Зимой солнечная электростанция на крыше РАФа трудится даже с большей отдачей, чем летом: воздух чище, нет пыли — и ярче солнечный свет. День ото дня совершенствуется солнечная автомашина. Ученые работают над созданием солнечных батарей с большим коэффициентом заполнения, изучаются возможности размещения батарей на бортах машины… Настанет время, и источник энергии электромобиля будет полностью автономным: единственным заправщиком его аккумуляторов станет Солнце.
Интересная подробность. Оказывается, что электромобили, которые стали сейчас объектом пристального внимания со стороны конструкторов, и автомобили с карбюраторным двигателем почти ровесники. В России пионером применения электромобилей был петербургский изобретатель И. В. Романов. Еще в 1899 году он построил и испытал открытые и закрытые электрокебы — прообразы такси. В их конструкции содержались решения перспективные и для современного автомобилестроения. Передние колеса электрокеба были ведущими, рама сварена из тонкостенных труб, панели кузова — из деревопластика, каждое колесо приводилось в движение своим электродвигателем. Позади пассажирского салона помещался ящик с аккумуляторами, которые весили 350 килограммов. Они обеспечивали запас хода 65 километров при скорости 39 километров в час. Так что электромобиль — еще один пример, что новое иногда хорошо забытое старое.
Из византийских летописей до нас дошло предание о том, что в 214 году до новой эры при обороне Сиракуз от римлян Архимед сфокусировал с помощью множества зеркал солнечный свет и ослепил римских воинов, а также поджег их корабли-триремы. Когда римский флот под командованием консула Марка Клавдия Марцела, одного из самых жестоких и непреклонных военачальников Рима, был уже не более чем в трехстах локтях от берега, началось светопреставление: паруса трирем стали вспыхивать одни за другим без всякой видимой причины, нестерпимо яркий свет ослепил окаменевших от ужаса воинов. Атакующие обратились в паническое бегство. Со стен укреплений Архимед наблюдал за боем.
Возможно, это легенда. При тогдашнем уровне техники изготовить большие зеркала, выдержать их профили и чистоту обработки поверхности — задача неимоверно трудная. Но тем не менее можно сказать, что легенда эта технически обоснована. Например, среди трудов архитектора Антемуса де Тралля, жившего в VI веке, имеются четыре трактата о воспламеняющих зеркалах. Один из них называется "Как создать аппарат, способный с помощью солнечных лучей воспламенить предмет на расстоянии".
Французский естествоиспытатель Бюффон в 1747 году провел ряд опытов, чтобы доказать достоверность легенды об Архимедовой солнечной атаке римского флота. Он проделал много опытов с большим зажигательным зеркалом, составленным из 360 плоских стеклянных посеребренных зеркал размером 16X22 сантиметра каждое. Зеркала были установлены на раме таким образом, что их положение можно было регулировать в отдельности. Лучи, отраженные зеркалами, могли быть сфокусированы на различных расстояниях. Так, на расстоянии 50 метров сфокусированный пучок имел диаметр 44 сантиметра. При меньших фокусных расстояниях диаметр пучка был соответственно меньше. Бюффон пришел к заключению, что возможно зажечь дерево на расстоянии 68 метров. С 45 зеркалами он расплавил три килограмма олова в горшке на расстоянии 6,5 метра, а со 117 зеркалами расплавил на том же расстоянии серебро. При помощи 154 зеркал Бюффону удалось поджечь расположенные на расстоянии 77 метров щепки, покрытые древесным углем и серой.
Несколько лет назад был проведен такой опыт. 450 плоских зеркал, каждое размером 445 квадратных сантиметров (то есть общей площадью примерно 20 квадратных метров), были направлены на парус, венчавший модель античной триремы длиной несколько метров. Поскольку каждое из зеркал могло поднять температуру паруса на полтора градуса, парус в конце концов действительно воспламенился. Количество зеркал, помноженное на вызываемое ими увеличение температуры, дает в результате 675 градусов по Цельсию. Этот опыт показал, что в действенности "зажигательных зеркал" Архимеда сомневаться не приходится.
Но возможно ли было за 300 лет до нашей эры тогдашней примитивной техникой ориентировать в одном направлении одновременно большое число зеркал? Могли ли вообще зеркала, созданные 2200 лет назад, отражать солнечный свет, не. рассеивая его? Античные зеркала, найденные при раскопках, настолько несовершенны, что трудно в это поверить.
По одной из последних гипотез, пожар на кораблях был вызван зажигательными снарядами или стрелами, которые атакующие не видели из-за ослепления их зеркалами. Зеркала в виде гигантских бронзовых дисков диаметром два-три метра, ослеплявшие врага отраженным солнечным светом, выполняли иное назначение: служили инструментом наведения, оптическим прицелом. Видимо, Архимед сконструировал метательный аппарат с двойным прицелом. Стрелок мог спустить тетиву, когда "солнечный зайчик" от зеркала на паре триремы окажется на одной прямой с глазом стреляющего и глазком прицела. Изобретение Архимеда — это не что иное, как принцип действия фотокамеры. Стреляя из аппарата Архимеда, невозможно было промахнуться. Действие его ограничивалось лишь дальностью полета стрелы. Вполне возможно, что устройство было снабжено гониометрической шкалой (известной уже во времена Архимеда) для переориентировки отражающего зеркала в зависимости от высоты Солнца над горизонтом.
Что же происходило на кораблях Клавдия Марцела? В первое мгновение команда, ослепленная блеском гигантских бронзовых зеркал, ничего не могла разобрать, через несколько секунд моряки заметили, что паруса охвачены огнем. Поскольку они не знали, какими свойствами обладает "греческий огонь" (зажигательная смесь из смолы, серы и селитры), как он невесом и как велика его воспламеняющая сила, им показалось, что именно ослепляющие их зеркала являются причиной пожара. Отсюда и распространенное заблуждение, согласно которому Архимед изобрел вогнутые зеркала, способные воспламенять предметы на расстоянии.
В 1890 году русский астроном В. К. Цераский, автор астрофотометрии, известный также открытием красивого и довольно редкого явления природы — загадочных серебристых облаков, самых высоких облаков земной атмосферы, появляющихся на высотах 70–90 километров, создал установку из зеркал-рефлекторов для получения высоких температур. Ему удалось довести температуру в фокальной плоскости своей установки до 3500 °C. В ней Цераскии плавил многие металлы и металлоиды.
На этом же принципе работают современные солнечные печи. Они применяются в высокотемпературной металлургии для получения материалов высокой чистоты и жаростойкости. Одна из крупнейших солнечных печен была построена во Франции, в Пиренеях. Ее мощность 1000 киловатт. Огромное зеркало площадью 1750 квадратных метров фокусирует солнечные лучи, создавая температуру в фокальной плоскости свыше 3000 °C. Производительность печи 2,4 тонны циркония в сутки. (Цирконий — конструкционный материал для атомных реакторов. Он обладает замечательным свойством быть "прозрачным" для нейтронов.)
В Физико-техническом институте имени С. В. Стародубцева АН Узбекской ССР разработаны и успешно испытаны солнечные печи с диаметром зеркала в несколько метров, способные нагреть исследуемый материал до четырех тысяч градусов. Достигнутая температура равна двум третям от теоретически возможной в солнечных печах — температуры поверхности Солнца (около шести тысяч градусов).
Вот уже миллионы лет природа работает по принципу фокусировки солнечного света. Например, цветы лютика подставляют навстречу солнечному свету свои нежные лепестки и собирают его на завязях в центре цветка. Эта же идея положена в основу современных солнечных теплоэлектростанций. Множество зеркал ориентируются по Солнцу и концентрируют его лучи на вершине водяной башни. Образующийся пар вращает лопасти турбин.
Такие электростанции строят сейчас во многих странах, в том числе и в нашей стране…
В Крыму, вблизи Акташского озера, создается экспериментальная солнечная электростанция мощностью 5 мегаватт (СЭС-5). Специальные зеркала с помощью автоматики будут поворачиваться вслед за Солнцем и направлять его лучи на парогенератор, установленный на 90-метровой металлической башне. Чтобы турбины станции работали ночью и в пасмурные дни, будут построены большие хранилища горячей воды и пара. После промышленной эксплуатации СЭС-5 намечено соорудить в том же районе солнечную электростанцию мощностью 200–300 мегаватт.
Первая солнечная станция в Крыму приобретает зримые очертания: уже высятся гелиостаты, вырисовываются контуры громадного поля зеркал…
В 1983 году в Узбекистане начнется сооружение одной из крупнейших в мире солнечных электростанций мощностью 320 тысяч киловатт. Страна сияющих зеркал раскинется вблизи целинного города Талимарджана. По командам ЭВМ 72 тысячи зеркал, каждое из которых площадью 49 квадратных метров, будут незаметно для глаза поворачиваться вслед за Солнцем. Любое из зеркал должно занимать такое положение, чтобы пойманный солнечный зайчик точно падал на одну из граней котла, вознесенного над гелиостатным полем на двухсотметровой мачте: При этом электроника должна обеспечить "зеленый свет" каждому солнечному посланцу, чтобы лучи всех 72 тысяч гелиостатов не пересекались. В случае затянувшегося ненастья в работу вступит "дублер" гелиоустановки. На этот случай в проекте предусмотрен обычный топливный котел, использующий природный газ.
