Текст книги "Реакция Вассермана и Латыпова на мифы, легенды и другие шутки истории"

Возобновляемое чудо. Энергетика будущего – не ветряк, а реактор

Человеку, не имеющему ни опыта самостоятельных разработок, ни хотя бы серьёзной подготовки по математизированным наукам и ремёслам, отличия науки и техники от магии представляются если не вовсе надуманными, то по меньшей мере незначимыми. От точных занятий ждут не менее чуда.

В последние предкризисные годы – в связи с очередным циклом роста стоимости сырья в целом и энергоносителей в частности – особое чудо выпрашивалось в энергетике. Особо эффектным направлением энергетического чудотворчества с давних пор служит тема возобновляемых энергоресурсов.

В нашей вселенной действует не только первый закон термодинамики (невозможность вечного двигателя), но и второй (невозможность получить энергию охлаждением одного предмета без нагрева другого) и даже третий (невозможность извлечения из нагретого тела всей содержащейся в нём энергии). Тут никакой энергоресурс нельзя считать вполне возобновляемым. На практике речь идёт о ресурсах, возобновляемых потоком энергии от Солнца (а в очень отдалённой перспективе – и других космических объектов). Но этой энергии хватит ещё на миллиарды лет, так что в рамках наших повседневных планов ресурсы и впрямь можно считать неограниченно возобновляемыми.

Да и технически дело представляется несложным. Солнечный свет можно использовать в полупроводниковых батареях. Вызванный им нагрев – в тепловых станциях. Можно перехватывать результаты нагрева – ветер, речные потоки, морские течения…

Увы, изящные инженерные решения упираются в сухие числа. На уровне орбиты Земли плотность солнечного излучения – 1400 ватт на квадратный метр. До поверхности нашей планеты доходит всего 1100: немалую долю тепловой части спектра перехватывают и переизлучают водяной пар и углекислота – так называемые «парниковые газы» (кстати, это сопоставление чисел уже доказывает лживость парниковой теории глобального потепления: я уже не раз говорил об этой грандиозной коммерческой фальшивке).

Это вроде бы немало. Даже если учесть, что вращение Земли позволяет в каждой данной точке улавливать в лучшем случае порядка четверти потока (в основном он падает не перпендикулярно поверхности, а вскользь). Но на естественные ограничения налагается ещё и техническое, именуемое КПД – коэффициент полезного действия.

Лучшие современные солнечные батареи преобразуют в электроэнергию примерно одну восьмую, а то и десятую долю падающего на них светового потока. Причин этому много. Одна из важнейших в том, что энергия квантов естественного света размазана по всему диапазону возможных частот, а для создания зарядовой пары в полупроводнике нужна определённая энергия. Часть фотонов, падающих на батарею, вовсе не располагает энергией, достаточной для генерации тока, а другая часть использует лишь часть своей энергии: приёмы использования одного фотона для генерации нескольких зарядов слишком сложны и ненадёжны, чтобы строить вокруг них серьёзную систему

КПД ветровых турбин тоже далёк от идеала. Вдобавок длинные лопасти, достаточные для работы при слабом ветре, легко разрушаются сильным воздушным потоком. Приходится либо разворачивать их плоскости по ветру, выключая электростанцию как раз в те моменты, когда она могла бы давать наибольшую мощность, либо использовать для лопастей новейшие материалы – особо прочные и поэтому особо сложные в производстве.

Учёные, инженеры, экономисты давно изучили проекты использования возобновляемых энергоресурсов. В обозримом будущем могут быть рентабельны только классические электростанции на реках да немногочисленные приливные станции в нескольких особо удобных бухтах. Остальные чудеса изобретательского гения за весь срок работы выдадут меньше энергии, чем уйдёт на их изготовление. Они полезны разве что в местах, где не наладить энергоснабжение из обычных источников: на уединённых маяках и автоматических метеостанциях, в горных ретрансляторах радиосигнала, в космосе…

Радикальный прорыв в материаловедении мог бы изменить картину. Но пока ничего подобного не предвидится. Материаловедение опирается на физику твёрдого тела, та – на квантовую механику, а последние радикальные квантовомеханические открытия сделаны уже около восьми десятилетий назад (даже лазер, созданный в начале 1960-х – следствие из статьи Эйнштейна, написанной ещё лет за сорок до его сотворения).

Мало помогут и нанотехнологии – главный сегодня источник ожиданий чуда. Механические свойства комбинаций микрочастиц и матриц тоже неплохо изучены.

Радикальный рост прочности (и долговечности) вряд ли уложится в столь скромные затраты, чтобы обеспечить рентабельность тех же ветряков или малогабаритных приливных турбин.

На нынешнем уровне развития науки и техники единственный перспективный вид энергоресурсов – делящиеся материалы. Ядерные станции – самые безопасные (даже с учётом катастрофы в Чернобыле). А при переходе на цикл с преобразованием некоторых неделящихся изотопов в пригодные для реактора – самые рентабельные. Политические угрозы вроде государственного и частного терроризма легко устраняются организационными мерами. Стройте реакторы – и забудьте околонаучные мифы о возобновляемых энергоресурсах.

Безальтернативная энергетика. Ветряки и солнечные батареи не спасут планету

Несколько слов об энергетических альтернативах. Панический доклад о грядущем дефиците нефти – а значит, катастрофическом её подорожании – подкрепили грустные замечания экспертов: мол, альтернативные технологии – вроде солнечных батарей или битуминозных песков – пока нерентабельны и нефть не заменят.

Многие из этих технологий отработаны в незапамятные времена, пригодны к немедленному – и выгодному! – применению. Сдерживает инвесторов неопределённость положения на рынке: нефть неизменно дешевеет лет через десять после очередного всплеска, и вложения, выгодные при нынешней конъюнктуре, могут при спаде нефтерынка стать нерентабельны.

Но кое в чём можно верить даже экспертам. Рецепты, коим обычно сулят самое блестящее будущее – например, ветряные электростанции, – действительно не окупаются. И не окупятся, пожалуй, никогда.

С точки зрения профессиональных экологистов альтернативные энерготехнологии – только те, что опираются на возобновляемые источники энергии. Но любой источник энергии рано или поздно исчерпается.

То, что считают неисчерпаемым экологисты, фактически подпитывается из конечного источника – Солнца. Угаснет оно лишь через миллиарды лет. На наш век хватит. Но мощность Солнца ограничена.

Энергии, выработанной нашим светилом в считанные секунды, человечеству хватило бы на многие века. Но до Солнца полтораста миллионов километров. Его излучение расходится во все стороны равномерно. На уровне земной орбиты на каждый квадратный метр приходит всего 1400 ватт.

Это немало. Искусственные спутники Земли, как правило, питают всю свою разнообразную аппаратуру от солнечных батарей. Пусть те превращают в электричество всего седьмую или даже восьмую часть падающего на них света – нужна лишь батарея побольше.

Но спутники – вершина современной технологии. Да и мощность у них скромна. Не зря для приёма сигнала даже с самых совершенных телеретрансляторов нужны антенны площадью порядка квадратного метра и хитрые многоступенчатые усилители – пусть даже успехи полупроводниковых технологий и позволяют упаковать все эти ступени в компактные микросхемы.

До поверхности Земли доходит всего 1100 ватт на квадратный метр поперечного сечения планеты: атмосфера поглощает часть энергии – знаменитый парниковый эффект несколько охлаждает планету. Общая мощность – примерно 55 триллионов киловатт при ловле энергии в космосе и 44 на поверхности. Нынешнее энергопотребление человечества – порядка десяти миллиардов киловатт – в тысячи раз меньше. Даже с учётом ожидаемого роста – примерно в два с половиной раза в ближайшую четверть века – резерв колоссален.

Увы, по меньшей мере девять десятых солнечной энергии требуется на неэлектрические нужды: от обычного освещения до фотосинтеза в растениях (в том числе океанских одноклеточных водорослях, вырабатывающих основную часть столь нужного нам кислорода). Да и коэффициент полезного действия всех существующих способов переработки света в электричество весьма далёк от единицы. Даже теоретически мы сможем использовать примерно сотую долю солнечной энергии.

Это тоже на порядок больше, чем нам нужно. Но…

Солнечная батарея площадью один квадратный метр даёт 100–150 ватт в идеальных условиях – когда повёрнута перпендикулярно свету при чистом небе. Среднесуточная её мощность даже на экваторе вдвое меньше. Цена же при нынешних технологиях – примерно 500 долларов. То есть 8—10 долларов за среднесуточный ватт. Обычные же энергоустановки – примерно доллар за ватт. Какая уж тут рентабельность!

Световой поток так неплотен, что для его промышленного использования нужны очень громоздкие установки. Или громадные посевные площади – если (как сейчас модно) перерабатывать на топливо кукурузу и рапс.

Ископаемые топлива – концентрат солнечной энергии, падавшей на Землю миллионы лет. Плотность извлекаемой из них мощности на многие порядки выше плотности солнечного света. Соответственно для её переработки нужны системы несравненно компактнее сопоставимых по мощности солнечных.

Есть и естественные концентраторы солнечной энергии. Но самые удобные из них – реки, собирающие её со многих тысяч квадратных километров – уже используются почти на пределе допустимого: дальше нужны затопление громадных плодородных просторов, строительство в вечной мерзлоте и прочие не менее разорительные затеи.

Нагляднейший пример бесперспективности экологичной энергетики – ветроэлектростанции. Их лопасти должны охватывать огромную площадь для сбора приемлемой мощности даже при слабом ветре. Чтобы при таком размере выдержать напор сильного ветра, их приходится делать из самых прочных материалов по сложной технологии. Между тем основную часть времени ветряк вертится слабо. В итоге энергозатраты на его изготовление зачастую превышают энергию, которую он выработает за весь срок службы.

Порой рентабельностью приходится пренебречь. В космосе не обойтись без солнечных батарей, на уединённых маяках и полярных станциях – без ветряков. Но в качестве массовой замены классической энергетики экологически чистые альтернативы обречены остаться пиаровским инструментом в межотраслевой конкурентной борьбе да инструментом распила казённых бюджетов.

Научное противоядие. Мифы о науке порождены её раздробленностью

Несколько слов о следствиях раздробления науки. Уже не первый век могущество науки превозносится на все лады. Многие полагают осуществимым – хотя бы в отдалённой перспективе – всё, чего человечеству когда-нибудь захочется. В художественном творчестве учёные всё чаще занимают место, доселе отведенное разве что великим волшебникам.

Художественные творцы вправе фантазировать по собственному усмотрению. Гораздо страшнее, когда их примеру следуют вполне серьёзные люди во вполне серьёзных делах. И ожидают от науки то великих чудес, то великих злодейств – безотносительно к реальности.

Страх перед достижениями науки общеизвестен. Ещё Хёрбёрт Джордж Джозефович Уэллс прославился сочинениями об ужасных открытиях: то доктор Моро хирургически придаст животным человеческие черты (а те в конце концов расправятся с ним с человеческой изобретательностью и звериной решительностью), то химик Гриффитт сделается невидимкой (и будет убит окружающими, убоявшимися его уникальных возможностей)… Впрочем, ещё задолго до пессимиста Уэллса пламенный певец гимнов научным возможностям

Жюль Габриэль Пьерович Верн тоже отдал дань всеобщему страху: в «Пятистах миллионах бегумы» профессор Шульце тратит несметные деньги на создание сверхмощных средств истребления.

Впрочем, и без гениальных фантастов страх очевиден и неизбывен. С каждым днём рождаются всё новые пугающие мифы. Природные явления – вроде естественных колебаний концентрации озона или температуры – объявляются делом шаловливых рук человеческих. Подлинные проявления высокого научного мастерства – скажем, замена отбора удачных последствий случайных изменений генофонда целенаправленным формированием нужного набора свойств – и подавно представляются злонамеренно разрушительными.

За большей частью модных страхов просматривается чей-нибудь корыстный интерес. Но урожай выгодных сплетен всходит на хорошо подготовленной почве дозированного невежества. Чтобы поверить, например, в углекислотную теорию глобального потепления, надо по меньшей мере не представлять себе подлинные механизмы теплоотвода от земной поверхности. А ещё лучше – вовсе не чувствовать ключевые закономерности теплообмена. И в то же время необходимо хоть что-то слышать о существовании как самих инфракрасных лучей, так и различий в их поглощении разными газами: человек, вовсе не слыхавший о тепловом излучении, просто не обратит внимания на обширные наукообразные рассуждения профессиональных эколожцев.

Популярность околонаучных мифов опирается на технологию образования, дающую некоторое представление о реальных фактах, но не указывающую реальных же взаимосвязей между ними. Если вовсе не знаком с основами химии, само понятие озонового слоя останется пустым звуком. Если владеешь тонкостями понятия цепной реакции – легко заметишь натяжки в фундаментальных трудах об опасности фреонов, даже невзирая на Нобелевскую премию, освятившую сии плоды хорошо оплаченной околонаучной фантазии. А вот когда ограничен обрывочным изложением, характерным для современного школьного курса – знаний хватит как раз на некритичное восприятие тщательно перемешанных фрагментов истины и фантазий.

Более того, даже хорошо подготовленный учёный может за пределами своей узкой специальности оставаться наивен, как рядовой школьник. Ведь фундаментальные представления о природных взаимосвязях, выходящих далеко за пределы каждой конкретной науки, считаются нынче философствованием, недостойным серьёзного профессионала. Более того, даже общеизвестное правило «крупнейшие открытия делаются не в рамках научных дисциплин, а на их стыках» принято считать уделом гениев, а не повседневной рекомендацией, задающей оптимальное направление поиска. Можно годами исследовать разновидности какой-то живности – но только Чарлз Робёрт Робёртович Дарвин из многообразия галапагосских вьюрков сделал вывод о независимой эволюции на отдалённых друг от друга островах и в конце концов пришёл к концепции происхождения видов путём естественного отбора случайных изменений, хотя все сведения, необходимые для этого вывода, были доступны биологам ещё за десятилетия до его участия в кругосветном исследовательском плавании.

Идея узкой специализации в науке поддерживается не только общеэкономическим представлением о разделении труда как главном инструменте повышения его производительности. Куда разрушительнее уверенность в невозможности овладеть всеми горами сведений, накопленных многими веками развития науки и техники. Между тем это развитие вовсе не сводится к сбору разрозненных фактов. Несравненно важнее построение теорий, охватывающих факты, складывающих цельную систему, позволяющих выводить всё новые факты из немногочисленных уравнений и концепций.

Теории также развиваются, пересматриваются, совершенствуются. Но именно в силу этого беспрестанного совершенствования каждая новая версия теории охватывает всё больше сведений, ранее представляющихся разрозненными. Поэтому суммарный объём теорий, необходимый для постижения мира как единого целого, ещё долго будет оставаться в пределах аналитических способностей отдельного человека.

Самое сильнодействующее противоядие околонаучным мифам – цельное (то есть подлинно научное) представление о мире.

Космическое будущее. Невидимая рука рынка тормозит прогресс

Несколько слов о космическом будущем человечества.

Эту тему подсказал мне мой брат. В отличие от меня, погрязшего в текучке, он – опытный управленец, умеющий работать на перспективу – нашёл время задуматься: почему так медленно осваивается космос. Ведь на заре космической эры – на рубеже 1950—1960-х годов – перспективы представлялись более чем радужными.

Оптимизм изрядно подпитывает неизбежная недооценка трудностей, возникающих по ходу любой разработки. Но всё же пару десятилетий назад возможностей техники хватало, чтобы завести хотя бы постоянную базу на Луне.

Увы, за краткой полосой качественного развития космонавтики наступил этап чисто количественного наращивания. А затем – и количественного спада.

Понятно, почему стабилизировалось число спутников связи. Совершенствование схемотехники позволило нагрузить каждый спутник более разнообразными обязанностями. Аналогично сокращение частоты пилотируемых полётов формально объясняется появлением постоянных орбитальных станций. Вместо того, чтобы каждую исследовательскую задачу решать запуском отдельного экипажа, теперь нагружают новыми работами тех, кто уже в космосе.

Но всё-таки налицо спад. Прежде всего – в разработке технологий.

Американские космические челноки создавались три десятилетия назад. Первый полёт ныне покойного челнока «Колумбия» – в день космонавтики 12 апреля 1981 года, то есть ровно через двадцать лет после полёта Юрия Алексеевича Гагарина. Кстати, не удивлюсь, если узнаю, что кто-то в Америке выбрал эту дату, чтобы через несколько поколений вести родословную космонавтики не от нашего корабля «Восток», а от их челнока. Тамошние пропагандисты дальновидны, упорны и умеют врать.

Наши технологии ещё старше. В основе всех наших пилотируемых пусков – компоновка, найденная Сергеем Павловичем Королёвым ещё в середине 1950-х в знаменитой ракете Р-7. Корабль «Союз» начали проектировать десятилетием позже – в рамках нашей лунной программы. Правда, наши «Семёрки» и «Союзы» – в отличие от челноков – постоянно модернизируются, ибо одноразовые. Но качественного прорыва не случилось.

Одна из очевидных причин застоя в небе – прекращение противостояния экономических систем. Космические успехи считались серьёзным доводом в пользу коммунизма или капитализма. Теперь вроде бы доказывать нечего.

Но мне кажется, тормоз куда глубже – в близорукости рынка.

Рынок как управляющая структура очень чётко отслеживает текущее состояние. Но довольно плохо и с изрядными сбоями прогнозирует перспективы развития. Это, в частности, одна из причин экономических кризисов. Когда все ориентируются на одну и ту же перспективу – рано или поздно все неизбежно заходят в один и тот же тупик.

Как только рынок решил, что космос освоен достаточно, чтобы извлекать из него непосредственную коммерческую прибыль, развитие принципиально новых технологий прекратилось. А ведь замыслы были интереснейшие!

Например, на заре космонавтики разработано множество проектов ядерных реактивных двигателей. Для этого изысканы компоновки реакторов, способные при небольшой доработке представлять интерес и для многих земных применений. Но всё это направление исследований закрыли из опасения катастрофы на старте. Правда, ядерный реактор в принципе куда надёжнее химического двигателя, но ведь его ещё отладить надо – опытные образцы всегда шалят! Если бы мы в своё время не пожалели сил и средств на лунную базу, это направление развивалось бы безопасно: на безвоздушной Луне радиоактивная пыль далеко не разлетится! А ядерная энергетика – качественно иной уровень космонавтики в целом. Скажем, полёты на Марс и Венеру не за многие месяцы, а за считанные недели. И расходы на единицу груза ниже на порядки – то есть становятся рентабельны многие новые направления деятельности.

Я мог бы привести ещё многие десятки колоритных примеров. Но и одного этого хватит, чтобы понять, как застой порождается той же близорукостью рынка, что создаёт и множество иных неприятностей. В частности, кризис.

Всё та же близорукость рынка заставляет его в поисках выхода из кризиса многократно метаться во все стороны. Значит, в ближайшее время нам понадобится очень серьёзное государственное управление – для подавления чрезмерных колебаний рыночной стихии.

Существенным элементом государственного выхода из кризиса могло бы стать развитие качественно новых отраслей – в том числе и для космоса.

Казалось бы, сейчас на новшества не хватает средств. Но когда мы начинали развивать космонавтику, страна была несравненно беднее, чем сейчас: первые ракетостроительные заводы заработали через считанные годы после Великой Отечественной войны. И ничего: развили и космические технологии, и ядерные, и даже с голоду не вымерли, несмотря на бесчисленные нынешние вздохи либерального ужаса по поводу тогдашней нищеты.

Да и не одними деньгами измеряется благополучие. Когда полетел Гагарин, мне было семь лет, четыре месяца и три дня. До сих пор прекрасно помню то ощущение счастья – не только у меня, но и у всех, с кем я говорил, кого мог видеть на улице или в телевизоре. Такое счастье победы всего человечества не купить никакими материальными благами.