Промышленное освоение космоса - Константин Циолковский

В лютом полярном холоде, где средняя температура, положим, 20° холода, на глубине полтора километра температура уже достигает 25° тепла, как на экваторе. На нем же, всего лишь на глубине полверсты, она достигает 40° Цельсия, т. е. делается невыносимой.

В холодных странах повышение температуры в рудниках даже приятно и полезно. Так, при нашей средней температуре в 5° Цельсия, углубление на 0,5 версты дает весьма приятую температуру в 20° Цельсия. Но вообще рудники и шахты не глубоки, и повышение температуры невелико и мало благодетельно. Повышение температуры в горах, при проведении тоннелей, скорее, затрудняет работы, чем облегчает.

Так, если прорывают массив высотою 2 версты, то температура повышается на 60° Цельсия. Она становится совершенно невыносимой и требует непрерывного проветривания подземных каналов и ванн для рабочих. Даже незначительный кряж, в полверсты высотою, при средней температуре на поверхности в 15° Цельсия, уже делает температуру несколько высокой для работ, именно в 30° Ц.

Одно из громадных препятствий к добыванию глубоких руд и исследованию глубин земной коры есть повышение температуры. Конечно, еще большее препятствие представляют обвалы и подземные воды.

Но — нельзя ли соединить благотворное исследование внутренности Земли с использованием не только ее материалов, но и внутренней теплоты Земли?

Шахта может рыться в виде дуги, со входом и выходом, или в виде угла прямого или тупого, вершина которого находится в глубине Земли. При глубине в две версты она может дать в среднем температуру 75°, т. е. выше средней на 60°. Она может содержать воду или воздух. Если вещества надо выбирать из шахты, так как они необходимы, как сырец, то можно оставить воздух, в противном случае шахта нарочно или естественно заливается водой. И вода и воздух дадут не только высшую температуру, но и непрерывный поток, фонтан, который может быть использован как механическая работа.

В одно отверстие входит вода, из другого она бьет фонтаном. Обе части канала одинаковы и все же — в одной вода будет опускаться, в другой — подниматься. Действительно, в первой части шахты температура будет ниже, чем во второй; в ней вода, пройдя через весь канал, успеет нагреться сильнее. Поэтому в первой части холодный столб будет тяжелее, чем горячий во второй. Отсюда нарушение равновесия и непрерывное движение жидкости или газа.

Сначала будет большая добыча тепла и работы. Затем шахта начнет охлаждаться, и выделения эти ослабятся. Но немаловажное значение имеет и охлаждение шахты, которое даст возможность продолжать ее рытье. Столб воздуха, сам по себе, должен еще нагреться на глубине километра на 5-10° Ц.

Вы видите, что трудно воспользоваться внутренней теплотой Земли. Разве, между прочим, при рытье шахт.

Заметим, кстати, что в океанах, напротив, замечается понижение температуры с углублением. На дне глубоких открытых морей температура доходит до +2, даже до 0° Цельсия. Причина— холодные полярные воды, идущие низом страшной массой к экватору. Температура воздуха с повышением на километр подымается градусов на 5 Цельсия. И здесь возможно использование контраста температур.

Непосредственная энергия лучей Солнца на Земле

Если бы свет Солнца, не проходя через земную атмосферу, светил непрерывно, в течение суток на квадратный метр земной поверхности, нормальной к лучам Солнца, то получили бы 43 200 больших калорий. Такая калория есть количество теплоты, достаточное для нагревания одного килограмма (2,4 фунта) воды на 1° Цельсия.

Всей этой теплоты, падающей на квадратный метр, довольно, чтобы нагреть 1000 килограммов воды, или тонну (кубический метр воды) от нуля до 43° Цельсия.

Но вследствие круглоты Земли и ее вращения на квадратный метр, в среднем, приходится в 4 раза меньше, т. е. около 10 000 калорий. Половина этого количества поглощается воздухом. Таким образом, в среднем до почвы в сутки доходит не более 5000 калорий: на экваторе несколько больше, а к полюсам — меньше. Если же принять в расчет облачность, низкое стояние Солнца, то еще несравненно меньше. Даже при безоблачном небе пустынь половина солнечной энергии не доходит до Земли.

Механическая энергия, соответствующая такому (5000 кал) количеству тепла, составит более 2 000 000 килограмм-метров, т. е. она достаточная, чтобы в сутки поднять 1000 килограммов или тонну (61 пуд) на 2 километра (версты) высоты. В секунду квадратный метр дает около 0,06 калорий или 32 килограмм-метра.

На самом деле, вследствие постоянной облачности атмосферы, эта работа еще значительно менее. Почти вся она превращается в теплоту, и только примерно 1/5000 часть утилизируется и превращается в потенциальную энергию плодов, зерен, фруктов, овощей, древесины и других несъедобных частей растения. Были попытки непосредственно эксплуатировать солнечную энергию для кухонь, двигателей, прачечных и других технических целей. Употреблялись зеркала, стекла, тела темного цвета и т. п. Даже без зеркал температуру удавалось в приборе доводить до 100 и более градусов тепла, и все же серьезных применений пока не получали. С одной стороны, постоянные туманы и облачные дни наших стран, суровый климат, давали теплоту слабую и непостоянную, с другой стороны — не окупалась сложность аппаратов, с третьей — обилие топлива в виде растений, каменного угля, нефти и торфа делало применение его для нагревания гораздо дешевле и удобнее. Только в странах тропических и безоблачных можно еще думать о применении солнечных лучей к разным целям. Таковы: Египет, Сахара, Атакама и т. п. пустыни. Но они как раз пока не заселены и мало нуждаются в двигателях и тепле. При заселении их потребность в этих машинах увеличится. Там они могут дать огромную механическую работу.

В самом деле, калорические моторы могут утилизировать до 30% теплоты. Если мы допустим только 10% утилизации, так и то с каждого квадратного метра земли получим не менее двух килограмм-метров непрерывной работы днем и ночью. Если же ограничиться 8 часами, то 6 килограмм-метров, т. е. почти работу рабочего. А так как человеку приходится не менее 4 гектаров земли, то каждый может извлечь из Солнца работу 40 000 рабов на свою пользу. Разумеется, не под силу одному человеку построить один или несколько двигателей, занимающих 4 гектара пустыни. Если же допустить, что население увеличилось в 100 раз, то на душу придется 400 кв. метров. Пусть 3/4 этой земли пойдет на земледелие. Останется 100 кв. метров, которые могут дать работу 100 механических рабов в течение 8 часов.

Человек не умеет сейчас пользоваться химической энергией солнечных лучей, т. е. не может в аппаратах разлагать углекислоту и другие сложные тела на элементы, получать клетчатку, крахмал, белок и множество других необходимых человеку веществ. Если бы было такое умение, то получились бы великолепные результаты. Мы о них поговорим, когда будем разбирать таблицу солнечной энергии. Пока же эти химические работы совершаются посредством растений и животных.

Действие лучей Солнца на Землю, воздух и воду

Лучи Солнца могли бы человеком, с помощью двигателей, превращаться в механическую работу, а эта последняя легко бы давала энергию химическую, электрическую и т. д.; но пока известны только попытки это делать или очень незначительные применения.

Природа эту энергию частью рассеивает поверхностью почвы, воды, снегов и облаков, именно около 20%. (Так называемое альбедо для Луны принимается в 17,5%, для снега 78%, для белого песка 24%, для глины 16%, для облаков и воды — неизвестна. Для Земли, я лично, вычисляю 20%). Менее 80% превращается в теплоту почвы и воды, но, конечно, и эта теплота, в конце концов, почти целиком уходит в виде темных лучей в небесное пространство. Незначительная часть энергии солнечных лучей превращается в движение воздуха и воды, другая, тоже малая часть, идет на образование растений и животных. Но растения и животные, сгнивая, выделяют обратно эту энергию в небесное пространство. Однако малая доля растений не подвергается полному сгниванию, а образует залежи торфа и других полуистлевших растений, снесенных реками, океанами и засыпанных там песком, илом и морскими осадками. В древние времена эти запасы энергии накоплялись в большом количестве и образовали залежи каменного угля, нефти и торфа.

Будем говорить сейчас об энергии движущихся воздуха и воды. Для современного человека и эта работа громадна. Он пользуется ею и сейчас, но в незначительном размере. Ветряные и водяные мельницы, турбины и другие машины используют очень немного эту работу.

Можно пользоваться волнообразным движением воздуха и воды. Это только в зачатке. Больше всего пользуются поступательным движением воздуха и воды и, в особенности, падением воды в водопадах. Вода тут заменяет топливо и называется не без основания белым углем, вернее — прозрачным топливом.