Нагретый воздух поднимается вверх, а холодный - опускается. Называется это явление конвекцией. Оно более сильно в теплых странах, и потому там слой тропосферы толще. А около полюсов - наоборот. Конвекция в тропосфере приводит не только к вертикальному перемешиванию воздуха, но и к ветрам, то-есть перемещению воздуха над земной поверхностью. Ветры возникают потому, что более холодные массы воздуха, опускаясь, начинают течь туда, где воздух нагревается и поднимается. Земная поверхность неоднородна и нагревается неодинаково. И поэтому ветры непостоянны и по своей силе и по направлению. Недаром говорят: "изменчив, как ветер".
Движение воздушных масс в тропосфере очень сложно. От него зависит изменение погоды. Поэтому тропосфера - это слой, где формируется погода, "лаборатория погоды".
Однако в некоторых районах ветры обладают большим постоянством. Например, есть ветры муссоны. Они дуют над океанами в экваториальных областях часть года в одном направлении, часть - в другом и возникают благодаря неравномерному нагреванию больших водных пространств океанов.
Человек с незапамятных времен использует энергию воздушных потоков. Первыми ветродвигателями были, повидимому, паруса лодок наших далцних предков. Затем люди использовали ветер для того, чтобы вращать простые механизмы для размалывания зерна, то-есть создали ветряные мельницы. Это изобретение сделали предки великого китайского народа.
Теперь ветродвигатели широко используются для производства электроэнергии. Ветер называют "голубым углем". Советская страна идет впереди всех других стран в освоении огромных запасов "голубого угля". Они гораздо больше, чем запасы "белого угля" - водной энергии, не говоря уже о запасах "черного золота" - нефти - и каменного, "черного" угля. Профессор Красовский подсчитал, что запасы энергии "голубого угля" на земном шаре исчисляются в 10 триллионов киловатт. Это в тысячи раз больше, чем запасы энергии всех рек и ручьев.
Советские инженеры уже создали мощные ветростанции (до 100 киловатт). Для того чтобы добиться постоянности их работы, придуманы механизмы, как бы накопляющие энергию в механическом движении во время сильного ветра. Это инерционные аккумуляторы. В некоторых случаях энергию можно накапливать, накачивая воду на возвышенность, и затем, когда нет ветра, использовать ее напор для приведения в движение гидротурбины. Есть и ' еще один вид аккумуляторов - водородные. Их действие основано на том, что во время ветра, когда ветрогенератор работает на полную мощность, полученным электрическим током разлагают воду и добывают водород и кислород. Этот водород и можно использовать затем в качестве топлива для теплового двигателя.
Но самый лучший способ обеспечить постоянное поступление электроэнергии от ветростанций в потребляющую сеть - это соединить в одну систему несколько таких установок, расположенных в разных местах. Такое использование их называется кольцеванием. Тогда, если в одном месте нет ветра и ветростанции здесь стоят, энергия вырабатывается и подается в сеть от других ветростанций, которые расположены в районах, где есть ветер.
В СССР уже существуют такие системы.
Очень выгодно использовать ветер в тех местах, где он дует более или менее постоянно. Потому кольцевые системы часто строятся на побережьях морей. Здесь воздушные потоки более устойчивы. Водная поверхность и суша всегда нагреваются неравномерно, и это порождает движение воздушных масс. Огромное количество энергии могут давать, например, ветростанции в долинах хребта, прикрывающего с севера Новороссийск.
Важным шагом вперед в освоении энергии "голубого угля" могут стать высотные ветродвигатели. В приземном слое воздуха струи ветрового потока, особенно в лесистой местности, в значительной мере тормозятся, ослабляются. Поэтому советские ученые создали проекты установок на специальных башнях, высотой в 100-150 метров.
Ветрогенераторы таких установок дадут больше энергий и будут работать более постоянно, чем ветростанции на земле.
Следующий шаг наука делает теперь.
Известно, что выше тропосферы начинается слой воздуха, названный стратосферой. Толщина его в несколько раз больше, чем нижнего, примыкающего к поверхности планеты.
В стратосфере нет конвекционных движений воздуха. Здесь наблюдаются лишь горизонтальные воздушные потоки, они дуют почти всегда в одном направлении. В средних широтах, например, на высоте 12-14 километров, дуют главным образом ветры западного направления. Средняя скорость этих постоянных воздушных потоков в два-три раза превышает скорость ветра у земли. На этой высоте часты и очень сильные ветры: здесь область вечных бурь и возникают нередко воздушные потоки, обладающие скоростью около четырехсот километров в час. При ураганах, во время штормовых порывов, у земли скорость ветра достигает 50-60 метров в секунду, а в стратосфере скорость частичек воздуха бывает 100 и более метров в секунду.
Лишь на "полюсе ветров" - на земле Адели в Антарктике средняя годовая скорость ветра очень велика - около 20 метров в секунду и приближается к средней скорости ветра на высотах.
Выше 12-14 километров в наших широтах сила воздушных потоков начинает убывать. Но с 20 километров снова возрастает. Там расположена вторая область вечных бурь и ветер почти всегда дует с востока на запад.
Чем же объясняется это постоянное "переливание" воздуха в стратосфере - в нижнем ее слое в восточном направлении, а в верхнем - в западном? Наука еще не дала точного ответа на этот вопрос. Вероятнее всего, эти перемещения воздушных масс на высотах являются элементом "большого круговорота" воздуха в атмосфере Земли, несколько схожего с большим круговоротом влаги. Но, так или иначе, стратосферные ветры - это как бы часть огромного природного механизма - "машины планеты", который безотказно действует миллионы веков.
Вот и задумали наши ученые заставить этот механизм работать на пользу советских людей. Каким же образом?
Родилась мысль поднять в стратосферу на привязном аэростате ветроэлектрогенератор.
Ленинградский профессор Трубокуров произвел все необходимые расчеты. Они показали, что хотя плотность воздуха на высоте 10-12 километров значительно меньше, чем на уровне моря, - воздушные струи несут там много энергии.
Академик Никольский рассчитал, что можно создать стратосферную ветроэлектростанцию мощностью даже в 1000 киловатт. Эта станция будет действовать и вырабатывать энергию безостановочно многие годы.
Затем был создан технический проект опытной стратосферной электростанции - СЭС, и теперь она построена. Она-то и будет испытываться здесь, в заволжских степях. Если опыт окажется удачным, наша Родина обогатится возможностью использовать практически неисчерпаемый источник энергии высотных ветров, источник поистине фантастической мощности.
