Космічний сегмент російської енергосистеми
Валерій БУРДАК
Член Президії Академії інженерних наук ім. A.M. Прохорова.
Заслужений діяч науки РФ, доктор технічних наук, професор.
Ветеран РКК «Енергія» ім. С.П. Корольова.
Були, зрозуміло, і інші думки. Так, голова і виконавчий секретар Виконкому СНД В.Б. Рушайло озвучив «політичні», на думку багатьох учасників форуму, цифри: в СНД нафти вистачить на 55 років. З газом те ж саме трапиться через 77 років, а з вугіллям - через 717.
Що це означає для космонавтики? Адже наші космічні ракети споживають продукти перегонки і синтезу нафти, тобто гас і несиметричний диметилгидразин. Якщо нафта вичерпається нехай навіть через 55 років, то космонавтика може втратити її значно раніше - років через 25, а то і через 20. Чи відомо це в нашій галузі?
Участшжі форуму відзначили, що вартість видобутку нафти безперервно збільшується, що побудоване за часів СРСР обладнання досягло верхньої межі зносу, що місцеве населення і регіональне начальство вкрай незадоволено їх усуненням з власних багатств.
А ось кілька технічних показників: глибина переробки нафти у нас не перевищує 69% (в світі - 90%), наш авіаційний гас настільки брудний, що навіть вітчизняні авіакомпанії вважають за краще заправлятися де-небудь в Фінляндії, на наших нафтопроводах багато піратства (нафта відводиться, з неї отгоняются легкі фракції, а потім місцева «чорна» нафту знову прямує «в трубу»), в факелах ми спалюємо більшу частину попутного газу, навіть якість нашого бітуму не відповідає світовим стандартам.
СРСР до моменту свого «природного розвалу» вийшов на рівень видобутку нафти 625 млн т на рік. Зараз ми видобуваємо 450 і мріємо вийти в найближчі 7 років на рівень 550 млн т на рік. Але це - навряд чи: важко видобувних запасів у нас більше 55%, підготовлених резервів зростання немає, і вони не передбачаються. Підраховано, що для реалізації нашої енергетичної стратегії потрібні інвестиції в розмірі 2,5 трлн руб.
При цьому держава протягом 15 років нібито витратить всього 255 млн руб. а все решта коштів вкладуть видобувні приватні компанії. Тільки зараз вони не збираються інвестувати в розвідку навіть при наданні інвестору ділянки надр для видобутку нафти в разі, якщо відкриття родовища відбулося завдяки вкладенню його власних коштів! З моменту розвідки і облаштування родовища до реального видобутку нафти зазвичай проходить не менше 10 років, приватні інвестори на такі терміни повернення вкладених коштів не йдуть.
Превалювання сонячної енергетики, яке, згідно з прогнозами, почнеться в 2050-го може бути засноване тільки на створенні сотень КСЕС. Будівництво та експлуатація термоядерних електростанцій все ще під великим питанням, хоча піднялася неймовірна галас навколо гелію-3, який «рекомендують» добувати на Місяці. Мені особисто здається, що черга гелію-3 настане тільки після освоєння технології його видобутку з сонячного вітру з допомогою космічних накопичувальних систем, які ми з С.П. Корольовим обговорювали ще в 1964 р
Нарешті, наші головні сьогоднішні енергоносії - нафту і газ - не зникнуть, а стануть сировиною для виготовлення пластиків та інших виробів, тобто з енергобалансу вийдуть.
У будь-якому випадку будуть потрібні величезні інвестиції в ПЕК, а звідки їх взяти - неясно. Тим більше, що це не тільки наші проблеми.
ГЛОБАЛЬНИЙ МАСШТАБ У 1973 р вибухнула світова енергетична криза. Середньосвітова ціна на нафту підскочила тоді з 0,01 до 0.08 дол. / Кг. тобто зросла у вісім разів! А в 1982 році вона становила вже 0,25 дол. / Кг, перевищивши на період з 1976 по 1986 р середньосвітові ціни на зерно (0,08 - 0,11 дол. / Кг)! Стало вигідним переробляти зерно на спирт і заправляти їм автотранспорт.
Пристрасті поступово вляглися, людей заспокоїли новими відкриттями, які ось-ось повинні відбутися (шельфові родовища нафти, керований «термояд».), І життя ніби увійшла в колишнє русло. Але це тільки на перший погляд!
Провідні західні держави переорієнтували свою політику, підпорядкувавши її головну проблему - енергетичної. У нашій країні як раз в цей час при потуранні некомпетентних (продажних, заляканих?) Керівників була організована «перебудова», яка призвела до розвалу СРСР і виникнення нового «режиму», при якому російська нафта бурхливим потоком хлинула в західні сховища.
У світі почалися нафтові війни (Чечня, Ірак і т.д.), з'явилися нафтові пірати, нафтові шахраї, нафтові терористи і т.д.
Світова вироблення енергії з 1970 р прискорено знижується, в той час як чисельність населення планети прискорено зростає. Прірва між країнами по енергоспоживанню збільшується. З'явилася теорія «золотого мільярда»: мовляв, на Землі в пристойних умовах може існувати тільки один мільярд людей, а решта п'ять з гаком мільярдів повинні зникнути!
Зокрема, для Росії «квоту доцільною чисельності» озвучила Маргарет Тетчер: 15 млн чоловік, одна десята частина нашого нинішнього населення! А інша кмітлива дама, колишній держсекретар США Мадлен Олбрайт, заявила, що. поки Сибір належить виключно Росії, справедливості на Землі не буде!
Швидко збільшується забруднення середовища проживання радіоактивними відходами, які вже загрожують руйнуванням генома людини.
Глобальне потепління, в фазу якого вступила Земля, посилюється згорянням вуглеводневого палива. Збільшення середньорічної температури атмосфери неминуче призведе до нагрівання Світового океану і додаткового виділення в атмосферу розчиненого у воді діоксиду вуглецю. Процес зміни клімату піде лавиноподібно, і не колись, а вже через 15-20 років!
Гідроенергетика досягла своєї межі, знищивши мільйони тонн риби, зайнявши під водосховища або підтопивши цінні орні землі, зробила їх непридатними для отримання іншого важливого виду енергії - харчового. Нетрадиційні джерела енергії (вітрова, сонячна, приливна, енергія градієнтів солоності морської води, геотермальна), мають обмежені масштаби застосування.
Настане криза, швидше за все, років через 20 - 40. Воєдино зіллються енергетичний голод, глобальне потепління, харчової голод, глобальне забруднення довкілля, збройне протистояння країн, що розвиваються з розвиненими, руйнування генома людини.
Природно, вихід з положення, що створилося шукають і люди, і країни.
Підніміть голову! Але вихід для Росії все ж є. Пропонує його Академія інженерних наук, заснована академіком РАН, нобелівським лауреатом, A.M. Прохоровим.
Цей вихід - наші природні та інтелектуальні багатства, нафта, газ і - космонавтика! А конкретно - глибока (по Д. І. Менделєєва) переробка нафти і будівництво орбітальних космічних сонячних електростанцій (КСЕС). Ось що може не тільки вирішити на дуже тривалий період енергетичну проблему країни, а й згуртувати російський народ перед лицем небезпеки, що загрожує. Залишилося тільки вирішити проблему ефективної передачі енергії з орбіти на Землю, на спеціально створені антенні поля за допомогою СВЧ-променів, і поступового зникнення нафти можна буде не боятися.
Починати цю непросту справу, природно, необхідно вже зараз, а то буде упущено час. Причому починати треба з будівництва дослідної КСЕС з встановленою потужністю на Землі в 5000 кВт. Не треба порушувати традицію, що склалася в СРСР: все принципово нові електростанції (Обнинская атомна, Кримська сонячна, Камчатська геотермальна) мали встановлену потужність 5000 кВт.
Потрібен спеціалізований завод «Космаш» по типу «Атоммаша», потрібно міністерство відповідне створювати - взагалі поставитися до проблеми дуже серйозно! Підпорядкування Федерального космічного агентства Міністерству промисловості і енергетики ні до чого доброго не приведе.
Космічна специфіка складніше атомної, але подітися нікуди - проста техніка йде в минуле. Без складної високоінтелектуальної техніки людство просто зникне з лиця Землі. Не можу тому погодитися з рішенням керівництва країни припинити роботи по орбітального корабля «Буран» і списати всі витрати. Без такого корабля обслуговування КСЕС буде просто неможливим! Інша справа - ракета-носій «Енергія». Вона повинна бути замінена на більш дешеве і більш ефективне багаторазове засіб виведення.
Що ж буде представляти собою досвідчена КСЕС? Всі наші «Салюти», «Мир» і навіть будується з нашою участю МКС в порівнянні з нею будуть виглядати пігмеями. Та й наземні антенні поля для прийому енергії у вигляді СВЧ-випромінювання будуть значними - їх діаметр складе не менше 10 км! Будуватися вони будуть в тих районах сибірського Півночі, звідки сьогодні починаються нафто- і газопроводи. Тільки в цьому випадку виснаження невідновлюваних енергоресурсів буде замінено поданої на Землю сонячної енергією, яка у вигляді електричного струму піде по вже готовим лініях електропередач, у вигляді водню і синтетичного рідкого палива - за наявними нафто- і газопроводів.
А де ж взяти гроші на таке небувале будівництво? Зараз їх може дати тільки нафту! Але не сира, а у вигляді продуктів її глибокої переробки: моторних палив, попутних газів (тих же гелію і водню), штучних волокон і гранул (особливо поліетилену) і т.д.
Досвідчена космічна сонячна електростанція встановленою потужністю (на Землі) 0,05 ГВт.
Чотириступінчастий носій для КСЕС
Стартова маса 4800 т
Вартість виведення 1 кг
$ 100 Маса корисного вантажу на круговій ОІСЗ, Н = 250 км складає 250 т
Нарощування потужності КСЕС:
1 - досвідчена. 0,05 ГВт, 10 Вт / кг; 2 - проміжна. 1 ГВт. 20 Вт / кг, 60000т, 1x11 км; 3 - штатна. 5 ГВт, 50 Вт / кг, 100000 т, 5x11 км
При цьому не треба забувати, що 68% нафти з наших підземних комор ми вже вибрали, що часовий інтервал для переходу з нафтової до космічної енергетиці дуже обмежений (всього 15 - 20 років!), А тому діяти уряду країни слід рішуче і безкомпромісно. Ухвалення відповідних законів і постанов - найважливіше завдання сьогоднішнього дня!
Придбання навичок експлуатації дослідної КСЕС дозволить поступово збільшувати її потужність аж до 5 ГВт. При цьому антена і обслуговує зона зазнають мінімальні зміни - буде додаватися тільки кількість енергоагрегатов. Станції будуть працювати в автоматичному, напівавтоматичному (відвідуваному) і пілотованому варіантах. Буде потрібно величезна кількість космонавтів.
Подальше збільшення потужності КСЕС представляється зараз нераціональним. Краще тиражувати такі КСЕС і розміщувати їх на полярній орбіті.
Можуть виникнути два питання: чому я пропоную розміщувати КСЕС на полярній, а не на геостаціонарній орбіті (ГСО), і використовувати сонячні концентратори, а не сонячні батареї? З геостаціонарної орбіти наші північні території, де найбільше потрібна енергія, - «невидимі». Крім того, на ДСО розташовані інформаційні супутники, які будуть глушиться бічними пелюстками діаграми спрямованості передавальних антен. А сонячні концентратори і машинні перетворювачі вже сьогодні дозволяють отримати ККД «від Сонця до антени» близько 40% при тих же вагових параметрах, що і сонячні батареї при ККД всього 20%. Крім того, для виготовлення сонячних батарей буде потрібно таку кількість надчистого кремнію і арсеніду галію, якого просто не буде в розпорядженні держави. Ця проблема обговорювалася, і не раз, з «господарем» нашого кремнію, академіком А.М. Прохоровим.
Потреба в КСЕС відчувається вже зараз, і вона така, що в рік треба вводити в експлуатацію по дві КСЕС потужністю 5 ГВт. Для цього в ідеалі (без аварій і збоїв) треба виробляти на рік по 800 пусків носія з корисним вантажем 250 т. І тільки через 50 років отримаємо 500 ГВт встановленої потужності на Землі, що в поєднанні з іншими джерелами енергії буде достатньо для уникнення енергетичної кризи . Але уявити зараз подібні масштаби космічної будівництва просто неможливо! На ділі все буде значно скромніше: і будівництво каскаду КСЕС затягнеться на сотні років, і споживання на душу населення енергії в світі буде зменшуватися. Залишається подбати спочатку про Росію, де енергетична проблема з допомогою КСЕС представляється принципово розв'язуваної.
Засновник Академії інженерних наук, лауреат Нобелівської премії, A.M. Прохоров (зліва) і В.П. Бурдаков.
Наявність навіть невеликої кількості КСЕС на навколоземній орбіті дозволить зв'язати їх з допомогою лазерних променів. Буде можливо ефективно боротися з таким лихом, як тайфуни, здійснювати інші великомасштабні проекти (технологічні, наукові, екологічні, забезпечувати глобальну безпеку землян), зокрема - підвищувати врожайність, боротися з тероризмом і військовими конфліктами, запобігати зіткненню Землі з метеоритами і т.д . Не секрет, що нафтосховища, розташовані на поверхні Землі, дуже вразливі. Що ж стосується КСЕС і наземних приймальних антен, то їх вразливість буде на порядок менше (горіти нічому).
Дуже важливе питання - хто і на чиї кошти повинен будувати космічне енергогосподарство землян? З інженерної точки зору і на основі наявного досвіду це може робити тільки одна країна - Росія. А оплачувати роботи та надавати ресурси повинен, як нам представляється, весь світ! Але чи здатна ООН організувати виконання проекту? Або всі основні витрати повинна знову взяти на себе Росія? Це ще один аргумент на користь того, що Росії не позбутися лідерства в цій справі.
Але сучасної Росії будівництво навіть досвідченої КСЕС не по кишені. Адже ця «затія», як говорив академік Б.С. Стечкин, повинна бути забезпечена принципово новим засобом виведення - суперважкою космічним носієм на базі багаторазових одноступінчатих носіїв - МОН, здатним виводити на орбіту функціонування КСЕС вантажі масою до 250 т за ціною не більше 100 - 200 дол. / Кг. Такий носій в АІН ім. A.M. Прохорова опрацьовується, але в Федеральну космічну програму не включений. РФФД також не підтримує дослідження зі створення великих носіїв. Це називається: жити за рахунок майбутніх поколінь!
Створення навіть досвідченої КСЕС буде пов'язане з будівництвом величезного приймального антенного поля (ректенни) площею не менше 100 км 2. що дасть не тільки роботу, а й засоби до цивілізованого існування населення в північних районах Росії, природа яких через нафто- і газовидобутку істотно постраждала.
Що ж стосується вже існуючої і будується інфраструктури, необхідної для видобутку і транспортування нафти і газу, то її значення збережеться. Замість нафти і газу зі свердловин буде вилучатись вода, з води електролізом за рахунок «космічного» електрики буде виходити водень, який і піде по існуючих трубопроводах в більш обжиті райони земної кулі. Воднева енергетика, про яку так багато говорять останнім часом, сама потребує в енергетиці.
Штатна експлуатація сотень КСЕС буде супроводжуватися будівництвом ректенн в північних країнах, а отже, суттєвим поліпшенням всіх п'яти іпостасей існування людства: енергетичної, транспортної, безопасносной, технологічної та інформаційної. Будуть по-справжньому, а не вахтовим методом, освоєні безкраї простори Півночі, що істотно поліпшить і демографічну ситуацію в нашій країні.
Що ж стосується менш масштабних, але не менше потрібних проектів (освоєння Місяця, пілотованих польотів на Марс, на супутник Юпітера Європу, де передбачається розумне життя і т.д.), то вони будуть легко вирішуватися як побічні проблеми.