"Смена", №8, май 1924 год, стр. 27-28
Солнце, посылающее свои лучи на нашу землю, яеляется источником жизни на ней. Действительно, оно дает источник энергии — благодатное тепло, которое является необходимейшим условием существования всего живого. Без солнца земля представляла бы собой безжизненное, замерзшее тело. Благодаря солнцу, из "мертвого" вещества созидается "живое". Лучи солнца, нагревая воду в морях и океанах, заставляют ее испаряться, водяной пар поднимается вверх и уносится ветром. В верхних слоях воздуха пар превращается снова в жидкую воду, которая и падает на земную поверхность в виде дождя. Солнечные лучи нагревают лесную поверхность в одних местах больше, в других — меньше, над более нагретыми частями поверхности нашей планеты и воздух более нагревается, а известно, что нагретый воздух становится разреженнее и тем самым легче, а тогда холодный и более тяжелый воздух производит давление на более теплый, образуются, таким образом, воздушные течения, т.-е. то, что мы называем ветром или бурей... Итак. всюду и в живой природе и в неживой мы видим действие солнца. Без него наша планета была бы мертвым телом без живительного тепла, без животного и растительного мира, без человеческой культуры, без волнующихся морей и океанов, без дождей, без овевающих земную поверхность ветров... За последнее время наука поставила себе грандиозную задачу — использовать солнце в виде источника двигательной энергии. Последствия такого «Завоевания солнца» будут поистине колоссальны, это произведет грандиозный переворот в жизни человечества.
Печатаемая нами статья П. И. Лопатина и посвящена этой грядущей роли солнца в человеческой культуре.
"ЗАВОЕВАТЬ солнце. Заставить его работать. Какая это пустая, несбыточная мечта". Так могут подумать многие. А между тем думать так — ошибочно. Мы часто недооцениваем тех крупных успехов, которых достигла техника и большей частью как-то не отдаем себе отчета в том, что, ведь, давно мы поработили часть солнечных лучей, приучили их и заставили работать на наших фабриках и заводах, согревать наши квартиры, даже светиться в наших электрических лампочках и совершать сотни и тысячи больших и малых дел.
Как же это так?
Возьмем какой-нибудь двигатель, ну, скажем, так хорошо всем известную паровую машину и посмотрим — где же здесь солнечные лучи и каким образом мы ухитрились заставить их работать?
Вспомним на минуту, что происходит в паровой машине. Пар, попадая из парового котла в рабочий цилиндр, силой своего давления двигает взад и вперед поршень, который, в свою очередь, вращает большое маховое колесо. Как будто здесь говорить о работе и участии солнца не приходится. Но приглядимся к этому поближе.
Откуда получается пар? Ведь для этого надо согреть воду в котле и сжечь в топке определенное количество топлива. Вот тут мы и подходим вплотную к участию солнца в работе парового двигателя. Ведь топливо — это те же солнечные лучи, только непереработанные в той громадной фабрике, название которой — природа.
И, действительно, возьмем хотя бы каменный уголь, этот наиболее распространенный в промышленности вид топлива. Ведь он представляет из себя не больше, не меньше, как росшие много, много лет тому назад густые леса, питавшиеся в те далекие времена лучами солнца.
И вот, когда мы сжигаем топливо, т.-е. соединяем его с кислородом, последний снова вступает в соединение с углеродом топлива и образует уже знакомую нам углекислоту. При этом скрытая в топливе солнечная энергия освобождается и превращается в то тепло, которое и согревает хотя бы ту же воду в котле нашей паровой машины.
Таким образом, уже в тот момент, когда человек впервые научился использовывать топливо, добывая из него тепло и свет, — началась первая страница истории завоевания человеком солнца.
Сейчас мы дошли уже до конца этой первой страницы: — мы прекрасно научились использовать наши топливные богатства.
НАВЕРХУ. Солнечный двигатель Шумана под Каиром (Египет) в полдень, когда солнце стоит в зените. Установка состоит из 3 автоматически поворачивающихся за солнцем зеркал в 61 метр длиной каждое общей площадью отражающей поверхность в 900 кв. метр. Мощность установки около 100 лош. сил.
ВНИЗУ. Схема установки этого двигателя: а) восемь рядов вогнутых зеркал; б) трубки, приводящие горячую воду из зеркал к котлу; в) рабочий котел с аммиаком: г) отводная труба воды; д) паропровод в машину; е) машина; ж) труба отвода паров отработанного аммиака; з) охладитель.
Но перед нами лежит еще толстая книга этой истории и за последнее десятилетие мы начинаем уже робко заглядывать и на вторую страницу. И это как раз вовремя. Первая страница уже дочитана почти до конца — наши топливные запасы могут рано или поздно истощиться и перед человечеством встанет грозный вопрос: что же будет тогда, когда запасов топлива не станет?
Я сказал, что мы уже слегка заглянули на вторую страницу, но прежде, чем рассказать, что же увидело там человечество, любопытно решить такой вопрос: да стоит ли еще заглядывать туда? Быть может, сжигая топливо, мы использовали все, что можно взять от солнца и большего от него, при всем желании, получить уже нет возможности. Быть может, там — только пустой белый лист и ничего больше.
Еще почти 100 лет тому назад, в 1838 г., французский ученый Пулье сделал первый подсчет и нашел, что в среднем каждый квадратный сантиметр поверхности, на которую падают отвесные солнечные лучи, получает каждую минуту около 1 малой калории тепла, т.-е. лучи, падающие на квадр. сант., могут нагреть один грамм воды на 1 градус в течение одной минуты.
Но что это — большая или малая энергия?
Произведем для этого небольшой расчет. На поверхности двух страниц нашего журнала 1900 кв. сант., или, говоря грубо, — 2000 кв. сант.
На эту поверхность солнце в своих лучах посылает в минуту 2.000 малых калорий тепла. Теперь спрашивается, во сколько минут этим теплом можно вскипятить, ну, хотя бы, стакан воды?
В стакане 250 граммов воды и ее надо нагреть с комнатной температуры, т.-е. с 20° Ц. до 100° Ц., т.-е. на 80°. Для этого нам придется затратить: 250 × 80 = 20.000 малых калорий. Таким образом, тем теплом, которое солнце посылает на две страницы нашей "Смены", мы в состоянии вскипятить стакан воды в 10 минут.
Если бы всю эту теплоту мы могли бы превратить в механическую (двигательную) энергию, то каждый квадратный километр земной поверхности дал бы нам 1 миллион лошадиных сил. Но если даже принять, что мы в состоянии использовать для своих нужд только 10% этой энергии, то и в этом случае с одного квадратного километра мы получили бы 100.000 лошад. сил, т.-е. больше, чем дадут нам все установки Волховстроя. Исходя из того же расчета, можно заключить, что для покрытия расхода энергии всех московских электрических станций, нам пришлось бы для двигателей, поглощающих солнечные лучи, отвести под Москвой небольшое поле, размером, примерно, с Ходынское.
А если ко всему этому мы вспомним про находящиеся под палящими лучами солнца пустыни Азии, Африки, Австралии и Америки, то для нас станет ясным, какие неиссякаемые запасы энергии посылает на землю солнце в своих лучах.
Но посмотрим теперь, сколько же из всех этих запасов солнечной энергии, получаемой нашей землей, тратится на питание растений, т.-е. консервируется в нашем топливе. Известный ученый Гельмгольц вычислил, что на это идет всего только 1/1500 той энергии, которую солнце посылает на покрытую растительностью поверхность земли. Только одна полутора тысячная часть. А, значит, остальная масса солнечной энергии так и пропадает неиспользованной около нас, в то время, как человечество грызется из-за этой несчастной 1/1500, превращенной природой в уголь и нефть. Кругом нас солнце разлило громадный, богатейший запас энергии, который человек еще не умеет ловить и использовать для своих целей. А поэтому ближайшей задачей науки является — научиться это делать. Только в этом выход из выдвинувшегося в последние годы на мировую промышленность тяжелого топливного кризиса.
Но как это сделать?
Кое-что об этом мы уже знаем. Мы знаем, например, что в этом направлении нам можно итти двумя путями.
Первый путь — путь старый, прекрасно известный нам и уже давным-давно использованный растениями. Ведь ловят же они солнечное тепло так почему бы и нам не сделать того же. И именно так, как делают это растения, т.-е. разлагать под влиянием солнечных лучей углекислоту воздуха на кислород и углерод, а потом, соединяя углерод с кислородом, получать нужное нам количество тепла.
Солнечный двигатель Эриксона в Лос-Анжелосе (Капифорния С.-А.С.Ш.). Вогнутое зеркало, диаметром 10 метров, вращается на оси вслед за солнцем. Оно состоит из 1788 маленьких плоских зеркал, отражающих солнечные лучи на зачерненный медный котел в виде трубы, укрепленный в конусе зеркала. Вся установка приводит в действие 9-ти силовую паровую машину насосов орошения.
Технически это можно было бы выполнить так. Углекислый газ, получающийся от сгорания угля в тепловых двигателях, поступает в особые приемники солнечной энергии, расположенные на соседнем поле, которые перерабатывают его при помощи солнечных лучей в углерод и кислород. Углерод снова поступает в тепловой двигатель и, сгорая там, снова превращается в углекислоту, с которой вновь и вновь можно произвести все ту же операцию.
Но пока это только проект.
Но есть и еще один путь, — путь более осуществимый, по которому техника уже пошла и добилась крупных успехов. Теперь остается только развить эти первые победы и тогда солнечная энергия будет завоевана.
Путь этот — в использовании непосредственно солнечного тепла в так называемом "солнечном двигателе".
Сделайте такой опыт: взяв лупу (увеличительное стекло), нагревайте ее на солнце. Благодаря особенным свойствам лупы, лучи солнца, проходящие через нее, соберутся в одну точку и, если вы направите лучи на бумажку, или на вашу шапку, или на рукав вашей рубашки, то эти предметы прожгутся.
Сущность "солнечного двигателя" удивительно проста. Представьте себе громадную зеркальную воронку, поднятую над землей на особых мачтах. Воронка эта снабжена часовым механизмом, безостановочно двигающим ее так, что каждую минуту зеркала эти направлены прямо на солнце. В некоторых случаях воронка может быть заменена длинным вогнутым зеркалом, изображенном на рис. 1.
Солнечные лучи, отражаясь от зеркал, падают на черную поверхность котла, стоящего под этим опрокинутым солнечным зеркалом. Находящаяся в нем вода закипает и пары ее направляются в обычный паровой поршневой цилиндр. Тут они приводят в движение поршень, а он, в свою очередь, через посредство обычных штоков, маховиков и ременных передач, может приводить в действие любую машину.
Вот в кратких чертах описание того, что сделано наукой и техникой в деле завоевания солнца, и те пути, по которым пойдет в дальнейшем это завоевание.
И когда люди научатся ловить полностью солнечные лучи и заставят их работать на себя, тогда центр человеческой культуры переместится в жаркие солнечные страны и там начнется новая эра покорения природы, построенная на обуздании солнечного луча.