Сергей ОльховскийСкажу честно – ну, задолбал Трамп с его тарифами! Надоело обсуждать каждое слово и телодвижение Великого и Всемогущего. Нет, я вовсе не отрицаю, что Трамп – голова, и тоже свой палец ему в рот не положил бы. Но я, как человек где-то слегка легкомысленный, хочу отвлечь уважаемую публику, предложив ей порассуждать об энергии для человечества.
На заре своего развития человек начал использовать кинетическую энергию. То есть, чисто инстинктивно сообразил, что если хорошо размахнувшись, дать своему врагу по башке дубиной, или запулить в него камнем со скалы, то это избавит от конкурента в борьбе за существование, и поможет выжить в суровой действительности того времени. Тогда же появился и лук со стрелами, и метательные орудия, типа пращи.
Затем человек овладел энергией огня, благо в те времена дефицита в ветках и сучьях не было, которая позволила разнообразить свой рацион питания, отогнать диких зверей от пещеры, где он обитал, и согреться в период холодов.
А далее уже было недалеко до энергии, получаемой от химической реакции окисления вообще. То есть, вот так появились порох, огнестрельное оружие, электричество, паровозы, ТЭЦ, ГЭС, централизованное отопление, автомобили, самолеты и ракеты.
Но и после этого пытливый ум не дал человеку остановиться. Он овладел энергией естественных расщепляющихся материалов, создал атомное оружие и теперь пытается осуществить управляемый термоядерный синтез, пока, правда со скромными результатами.
Термоядерный синтез — это процесс, в ходе которого два лёгких атомных ядра объединяются в одно более тяжёлое ядро с массой меньшей, чем у двух исходных ядер. Согласно уравнению E=m•c², где: m – масса вещества в кг, с – скорость свете в вакууме, равная 300 000 км/сек, эта разница высвобождается в форме энергии. Теоретически, используя всего несколько граммов смеси дейтерий-тритий, можно получить 1 тераджоуль (ТДж) энергии. такого количества энергии хватит одному человеку, чтобы всю жизнь пользоваться всеми благами тепловой, электрической и механической энергии.
Параллельной ветвью энергетики, разгоняемой теми, кто, оказавшись лишенными ископаемого топлива, начали спекулировать на углеродном загрязнении и уповать на дары природы, стали поля солнечных электростанций и ветрогенераторов. Ну, что ж, пожелаем им чистого неба и попутного ветра. Всяко в жизни пригодится.
Но, что дальше? А дальше энергия, заключенная в элементарных частицах. Запасы энергии в любом веществе огромны. Установленная А. Эйнштейном эквивалентность массы тела запасённой в нем энергии, стала одним из главных практически важных результатов специальной теории относительности. Упомянутая выше формула E=m•c² определяет ее количество, причем независимо от вида вещества или его химического состава. Только масса покоя и скорость света!
Так вот, используя эту формулу, можно легко рассчитать, что 1 гр. массы любого вещества эквивалентен энергии 25 ГВт•ч, или 89,9 ТДж, или 21 ТКал, или 21 кТ в тротиловом эквиваленте.
Для наглядности: общая энергия такого вещества, как уран, больше энергии, выделяющейся из него в ядерном реакторе, в 105 раз.
В качестве еще одного небольшого отступления скажу, что по современным представлениям, масса видимой части Вселенной составляет 1052-53 кг. При этом, по некоторым оценкам, «темная материя» увеличивает массу на порядок, то есть, в 10 раз. Можно представить, какие энергии бушевали в рождающейся Вселенной при Большом взрыве, каждый грамм массы которой эквивалентен энергии атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму (от 13 до 18 кТ) или на Нагасаки (21кТ), и какие энергии сохраняются в ней до сих пор в различных формах!
Чтобы оценить теоретические перспективы использование этой колоссальной энергии, приведу несколько примеров:
- Для автомобиля с пробегом 1 млн. км, и истратившего на это 90 тонн бензина, было бы достаточно использовать в качестве топлива, всего 0,044 грамма полной энергии вещества.
- Для заправки ракеты Сатурн 5, той самой, которая доставляла американских астронавтов на Луну, вместо 2,75 миллионов килограмм жидких кислорода, водорода, а также керосина, понадобилось бы всего 1,5 – 2 грамма вещества. Конечно, при наличии соответствующего двигателя.
- Чтобы произвести 30 млрд. кВт•час электроэнергии, вырабатываемой Братской ГЭС в год, было бы достаточно энергии, содержащейся в 1,2 кг вещества.
- Для выработки электроэнергии в мире тратится до 15 миллиардов тонн условного топлива в год. Общая мощность всех действующих электростанций мира по последним данным, опубликованным в открытом доступе - 2,069 ТВт, а мировое производство электроэнергии - 18138,3 ТВт•ч. Если бы была возможность использовать энергию, заключенную в веществе, вместо традиционного топлива, то для производства этого количества электроэнергии, вместо 15 миллиардов тонн, понадобилось бы всего 725,5 килограммов вещества в год.
Но тут есть большое «но». Оно заключается в том, что, хотя вещество валяется под ногами в огромных количествах, еще нужно как-то ухитриться добыть из него энергию.
Энергия элементарных частиц высвобождается в процессе аннигиляции, при контакте материи и антиматерии, в ходе которого они взаимоуничтожаются. Человечество уже научилось создавать антиматерию, хотя и в ничтожных количествах.
Еще вариант – это черная дыра. Черные дыры обладают так называемой сингулярностью. Это, грубо говоря, точка, в которую сколлапсировало вещество, ставшее материалом для образования черной дыры. При приближении к сингулярности материя полностью разрушается и превращается в энергию. Если удастся создать черную микро-дыру, то она в этом случае моментально испарится и выдаст энергию в виде излучения.
Такое же большое «но» заключается в том, что мало добыть эту энергию, но еще нужно преобразовать ее в механическую, электрическую, или в другой потребный вид. Это к вышеприведенным примерам перспектив использование энергии частиц. Речь идет о том, что нет пока таких двигателей или устройств, и в ближайшее время их создание вряд ли предвидится.
А все так же – никак! И проблема - в расстояниях и в ускорениях, которые сможет выдержать человек длительное время. Но и в двигателе тоже. Давайте посмотрим.
Возьмем, к примеру, теоретически возможный фотонный двигатель, который все тот же реактивный, только тяга создается за счет направленного излучения потока фотонов, обладающих импульсом.
Расчеты показывают, что для развития 1 н тяги фотонным двигателем понадобится 300 МВт мощности. Космический корабль массой 1 000 тонн, оснащенный аннигилятором и таким двигателем, работающим на энергии частиц, мощностью 2 940 ТВт при тяге в 1 000 тонн, двигающийся с ускорением 1g, теоретически достигнет скорости света примерно за 1 год, израсходовав при этом всю свою массу на питание двигателя.
Таким образом, даже он, при очевидных преимуществах – не решение для дальних космических полетов, хотя бы из-за огромной энергоемкости тяги излучением, и ограничения обитаемого корабля по ускорению. Нет, можно, конечно, прицепиться к метеориту, и использовать его вещество в качестве рабочего тела, но тогда набор скорости будет длиться уже десятками, если не сотнями лет.
Если учесть, что полет со скоростью света до одной из ближайших галактик, скажем до Большого Магелланова Облака, займет 163 тысячи лет. А до туманности Андромеды - 2,5 млн. лет, го обратно можно уже не возвращаться! Шутка!
Если же умерить аппетиты, и направить свой путь к ближайшей к Земле яркой звезде Альфе Центавра, то лететь этому кораблю пришлось бы значительно меньше, примерно 4,3 года. Но топлива хватит, как мы уже выяснили, только на разгон. На торможение уже не хватит. Не вариант!
Конечно, мы рассмотрели только фотонный двигатель. Возможны и другие с использованием энергии частиц. Но все же представляется, что для перемещений в космосе нужно что-то другое, вконец фантастическое. И, кстати, у фантастов имеются на этот счет некоторые задумки.
Кто-то скажет – все это невозможно! Пока да, невозможно. Точно так же, как 150 лет назад было невозможно даже помышлять не то, что об управляемом термоядерном синтезе, но и о делении тяжелых ядер. А сегодня до 10% электроэнергии в мире вырабатывается на атомных электростанциях.
Реактор или аннигилятор, если удастся их создать, позволят высвободить энергию из любого вещества. Конвертер или синтезатор возможно позволят преобразовать энергию в вещество, и, возможно, даже с заданными свойствами. Простор для фантастики!
Естественно, что для разработки технологий и оборудования для извлечения и применения этой энергии, необходимы не только достаточный уровень знаний и огромные материальные ресурсы, но важна и мудрость, чтобы не оборвать существование человечества еще на сегодняшнем уровне развития нашей цивилизации.
И для овладения энергией вещества очень пригодились бы те 2 триллиона долларов, которые государства мира ежегодно тратят на военные расходы.
P.S. При написании использованы доступные материалы из интернета, плюс мои ранние статьи, а также элементарная арифметика.
Свежие комментарии