По инженерным оценкам, площадь, непригодная для проживания в районе наземного приемного пункта, не будет превышать 270 квадратных километров (круг с радиусом 9,25 километра), из них около 80 квадратных километров занимает наземная антенна, а остальное — буферная зона. То есть приемную антенну можно размещать неподалеку от населенных пунктов, а это означает снижение потерь на транспортировку энергии. Вне буферной зоны уровень облучения будет незначительным, меньше допустимой для человека дозы длительного сверхвысокочастотного воздействия, установленного советским стандартом (0,01 милливатта на квадратный сантиметр). По советскому стандарту допустимая доза длительного радиооблучения в тысячу раз меньше, чем по стандарту США (10 милливатт на квадратный санти-метр). В основу американского стандарта положен тепловой эффект сверхвысокочастотного излучения на ткани тела. Советский же стандарт учитывает возможное воздействие излучения на центральную нервную систему, которое может проявиться даже при низких интенсивностях.
Неполадки в системе наведения радиолуча из космоса не должны приводить к превышению норм облучения. Для этого система наведения должна быть исключительно точной и надежной, а в случае, если все же случится неисправность, то передатчики космической электростанции должны мгновенно отключаться.
Вопрос воздействия сверхвысокочастотного излучения на живые организмы очень важен, и в нем есть еще немало "белых пятен". В частности, как будет влиять радиоизлучение на птиц, пролетающих зону радиолуча? Есть предварительные сведения, что птицы чувствуют сверхвысокочастотное облучение при плотностях потока свыше 25 милливатт на квадратный сантиметр и стремятся покинуть опасную зону.
Смогут ли самолеты пролетать зону радиолуча? Не будет ли вреда пассажирам? Не повлияет ли пролет радиолуча на работу самолетной электронной аппаратуры?.. Вопросов много. Они неизбежны, когда дело касается крупного нового проекта.
Предлагали для передачи электроэнергии с орбиты и лазерный луч. Проект заманчивый. Для лазера не надо таких больших антенн для передачи электроэнергии из космоса на Землю. Но есть у лазерного излучения серьезный недостаток…
Один мой знакомый радиоинженер рассказал мне как-то такую историю. Он участвовал в разработке и испытаниях экспериментальной лазерной телефонной линии связи в Москве. Телефонный узел Г-6 на Зубовской площади (в то время в Москве были еще шестизначные номера) соединили с помощью лазерной линии с университетом на Ленинских горах, где были установлены антенные устройства для приема и передачи сигналов лазера, передаваемых с Зубовской площади. По вечерам, примерно в одно и то же время, связь ухудшалась. Долго ломали голову. А оказалось все просто. Трасса пролегала над каким-то вечерним учебным заведением. Во время перерыва открывались окна для проветривания аудиторий. Потоки теплого воздуха из окон да еще с табачным дымом поднимались на пути лазерного луча и ослабляли его. На языке специалистов это явление называется "рассеянием на неоднородностях атмосферы". Так что лазерная система чувствительна к состоянию атмосферы. Облака, разного рода турбулентности поглощают и рассеивают лазерное излучение. Коэффициент полезного действия лазерной линии электропередачи при плохой погоде упал бы до очень низкого уровня. Кроме того, эксплуатация энергетической лазерной линии большой мощности требует повышенной осторожности. Случайное отклонение лазерного луча из-за неисправности системы его наведения может создать серьезную угрозу безопасности людей.
Есть и другие проекты доставки дополнительной солнечной энергии на Землю — с помощью огромных отражателей, размещенных в космосе, увеличить уровень освещенности Земли как для целей ночного освещения (программа Лунетта, по терминологии американского ученого Эрике), так и для стимуляции фотосинтеза (программа Солетта). Эти проекты интересны, и есть уже инженерные оценки их эффективности, произведенные известным американским ученым К. А. Эрике в его книге "Будущее космической индустрии" (М., изд-во "Машиностроение", 1979 г.). Кстати, размещать рефлекторы в космосе для дополнительного освещения Земли предлагал еще в двадцатые годы один из пионеров космонавтики Юрий Васильевич Кондратюк. К недостаткам проектов относят их невсепогодность: облачный покров поглощает солнечный свет. Кроме того, возможны нежелательные экологические последствия, связанные с изменением ритмов флоры и фауны. Ведь природа за миллиарды лет эволюции приспособилась к суточному ритму смены дня и ночи. Например, исследования показали, что все растения помнят генетически заложенный в них 24-часовой цикл и предпочитают жить в естественном суточном ритме. Вывод неудивительный, но очень важный, скажем, для опытов в космосе, где длительность суток для орбитальной зелени определяется искусственно.
Разные виды растений исторически различно приспособлены к длительности дня. Но стоит навязать любому из них несвойственный цикл — и цветения уже не будет. Даже 10-минутная ошибка грозит потерей плодоношения. Интересные эксперименты поставили в лаборатории биологической кибернетики Агрофизического ин-ститута ВАСХНИЛ в Ленинграде. Оказалось, что растения (если дать им такую возможность) могут самоуправлять своим световым днем согласно "врожденному" биоритму. Экспериментально было выяснено, что днем скорость водного тока в капиллярах растений отличается от ночной. Сделать это открытие помогли ученым специальные датчики, которые следят за перемещением воды в растениях, за ростом толщины побега, за температурой зеленого листа. Эти датчики, соперничающие по тонкости изготовления с лучшими ювелирными изделиями, не повреждают даже тончайшей травинки и позволяют вести непрерывные измерения. Если по сигналам от датчика скорости водного тока, прикрепленного к растению, автоматически включать и выключать электрическое освещение, то получится, что растение само устанавливает необходимую для себя границу дня и ночи. С помощью подобных датчиков ученые создали лабораторную систему самополива: растение само включало и выключало воду для орошения. Агрофизики считают, что если поливать растения согласно их собственной информации, то урожай будет максимальным.
Но главное звено в проекте солнечных электростанций — это не сама станция и не линия передачи электроэнергии на Землю, а транспорт. Именно стоимость транспортировки будет в значительной мере определять экономические показатели космических электростанций. Предстоит создать транспортную систему, способную доставлять крупногабаритные и тяжелые грузы на геостационарную орбиту за весьма умеренную цену. А перевезти предстоит немало: масса одной электростанции мощностью пять миллионов киловатт составит около 20 тысяч тонн.
Перспективным способом доставки представляется двухэтапная доставка. Сначала грузы от 200 до 500 тонн доставляются на низкую орбиту, а затем с помощью межорбитальных кораблей они доставляются на геостационарную орбиту.
Для доставки грузов на промежуточную орбиту потребуется создание космических кораблей многократного использования с грузоподъемностью от 200 до 500 тонн. Сейчас у специалистов пока нет единого мнения, каким должен быть такой корабль многоразового использования: крылатым (наподобие "Спейс Шаттл") или бескрылым, одноступенчатым. Во всяком случае, в проектах будущего рассматривают и тот и другой варианты. Нынешний "Шаттл" для этой цели не годится. Его грузоподъемность около 30 тонн.
Для межорбитальных кораблей предполагают использовать двигатели малой тяги, например, ионные, и среди них работающие на энергии солнечных батарей. "Тихим ходом", за несколько месяцев, межорбитальный буксир доставит грузы с низкой орбиты на геостационарную. Возможно, что предварительное развертывание конструкций удобнее будет сделать на промежуточной орбите на космической сборочной базе. Там же можно организовать и производство основных элементов конструкции из привезенных с Земли материалов и сделать большинство ручных работ, чтобы максимально автоматизировать сборку на далекой геостационарной орбите. Сами фотоэлементы придется монтировать на месте. По пути следования буксир пересечет радиационный пояс Земли, долгое пребывание в котором приводит к деградации солнечных батарей. Процесс монтажа фотоэлементов поддается автоматизации. В настоящее время освоен выпуск фотоэлементов в виде тонкой пленки, которую с помощью роликовых автоматов можно укладывать из рулона на ферменные конструкции. Подобным же образом можно монтировать на фермы зеркала-концентраторы в виде тонких лепт.
По-видимому, для проверки всех технических идей, операций по доставке, изготовлению и монтажу в космосе основных элементов первый опытный образец электростанции придется собрать на околоземной орбите. Согласно наметкам американских специалистов при современном уровне науки и техники первую промышленную электростанцию на геостационарной орбите можно создать к 1996 году. Затраты на разработку, доставку на геостационарную орбиту, монтаж и пуск на проектную мощность в промышленную эксплуатацию первой электростанции составит около 60 миллиардов долларов (напомню. что вся лунная программа "Аполлон" стоила около 25 миллиардов долларов). Из них 20–25 миллиардов долларов потребуется для разработки и создания технических средств собственно солнечной космической электростанции, а остальная сумма, то есть более половины средств, поглотит разработка системы космической транспортировки. Эти затраты окупятся к 2014 году, если в космосе будут функционировать 60 станций. Гарантированный срок службы каждой электростанции 30 лет. Ожидается, что доход за весь срок службы от каждой электростанции составит около 35 миллиардов долларов, тогда как эксплуатационные расходы за это же время — 4,2 миллиарда долларов.
