„…Воздушная оболочка Земли неоднородна. Нижний ее слой, примыкающий к поверхности планеты, называется тропосферой. Он имеет толщину в средних широтах 10–12 километров. Около экватора тропосфера толще — до 18 километров, а над полюсами вдвое тоньше — 8–9 километров. В тропосфере благодаря нагреванию воздуха от поверхности земли происходит постоянное перемешивание воздушных масс.
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, по-видимому, паруса лодок наших дальних 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.
