Промышленное освоение космоса - Константин Циолковский

Эта потенциальная работа имеет вид графитов, каменных углей, торфа, нефти. Все это остатки растений древних времен, снесенные водой и засыпанные наносами воды и ветра или погребенные в болотах и озерах, на месте произрастания.

Всего на земном шаре добывается около 800 миллионов тонн каменного угля в год, что на душу составит в год по 1/2 тонн, или 500 килограммов. В день придется на человека 1,4 килограмма (около 3,5 фунтов). Он идет на топливо, на работу машин, на восстановление руд и на множество иных целей. Употребленный исключительно на получение механической работы, он дал бы для каждого человека 2–3 лошадиные силы, работающие днем и ночью. При обыкновенной утилизации работа будет в 10 раз меньше.

Но статистика показывает, что на душу приходится не более 0,03 лошадиных сил, следовательно, только 10% угля идет на движение; остальное на топливо, на металлургические и другие надобности.

Можно сообразить, как могут быть, приблизительно, велики запасы каменного угля в земной коре.

Теоретическая, т. е. идеальная годовая работа солнечных лучей может накопить 2 тонны угля на квадратный метр поверхности, непрерывно освещаемой нормальными солнечными лучами. На Земле влияние атмосферы и круглоты Земли уменьшает это число, по крайней мере, в 8 раз. Получим 250 килограммов. Но земные растения, в среднем, утилизируют только 1/5000 часть солнечной энергии; значит, запас годовой не может превышать 0,05 килограмма, или слой угля, равномерно покрывающий всю Землю, на 1/20 миллиметра (при плотности в 1; на деле плотность угля около 1,4).

Следовательно, и в 20 тысяч лет слой угля составит непрерывную залежь только в 1 метр; ввиду неравномерного накопления его, слой будет где тоньше, где толще. Значит, максимальный запас этого драгоценного ископаемого в 20 000 лет выразится числом в 100 триллионов тонн (1014).

При теперешнем потреблении угля это должно бы хватить более чем на сто тысяч лет. Но известно, что такого запаса Земля не имеет. Поэтому приходится думать, что или не все запасы еще открыты, или накопление угля было менее значительно. В самом деле, большая часть растительности истлевала и только по берегам рек и других вод она могла сваливаться, уноситься водой, погребаться и сохраняться наносами.

Во всяком случае, видно, что как ни громадны запасы каменного угля, но, принимая в расчет будущее увеличение населения в сотни раз и увеличенную потребность его в индустрии, этого горючего ископаемого чрезвычайно мало.

Если бы мы имели возможность вполне утилизировать солнечную энергию на земном шаре, то могли бы в один год получить слой угля толщиною в 1/4 метра или 1/4 тонны на квадратный метр. В 40 лет составился бы запас на миллион лет. Растения утилизируют до 2%. Значит, мы могли бы на практике, при помощи растений, получить в 40 лет запас на 20 000 лет, а в год на 500 лет.

Растения, как видно, очень невыгодное средство утилизации солнечной энергии как топлива и в особенности механической работы. Ведь, в общем, на практике, они утилизируют лишь одну пятитысячную долю полной солнечной энергии. Есть, однако, растения, которые дают до 5% утилизации и могут теоретически быть растения, утилизирующие до 50% солнечной теплоты, т. е. дающие на 1 кв. метр до 1/8 тонны угля, или до 125 килограммов в год. На 4 километра удельной земли, приходящейся на одного жителя нашей планеты, это составит 5000 тонн, т. е. в 10 000 раз больше, чем добывается всего угля на 1 душу. Применяя наилучшие, уже существующие растения, все же получим в 500 раз больше. Наконец, если взять средние числа, то добудем с помощью растений лишь половину всего добываемого из недр Земли угля.

Пояснения к таблицам солнечной энергии

Некоторые вычисления о солнечной энергии сосредоточены у меня в двух таблицах.

Они дают понятие об идеальной работе солнечных лучей, выраженное, то в механических единицах работы, то в тепловых единицах, то в форме химической работы и т. д.

Не надо забывать, что это максимум, и только некоторую долю его может получить человек, теми или другими способами. Так, растения дают от 0,05% до 5% в виде химической работы, двигатели — до 30% в виде механической работы; только теплота утилизируется почти целиком. Кроме того, среднее количество солнечной энергии на земле, не принимая в расчет облачных и туманных дней, еще в 8 раз меньше. Причина — круглота Земли и поглощение энергии атмосферой. Не только это, но и множество других условий мешают идеальной эксплуатации солнечных лучей. Таблицы относятся к эфирному пространству, непрерывному и нормальному действию лучей и идеальному способу эксплуатации. Чтобы перейти к Земле, надо эти числа уменьшить в 8 раз, а если обратить внимание на облачность, то раз в 20, в 100 и более, смотря по облачности и другим условиям. На короткое время, не больше 2–3 часов, при вертикальном стоянии Солнца, при чрезвычайно прозрачной атмосфере, на высоких горах, результаты действия солнечных лучей могут быть довольно близки к таблицам. Еще ближе они на нашей Луне, где нет атмосферы.

Объясним значение 7 строк первой таблицы.

1. Солнечная теплота в больших калориях. Например, в секунду квадратный метр нормальной к лучам поверхности получает полкалории, т. е. полкилограмма воды может нагреться в секунду на один градус Цельсия, в минуту на 30°, в час 1800 килограммов нагревается на 1°, или 18 килограммов на 100° Цельсия и т. д.

2-3. Представим себе, что квадратный метр залит ровным слоем воды. Строки показывают, какой толщины слой нагревается на один градус Цельсия. Так, в час нагревается слой глубиною в 1,8 метра; в минуту толщина будет только 0,03 метра, или 3 сантиметра, в секунду — 0,0005 метров или 1/2 миллиметра, в сутки — 43,2 метра, или 1 метр глубины от нуля до 43° Цельсия.

Разумеется, не имеют в виду потерю теплоты от лучеиспускания и теплопроводности.

4-5. Эти строки показывают также толщину нагретых на 20° Цельсия воздуха и почвы. Так, например, воздух в минуту прогревается от 0 до 20° на глубину 4,8 метра, а почва в то же время на глубину 0,003 метра, или на 3 миллиметра. В сутки нагревание почвы, конечно, при отсутствии тепловых потерь, дошло бы до глубины 4,3 метра, а воздух в то же время прогрелся бы на 6912 метров, т. е. почти на 7 километров, или более, чем на 6 верст (равной плотности).

6. Тут показана соответствующая механическая работа. Так, тепловая энергия одного квадратного метра (освещенного солнцем), превращенная без потерь в механическую работу, дает в секунду 214 килограмм-метров, т. е. 214 килограммов поднимаются на 1 метр высоты. Такая работа немного менее непрерывной работы машины в 3 лошадиных силы. В эфирном пространстве легко может утилизироваться до 30% и более этой энергии с помощью особых моторов. Тогда увидим, что каждый квадратный метр будет давать до 60 килограмм-метров, или немного менее одной лошадиной силы. Самая выгодная эксплуатация механической работы от солнечных лучей — это использование ее с помощью моторов, без посредства растений. На Земле, по разным причинам такая эксплуатация даст, по крайней мере, в 20 раз меньше. Но и то составит 3 килограмма-метра и будет в 2000 раз больше, чем сколько может дать весь добываемый на земле каменный уголь, работая в моторах. На самом деле только ничтожная его доля работает в моторах, именно, мы видели, что только 10%.

7. Здесь выражена та же работа, но в виде высоты поднятия слоя воды глубиною в 1 метр, и покрывающего освещенную Солнцем поверхность Земли. В минуту такой слой подымается на 13 метров, в час на 770, а в сутки на 18,5 километров, т. е. на 17 верст с лишком, в год на 6 тысяч верст. Если бы эту годовую работу употребить на сообщение поднятой массе воды скорости, то ее было бы достаточно для вечного удаления такой массы от земной поверхности, т. е. для полного одоления тяжести земли.

Поясним вторую таблицу. Тут проявление солнечной энергии медленнее, а потому срок дается от часу до столетия.

1. В первой строке выражено накопление теплоты в громадных калориях — тонно-градусах. Например, видно, что в сутки может нагреться тонна воды на 43 °C. Солнечная теплота опять относится к квадратному метру нормальным лучам и непрерывному действию лучей в эфире. Потери не считаются.

2. Показана толщина нагретой на 100 °C воды. В сутки может нагреться слой в 0,432 метра, или 43 сантиметра, в час около 2 сантиметров.

3. Выражена толщина слоя растаявшего льда, при 0 °C. В сутки растает полметра, в час 2 сантиметра, в год — 197 метров.

4. Указана толщина слоя воды при 100°, обратившейся в пар при той же температуре кипения. Так, в год найдем около 30 метров, в час 3 миллиметра. В час тропической жары и действия вертикальных лучей Солнца действительно может испариться если не 3, то 1–2 миллиметра. Интересно годовое число. Уменьшив его для Земли в 8 раз, найдем среднее наибольшее возможное количество испарения, а следовательно, и осадков. Получим 375 сантиметров. Это число на самом деле близко к наблюдаемому максимуму годовых осадков воды на экваторе.