omega_giperon (omega_hyperon) wrote,
omega_giperon
omega_hyperon

Categories:

Старый проект изменения климата с помощью космических зеркал, но с "изюминкой"

Данную статью я взял из библиотеки С.П.Хлынина и перевел из djvu в текстовый вид. Она взята из журнала "Изобретатель и рационализатор" за февраль 1960 года.

В.Черенков

Кольцо "Сатурна" вокруг Земли.



Какое время года лучше? Весна! Затянутые мечтательной дымкой дали, трогательная зелень первых клейких листочков, радостное пробуждение природы. А может быть, хрустальная осень? Расцветшие листья деревьев, полет серебристых паутинок, прощальная ласка солнечных лучей. А как прекрасны искрящиеся снежные равнины, ажурный рисунок украшенных инеем деревьев, хоровод сверкающих снежинок.

В каждой поре есть свое очарование. Но большинство наших читателей, наверное, согласится, что лето все-таки самое приятное время года. Лето — время максимальной щедрости природы.

Уже не раз предлагались всевозможные способы «утепления» нашей планеты. Жюль-верновские герои собирались изменить наклон земной оси, чтобы установить на родной планете вечное лето. Существуют проекты растепления арктических льдов и поворота морских течений.

Мысль эта не покидала человечество никогда. Не покидает и сейчас. Свидетельством тому служит грандиозный проект, выдвинутый недавно молодым советским инженером В. Черенковым. Проект поражает смелостью. В основе его лежат сложные расчеты, в число которых входят и экономические. Реальность осуществления своего проекта автор связывает не только с дальнейшими тщательными исследованиями ученых, но и с претворением в жизнь гуманных предложений Советского правительства о всемирном разоружении.

Если мир разоружится... Сколько великих, добрых замыслов станет осуществимо! Насколько возрастет могущество человека! Он вплотную займется кардинальными переделками нашей планеты и еще смелее, еще успешнее ринется в глубины вселенной.

О сущности своего изобретения В. Черенков расскажет сам.

Здесь же хотелось бы привести соображения, которые высказал относительно этого проекта нашему корреспонденту академик Дмитрий Иванович Щербаков.

Расчеты молодого советского инженера демонстрируют окрыленность человеческой мысли, неограниченность возможностей творческого разума в покорении природы. Неизвестно, применим ли сейчас и будет ли применен когда- нибудь проект Черенкова для изменения климата Земли. Придется выяснить очень многое, чтобы даже вчерне ответить на этот вопрос. Неизвестно, например, как почувствуют себя растения и животные, привыкшие иметь ночь и зиму и лишившиеся их. Неизвестны климатические последствия потепления холодных районов планеты. Многое другое тоже пока неизвестно.

А может быть, проект Черенкова пригодится, когда на повестку дня встанет изменение климата Марса или Меркурия?.. Кто знает!

100000 волжских ГЭС!

Предположим, климат определиется в основном радиационным балансом, то есть количеством тепла, которое получает или отдает за год данный район земного шара. Для его изменения необходим источник тепловой энергии. Мощность его будет определяться, во-первых, той дополнительной тепловой энергией, которую необходимо добавить к существующему радиационному балансу, и, во-вторых, площадью территории, на которую должно распространяться это воздействие.

Выбор величины дополнительного теплового потока для изменения климата в настоящей статье не рассматривается, и для дальнейших расчетов примем его равным 12 килокалориям на квадратный сантиметр в год. Некоторые соображения по выбору этой величины будут рассмотрены ниже. Величина территории берется заключенной между 70-м и 90-м градусами северной широты, так как именно эта область земного шара в первую очередь нуждается в существенном смягчении климата.

Простые подсчеты показывают, что мощность источника тепловой энергии должна быть равна 245 миллиардам киловатт. Чтобы яснее представить эту цифру, достаточно сказать, что для получения такой мощности необходимо было бы построить 110 тысяч электростанций, таких, как Волжская ГЭС имени Ленина.

Совершенно ясно, что практически это неосуществимо.

Предположим, что все же построены электростанции, дающие эту огромную энергию. Надолго ли хватит всех запасов топлива на Земле для питания этих станций? Оказывается, что обычное топливо было бы израсходовано за два-три десятилетия, а атомное — в течение 200—250 лет.

Вывод ясен: в настоящее время на Земле нет источников энергии, способных решить проблему изменения климата планеты.

Единственным источником требуемой мощности может служить пока только лучистая энергия Солнца.

Действительно, мощность солнечного излучения, поступающего на Землю, равна 170 000 миллиардов киловатт.

На 1 квадратный метр поверхности Земли падает за каждую минуту тепловой поток, способный довести до кипения стакан воды. Но тепло, которое получает наша планета, — это ничтожнейшие крохи энергетического пиршества центрального светила. Океаны лучистой энергии проносятся мимо нас, исчезая в холодных космических безднах. Если бы удалось «откачать» от этого потока необходимую энергию и послать ее на Землю, проблема изменения климата была бы решена.

«Зеркало» из пыли

Это можно сделать при помощи своеобразного «зеркала», которое улавливало бы излучение Солнца и посылало его на Землю. Каждому, наверное, приходилось наблюдать, как танцуют в пучке солнечных лучей золотистые пылинки. Они светятся, потому что рассеивают солнечную энергию. «Зеркало» будет состоять из мельчайших частичек, вращающихся вокруг Земли на большой высоте и образующих как бы сплошной пояс, напоминающий всем известное кольцо Сатурна.

Такое «кольцо», может быть создано при помощи мощной космической ракетной техники. Определенное количество ракет выводится на заданную орбиту с грузом мелкодисперсного порошка, и там его выбрасывают таким образом, чтобы большинство частичек вращалось по круговой или эллиптической орбите, образуя «дымовой пояс». Возможно, что частицы могут быть получены и непосредственно на орбите в результате химической реакции (например, горения), как это делается при создании дымовых завес.

Полученное «кольцо», вес которого относительно непелик, будет способно рассеивать колоссальное количество солнечной энергии, часть которой направится на Землю. Если материал частиц выбрать белым, то такое «кольцо» может служить и для освещения нашей планеты.

Если бы оказалось возможным создать «кольцо», отражающее радиоволны определенной длины, оно явилось бы прекрасным средством для организации «всемирного» телевидения и радиовещания.

И светит, и греет

Естественно, что, создавая наше гигантское «зеркало», мы заинтересованы в том, чтобы получить максимальное количество рассеянной лучистой энергии при минимальном весе самого «зеркала».

Проделаем несложные расчеты.

Полный световой поток F, рассеиваемый небольшим участком нашего облака, будет прямо пропорционален освещенности Е, создаваемой Солнцем вне пределов земной атмосферы, числу частиц N , площади поперечного сечения частицы S и коэффициенту рассеяния одной частицы К(ρ):
F= E∙N∙S∙K(ρ).
Примем, что частицы являются непрозрачными, шаровыми и полностью отражают солнечное излучение в видимой части спектра.

Частицы могут по-разному рассеивать свет. Одни из них разбрасывают его равномерно во все стороны. Про такие частицы говорят, что у них сферическая индикатрисса рассеяния. Другие частицы «предпочитают» некоторые направления, свет рассеивается неравномерно. Индикатрисса рассеяния таких частиц может быть похожа по форме на грушу или на сигару.

От чего же зависит индикатрисса? На нее влияет параметр ρ, определяющий также и коэффициент рассеяния К. Этот параметр выражается следующим образом:
ρ=(π∙d)/λ
Здесь d — диаметр частицы, а λ — длина волны падающего на нее излучения.

Если мы не хотим в расчетах учитывать ориентацию частиц относительно Земли, то нужно, чтобы они имели сферическую индикатриссу рассеяния. Из рис. 1 видно, что для этого величина параметра должна находиться в пределах от 1,0 до 2,5.

Желательно, чтобы «кольцо» не только согревало, но и освещало Землю. А для этого частицы должны максимально отражать видимую часть спектра солнечной лучистой энергии с длиной волны λ , равной 0,555 микрона. Теперь из выражения для ρ мы можем определить размеры необходимых частиц. При ρ, равном 1, получается минимальный диаметр. Он равен 0,177 микрона. Соответственно при ρ в 2,5 диаметр частицы равен 0,44 микрона.

При дальнейших расчетах диаметр частицы принимаем средним между dмин и dмакс , то есть равным 0,3 микрона.

Величина коэффициента рассеяния K(ρ) показывает, какая часть лучистой энергии, падающей на частичку, рассеивается во все стороны, как видно из рис. 2, для ρ, равного 1 и более, эта величина не менее двух, хотя на первый вэтляд кажется, что она не может быть больше единицы.

Такое противоречие объясняется тем, что частица имеет размеры, сравнимые с длиной волны падающего на нее излучения, вследствие чего происходит дифракция света. Частица как бы захватывает проходящее мимо нее излучение, что равносильно увеличению ее диаметра. В дальнейших расчетах величина K(ρ) принимается равной двум.
Теперь у нас есть все необходимые данные для определения светового потока. Как известно, величина Е равна 150 000 люкс. Зная размер частицы, определим F.

Подсчитаем количество световой энергии, рассеиваемой облаком весом в 1 тонну. Величина удельного веса частиц принимается равной тонне на кубометр. Тогда суммарная площадь поперечных сечений частиц диаметром 0,3 микрона для «облака» весом в 1 тонну будет равна 5 000 квадратных метров! Световая энергия, рассеиваемая таким «облаком», будет соответствовать 2,4 миллиона киловатт, то есть превысит мощность Волжской ГЭС имени Ленина. Можно себе представить, какое количество энергии будет рассеивать «кольцо» весом в несколько сот тысяч или даже миллионов тонн!

Следует учитывать, что не вся энергия, посылаемая «кольцом» на Землю, достигнет ее поверхности. Отражается и поглощается атмосферой 13 процентов поступающей на Землю энергии.

Надо учитывать отражение от поверхности Земли и облаков. Альбедо Земли, то есть отношение величины отраженного излучения к падающему, зависит от широты.
Так как нас интересуют в первую очередь полярные области, то величину альбедо Земли следует брать порядка 0,5. Значит, половину энергии, полученной от «кольца», планета вернет космосу.

Таким образом, на основе предварительных расчетов можно сделать следующие выводы:
1. Количество лучистой энергии, посылаемой «кольцом», нижняя граница которого находится на высоте от 1000 до 1500 километров, составляет более 20 процентов от всей энергии, рассеиваемой им во все стороны, а мощность этого излучения достигает колоссальной величины.
2. Как показывает расчет, для «кольца» шириной в 100 километров, мощность посылаемого им излучения равна 260 миллиардам киловатт. Так как 13 процентов этой энергии отражается и поглощается атмосферой Земли, эта цифра снизится до 226 миллиардов киловатт. Максимальная величина освещенности равна 3700 люксам, средняя величина для всего освещаемого пояса будет равна 540 люксам. Как известно, для чтения требуется 30, а для производства точных работ 200 люкс.
Следовательно, для целей освещения достаточно иметь «кольцо» шириной менее 100 километров.

В бухте Тихой вечное лето...

В качестве примера проведем расчет хода радиационного баланса бухты Тихой, расположенной на широте 80 градусов 15 минут. Считая, что «плоскость кольца» проходит через полюсы Земли, получим, что средний удельный тепловой поток в районе бухты будет равен 18 килокалориям на квадратный сантиметр в год. Напомним для сравнения, что в районе Ленинграда величина годового радиационного баланса больше всего на 2 килокалории. Изменяя для каждого месяца существующий радиационный баланс на величину 1,5 килокалории на квадратный сантиметр, получим совершенно иную картину годового хода радиационного баланса бухты Тихой: для большинства месяцев в году радиационный баланс становится положительным; годовой радиационный баланс вместо отрицательного стал существенно положительным.

Ответить на вопрос, в какой степени это изменение повлияет на климат в бухте Тихой, без проведения сложнейших расчетов невозможно. Тем не менее можно считать, что наиболее вероятным следствием такого нарушения радиационного баланса будет постепенное, все ускоряющееся потепление полярных районов в уменьшение ледяного покрова Арктики. Ведь значительное увеличение радиационного баланса имеет не местный характер, а захватит обширные территории земного шара.

С уменьшением широты непосредственное влияние излучения «кольца» на радиационный баланс уменьшается, и в районе экватора оно практически равно нулю. Это происходит по двум причинам:
1. Величина естественного радиационного баланса с уменьшением широты увеличивается.
2. Отношение площади поверхности, облучаемой «кольцом», ко всей поверхности, заключенной в данном интервале широт, уменьшается с приближением к экватору. Это, конечно, положительное явление, так квк излучение «кольца» практически не будет обогревать пояс тропиков. Тем не менее все же следует ожидать некоторого изменения климата в этих широтах по другой причине — вследствие нарушения существующего радиационного баланса в полярных областях.


Сколько это стоит?

Результаты расчета показывают, что для создания «кольца» шириной в 100 километров требуется 0,47, а для «кольца» шириной в 500 километров — 2,4 миллиона тонн мелких частиц.

Для оценки стоимости создания «кольца», очевидно, необходимо знать, сколько тонн может быть поднято одной ракетой на высоту порядка 1000— 1500 километров и какова стоимость такой ракеты вместе с устройством для создания направленной струи мельчайшего порошка. Эти данные сейчас неизвестны.

Во всяком случае можно с уверенностью сказать, что если бы была прекращена во всем мире гонка вооружений, то этих средств хватило бы для создания «кольца» уже в ближайшие десятилетия.

В заключение необходимо сказать следующее. Создание своеобразного «дымового пояса» вокруг Земли может дать людям «точку опоры», при помощи которой, образно выражаясь, они смогут «перевернуть весь мир» в выгодную для себя сторону. Уже в ближайшие десятилетия идея о создании на Земле вечного лета, вечной весны и вечного дня может стать реальной программой кардинальной переделки климата.

Конечно, не следует начинать завтра же заниматься созданием «кольца» вокруг Земли. Никто, разумеется, не решится на это, пока не будут тщательно проанализированы положительные и отрицательные последствия такого мероприятия. Одновременно с этим должны быть решены многочисленные технические проблемы, связанные с созданием самого «кольца» и выбором его основных параметров. Основная цель настоящих сугубо ориентировочных расчетов — показать целесообразность этой работы. Другая цель — привлечь внимание широких кругов научно-технических работников для скорейшего решения поставленных проблем.
Tags: будущее, в порядке бреда, вшивый о бане, глобальные проблемы, информация к размышлению, космос, найденное, переделка, чтобы не пропало
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 9 comments