мости. Зато последующая выгода не замедлит сказать-
ся: эксплуатационные затраты в таком доме по сравне-
нию с обычными уменьшаются в 2—3 раза за счет эко-
номии электроэнергии и топлива. Срок окупаемости ка-
питальных затрат составляет два-три года. Расход топ-
лива на отопление и снабжение горячей водой из рас-
чета на стандартный двухквартирный дом благодаря
Солнцу уменьшается в 3 раза. Кроме того, сберегается
свыше 5 тысяч киловатт-часов электроэнергии в год.
Это для одного коттеджа. А если вести их массовое
строительство? Тогда за счет применения энергии Солн-
ца на охлаждение и замене ею лишь половины топли-
ва, используемого в сельских районах и мелких посел-
ках Средней Азии, экономия выразится внушительной
цифрой — 372 миллиона рублей в год. Для южных рай-
онов СССР годовой экономический эффект окажется
равным 2,4 миллиарда рублей!
Ташкентские гелиотехники предлагают использовать
разработанную ими систему солнечного обогрева, го-
рячего водоснабжения и охлаждения помещений для
оснащения небольших жилых домов, административных
зданий, школ, санаториев и т. д. Основываясь на дан-
ных, полученных учеными, инженеры института «Узги-
просельстрой» создали проект теплофикации и конди-
ционирования воздуха детского сада яслей на 50 мест.
21
Предусмотрена работа системы в двух режимах — зим-
нем и легнем, причем разработаны варианты солнеч-
ной установки подобного типа для четырех климатиче-
ских зон. Строительство такого необыкновенного сада-
яслей намечено на ближайшее время.
Пройдет не так уж много времени, и солнечные
коттеджи перестанут быть необычным явлением в по-
селках геологов, чабанов, хлопкоробов...
В этом же направлении ведется интенсивный иссле-
довательский поиск и за рубежом. Французский архи-
тектор Жак Мишель, создавший вместе с профессором
Феликсом Тромбом, руководителем лаборатории сол-
нечной энергии Национального центра научных иссле-
дований, первый французский гелиодом и к заявляет:
«Солнечное отопление — это, несомненно, перспектива
для домостроения будущего. В развитых промышлен-
ных странах это послужит эффективным средством
борьбы с отравлением окружающей среды».
Первый во Франции дом (105 квадратных метров
жилой площади) с солнечным отоплением построен в
деревне Шованси-ле-Шато, департамент Мёз (Лотарин-
гия). Здесь использована система солнечного отопления,
несколько отличающаяся от той, которую предлагают
ученые Узбекистана. Стена фасада 1акого домика, об-
ращенного строго на юг, сложена из четырех толстых
бетонных панелей, окрашенных в черный цвет для ин-
тенсивного поглощения тепла. Расположенная впереди
их тройная стеклянная перегородка создает тепличный
эффект. Бетонные панели имеют отверстия, выходящие
в отапливаемые помещения дома. Действие системы ос-
новано на известном законе циркуляции потоков холод-
ного и теплого воздуха. Последний, как более легкий,
поднимается вверх, д затем по мере охлаждения, опу-
стившись к полу, поступает через отверстие в стене дома
к «теплице», где снова нагревается. Накопленное в те-
чение дня тепло за ночь передается жилым помещени-
ям. Природа сама пошла навстречу гелиотехникам:
именно зимой, когда Солнце стоит низко над горизон-
том, как раз южный фасад всего лучше освещается и,
следовательно, больше нагревается.
Летом эта система выполняет противоположную за-
дачу— охлаждает помещение. При открытых на север-
22
нои стороне окнах из них будет поступать прохладный
воздух, а нагревшийся уйдет через южную стену.
По мнению французских специалистов, этот принцип
солнечного отопления настолько прост, что, как они
ожидают, найдет широкое применение в массовом до-
мостроении.
Жак Мишель изучает возможность строительства из
таких домов целого городка отдыха на юге Франции,
а также конторских помещений в Париже.
Даже в такой северной стране, как Англия, уде-
ляется внимание созданию «солнечных домов». По про-
екту ученых здесь построена «солнечная школа». Это
двухэтажное здание «отапливается» за счет энергии
дневного светила. Радиация ловится так называемой
«солнечной стеной», выполненной из двух рядов стекол.
Экспериментальные солнечные дома уже построены
в США и некоторых других зарубежных государствах.
В нашей стране в этой области успешно ведут иссле-
довательский поиск ученые еще одной солнечной рес-
публики — Туркмении. Ашхабадскими гелиотехниками
предложены свои системы солнечного кондиционирова-
ния зданий. На основе их проекта под Ашхабадом по-
строен первый в этой республике солнечный домик, где
проверяются расчеты ученых.
Не всегда бывает возможность и необходимость пол-
ностью-гелиофицировать дом. В таком случае, исполь-
зуя солнечную энергию, можно решать частные задачи,
например, получать только горячую воду. Для этого
достаточно взять одну из металлических секций пло-
ского водонагревателя (из таких секций собирается
крыша-котел) в уже знакомом нам солнечном коттед-
же, заделать ее в специальную деревянную раму и по-
крыть сверху обычным оконным стеклом. Теперь ящик
устанавливается во дворе с помощью подпорок таким
образом, чтобы солнечные лучи в полдень падали пер-
пендикулярно поверхности стекла (для широты Ташкен-
та наилучший угол наклона к горизонту составляет
30 градусов). Вот наш водонагреватель и готов к дей-
ствию. С каждого его квадратного метра за день мож-
но получить 60—80 литров воды температурой 60—70
градусов Цельсия. Коэффициент полезного действия та-
кой установки составляет 40—60 процентов, и служить
она будет надежно в течение целых девяти месяцев —
23
весной, летом и осенью. Срок же эксплуатации — многие
годы.
-^осле освоения промышленностью такого солнечного
водонагревателя стоимость его будет небольшой. Оку-
пается установка за счет экономии топлива всего за
два-три сезона.
3 зависимости от потребителя гелионагреватели мо-
гут быть разного размера. Расчеты показывают, что для
обеспечения одного человека горячей водой достаточно
иметь под рукой установку с поверхностью в 1—1,5
квадратных метра. Простые гелиокотлы, по-видимому,
скоро найдут широкое применение в домашнем обиходе,
а также для горячего водоснабжения детских садов,
пионерских лагерей, душевых на стадионах, бань, пра-
чечных, полевых станов, гаражей, молочных ферм и т. д.
Водонагреватели крупных размеров лучше всего
устанавливать на крышах, как например, это сделано
в центральном ремонтно-механическом хозяйстве строи-
телей Чарвакской ГЭС. Здесь уже в течение длитель-
ного времени работает водонагревательная установка
площадью 82 квадратных метра, смонтированная по
чертежам Физико-технического института Академии на-
ук Узбекской ССР.
Солнечные водонагреватели нашли широкое приме-
нение в ряде зарубежных ci ран. Судя по сообщению,
сделанному на конференции ООН по новым источникам
энергии в Риме в 1961 году, уже тогда в Токио дейст-
вовало около 350 тысяч солнечных водонагревателей.
В США, главным образом в штате Флорида, эксплуати-
ровалось не меньше 150 тысяч таких установок, при-
чем в этой стране выработан определенный экономиче-
ский критерий: грубо говоря, там, где две трети года
светит яркое Солнце, его надо активно использовать.
Следует ожидать, что домохозяйки скоро смогут
оценить и солнечную кухню. Несколько вариантов кон-
струкций таких аппаратов уже разработали ученые
Москвы и Ташкента.
Образец солнечной кухни, сконструированной в ла-
боратории Энергетического института имени Г. М. Кржи-
жановского, состоит из трех частей: зеркала-отражате-
ля, изготовленного из электрополированного алюминия,
штатива с поворотным механизмом и приемника тепла.
В роли последнего могут служить кастрюля, чайник,
24
сковородка... В фокусе зеркала-концентратора нагреет-
ся и утюг. Так в пустыне можно погладить и костюм,
чтобы явиться в город, как из сюличной гостиницы.
Через каждые 10—12 минут, правда, зеркало концент-
ратора необходимо для корректировки фокуса повора-
чивать, сверяя с движением Солнца. Многолетние ис-
пытания в условиях пустынь, гор и других необжитых
мест в южных районах страны показали высокую на-
дежность гелиокухни. По своей мощности она эквива-
лентна электроплитке в 800 ватт.
Сотрудники Физико-технического института Акаде-
мии наук Узбекской ССР предложили гелиокухню-зонт.
Этот аппарат легко складывается, поэтому его удобно
возить с собой чабанам, геологам, брать в экспедицию
ученым и изыскателям. Когда готовить обед не нужно,
кухню можно легко превратить в... зонт со складным
стулом, готовый защитить путешественника от палящих
лучей Солнца или от проливного дождя, а если же
пристегнуть брезент к держателю отражателя — полу-
чится палатка для ночлега.
Промышленное производство водонагревателей п
солнечных кухонь намечено на девятую пятилетку. Для
изготовления такой техники в Бухаре строится первый
в стране завод гелиоаппаратов. Ожидается, что это
предприятие освоит ежегодный выпуск солнечных водо-
нагревателей общей площадью 50 тысяч квадратных
метров и 25 тысяч штук гелиокухонь.
На очереди стоит внедрение и других новинок гелио-
техники, над созданием которых трудятся ученые. Так,
в Бухарском педагогическом институте и Физико-техни-
ческом институте Академии наук республики уже раз-
работан и испытан бытовой солнечный холодильник, в
котором используется лучистая энергия.
Преимущества солнечного холодильника говорят Са-
ми за себя: он обходится без движущих механизмов, не
нуждается в электроэнергии и не требует постоянного
ухода.
А вот какую солнечную сушилку для фруктов реко-
мендует внедрить в практику Физико-технический ин-
ститут Академии наук Узбекской ССР. Ее конструкция
очень проста: установка состоит из деревянной застек-
ленной рамы, внутри выложенной зачерненным гофри-
рованным металлическим листом толщиной полмилли-
25
метра. Снизу к раме прибиты доски или фанера. Про-
гоняемый вентилятором сквозь раму воздух нагревает-
ся от затемненного металлического листа, а потом, на-
гревшись до 60—80 градусов, этот воздух поступает в
камеру, где лежат подготовленные для сушки фрукты.
Отобрав от них влагу, воздух выходит наружу.
Длительными экспериментальными исследованиями
доказано*, что процесс сушки в солнечной установке
идет в несколько раз быстрее по сравнению е сушкой
на воздухе обычным способом.
Возможности использования солнечных сушилок мо-
жно- долго перечислять — такие экономичные агрегаты
нужны и* для овощей, и зерна, и шелковичных коконов,
и табака...
На принципе «горячего ящика» основывается дейст-
вие и установки, предназначенной для пропарки желе-
зобетонных изделий, также предложенной для внедре-
ния учеными Физико-технического института Академии
наук республики. Пропарочная камера, внутрь которой
закатывают тележку с железобетонными изделиями, де-
лается герметичной. Южная наклонная стенка камеры
имеет двойное застекление. Проникая сквозь стекло, лу-
чистая энергия нагревает камеру и находящиеся в ней
железобетонные изделия. Для этого- требуются всего
сутки. Доказано, что процесс сушки ускоряется более
чем в lift раз.
Солнце может успешно использоваться для подогре-
ва воды в плавательных бассейнах, для оттаивания
грунта на золотых приисках Севера, приводить в дви-
жение различные механизмы, выполнять самую* разно-
образную работу.
Сейчас отечественная гелиотехника вступила в пе-
риод нового подъема своих исследований. Впервые в
стране в девятой пятилетке они проводятся по четко
скоординированному плану, утвержденному Государст-
венным комитетом Совета Министров СССР по науке
и технике. Это позволит объединить и сконцентрировать
усилия ученых многих институтов.
Одним из ведущих в стране центров гелиотехниче-
ских исследований стал Ташкент. Это п закономерно,
ведь Узбекистан— одна из наиболее солнечных респуб-
лик страны. Если для Москвы продолжительность сол-
нечного сияния составляет всего 1654 часа в год, то
26
для Ташкента она равняется 2870 часам, Самарканда —
2916 часам, Термеза — 3043 часам и т. д.
Богатый поток даровой энергии, льющийся с неба,
проведенный большой исследовательский поиск позво-
ляют надеяться, что города солнца в недалеком буду-
щем станут реальностью.
СОЛНЦЕ ПОИТ ПУСТЫНЮ
Солнце, иссушившее пустыню, оказывается,
может и напоить ее. Дело в том, что в недрах пустынь
есть большие запасы не пригодной для питья минера-
лизованной воды. С помощью солнечной энергии ее мо-
жно превратить в питьевую.
В центре Каракумов уже несколько лет работает
солнечный опреснитель. Чабаны туркменского совхоза
«Бахарден» приводят сюда на водопой отары каракуль-
ских овец. Каждые сутки под стеклами опреснительной
установки накапливается более 3 кубометров воды —
этого количества хватает, чтобы напоить 500 овец.
Опреснение воды здесь происходит под стеклянной по-
верхностью площадью около 600 квадратных метров.
Таким стеклом покрыты железобетонные лотки. В них
солнечные лучи нагревают соленую воду. Опа испа-
ряется, как в обычном парнике, и затем оседает на внут-
ренней стороне стекол, которые установлены под углом.
Это позволяет охладившейся влаге стекать в желобки,
а из них — в бетонное хранилище пресной воды.
Соленая вода доставляется под стекла опреснителей
также с помощью энергии Солнца. Параболоцилиндри-
ческие зеркальные отражатели собирают солнечные лу-
чи в пучок и направляют его на кремниевые батареи.
Свет преобразуется в электрический ток. Мощность
агрегата невелика — всего 450 ватт. Но ее хватает,
чтобы работал насос — качал соленую воду из колодца.
Установка полностью автоматизирована. Чабанам
нет необходимости ее пускать или выключать. Все это
делает автоматика, реагирующая на восход и заход
Солнца. Автомат следит и за его движением по небо-
своду, поворачивая соответственно отражатели солнеч-
ных лучей. Без участия человека выключается и насос.
27
если бетонная емкость наполнилась, и включается, ког-
да она частично опорожнилась. «Излишки» энергии
идут на подзарядку аккумуляторов. Их энергия расхо-
дуется на «поиск» Солнца и перевод установки из ве-
чернего положения в утреннее. Лишь 2 раза в год с
целью профилактики и смазки приходится специалисту
осматривать солнечный насос. Срок его работы — деся-
тилетия
Стоимость кубометра опресненной воды, полученной
таким способом, не превышает 2 рублей. А ведь в ряде
пустынных районов она намного дороже — десятки руб-
лей за кубометр. Расчеты показывают, что если источ-
ник пресной воды находится за 30 километров, то де-
шевле построить опреснитель даже с установкой доро-
гих кремниевых батарей.
Опыт Туркмении использован и в Узбекистане. По
проекту ученых Физико-технического института Акаде-
мии наук республики и Бухарского педагогического ин-
ститута в Кызылкумах построена крупная опресни-
тельная установка. Она дала пресную воду для цент-
ральной усадьбы каракулеводческого совхоза «Шафри-
кан». До этого питьевую воду сюда доставляли за 50—
60 километров. Местный колодец Баймурат-кудук да-
вал лишь горько-соленую высокосульфидную воду.
В ней содержалось до 12 граммов солей на литр. Те-
перь эту влагу, добываемую ленточным водоподъемни-
ком, направили в десятки «котлов» — железобетонных
лотков, покрытых сверху стеклом. Установка стала да-
вать хозяйству ежесуточно около 4 тонн дешевой питье-
вой воды. Эксплуатация этого опреснителя показала,
что он успешно действует даже в зимнее время.
При создании установки в совхозе «Шафрикан»
узбекские ученые не только учли опыт соседней рес-
публики, но и пошли дальше. Собственно, здесь были
построены две установки. Одна — из усовершенствован-
ных железобетонных лотков по типу туркменских, а
другая оригинальная, наклонно-ступенчатая.
Специалисты сельского хозяйства Бухарской обла-
сти дали высокую оценку солнечному опреснителю в
совхозе «Шафрикан». Уже в ближайшее время наме-
чено построить опреснители в ряде других животновод-
ческих хозяйств в пустыне. Потребность в пресной во-
де в Кызылкумах большая. Животноводы стремятся те-
28
перь разбивать на песке сады и создавать огороды, а
для этого тоже необходима пресна? вода.
Узбекскими учеными разработан проект и походно-
го опреснителя для чабанов. По размерам да и по циду
он напоминает небольшой чемодан. Производительность
такого «солнечного самовара»—10 лптров питьевой во-
ды в сутки.
Что даст повсеместное применение в засушливых
районах стационарных и передвижных солнечных опрес-
нителей? Расчеты показывают: это позволит увеличить
для выпаса каракульских овец территорию пастбищных
угодий в нашей стране на 30—50 процентов, водить ота-
ры туда, куда раньше из-за отсутствия пресной воды
животноводы никогда не заходили. Таков вклад ученых-
гелиотехников в осуществление программы интенсив-
ного развития животноводства в стране, намеченной
Директивами XXIV съезда КПСС.
Опреснители необходимы не только чабанам, но и
геологам, строителям, экспедициям ученых — всем, кто
покоряет пустыни, ставит их богатства на службу со-
ветскому человеку.
Превращение минерализованной воды в пресную —
всего лишь одна стадия добычи воды в пустыне. Влагу
здесь прежде всего необходимо поднять из недр на по-
верхность земли. Как уже говорилось, в туркменском
совхозе «Бахарден» это делается с помощью Солнца:
его золотистые лучи превращаются в электроэнергию
полупроводниковой батареей Кремний, который необ-
ходим для изготовления таких батарей, пока стоит очень
дорого. Это сдерживает массовое внедрение насосов с
полупроводниковыми преобразователями солнечной
энергии. Но кремниевые батареи — не единственный спо-
соб заставить Солнце качать воду.
В Физико-техническом институте Академии наук Уз-
бекистана для насоса разработан другой тип привода.
Он состоит из уже знакомых нам концентратора лучи-
стой энергии диаметром 5 метров и двигателя Стирлинг
га. Установка отличается простотой, надежностью и де-
шевизной. Она может поднимать из колодца глубиной
до 20 метров по 4—5 кубометров воды ежечасно. За
день такой насос способен напоить отару в 2500 овец.
Проблема создания эффективной конструкции сол-
нечного водоподъемника настолько актуальна, что в
29
вательских площадках. Но строительство солнечных
аккумуляторов, из которых можно было бы черпать
запасенную впрок энергию в любое, удобное для чело-
века время, оказалось делом весьма сложным.
В Физико-техническом институте проведены иссле-
дования, показавшие, что весьма перспективными для
аккумуляции солнечной энергии являются соляные бас-
сейны. Это — водоемы, заполненные слоями соляных
растворов различной концентрации. Чем глубже слой,
тем плотнее раствор. Самый плотный и тяжелый слой
расположен у дна. Он больше всех и нагревается. Тем-
пература воды в нем составляет 90—95 градусов по
Цельсию. Самый холодный — верхний слой раствора.
Поскольку плотность слоев растворов разная, они не
перемешиваются. Потери тепла из такого бассейна весь-
ма незначительны.
Предложен также простой и дешевый способ строи-
тельства таких бассейнов. Удобнее всего расположить
их на берегу моря или озера. Здесь роют яму, дно за-
ливают слоем морской соленой воды, выпаривают ее до
требуемой концентрации соли. То же делают со вто-
рым слоем и так далее. Использование морской воды
снимает проблему соли, которой для создания таких
солнечных аккумуляторов требуется довольно много.
Исследовали ташкентские гелиотехники и различные
варианты отбора тепла из бассейнов. Для этого по их
дну необходимо проложить систему труб, по которым
можно пропускать холодную воду или легкокипящую
жидкость для тепловых машин. Другой путь — непо-
средственный отвод со дна горячего раствора, который
проходит через внешний теплообменник и возвращается
обратно в бассейн. Эксперименты показали, что благо-
даря различной плотности растворов их смешивания
при этом не происходит. Однако при таком способе
отбора тепла лучше все же нижний горячий слой от-
делить прозрачной пленкой. Благодаря этому темпера-
тура придонного слоя окажется на 5 градусов выше,
чем при беспленочном варианте. Установка с пленкой
для отделения нижнего слоя от остальной массы воды
в бассейне быстрее выходит на рабочий режим, и по-
тери тепла в ней меньше. Кроме того, пленка позволяет
регулировать скорость движения теплоносителя в цир-
куляционном контуре и обеспечить оптимальный режим
31
съема тепла из бассейна. С энергетической точки зре-
ния такой вариант тоже можно считать наиболее удач-
ным и выгодным.
Мелкие соляные бассейны благодаря быстрой акку-
муляции солнечной энергии обеспечивают потребителей
горячей водой круглые сутки. Установки с глубиной бас-
сейна в метр и более позволят сохранять солнечную
энергию, которая может обогревать дома, снабжать их
горячей водой, кондиционировать воздух. В комплексе с
абсорбционной холодильной машиной солнечные соля-
ные пруды позволяют вырабатывать лед, а при исполь-
зовании совместно с фреоноэжекторным струйным насо-
сом (использующего кинетическую энергию фреона для
перемещения охлаждаемого воздуха) кондиционировать
воздух.
Еще один возможный путь сохранения солнечного
тепла открылся перед сотрудниками Физико-техниче-
ского института Академии паук УзССР в одном из сов-
хозов Голодной степи, где они работали на уборке хлоп-
ка. Внимание ученых привлекли мощные насосы верти-
кального дренажа. Нельзя ли эти трубы поставить на
службу гелиотехнике? Есть немало эффективных спо-
собов нагревать воду с помощью лучистой энергии.
А вот как сохранить тепло?.. Расчеты показали: пори-
стые песчаные горизонты, в которые можно спускать по
трубам горячую воду, — прекрасные аккумуляторы
тепла.
При этом очень важно, чтобы закачанная вода не
смешалась с грунтовой, не была унесена подземными
течениями. Не будешь же строить под землей стены
против них! Это обошлось бы очень дорого. И вот дре-
нажная скважина... Создаваемый ею гидрологический
режим оказался идеальным для аккумуляторов солнеч-
ной энергии, нужно только кое-что доделать. И тогда...
Через четыре колодца, пробуренных по углам участ-
ка, в центре которого находится дренажная скважина,
закачивается горячая вода. Она как более легкая об-
разует на поверхности соленой воды изолированную
линзу! Смешивания не происходит. В условиях верти-
кального дренажа нет опасности появления посторон-
него подземного течения, которое могло бы унести теп-
ло. Отличительная черта такого способа аккумуляции
солнечной энергии -—дешевизна.
32
Системы вертикального дренажа существуют или
строятся во многих сельских районах’ Средней Азии.
Очень важно, что применения скважин этой системы
для аккумуляции солнечной энергии не мешает и'х ис-
пользовать и по прямому назначению. Только на участ-
ке одной скважины, как показали расчеты, можно за-
пасти столько тепла, сколько дадут при сгорании 10 ты-
сяч тонн угля.
Энергия из солнечных аккумуляторов в холодное
время года пойдет на обогрев теплиц, жилых домов и
для различных бытовых целей. Если применить так на-
зываемые тепловые насосы, то область использования
этой энергии значительно расширится.
Рис. 4. Макет гелиотеплицы. Под ее грунтом располагается
солнечный аккумулятор, обеспечивающий теплом это соору-
жение в холодное время.
На аккумуляции солнечной энергии основывается
принцип действия и гелиотеплиц. В них лучистая энер-
гия накапливается в специальной камере, где располо-
жены различные тсплопоглощающпе материалы — шла-
кобетон, бетон, кирпич... Днем сквозь эту камеру про-
ходит нагретый солнцем воздух. В это время происхо-
дит «зарядка» теплом своеобразных аккумуляторов.
Ночью же они «разряжаются». Тепло передается потоку
воздуха, циркулирующему в геллолеплине. Таким об-
разом, в ней круглосуточно поддерживается нормальная
температура.
33
Отопление теплиц с помощью такого метода позво-
ляет экономить большое количество топлива. Лишь в
очень холодные и пасмурные дни для поддержания тем-
пературного режима приходится прибегать к подогреву
газовыми горелками или электричеством. Необходи-
мость же пользоваться дорогостоящим котельным хо-
зяйством, подающим тепло в парниковые павильоны, от-
падает совсем.
В Узбекистане построено несколько гелиотеплнц —
в Кашкадарьинской и Бухарской областях. Первая теп-
лица построена в целинном совхозе «Аврора». Она за-
нимает 2 тысячи квадратных метров. Солнечная энер-
гия аккумулируется здесь битым камнем и песком, ко-
торыми заполнены ящики. Теплоаккумуляторный блок
расположен вертикально. На практике оказалось,, что
это не совсем удобно. Блок занимает много места внут-
ри теплицы и не позволяет достаточно хорошо осве-
щать помещение. Выход нашли сотрудники Физико-тех-
нического института Академии наук Узбекистана. Они
разработали вариант гелиотеплиц с горизонтальным
расположениехМ аккумулирующих элементов. По этому
проекту циркуляция воздуха производится принудитель-
но центробежным вентилятором.
Использование горизонтальных солнечных аккуму-
ляторов в тепличных хозяйствах., как показали расчеты,
позволяет сберечь свыше двух третей расходуемого теп-
ла. Затраты на электроэнергию, используемую для соз-
дания принудительной вентиляции, составляют всего
лишь десятую часть стоимости тепла, приносимого
Солнцем. И еще одно важное обстоятельство — в гелио-
теплицах не бывает перегрева, а расположенные под
теплицей солнечные аккумуляторы хорошо согревают
почву. Это создает благоприятные условия для роста
растений. Сейчас ташкентские инженеры создали типо-
вой проект гелиотеплицы.
Солнечные аккумуляторы способны обогревать и
сельские коттеджи. Представьте себе соединенные меж-
ду собой три голландские печи. Каждая из них запол-
нена булыжниками, которые днем «впитывают» тепло
из циркулирующего в помещении воздуха, а ночью от-
дают его.
В коттедже — две своеобразные тепловые стенки, ко-
торые делят домик на три части. Эти стенки рассекают
34
и застекленную веранду, которая служит «ловушкой»
для солнечных лучей.
Второй «ловушкой» является покатая двухслойная
крыша. С солнечной стороны она собрана из двух слоев
стекол, между которыми пропущен еще стеклянный гоф-
рированный лист. Поэтому крыша является своеобраз-
ным воздухонагревателем. Отсюда тепловой поток днем
направляется в солнечные аккумуляторы. Они способ-
ны запасти такое количество тепла, которого хватит,
чтобы обогревать дом в течение двух дней. При дли-
Рис. 5. Макет трехэтажного гелиодома с оранжереей на
чердаке. В центре здания — шахта с теплопшлощающим
материалом — солнечный аккумулятор.
35
тельной непогоде,, конечно; необходимо включать резерв--
ные системы отопления — газовую или электрическую.
Благодаря солнечным аккумуляторам удастся сэконо*.
мпть 60 процентов топлива, Летом такие аккумуляторы
могут применяться для противоположной цели — охлаж-
дения.
Ташкентскими гелиотехниками предложен также
проект трехэтажного дома с оранжереей на чердаке.
Здесь аккумулятор солнечной энергии представляет со-
бой заполненную булыжниками шахту. Она проходит
сквозь все этажи здания в его центральной части. «Ло-
вушкой» солнечных лучей является чердачное помеще-
ние, где расположена оранжерея. Отсюда теплый воз-
дух направляется в шахту с камнями. Ночью же обес-
печивается циркуляция воздуха через этот аккумулятор
и все жилые помещения дома.
Ученые продолжают поиск новых путей сохранения
солнечной энергии. Исследуются различные химические
соединения, которые были бы способны после отдачи
тепловой энергии снова аккумулировать ее с первона-
чальной емкостью.
От эффективного решения этой проблемы во многом
будут зависеть масштабы внедрения гелиотехники в на-
родное хозяйство.
ЭФФЕКТ ПРЕРЫВИСТОГО ЛУЧА
Открытие было неожиданным. Оно относи-
лось к только зародившемуся направлению исследова*
ний — фотоэнергетике растений. Произошло вес в нача-
ле шестидесятых годов в Заполярье на эксперименталь-
ной базе Института физиологии растений Академии
паук СССР. Тогда близ станции Апатиты, где теперь
расположены корпуса академгородка Кольского филиа-
ла Академии наук СССР, московский профессор
А. А. Шахов вместе со своим лаборантом С. А. Стан-
ко исследовал влияние концентрированного солнечного
света на процессы в растениях при незаходящем Солн-
це. Экспериментатор воспользовался хорошо известным
в ту пору у гелиотехников рефлектором Бухмана. За-
дачей было изучить пути повышения продуктивности
36
растений Заполярья, где Солнце всегда низко над гори-
зонтом и его лучи слабее, чем на юге. Исследователи
полагали, что им удастся добиться определенных ре-
зультатов за счет усиления процесса фотосинтеза.
Позже профессор Александр Александрович Шахов
писал о том, что в науке исследование вопроса в одном
направлении нередко приводит к его решению в другом,
иногда более общем и важном, чем намечавшееся ра-
нее. Так родилась и проблема облучения растений им-
пульсным концентрированным солнечным светом.
Облучению подвергали как сухие, так и замочен-
ные семена ячменя п пшеницы, а также всходы этих
растений на разных фазах развития. Потом провели
опыты с клубнями картофеля. Результат поразил иссле-
дователей: возросла не только всхожесть семян, сами
растения оказались более кустистыми, лучше развива-
лись, урожай поднялся на 15—20 процентов. Из обра-
ботанных сгущенным светом семян уродились зерна по-
вышенного качества. Они были тяжелее и крупнее конт-
рольных и содержали больше белка.
Первая научная публикация об открытии светоим-
пульсного эффекта в литературе появилась в 1962 году.
Она послужила основанием для развития нового науч-
ного направления — фотоэнергетики растений.
Тогда же начались опыты и по применению им-
пульсного концентрированного света Солнца в Казах-
стане. Здесь объектами исследований стали главным
образом овощи. Итоги многолетних исследований пока-
зали: прибавка раннего урожая огурцов составляет
20—30 процентов, томатов—17 процентов. При сравне-
нии урожайности в посевной культуре и под пленочны-
ми укрытиями преимущество последнего варианта весь-
ма существенно. Так, урожай огурцов ранних сборов
(от растений из облученных семян) под пленкой пре-
восходит урожай в посевной культуре в среднем в 5 раз.
Урожай под пленкой составил 400—500 центнеров с гек-
тара. Следует заменить, что под пленочным укрытием
относительная прибавка раннего урожая меньше, чем
в посевной культуре. Но высокий абсолютный выход
рапнеги урожая огурцов благодаря предпосевному облу-
чению семян обеспечивает крупную выгоду. Культура
огурцов из облученных семян под пленочным покрыти-
ем может дать под Алма-Атой чистый доход до 4 тысяч
37
рублей с гектара. В Подмосковье эта цифра несколько
ниже — 3 тысячи рублей с гектара.
Положительными также оказались опыты по предпо-
севному облучению клубней картофеля в Казахстане,
Белоруссии и Молдавии. В этих экспериментах одно-
часовое облучение дало такой же результат, как при-
нятое в агротехнике картофеля его месячное проращи-
вание на свету.
Эффективным было и воздействие светоимпульсного
облучения при выращивании дынь и арбузов. Не толь-
ко возросла их урожайность, но и на 5—10 процентов
увеличился выход семян новой репродукции. Это осо-
бенно важно для семеноводства бахчевых.
Перспективно применение светоимпульсного облуче-
ния в свекловодстве. На Кубани четырехлетние поле-
вые опыты доказали возможность таким путем повы-
шать сахаристость корней свеклы на 0,5 процента,
на Украине трехлетние вегетационные опыты дали еще
больший эффект—1 —1,2 процента. Если бы светоим-
пульсным путем в целом для Украины удалось повы-
сить сахаристость всего на 1 процент, то в год это со-
ставило бы дополнительный доход около 300 миллионов
рублей.
В 1964 году научный поиск по выяснению характера
воздействия своеобразного солнечного зайчика на хлоп-
чатник начался в Узбекистане. Он позволил сделать
еще один важный вывод — импульсный концентрирован-
ный поток лучистой энергии способен повышать урожай
этой ценной технической культуры.
Как проводились опыты? С помощью зеркального
концентратора солнечных лучей, работавшего в импульс-
ном режиме, велось облучение семян хлопчатника. Та-
кой режим оказался нужным не только с точки зрения
того, что предотвращал обжигание семяп мощным по-
током солнечной энергии, но и с точки зрения поглоще-
ния лучистой энергии семенами — она попадала на них
определенными порциями. В экспериментах, где облу-
чение шло непрерывным потоком, эффекта не наблю-
далось. В результате этих опытов оказалось, что уро-
жай хлопчатника повышается на 12—15 процентов.
Поисками в этом направлении первыми занялись
ученые Ташкентского сельскохозяйственного института.
Сначала опыты велись в лабораторных условиях: на-
38
блюдали за развитием облученного хлопчатника в так
называемых вегетационных сосудах. Затем эксперимен-
ты были перенесены в поле.
Вторым в республике центром этого научного на-
правления стала Бухара. Здесь ученые местного педаго-
гического института производят эксперименты совмест-
но с областной сельскохозяйственной опытной станцией.
В течение ряда лет они получали заметную прибавку
урожая хлопчатника. По сравнению с контрольным .кл-
еевом в 1971 году она составила 14 процентов.
Ученые Узбекистана применили облучение импульс-
ным концентрированным светом и при выращивании
других сельскохозяйственных культур. Так, этим мето-
дом бухарским исследователям удалось повысить от 10
до 30 процентов урожайность огурцов, лука, редиса,
моркови.
Благодаря облучению импульсным концентрирован-
ным солнечным светом ученым Отдела микробиологии
Академии наук Узбекистана удалось на 30 процентов
ускорить рост микроскопической водоросли хлореллы.
Это водное растение по рекомендации узбекских биоло-
гов применяется в животноводческих хозяйствах респуб-
лики в качестве витаминной прибавки в корм. Зеленая
водоросль позволяет повышать привес скота в среднем
на 20 процентов.
Исследованиями доказано, что «волшебный луч» нс
только влияет на интенсивный рост хлореллы, но и в
2—2,5 раза повышает в ней содержание каротина, из
которого в организме вырабатывается витамин А—в нем
особенно остро нуждаются молодые животные. Облуче-
ние на 10 процентов повышает в хлорелле и содержа-
ние белка.
В чем же чудодейственная сила необычного солнеч-
ного луча? Еще совсем недавно считалось бесспорным,
что преобразование солнечной энергии в химическую
происходит в растениях лишь единственным способом —
фотосинтезом. Однако, как показали исследования со-
ветских ученых, есть и другой путь, когда солнечная
энергия используется нефотосинтезирующими органа-
ми— семенами, клубнями и даже пыльцой. Часто она
не содержат всем известного зеленого пигмента — хло-
рофилла — обязательного компонента фотосинтетическо-
го процесса.
39
Так вот, облучение растений импульсным концентри-
рованным солнечным светом можно представить в виде
прерывистого мощного потока — «сгустка» фотонов. Он
способен заряжать дополнительной энергией облучае-
мые объекты, в частности, вызывать в семенах ботофи-
зические и биохимические изменения. При поглощении
молекулами в клетках растений концентрированных
порций света, как показали результаты последних ис-
следований, в них возникают свободные радикалы, от-
личающиеся особенно высокой химической активностью.
Во время прорастания семян энергия свободных ради-
Рис. 6. Установка для облучения биологических объек-
тов импучьсным концентрированным солнечным светом
«ИКСС-ЬЧ» — совместная разработка ФТИ АН УзССР и
Института прикладной физики ЛИ Молдавской ССР.
калов передается растительным тканям, что вызывает
их ускоренный рост. При этом изменяется процесс об-
мена веществ в хлоропластах, митохондриях и других
частицах клетки, ответственных за преобразование
энергии.
В результате воздействия «волшебного» луча на се-
мена и растения стимулируются различные физические
процессы, усиливается энерюобмен, более полным ста-
4С
новится использование солнечной энергии для синтеза
органических соединений. Наблюдения показали, что
у семян, получивших «зарядку» от солнечных лучей, по-
вышается всхожесть и энергия прорастания. Такие се-
мена дают хорошо развивающиеся и более продуктив-
ные растения. В новом направлении ведется большой
исследовательский поиск, который, надо ожидать, при-
ведет к важным открытиям.
Одно из них уже сделано А. А. Шаховым с сотруд-
никами. Оказалось, что импульсный концентрированный"
солнечный свет обладает мутагенным действием — изме-
няет наследственность растений.
Теперь уже ясно, что селекционеры и генетики по-
лучили научный метод, способный стать мощным инст-
рументом при выведении новых сортов сельскохозяйст-
венных культур. Так, в ходе экспериментов, проводив-
шихся в Ташкентском сельскохозяйственном институте,
было замечено изменение строения кустов хлопчатни-
ка, семена которого облучали дозами особенно боль-
шой концентрации.
Значит, солнечный луч — ключ в руках селекционе-
ров. И это направление признано наиболее важным уча-
стниками проводившегося в Академии наук Узбекской
ССР совещания специалистов.
С помощью такого ключа у нас в стране уже полу-
чены перспективные формы пшеницы, кукурузы, сои,
томатов... Они обладают более высокой урожайностью
и многими улучшенными хозяйственными качествами.
Так, у сахарной свеклы повышается сахаристость, у
пшеницы и сон — содержание белка, у томатов — аскор-
биновой кислоты и сахара, у сои — жира, у лекарствен-
ных растений —алкалоидов, у водоросли хлореллы —
каротина и белка.
Первые мутантные формы сельскохозяйственных
культур, полученные путем облучения прерывистым сол-
нечным светом, уже проходят проверку на государст-
венных сортоиспытательных участках. В Молдавии и
юго-западных областях Украины ускоренно размно-
жается в производстве и испытывается пшеница «све-
товая»— мутант знаменитого сорта Безостая I. От свое-
го предшественника новичок отличается лучшей зимо-
стойкостью и засухоустойчивостью, прочным и толстым
неполегающим стеблем. Зерно пшеницы «световая» со-
41
держит белка на 1,9 процента больше, чем Безостая 1.
По урожайности новая форма пшеницы превосходит
] рсдшественницу на 5—6 центнеров зерна па гектаре.
В условиях Молдавии «световая» практически не по-
ражается бурой ржавчиной.
Таким же методом в Кишиневском сельскохозяйст-
венном институте выведены мутантные подлпнии высо-
копродуктивной кукурузы. Одна из подлиняй после
скрещивания дала прибавку сухого зерна 12,9 центне-
ра с гектара, при урожае стандарта 43,2 центнера на
круг. В этих опытах светоимпульсному облучению под-
вергалась пыльца и недоразвитые метелки кукурузы.
Облучая генеративные почки тополей, сотрудники Ка-
захского сельскохозяйственного института повысили
эффективность гибридизации и получили ценные гете-
розисные сеянцы.
Советские биологи расширяют изучение влияния на
наследственность растений импульсного концентриро-
ванного солнечного света. Его воздействию подвергают-
ся все новые и новые сельскохозяйственные культуры.
Исследования в этой области немало дадут практике
в будущем. Но уже сейчас можно говорить о необходи-
мости внедрения в практику первых результатов этого
научного поиска. Видимо, уже пора в республиках Сред-
ней Азии, Казахстане, Молдавии, южных областях Рос-
сийской Федерации, Украины организовать при сельско-
хозяйственных опытных станциях пункты по предпосев-
ному светоимпульсному облучению семян овощных
культур и рассылке их в овощеводческие хозяйства.
Это позволило бы обеспечить их улучшенными сорто-
выми семенами. Эти опорные пункты, используя все
новые и новые данные науки, в дальнейшем будут рас-
ширять ассортимент облучаемых растений.
Для ведения экспериментов по облучению биологи-
ческих объектов импульсным концентрированным сол-
нечным светом сейчас сконструированы усовершенство-
ванные аппараты. Физико-техническим институтом Ака-
демии наук Узбекской ССР совместно с Институтом
прикладной физики Академии наук Молдавской ССР
создана установка «ИКСС-1М», позволяющая в широ-
ком диапазоне регулировать степень концентрации и ча-
стоту импульсов света. Его мощность в этом аппарате
достигает 140 ватт. Более крупная установка, способ-
42
ная создавать световую мощность в 1200 ватт, разра-
ботана научным сотрудником Физико-технического ин-
ститута Академии наук Узбекистана Джаббиром Ала-
вутдиновым. При десятикратной копнен грации солнеч-
ного света установка позволяет облучав семена хлоп-
чатника и других растений с частотой 60 импульсов в
минуту. Параболо-цилиндрический концентратор с вра-
щающимся сеточным цилиндром в фокусе для облуче-
ния семян разработал М. Каххаров. С этой новой тех-
никой можно было познакоглиться на выставке гелио-
аппаратов, устроенной на ВДНХ Узбекской ССР во вре-
мя проходившей в Ташкенте в конце 1972 года Первой
Всесоюзной научно-технической конференции по возоб-
новляемым источникам энергии. Кстати, на этой кон-
ференции работала специальная секция фотоэнергетики
растений, на которую было представлено более 30 до-
кладов.
Изучением биологического воздействия сгущенного
прерывистого солнечного света теперь занимаются в
Москве, Казахстане, Молдавии, Заполярье, на Украине
и других научных центрах страны.
Светоимпульсное облучение — одно из применяемых
наукой средств воздействия на наследственность ра-
стений. Однако оно по сравнению с радиоактивным из-
лучением и химическими мутагенами широко доступно
и безвредно людям, отличается простотой и дешевизной
в использовании, а главное — ближе самой природе ра-
стений. Перед генетиками и селекционерами открылось
широкое поле деятельности и заманчивая перспектива.
Изменяя спектральный состав и энергию фотоимпульсов
экспериментаторы могут добиться весьма существенных
результатов в создании высокопродуктивных форм ра-
стений.
Идет поиск еще в одном важном направлении. Ока-
зывается, если рационально использовать солнечную
радиацию, то границу возделывания самых ценных сор-
тов хлопчатника — тонковолокнистых (отличающихся
повышенной теплолюбивостью) —можно передвинуть на
500 километров к северу.
В чем же здесь дело? Количество солнечной радиа-
ции зависит от следующих факторов: географической
шпроты местности, времени года, угла наклона солнеч-
ных лучей к горизонту, от ориешацни поля, а также от
43
прозрачности атмосферы. В условиях Узбекистана мак-
симальное значение солнечной радиации на квадрат-
ный метр горизонтальной поверхности в период всей ве-
гетации хлопчатника приходится на широту 37 граду-
сов (это район Термеза). Если эту радиацию принять
за 100 процентов, то величина солнечной радиации, па-
дающая в период всей вегетации хлопчатника на квад-
ратный метр горизонтальной поверхности для широты
40 градусов составит 99 процентов, а для широты 42
градуса (это район Ташкента)—98 процентов. Таким
образом, в более северных областях заметно уменьшает-
ся количество солнечной радиации.
А каково влияние ориентации поля? Даже при таких
малых значениях угла наклона к горизонту, как 5—
10 градусов, отличие, показывают измерения, становит-
ся весьма значительным. Так, для полей с южной, юго-
восточной и юго-западной ориентациями величина сум-
марной солнечной радиации на 5—10 процентов больше,
чем величина радиации, падающей на поля с север-
ной, северо-восточной и северо-западной ориентацией.
Поэтому различное количество солнечной энергии
могут получать и соседние поля, расположенные на од-
ной и той же широте. Все дело в их ориентации к сто-
ронам света. Известно ведь, что большинство полей
расположены не горизонтально.
Расчеты показывают, что количество солнечной ра-
диации, приходящейся на хлопковые плантации с укло-
ном 5—10 градусов в сторону юга для любой широты
местности Узбекистана, Таджикистана и Туркмении, не
меньше, чем на горизонтальных участках поля на широ-
те 37 градусов. Отсюда следует, что при южной ориен-
тации и угле наклона поверхности к горизонту в пре-
делах 5—10 градусов тонковолокнистый хлопчатник мо-
жно выращивать в любой хлопкосеющей республике
страны. На полях же с юго-восточной и юго-западной
ориентацией тонковолокнистые сорта можно сеять толь-
ко до широты 40 градусов.
С другой стороны, не всякие ориентированные поля
южных областей страны, где в настоящее время засе-
вается тонковолокнистый хлопчатник, могут дать ожи-
даемые результаты. Здесь количество солнечной радиа-
ции, падающей на поля с северной, северо-восточной
или северо-западной ориентацией явно недостаточно
44
для теплолюбивых сортов. На таких полях необходимо
производить посев средневодокнисгых сортов . хлопчат-
ника. Они наиболее соответствует этим плантациям , по
своему радиационному режиму.
Теперь очевидно, что для правильного расположе-
ния посевов различных по теплолюбиво(;ти сортов, .хлоп-
чатника необходимо составлять радиационные карты
плантаций. Эго позволит в зависимости от количества
суммарной солнечной радиации за период вегетации вы-
бирать для высева соответствующие сорта хлопчат-
ника, продвинуть наиболее ценные его сорта в более се-
верные зоны возделывания.
Не менее важным вопросом, связанным с радиацион-
ным режимом, является влияние формы и ориентации
борозд полей на срок посева хлопчатника. Расчеты,
произведенные в Физико-техническом институте Акаде-
мии наук Узбекской ССР, показали, что при угле на-
клона борозд со скатом 30—35 градусов с южной, юго-
восточной или юго-западной ориентацией радиацион-
ный баланс в весенний период возрастает по сравнению
с горизонтальной поверхностью примерно на 40 процен-
тов, а зимой даже более 80 процентов. Вследствие это-
го дневная температура почвы борозд в весенний период
превышает в среднем на 7--8 градусов температуру на
горизонтальном поле. Значит, есть возможность начи-
нать сев хлопчатника более чем на 10 -15 дней раньше
принятого. Следовательно (при сохранении прежнего
срока дефолиации — химического удаления листьев пе-
ред уборкой сырца машинами), примерно на столько же
дней можно будет увеличить продолжительность разви-
тия хлопчатника. В результате недозрелые коробочки
хлопчатника успеют нормально развиться к началу де-
фолиации и тем самым заметно увеличится его урожай-
ность. Кроме того, раннее созревание хлопчатника игра-
ет весьма существенное значение в улучшении сортно-
сти хлопка-сырца (с наступлением дождливых периодов
его сортность резко ухудшается).
Отсюда вытекает практическая рекомендация: за
15—20 дней до обычного начала сева проводить бороз-
дование полей и посев хлопчатника вести не на ровное
горизонтальное поле, как это делается в настоящее вре-
мя, а на заранее подготовленную борозду с южной, юго-
ьссточной или юго-западной ориентацией. Безусловно,
45
срок опережения сева этим методом не одинаков для
всех хлопкосеющих республик и областей. Поэтому для
каждой зоны должны быть изучены и опытным путем
определены оптимальные сроки посева семян хлопчат-
ника по предлагаемому методу предпосевного бороздо-
вания.
Нам кажется, что составление радиационных карт
полей и бороздовой метод посева дали бы эффект и при
возделывании других сельскохозяйственных культур.
Еще одну задачу сельского хозяйства — борьбу с вре-
дителями культурных растений - - можно также решать
с помощью гелиотехники. Специалисты Физико-техниче-
ского института Академии наук Узбекистана совместно
с сотрудниками Института защиты растений этой рес-
публики работали над созданием светоловушки. Они
питаются током, выработанным преобразователем сол-
нечной энергии. Она запасается на темный период су-
ток с помощью обычных аккумуляторов.
Преимущество солнечных светоловушек в том, что
их можно применить н в местах, удаленных от линии
электропередач. Внедрение в практику таких светоло-
вушек, использующих для уничтожения вредных насеко-
мых их особенность — слетаться в ночное время на свет,
имеют важное народнохозяйственное значение.
И повышение эффективности процесса фотосинтеза,
и поиск путей нефотосинтетического воздействия на
увеличение урожайности растений и многие другие спо-
собы наилучшего использования солнечной энергии в
сельском хозяйстве, надо ожидать, принесут свои
плоды.
И МЕТАЛЛУРГ И СВАРЩИК
«Через четыре минуты п сорок секунд экспе-
римент закончился — в толстой двенадцатимиллимстро-
вой стальной броне зияла дыра в добрых полметра.
С нижнего края прожженной дыры свисали, совсем как
ледяные, металлические «сосульки», — так описал ре-
зультат опыта французских ученых западногерманский
журнал «Шпигель». Эксперимент был проведен в Одейо,
на юге Франции, где построена крупнейшая в мире сол-
46
печная печь. Здесь на восьмиступенчатой террасе гелио-
техники расположили 63 подвижных плоских зеркала
площадью 45 квадратных метров каждое.
Зеркала с помощью фотоэлементов постоянно наце-
ливаются на Солнце. Вся же система направляет сол-
нечные лучи на огромное параболическое зеркало, рас-
положенное напротив террас. Высота его 45 метров, а
площадь чуть не с футбольное поле.
Это колоссальное вогнутое зеркало французские
ученые также составили из отдельных зеркал, имеющих
небольшую кривизну. Мозаика почти из 9 тысяч зер-
кал смонтирована таким образом, что солнечные лучи
собираются в фокусе, отстоящем от гигантского зерка-
ла на 18 метров. Пока в фокусе удалось достигнуть
температуры в 3300 градусов. Однако ученые надеются,
что это далеко не предел. Концентрируемое этим ко-
лоссальным зеркалом тепло используется для плавки
металлов и изготовления материалов особо высокой чи-
стоты. Это делается в специальной башне. Две ее
стальные двери обычно закрыты и распахиваются лишь
для подготовки материалов к плавке. Специальная си-
стема водяной циркуляции защищает башню от пере-
грева.
Эта уникальная солнечная печь принадлежит Нацио-
нальному центру научных исследований, потратившему
10 лет на ее проектирование и строительство. Идея соз-
дания такой крупной печи принадлежит профессору
Феликсу Тромбу, которому еще в первые послевоенные
годы удалось использовать зеркала старых трофейных
немецких прожекторов ПВО для плавки металлов. Тог-
да в солнечной печи, построенной в Медоне, близ Па-
рижа, была получена температура в 3 тысячи градусов.
При такой жаре через несколько секунд плавились са-
мые тугоплавкие металлы. Происходила также возгонка
углерода. Сенсацию вызвал синтез в Медоне азотной
кислоты из содержащихся непосредственно в воздухе
азота и кислорода. Ио в окрестностях Парижа солнца
было уж слишком мало, поэтому дальнейшие исследо-
вания пришлось перенести в восточные Пиренеи (этот
район расположен на той же широте, что и северный
Узбекистан). Здесь ученые получили в свое распоряже-
ние старую крепость Монлуи, где было построено не-
сколько солнечных печей, в том числе и крупная. Опыт
V
их эксплуатации и был использован при'создании гор-
дости французских ученых — гигантской солнечной печи
близ Одейо, где Солнце светит 2750 часов в год, то есть
на целую тысячу больше, чем в Париже. Кстати, в на-
ходящемся почти на той же широте, как и Одейо, кара-
калпакском городе Чимбае продолжительность солнеч-
ного сияния составляет 2927 часов в год.
При плавках в солнечной печи исключается загряз-
нение используемых материалов. Это позволяет полу-
чать чистый продукт заданного состава в различной га-
зовой среде или при глубоком вакууме. Ведь «солнеч-
ню плавку» можно проводить и в герметичном сосуде,
и под воздухонепроницаемым колпаком, лишь бы они
были прозрачными для света. Пучок солнечных лучей
в этом случае накаляет только вещество, предназначен-
ное для расплавления, тогда как в электропечах плавка
ведется в тиглях, в прямом контакте с электродами. При
солнечной же плавке «стерильный огонь» действует на
сравнительно небольшой объем обрабатываемого веще-
ства. Уже на малом расстоянии от фокального пятна
уровень температуры намного ниже, а это важное пре-
имущество, благодаря которому исключается вступле-
ние расплавленных материалов в нежелательное хими-
ческое взаимодействие с веществом в резервуарах.
«Лаборатория в Одейо, как сообщает журнал «Шпи-
гель», использует солнечную энергию для изготовления
материалов особо высокой чистоты. Так, например,
французские ученые удаляют с помощью плавки приме-
си, нарушающие чистоту металлов, изготавливают высо-
кокачественные кварцы.
Используют эту гигантскую солнечную печь и фран-
цузские ученые-атомники. Высокая температура точеч-
ного и мгновенного действия служит им для имитации
взрывов атомных бомб. Так они испытывают теплостой-
кость красок, пластмасс и других материалов. В Одейо
проводятся и испытания материалов, используемых в
ракетной промышленности и на атомных электростан-
циях, здесь получают новые ценные и чистые сплавы
для других областей науки и техники.
Высокотемпературные исследования с применением
энергии Солнца проводят также ученые США и других
стран. В Советском Союзе над созданием солнечных
48
печей работают гелиотехники Армении, Туркмении,
Украины и Узбекистана. Так, в Ереване строится высо-
котемпературная установка с параболоидным концент-
ратором диаметром 10 метров. Тепловая мощность этой
печи составит 50 киловатт. С помощью этой установки
намечено проводить работы по изучению старения раз-
личных материалов под действием концентрированных
лучей.
3 Институте электроники Академии паук Узбекской
ССР действует несколько высокотемпературных солнеч-
ный печей с диаметром зеркала от 1 до 3 метров. Здесь
проводятся эксперименты по плавке высоколегирован-
ной стали, жаропрочных титановых, вольфрамовых и
молибденовых сплавов. Гелиотехники другого ташкент-
ского института --Физико-технического — работают над
созданием солнечной печи, мощность которой составит
более 100 киловатт. Лучистую энергию для этой' уста-
новки намечено собирать с помощью рефлектора диа-
метром 15 метров. Эффективность этого гигантского кон;
центратора ташкентские гелиотехники проверили на
модели с диаметром зеркальной чаши 5 метров. ’
Надо отметить, что с увеличением размеров концент-
раторов возрастает лишь мощность солнечной печи.
Температура же в ней зависит не от диаметра зеркаль-
ной поверхности, а от точности концентрации лучей, ка-
чества зеркал, из которых собрана чаша отражателя.
Какой же максимальной температуры можно достигнуть
в солнечных печах? Теоретическим пределом является
температура поверхности Солнца, где она составляет
около 6 тысяч градусов по Цельсию. Практически же
вследствие потерь энергии при прохождении лучей
сквозь атмосферу и за счет рассеяния их зеркалами
температура солнечной печи обычно не превышает 4 ты-
сяч градусов. Однако и этого вполне достаточно, чтобы
Солнце справлялось с металлургическими задачами.
Оказалось также, что Солнце и отличный сварщик.
Там, где необходимо скреплять металл особенно боль-
шой чистоты, оно совершенно незаменимо. Майдется,
видимо, работа солнечному сварочному аппарату и
там, куда трудно доставить тяжелые генераторы элек-
трической энергии, ну, например, в пустыни, на горные
вершины, в космос...
49
СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Земной шар опоясан желтой лентой пустынь.
Чтобы окинуть взглядом этот пояс, не обязательно быть
космонавтом. Достаточно крутануть р^кой миниатюрную
модель нашей планеты — школьный глобус. Лента пу-
стынь вдоль экватора волнует воображение не только
школьников, пораженных расточительностью и «бесхо-
зяйственностью» природы уже на первых уроках геогра-
фии. Этот удивительный пояс приковал внимание и
ученых.
Как лучше поставить на службу людям засушливые
и безжизненные земли? Мысль эта давно не дает покоя
не одному поколению исследователей многих специаль-
ностей. Проекты целесообразного освоения пустынь
предложили и гелиотехники. По одному из них преду-
сматривается создание единой глобальной сети гелио-
электрических станций, опоясывающих земной шар и по-
дающих энергию вплоть до полюсов непрерывно в те-
чение суток. Расчеты и некоторые обоснования воз-
можности создания такой всемирной сети гелиоэлектро-
станций выполнены ашхабадским гелиотехником
Я. В. Линицким. Они опубликованы в издающемся в
Ташкенте всесоюзном журнале «Гелиотехника».
Пустынями на земном шаре занято около 20 мил-
лионов квадратных километров. Половину всей этой тер-
ритории, как считает автор проекта, можно занять для
расположения солнечных электростанций. Наиболее ре-
альными на сегодняшний день Н. В. Лииицкий пола-
гает схемы, основанные на различных вариантах про-
ектов солнечных тепловых станций, разработанных в
СССР. Принцип их действия основывается на концент-
рации солнечных лучей, отраженных от больших пло-
ских зеркал, в едином фокусе, где находится паровой
котел. Дальше — традиционный путь преобразования
тепловой энергии в электрическую.
Расчеты автора проекта показали, что уже на со-
временном уровне развития техники на территории не-
используемых пустынь можно создать целое ожерелье
гелиостанций общей средней мощностью около 130 мил-
лиардов киловатт! Этого было бы достаточно для обес-
печения человечества энергией не только на сегодня,
50
но и при возросшем уровне потребности в будущем
веке.
Глобальная сеть гелиоэлектрнческих станций — это,
конечно, весьма заманчивый, хотя и схематичный про-
ект. И прежде чем приступить к его осуществлению, по-
требуется провести немало исследований. Предстоит, в
частности, выяснить, с какими последствиями для
климата нашей планеты будет связан отбор такой ог-
ромной доли солнечной радиации. Необходимо будет
изучить и обратное влияние этого фактора на условия
работы гелиостанций.
В связи с созданием глобального пояса гелиоэлек-
тростанций возникает еще одна интересная проблема.
Колоссальный «забор» солнечной энергии, возможно, вы-
зовет даже похолодание атмосферы, так как при преоб-
разовании солнечной энергии в элетрическую рассеи-
ваться в виде тепла ее будет значительно меньше.
Возможному похолоданию ученые даже радуются,
ведь сейчас земному шару угрожает скорее потепление,
которое по уже известным прогнозам в будущем будет
возрастать значительно быстрее, особенно в связи с
созданием мощных электростанций на термоядерной
энергии. Пределом роста их мощностей, по расчетам фи-
зиков, как раз и станет достаточно высокий нагрев зем-
ной атмоссреры. Поэтому можно предположить, что со-
четание гелио-и термоядерных электростанций окажет-
ся весьма благоприятным для энергетики Земли в бу-
дущем столетии.
Предстоит решить немало задач и по совершенство-
ванию конструкции самой солнечной электростанции.
Наибольшую известность получил проект гелиоэлектро-
станции, разработанный в пятидесятых годах сотрудни-
ками Энергетического института имени Г. М. Кржижа-
новского для Араратской долины в Армении. Рисунки
общего вида этой станции обошли страницы всей ми-
ровой научно популярной печати. Вместо привычных
высоких дымовых труб, характерных для индустриаль-
ного пейзажа с тепловыми электростанциями, или пло-
тин ГЭС здесь прежде всего обращаешь внимание на
гигантскую чашу, поблескивающую 1293 зеркалами.
Каждое установлено на специальной тележке. Все вме-
сте они составляют 23 автоматических поезда, движу-
щихся по концентрическим железнодорожным путям.
5И
Едут> тележки медленно — со скоростью видимого ази-
мутального движения Солнца по небосклону — и направ-
ляют лучи светила в центр сферической поверхности,
где наверху 35-метровой башни находится котел. По
замыслу. авторов проекта он представляет собой каме-
ру- наполненную черными металлическими трубками.
Циркулирующая в них вода, нагреваясь, превращается
в пар, разогретый до 400 градусов Цельсия. Он приво-
дит в действие турбину, вращающую электрический ге-
нератор. Мощность такой электростанции—1200 кило-
ватт, годовая выработка электроэнергии — 2,2 миллио-
на киловатт-часов. Кроме того, отобранный пар пред-
полагалось использовать для того> чтобы привести в
действие абсорбционный холодильник, способный за час
выдать 20 тонн льда.
* Авторы проекта большой солнечной электростанции
Р. Р. Апарасп, В. А. Баум, Б. А. Гарф и Д. М. Щего-
лев доложили о нем в мае 1954 года в Ташкенте на
состоявшейся здесь V Всесоюзной конференции по ге-
лиотехнике. И еще один доклад привлек внимание спе-
циалистов. G ним выступил один из авторов книги —
Г. Я. Умаров, выдвинувший свой вариант большой сол-
нечной электростанции. Участники конференции смогли
с знакомиться и с действовавшей моделью станции, ко-
торая демонстрировалась в ташкентском парке имени
Тельмана.
В. ташкентском проекте предлагалось отказаться от
дорогостоящих работ по прокладке концентрических же-
лезнодорожных путей (они должны были образовать
окружности, обеспечивающие особо точную наводку
гсей оптической системы зеркал) и строительства ав-
томатических поездов с тележками. Отсутствие послед-
них сразу же сокращало значительные расходы на при-
ведение в движение сложной и не очень надежной ме-
ханической системы и на преодоление силы трения. Зер-
кала по ташкентскому проекту должны были быть уста-
новлены на постоянные места и синхронно поворачи-
ваться, как подсолнухи, вслед за движущимся по небо-
склону Солнцем.
С идеей об использовании стационарных зеркал, на-
правляющих солнечные лучи в одну точку, еще в
1946 году выступил уже известный нам гелиотехник
И. В. Линицкий. По его схеме отраженные лучи должны
52
фокусироваться на одном гелиокотле, установленном па
высокой башне; Однако применение неподвижных и фик-
сированных зеркал имело существенный недостаток:
из-за движения Солнца по небесному своду коэффици-
ент использования отражателей становился сравнитель-
но малым, всего порядка 0,6—0,65.
По ряду причин не была построена в свое время
большая солнечная электростанция, спроектированная
московскими гелиотехниками. Теоретические и экспери-
ментальные работы по ее усовершенствованию сейчас
продолжаются.
За рубежом развивается другое направление боль-
шой солнечной энергетики. Иностранные специалисты
считают, что наиболее экономически выгодными пока-
зателями будут обладать солнечные установки, работа-
ющие в космосе. Их лучевоспринимающие поверхности,
как доказывают зарубежные эксперты, могут непрерыв-
но или почти непрерывно облучаться Солнцем, а пре-
образование световой энергии в электрическую с по-
мощью полупроводниковых батарей может осуществ-
ляться там при максимальнохм коэффициенте полезного
действия.
Предложенный проект, о котором подробно расска-
зано в ташкентском журнале «Гелиотехника», преду-
сматривает монтаж солнечных электростанций на искус-
ственных спутниках Земли, орбиты которых будут ле-
жать в экваториальной плоскости. Эти станции-спутни-
ки будут летать на высоте 36 тысяч километров, что
обеспечит их постоянное нахождение над определенной
точкой Земли. Вырабатываемый на спутниках электри-
ческий ток предлагается преобразовывать в электромаг-
нитное излучение с длиной волны 10 сантиметров. С по-
мощью соответствующих антенн оно будет направляться
па приемные устройства на Земле, где в специальных
установках превратится в постоянный электрический
ток. Выбор длины волны, равной 10 сантиметрам, обус-
ловлен тем, что она практически не поглощается земной
атмосферой, поэтому передача энергии со спутника на
поверхность планеты будет осуществляться с незначи-
тельными потерями.
Какую же величину и вес будут иметь такие элек-
тростанции-спутники? По расчетам авторов проекта,
станция мощностью 10 миллионов киловатт при коэф-
53
фициепте полезного действия 10 процентов будет иметь
солнечную батарею диаметром свыше 5 километров при
весе 150 тонн.
Специалисты, работающие над проектами солнечных
электростанций-спутников, подчеркивают, что создание
таких станций исключает дальнейшее загрязнение воз-
духа, воды, почвы, позволяет использовать оставшиеся
запасы ископаемого топлива исключительно для нужд
химической промышленности, избавит от необходимости
строить мощные атомные электростанции.
ПОД СОЛНЕЧНЫМ ПАРУСОМ
«Джинн и Филлис наслаждались прогулками
в космосе вдали от всех обитаемых миров... Они ради
собственного удовольствия бороздили просторы Вселен-
ной под парусами.
Их космическая яхта представляла собой нечто вро-
де сферы, внешняя оболочка которой — необычайно топ-
кий и легкий парус — вздувалась и перемещалась в про-
странстве, улавливая давление световых лучей. Джинн
придумал поистине удивительный способ передвижения
в пространстве. На сферическом парусе его кораблика
располагалось множество черных шгорок, которые сво-
рачивались или разворачивались по воле рулевого, при
каждом таком маневре отражательная способность опре-
деленных секций паруса менялась...»
Этот отрывок взят из фантастического романа из-
вестного французского писателя Пьера Буля «Планета
обезьян». Однако полеты в космосе под солнечными
парусами сегодня уже не являются монополией писате-
лей-фантастов. Инженеры и ученые, вдохновленные
идеей путешествия от планеты к планете без затрат
топлива, вторглись в страну фантазию со своими трез-
выми математическими расчетами. И вот один из вы-
водов: «Сравнение солнечных парусов с другими дви-
гателями непрерывного действия показало, что в свете
современного состояния техники на солнечные паруса
должно быть обращено самое серьезное внимание». Это
мнение высказали американские специалисты Д. Хок,
Ф. Макмиллан и А. Тэнгей, которых мы цитируем по
54
книге «Использование солнечной энергии при космиче-
ских исследованиях», выпущенной в свет московским
издательством «Мир».
Проекты космических парусников основываются на
использовании силы давления света, открытой замеча-
тельным русским физиком Петром Николаевичем Лебе-
девым. В результате чрезвычайно тонких экспериментов
ему в 1899 году удалось доказать существование свето-
вого давления на тела. Давление света за пределами
земной атмосферы является вторым, после всемирного
тяготения, фактором, воздействующим на корабль.
Чтобы давление солнечного света стало приводить в
движение корабль, прежде всего нужен легкий парус.
Им может быть тонкая пластмассовая пленка, покрытая
слоем отражающего вещества. Современная химическая
наука позволяет создать достаточно тонкую и легкую
пленку для космических парусников. В соответствии с
расчетами одного из американских специалистов квад-
ратный метр такого материала весил бы 0,976 грамма,
а весь парус всего 30—50 килограммов. Ученые рассчи-
тали, что в какой-то определенный момент скорость вы-
веденного на околоземную орбиту такого космического
парусника позволила бы выйти ему из сферы притяже-
ния нашей планеты и отправиться в путешествие к да-
леким мирам с «попутным светом». Найден и вид тра-
ектории этого полета: корабль будет удаляться от Солн-
ца по логарифмической спирали.
Итак, человечество ждет эпоха парусного флота в
космосе! Это в будущем. А сегодня? Сегодня Солнце—
также незаменимый помощник человека при освоении
космического пространства. Оно важнейший источник
энергии, питающий космические корабли и искусствен-
ные спутники. Для выработки электрической энергии на
них устанавливаются солнечные фотопреобразователи,
собранные из кремниевых полупроводниковых пласти-
нок. Впервые такое устройство появилось на третьем со-
ветском искусственном спутнике Земли. Теперь панели
солнечных батарей стали привычными. Мы часто видим
их на экранах телевизоров во время прямых передач из
космоса. А как не вспомнить, что энергия Солнца при-
водила в движение первый внеземной экипаж — «Лу-
ноход-1». За его путешествием по поверхности Луны все
10 с половиной месяцев внимательно следила научная
55
общественность мира. Затем в путь вышел «Луно-
ход-2»...
Возвращаясь к названной выше книге, хочется при-
вести из нее еще одну цитату: «Солнечный генератор
будет намного превосходить химическую батарею в тех
случаях, когда мощность должна быть использована в
течение длительного времени...»
С космосом связаны многие проекты использования
солнечной энергии и для земных целей. Об одном та-
ком проекте рассказал итальянский журнал «Эуропео»:
«Мечте человека о том, чтобы за счет удлинения свето-
вого дня смягчить климат холодных районов земного
шара, дать пустыням обильные осадки, подогреть воду
в студеных морях, по-видимому, суждено сбыться до-
вольно скоро: необходимый дополнительный солнечный
свет смогут направлять на нужную территорию гигант-
ские зеркальные отражатели, запущенные на околозем-
ную орбиту.
Этот, по мнению экспертов, вполне осуществимый
проект разработан профессором Туринского политехни-
ческого института Аурелло Роботти. Огромные ресЪлек-
торы — их рабочая поверхность должна равняться сот-
ням квадратных метров — придется доставлять на за-
данную орбиту в разобранном виде и монтировать на
месте (можно сказать, что советские и американские
космонавты, работавшие в открытом космосе, уже сде-
лали первые шаги в этом направлении).
По окончании монтажа специальные наземные конт-
рольные установки, подобные тем, что управляют сей-
час автоматическими космическими станциями, смогут
ориентировать зеркала отражателей в нужном направ-
лении. Таким образом, можно будет в зависимости от
потребностей дозировать количество добавочного сол-
нечного света, регулировать продолжительность «сеан-
са» п т. д. Чтобы отражатель постоянно находился над
одной и той же точкой земного шара, как показали
расчеты, его следует запустить на высоту 36 тысяч ки-
лометров.
Один рефлектор с рабочей поверхностью 3 квадрат-
ных километра, находясь па такой орбите, сможет осве-
тить на Земле площадь, равную 87 тысячам квадратных
километров, в сто раз сильнее, чем освещает ее Луна.
56
Продление светового дня откроет перед человечеством
неисчерпаемые возможности.
Специалисты считают, что осуществление проекта
профессора Роботти сопряжено не столько с техниче-
скими, сколько с экономическими трудностями. Но как
бы ни были велики расходы, если за дело возьмется
сообща несколько государств, затраты окупятся за ка-
ких-нибудь двадцать лет».
Да, действительно, создание огромной отражатель-
ной поверхности сегодня не представляется невыпол-
нимой технической задачей. Что же касается самой
идеи создания «искусственного Солнца», то она не но-
ва. Предложения о развертывании на околоземной
орбите гигантского пленочного отражателя высказыва-
лись многими учеными, и сейчас не так-то просто уста-
новить приоритет в этой области и вклад каждого авто-
ра в развитие этой интересной идеи.
Необходимо также отметить, что от осуществления
проекта «искусственное Солнце» не следует ждать ка-
кого-либо заметного влияния на энергетику земного ша-
ра, ощутимого воздействия на климат или погоду. Зато
несомненно, что космическое зеркало окажется полез-
ным источником освещения. С его помощью можно бы-
ло бы осветить в полярную ночь, например, Норильск
или какой-либо другой крупный заполярный город.
Освещенность, создаваемая «искусственным Солн-
цем», будет в 100 раз превосходить освещенность от
Луны в полнолуние. Поэтому космические зеркала, ви-
димо, найдут также применение и для освещения в
ночное время районов земного шара с особенно густым
населением и исключительно развитым транспортом —
автомобильным, воздушным и водным.
Поиск эффективных путей использования солнечной
энергии продолжается. Известный советский химик и
лауреат Нобелевской премии академик Н. Н. Семенов
выдвинул проект использования Луны для целей земной
энергетики. Он считает, что если бы удалось покрыть
всю поверхность Луны полупроводниковыми фотоэле-
ментами с довольно большим к. п.д. перехода лучистой
энергии в электрическую и найти способ передачи этой
энергии (с помощью, например, направленных радио-
пучков) на Землю, то Луна могла бы стать в будущем
грандиозной электростанцией для Земли.
57
Прогресс космической гелиотехники способен сы-
грать немалую роль и оказать косвенное влияние на
земные дела. Вот что пишется в связи с этим в уже
цитировавшейся книге: «Смелые планы разработки кос-
мических солнечных энергетических систем и расширен-
ные исследования, направленные на усовершенствова-
ние технологии гелиотехники, могут помочь улучшить
экономические характеристики использования солнеч-
ной энергии в земных условиях и приблизить тот день,
когда земные солнечные энергетические системы станут
экономически рентабельными».
ГОРИЗОНТЫ БУДУЩЕГО
Солнечная энергия будет широко использо-
ваться человеком в XXI веке. Этой точки зрения при-
держиваются многие ведущие ученые. Каким же пред-
ставляется им завтрашний день?
Выдающийся французский ученый-атомник Фредерик
Жолио-Кюри предлагал идти по пути, подсказанному
природой, которая использует в растениях энергию
Солнца с помощью зеленых зерен хлорофилла. Жолио-
Кюри представляет это так: «Хотя я верю в будущее
атомной энергии и убежден в важности этого изобрете-
ния, однако я считаю, что настоящий переворот в энер-
гетике наступит только тогда, когда мы сможем осу-
ществить массовый синтез молекул, аналогичных хлоро-
филлу или даже более высокого качества».
Замечательный советский физик академик А. Ф. Иоф-
фе большие надежды возлагал на прямое преобразова-
ние солнечной энергии в электрическую с помощью по-
лупроводников. Он подсчитал, что лишь одна треть тер-
ритории пустыни Каракум может дать электроэнергии
в 20 раз больше, чем все современные электростанции.
Имея в виду перспективы использования солнечной
энергии в пустыне, ученый писал: «Солнце, в течение
тысячелетий бывшее проклятием пустыни, сделается ее
благословением».
Другому известному советскому ученому академику
Б. Константинову принадлежат такие слова: «Я наде-
юсь, что человечество не в очень отдаленном будущем
58
решит вопрос о широком преобразовании солнечной
энергии в электрическую. Думается, что вместе с этим
будут решены вопросы управления климатом и пого-
дой».
О проектах заставить Солнце работать в космосе на
благо людей Земли мы уже писали. Есть идея предо-
ставить возможность развернуться Солнцу «с космиче-
ским размахом» и на самой планете. Мы расскажем о
планах по использованию солнечной «энергии испаре-
ния». Ежегодно дневное светило тратит ее в количестве,
оцениваемом 40 миллиардами тонн условного топлива!
Лишь ничтожно малая часть этой колоссальной энергии
отбирается человеком с помощью гидравлических стан-
ций. Но мимо этих огромных ресурсов инженеры не
могут спокойно проходить. Появились грандиозные про-
екты по их освоению. Так, подсчитано, что при пере-
крытии плотиной Гибралтарского пролива горизонт во-
ды в Средиземном море понизится за 10 лет на 11 мет-
ров, что позволит построить на перепаде уровней гидро-
электростанцию мощностью в несколько миллионов ки-
ловатт. Предложены также проекты прокладки каналов
к глубоким впадинам невдалеке от морей и океанов. На
таких каналах, по которым вода пойдет самотеком, так-
же можно установить мощные гидравлические турбины.
В печати появилось сообщение, что американский
ученый Вильям Эшер разрабатывает технологию ис-
пользования солнечной энергии с целью получения в
будущем топлива для электростанций и промышленных
предприятий.
Ученый предлагает с помощью гигантских искусст-
венных островов-модулей размером 1X1 километр, пла-
вающих в экваториальных районах океана, собирать
солнечную энергию и использовать ее для разложения
морской воды на водород и кислород. Затем химиче-
ские элементы будут охлаждаться до сверхнизких тем-
ператур и в сжиженном состоянии транспортироваться
специальными танкерами на тепловые станции, распо-
ложенные на материке. На этих станциях при реакции
соединения газы выделят большое количество тепла,
которое пойдет на производство электроэнергии.
Единственным продуктом сгорания при таких реак-
циях является обыкновенная вода, и, следовательно, но-
вая технология во многом решает и проблему борьбы
59
с загрязнением окружающей среды, хотя такое топливо
будет, по-видимому, дороже традиционных нефти, угля,
природного газа.
По сообщению Эшера, большинство компонентов, не-
обходимых для производства энергии по этой схеме,
уже было опробовано в различных экспериментах и по-
казало себя вполне осуществимым на практике.
Да, использование солнечной энергии открывает воз-
можность преобразить огромные территории, обещает
дать человеку ключи к управлению погодой и климатом.
Важных последствий внедрения достижения гелиотехни-
ки надо ожидать и в области совершенствования техно-
логии производства во многих отраслях промышленно-
сти. Специалисты полагают, что в конце нынешнего сто-
летия и в XXI веке крупных масштабов достигнет сол-
нечная металлургия, позволяющая получать металлы
сверхвысокой чистоты. А ведь завтра в таких материа-
лах особенно будет нуждаться техника.
Широкому размаху электрификация обязана воз-
можности передавать электрическую энергию на боль-
шие расстояния. А может быть, можно также переда-
вать и солнечную энергию? — задумались ученые. Ответ
был найден: «проводами» лучистой энергии может стать
светокабель из тончайших стеклянных волокон. Диа-
метр каждого из них, покрытого оболочкой-зеркалом,
составляет несколько сотых миллиметра. Луч света, по-
павший в такое волоконце, будет метаться между его
стенками и, претерпев миллиарды отражений, выйдет
с другого его конца. Будучи перевитыми вместе, воло-
конца-ниточки образуют толстый, но эластичный жгут —
светокабель. Его оказалось возможным соединить даже
в стык! Инженеры уже несколько лет используют «све-
товые провода» для передачи изображения.
Немного фантазии—и перед нами... гигантская пара-
болическая зеркальная чаша на крыше завода, следя-
щее устройство все время поворачивает концентратор
вслед за Солнцем. Из фокуса отражателя, оттуда, где
белизной сверкает солнечный «зайчик», берет начало
светокабель. В его торец, как в открытую трубу, устре-
мляется поток концентрированного света. Дальше, по-
пав по свегокабелю внутрь производственного корпуса,
он разбегается по отдельным световым проводам к ра-
бочим местам. Совсем как ток по разветвляющейся
(О
электропроводке! Световоды подходят к аппаратам, с
помощью которых производится сварка, плавка и пай-
ка металла. Солнечная плавка или пайка особенно
ценны для радиоэлектронной промышленности, требую-
щей идеальной чистоты. Направив лучи через прозрач-
ную стенку сосуда, можно паять или сваривать детали
в вакууме, например, рнутри радиолампы. Часть «све-
товых проводов» заканчивается под самым потолком и
благодаря специальным отражателям заливает золоти-
стым светом помещение.
Чтобы по-хозяйски использовать на нашей планете
энергию Солнца, немало предстоит потрудиться и био-
логам, и селекционерам, и агрономам да и представи-
телям многих других отраслей сельскохозяйственной
науки. Вспомним, что для фотосинтеза растения исполь-
зуют всего лишь около 1 процента, световой энергии,
поглощаемой зеленым листом. Это очень мало. Тем не
менее благодаря этому процессу на земном шаре обра-
зуется свыше 100 миллиардов тонн органически^ ве-
ществ. Из них в пищу человечеству употребляется лишь
только 0,2“-0,4 процента. Казалось бы, пустяк. Но в
этом «пустяке» растениями запасено столько сцетовой
энергии, что людям на получение равноценного коли-
чества продовольствия путем химического синтеза потре-
бовалось бы направить всю энергию, которую они сей-
час расходуют во всех областях человеческой деятель-
ности.
Поэтому-то ученые многих стран мира сосредоточили
свои усилия на постижении тайны фотосинтеза. Таким
путем они надеются повысить коэффициент полезного
использования солнечных лучей в этом природном про-
цессе. Его с помощью передовой агротехники нетрудно
поднять до 2 процентов. Теоретически существует воз-
можность использовать 20- -25 процентов солнечной
энергии, получаемой зеленым листом. Это огромный про-
довольственный резерв для быстрорастущего человече-
ства.
И не случайно на стыке биологии и техники роди-
лась идея улавливания солнечной энергии с помощью
водорослей. Об этом проекте рассказал американский
журнал «Мекэникал энджинирииг». В одной из статей
говорится, что в настоящее время некоторые исследова-
тели одним из перспективных способов использования
61
солнечной энергии считают «захват» ее быстрорастущи-
ми водорослями. Выросшие в водоеме водоросли «ска-
шиваются» и закладываются в автоклав для фермента-
ции. Образующийся в автоклаве метан сжигается, а вы-
деляющееся в процессе горения тепло используется
обычным путем для выработки электрического тока.
Ученые Узбекистана предлагают строить заводы по
выращиванию водорослей, в частности хлореллы. Это
микроскопическое растение обладает высоким коэффи-
циентом использования лучистой энергиии может стать
важным источником для получения белка и других цен-
ных пищевых веществ. Для повышения эффективности
фотосинтеза на таких предприятиях предполагается ис-
пользовать облучение водорослей импульсным концент-
рированным солнечным светом. Прототип такой установ-
ки — миниатюрного завода — предложен узбекскими
учеными.
Мы привыкли говорить «век металла», «век пласт-
масс», «век кибернетики»... А наступит ли солнечный
век? Если да, то когда? Это будет зависеть от объеди-
нения усилий ученых многих специальностей. Не менее
важным для прогресса гелиотехники является и укреп-
ление сотрудничества между государствами, направле-
ние общих усилий на осуществление крупных проектов
по освоению энергии Солнца.
Солнечный век для человечества скоро наступит!
И наше светило, которое миллиарды лет щедро дариТ|
Земле лучистую энергию, будет верно служить людям.
Л ИТЕРАТУРА
Луи Фи гель. Светила науки. СПб., 1869.
К. Л. Малин. Жизненные ресурсы человечества. М., «Паука»,
1967.
М. С. Со ми некий. Солнечная электроэнер! ня (Полупровод-
ники и Солнце). М.—Л., «Наука», 1965.
Г. Голде мид. Применение термоэлектричества. М., Физмат-
гиз, 1963.
П. П. Лазарев. Энергия, ее источники на земле и ее про-
исхождение. М., Изд-во АН СССР, 1959.
Г. Б. Израэл ит. Энергетика и ее будущее. М.» «Энергия»,
1969.
Повышение урожайности концентрированным светом. М., «Ко-
лос», 1972.
Солнечные энергетические и бытовые установки (Информацион-
ное сообщение, ЛЬ 9. АН УзССР). Ташкент, «Фан», 1970.
10. Усманов. Теоретическое и экспериментальное исследо-
вание теплового режима соляного солнечного бассейна (Авторефе-
рат). Ташкент, 1971.
Доклады Первой Всесоюзной научно-технической конференции
по возобновляемым источникам энернш. Вып. 1, 3. М., «Энер-
гия», 1972.
СОДЕРЖАН И Е
Топливо... с неба .	   3
«Подключите к... Солнцу».......................... 7
«Горячий ящик».....................................15
Город Солнца.......................................17
Солнце лоит пустыню................................27
«Консервирование»... лучей.........................30
Эффект прерывистого луча...........................36
И металлург и сварщик..............................46
Солнечная энергетика ............................. 50
Под солнечным парусом..............................54
Горизонты будущего................................58
Литература.........................................63
УМАРОВ Гияс Якубович,
ЕРШОВ Анатолий Андреевич
СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Редактор Н. Косак о век а я
Обложка Ю. Фомина
Худож. редактор Т. Добровольнова
Техн редактор А Красавина
Корректор Н. Пехтерева
А 11942. Индекс заказа 46001. Сдано в набор 4/XI 1973 г. Подписано к
печати 30/Х1 1973 г. Формат бумаги 84Х108’/з2. Бумага типографская
№ 1. Бум. л. 1. Печ. л. 2. Усл.-печ. л. 3,36. Уч.-изд. л. 3,29. Тираж
50 000 экз. Издательство «Знание». Москва, 101835, Центр, проезд Серо-
ва, д. 3/4. Заказ 1910. Типография Всесоюзного общества «Знание».
Москва, Центр, Новая пл., д. 3/4.
Цена 10 коп.
64
10 коп.
Индекс 70076