Будущее космической индустрии - Эрике К.А.

Author: Эрике К.А.
Tags: авиация и космонавтика летательные аппараты ракетная техника космическая техника междупланетные соединения (междупланетные полеты) космонавтика (аэронавтика) космонавтика издательство машиностроение
Year: 1979
Similar
Наука и жизнь №7 за 1976 год
От «Спутника» до «Глонасса»
Вам строить звездолеты
Развитие отечественной ракетно-космической науки и техники. Том 3. История развития отечественных автоматических космических аппаратов
Text
                    
Краффт А.Эрике
ездя®.
МОСКВА
МАШИНОСТРОЕНИЕ*
1979	.
ББК 39.6
Э74
УДК 629.78.002.2
Перевод с англ, и редактирование
русского текста А. В. ПТУШЕНК.0
Краффт А. Эрике
Э74 Будущее космической .индустрии: Пер. с англ.— М.:
Машиностроение, 1979. — 200 с., ил.
95 к.
В книге рассматриваются перспективы развития космической индустрии в
околоземном пространстве и на Луие. Наибольшее внимание уделяется энер-
гетике, добыче ископаемых на Луне, выносу ряда производств в космос, транс-
портным проблемам, экономике экзоиндустриализации, защите окружающей
среды на поверхности Земли.
Книга рассчитана на самый широкий круг читателей, занимающихся воп-
росами комплексного освоения космического пространства.
31900-423
Э -----—-------227-80. 3607000000
038(01)-79
ББК 39.6
6Т 6
© Перевод иа русский язык, предисловие и примечания,
«Машиностроение», 1979 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В эпоху научно-технической революции наука стала непосредствен-
ной производительной силой и приобрела ряд характерных особен-
ностей; тесную связь с промышленностью, быструю практическую
реализацию результатов научных работ, расширение научных свя-
зей и контактов. Наука, кроме этого, стала объектом внимания
широких читательских масс.
В последние годы у читателей заметно возрос .интерес к пробле-
мам освоения околоземного космоса. В известной мере этот интерес
Определяется также и широким обсуждением в научно-популярной
периодике энергетических и экологических проблем, вызванных
быстрым, но не всегда в должной мере контролируемым развитием
техники.
Известно также, что в области изучения космического прост-
ранства наметилась определенная тенденция развития сотрудни-
чества между СССР и США.	,
Поэтому не будет преувеличением утверждать, что обсуждение
взглядов американских ученых —• специалистов по затронутым
вопросам является достаточно актуальным и представляет инте- '
рес не только для профессионалов, но, в известной мере, и для
широких читательских масс.
Автор предлагаемой читателю книги — крупный американский
ученый, труды которого по космонавтике широко известны в
СССР. Еще в шестидесятые годы у нас был издан перевод фун-
даментальной книги Краффта А. Эрике — трехтомной монографии
«Космический полет», содержащей детальный анализ всех необ-
ходимых для космонавтики соотношений небесной механики, под-
робное описание строения Солнечной системы, включая характе- .
ристикм планет, а также оценку целей и задач космических
полетов. В сборнике «Космическая эра», изданном у нас в 1970 г.,
Эрике описывает полеты в пределах Солнечной системы к концу
текущего тысячелетия. Там он справедливо пишет, что нам еще
предстоит совершить множество открытий при освоении Солнеч-
ной системы, но необходимо помнить уроки прошлого, чтобы успе-
хи в освоении космоса не принесли несчастья народам Земли.
При правильном подходе прогресс космонавтики, по мнению
Эрике, способен привести к положительным сдвигам в отношениях
между странами. Он полагает, что «великие и благородные цели,
открывшиеся перед человечеством в космосе, помогут найти путь
от враждебности к сотрудничеству». При этом Эрике понимает,
что великие и благородные цели заключаются не только в изу-
чении и освоении космического пространства. Их достаточно и на
нашей планете. К их числу относятся и улучшение системы обра-
зования, и борьба с болезнями, и создание лучших условий жизни.
А освоение космоса — один из эффективных инструментов в до-
стижении названных благородных целей.
3
Эта концепция Эрике наиболее цельно и последовательно
исследуется <в предлагаемой читателю книге. Здесь космонавтика
рассматривается как средство улучшения жизненных условий на
Земле, как рычаг для преодоления встающих перед человечеством
энергетических, экологических и некоторых других проблем.
Новая книга Эрике выгодно отличается не только тем, что
принадлежит перу специалиста, обладающего признанным авто-
ритетом теоретика, но и тем, что наряду с новыми глубокими
идеями по использованию околоземного космоса содержит описа-
ние и оценку конкретных инженерных вариантов реализации этих
идей. Поэтому она полезна как для специалистов по космонавти-
ке, так и для широких читательских масс, которые не менее про-
фессионалов заинтересованы в анализе научно обоснованного
прогноза о будущем Земли.
Эрике рассматривает новые возможности, представляемые
Земной энергетике и технологии космической техникой. Исполь-
зуя расширенный системный подход, он оценивает перспективы
эволюции производства и окружающей среды на поверхности
Земли, связанные с выносом в околоземное космическое простран-
ство энергосистем и производственных мощностей, а также с ис-
пользованием Луны как сырьевой базы и автономного промыш-
ленного комплекса.
Он подробно анализирует критерии, пригодные для оценки
эффективности экзоиндустрии, оценивает вероятные последствия
экзоиндустриализации, рассматривает различные возможные про-
граммы развития индустриальных и энергетических систем в око-
лоземном космосе. В книге Эрике детально исследуются варианты
практической реализации идей К. Э. Циолковского о создании
«эфирных городов»— поселений в околоземном пространстве, оце-
ниваются потребные направления в эволюции транспортных кос-
мических кораблей, способных обеспечить реализацию рассматри-
ваемых космических программ. По мысли Эрике, будущее около-
земного космоса связано с развитием аэрокосмических аппаратов,
использующих воздушную оболочку Земли как среду для создания
несущих и управляющих сил, а также как рабочее вещество и
окислитель в силовых установках транспортных систем. (ТКК*
«Спейс Шаттл» рассматривается как начальный этап ® развитии
АКС — аэрокосмических систем; предлагаются пути максимиза-
ции эффекта от его использования). Анализируются возможности,
связанные с выведением различных ИСЗ и устройств на геоста-
ционарную орбиту.
Большое внимание уделяется оценке экономичности и эффек-
тивности энергетических систем, развертываемых на околоземных
орбитах, в первую очередь, использующих Солнце в качестве
первоначального источника энергии. Оцениваются преимущества
«космического освещения», основанного на отражении солнечного
* Транспортный космический корабль.
4
света рефлекторами, смонтированными в околоземном простран-
стве; при этом проводится детальная 'сравнительная экономико-
эффективностная оценка космических и традиционных наземных
электрических осветительных систем. Анализируются возможности
осветительных космических систем по интенсификации процессов
фотосинтеза в земных растениях как в районах с коротким холод-
ным летом (путем увеличения интенсивности и продолжительно-
сти дневного -освещения), так и в тропических областях (путем
ночной подсветки зеленых массивов). Рассматривается и предель-
ный случай — создание (к 2005—2030 гг.) «двухзвездной» эколо-
гии: обеспечение дополнительного (к естественному свету Солнца)
светового потока, составляющего до 80% от солнечного.
В книге Эрике проводится также подробное сравнение энерге-
тических систем, основанных и на иных принципах: на «микро-
волновой технологии», на трансляции энергии из одних районов
Земли (районов пустынь) в другие — через ИСЗ-ретранслято- 
ры, на производстве энергии в космосе с применением атомных и
термоядерных реакторов.
В заключение рассматриваются взаимосвязи экзоэнергетики и
экзоиндустрии, их влияние на экологию околоземного пространст-
ва и оцениваются необходимые первоначальные капитало-
вложения.
Многие идеи, рассмотренные в книге Эрике, оригинальны и
публикуются впервые; но и те идеи, что не являются сами по себе
новыми (например, микроволновая техника), получают у Эрике
принципиально новое освещение, поскольку рассматриваются как
элементы единой программы индустриализации околоземного
космоса. Столь детально разработанного и цельного прогноза
развития околоземной космонавтики до 2030—2050 гг. еще не
было до сих пор. Книга хорошо иллюстрирована, что значительно
облегчает ее понимание для неспециалистов.
Стремление автора к философским обобщениям и к объедине-
нию технического анализа с социальным анализом в принципе
можно приветствовать. Хотя советский читатель, разумеется, дол-
жен делать некоторые поправки на различие в подходах к соци-
альным проблемам в капиталистических и социалистических
странах.
Автор, очевидно, ясно представляет себе, что прогресс челове-
чества немыслим без социальных преобразований, ведущих к
уничтожению непроизводительных расходов материальных ресур-
сов и человеческой энергии. Совершенно ясно, что реализация
рассматриваемых в книге грандиозных проектов возможна только
в условиях мирного сосуществования и технического сотрудниче-
ства всех народов Земли. Но прогресс требует также <и новых
научно-технических идей и концепций. Данная книга — и есть
попытка построения такой новой комплексной концепции.
Академик Л. И. СЕДОВ
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА
Автору представляется жизненно необходимой некая комплексная
программа освоения космоса. В первую очередь, как базис для
преодоления энергетических, экологических и прочих ограничений,
реальность которых человечество начало осознавать в последнее
время. Необходимость такой программы усиливается благодаря
преимуществам, которые она сулит технологии, окружающей сре-
де, здравоохранению и уровню производства.
Космические средства поднимут на совершенно новый уровень
связь, контроль наземного и воздушного пространства, всю на-
земную производственную деятельность. Но значительно важнее
то, что внеземная окружающая среда сама по себе обладает таки-
ми ценными технологическими возможностями, которые придают
ей самодовлеющее значение, расширяя ее роль далеко за рамки
«сферы обслуживания» наземных систем. Непосредственное ис-
пользование космоса в интересах производства, т. е. вынос ряда
отраслей промышленности в околоземное пространство — один
из важнейших логических узлов космической программы будуще-
го. В свою очередь, благодаря успехам технологии возникнет
значительно более мощная способность к исследованию Солнеч-
' ной системы и межзвездного пространства.
В предлагаемой работе наряду с исследованием общей концеп-
ции подробно анализируется орбитальное производство, исполь-
зование космических рефлекторов для отражения солнечного све-
та к Земле, генерирование и передача энергии в космосе, инду-
стриализация Луны.
Автор
ГЛАВА
ФОРМУЛИРОВКА
ПРОБЛЕМЫ
1.1.	ОСНОВНЫЕ АЛЬТЕРНАТИВЫ
Необходимо подчеркнуть, что автора интересует только научно-хо-
зяйственная космическая программа, включающая два направле-
ния: исследования (фундаментальная наука) и производительное
использование космоса.
, Известно, что ранее космическая программа США опиралась
на'жонцепцию научно-исследовательского подхода к космосу,
полагая этот подход более убедительным. Естественно, что это
определило распределение ассигнований между двумя секторами
космической программы на все 60-е годы. Однако позднее размах
космических исследований сократился — не потому, что все они
были завершены, а скорее из-за недостатка серьезных резонов
для их продолжения. Программы в космосе сокращались до при-
кладного сектора плюс ограниченные научно-исследовательские
программы (экспедиции к планетам и т. п.). Тогда много спорили
по поводу необходимости вложений в новую транспортную косми-
ческую систему. Возникла необходимость в переоценке системы
ассигнований на космические дела.
В принципе возможны три концепции: новая всеобъемлющая
исследовательская концепция; всеобъемлющая прикладная кон-
цепция; программа небольших проектов, не объединенных какой-
либо единой концепцией. Выбор третьей конценпции фактически
означал бы признание, что сегодняшний уровень космической
программы следует узаконить, что эта программа неспособна
предложить каких-либо существенных общественно-полезных вы-
год. Подобный подход чреват опасностью раздробления ресурсов
после завершения программы «Шаттл», что вызвало бы невоспол-
нимую потерю драгоценного времени. Отсутствие объединяющей
целенаправленной концепции прежде всего ударит не только по
развитию технологии, но также и по исследовательским програм-
мам, чьи достижения не могут возникнуть вдруг, когда в них
настанет нужда. Следовательно, подобная первоначальная посыл-
ка — что космическая программа не дает более важных выгод,
чем те, которые достигнуты сегодня,— некорректна. Таким обра-
зом, целесообразно рассматривать только первую и вторую кон-
цепции.
7
Первая альтернатива предлагает множество частных решений,
например, экспедиции на планеты Солнечной системы или науч-
ную базу на Луне к концу 80-х или в 90-е годы. Но она чревата
забвением большинства проблем, с которыми придется столкнуть-
ся человечеству в начале третьего тысячелетия.
Системный анализ возможных альтернатив показывает явную
предпочтительность второй концепции — энергичной космической
программы на ближайшее будущее, ведущей, в конечном счете,
к индустриальному использованию всей системы «Земля — Луна».
Этот курс открывает многообещающие возможности, которые впо-
следствии будут работать на эффективный рост научно-исследо-
вательского сектора. Это справедливо уже потому, что вклад
космоса в преодоление критических проблем цивилизации освобо-
дит значительную долю ресурсов, которые можно будет использо-
вать для организации широкомасштабных исследовательских
программ. Более того, операции индустриальной космической про-
граммы автоматически усиливают техническую и организацион-
ную базу будущих исследовательских экспедиций.
В связи со второй концепцией обычно возникают три вопроса:
можно ли признать всеобъемлющую концепцию экзоиндустриали-
зации как возможную и необходимую цель развития космонавти-
ки?; какая конкретная производительность ожидается в ре-
зультате индустриализации системы «Земля — Луна»?; можно ли
с достаточной достоверностью оценить сроки реализации подобной
концепции?
Именно эти вопросы и необходимо прежде всего исследовать.
Итак, реально ли индустриальное производство в космосе?
Этот вопрос положительно решается, если создать далеко
продвинутую сеть космической индустрии.
1.2.	СЕТЬ КОСМИЧЕСКОЙ ИНДУСТРИИ
Экономика современного общества в конечном счете имеет целью
систематическое обслуживание материальной и духовной жизни
своих членов. Элементами этой «экологии человека» * являются:
пища, энергия, сырье, производство, окружающая среда, и, нако-
нец, материальная культура — со всем тем, что она несет в плане
знаний, творческого потенциала и общественной организа-
ции.
Потенциал экзо индустрии по всему фронту непосредственно
воздействует на все эти шесть элементов. Схема (рис. 1) показы-
вает принципиальные взаимосвязи в этой области. Некоторые из
наиболее важных космических программ рассматриваются
ниже.
* Экология (от греч. oikos — дом, logos — учение) — раздел биологии, изуча-
ющий взаимоотношения организма с окружающей средой; в этом смысле может
рассматриваться «экология кролика», так же как «экология человека». В послед-
нее время в понятие «экология» стали вкладывать и социальный смысл. Автор
использует этот термин в самом широком смысле (прям, перев.).
,8
Пища
, - /жж
W/
йЖ
v .р Ли V'Z
Энергия
/А А,ф
/Ж
/ж*
S У’
W
/'"Удалениё^
(радаоактав-
\нь/х отходов
Земли'З
Наука
Оценка.
урожайности')-
контроль за сох- х
\ данностью урожая
\* Наблюдение за оке а-' v
\ нам
ХрЛесоводсгпво	у х
\*Охрана и контроль [,,	1
\запасов пресной, воды уКулыпу-
'	* Ра. )
' Ресурсы >
у ппаниро-.
^^Оа.ние^к'
' Косми-
ческая
ундуст-
\j>UH 3
ж*
/уровень^
\транспорт-
\ной техно-/
/ЛрРЦЗШ^х
{венная техник
\1<а и техиоло/
^"^.гия
7 ?/1
/ А -л /
^wZ
I V у О
НадпюВение за |
климатом
•Прогноз погоды
хэКонтроль за |
\,уровнем за г-.
\рязненая и1
\о храпа ок-1
\ружак!- ,
\щей 1
X.среды f

У
и
W
HtL 1^1
-^cZ
/Техно^
\логи.чес.-\
\кие 1рзмв}
\HtHOCniUtf
/	ОнруХ
/	IwaHJWflm
/	^£\среда /
/•лунная индустрия -------'
/ (поверхностная
' эона и орбиталь- '
ные установки)' '
Сырее
Рис. 1. Структурная схема космической индустрии
Принципиальные компоненты сети космической индустрии
можно разбить на четыре категории: 1) усвоение и передача ин-
формации по всем возможным каналам; 2) генерирование и тран-
сляция света и энергии; 3) телеуправление ,и контроль — как
с Земли в космосе, так и наоборот; 4) создание и эксплуатация
новой окружающей среды.
Как видно из схемы, для создания экзоиндустриального потен-
циала потребны четыре типа начальных фундаментальных вложе-
ний, которые должны планироваться заранее. Эти вложения ба-
зируются на экономическом реализме и полностью согласуются с
«наземными» задачами развития общества.
9
1.3.	ЭКЗОИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ И МАТЕРИАЛЬНАЯ
КУЛЬТУРА
Можно ли надеяться получить от чего-нибудь одни преиму-
щества, без каких-либо вредных последствий? На первый взгляд,
подобное допущение выглядит слишком оптимистическим. Но на
самом деле корнем всякого прогресса является реальность таких
допущений. Нелогично отвергать те единственные реальные инст-
рументы, которые способны в технологическом и материальном
(вещественном) аспектах поддержать нашу индустриальную ци-
вилизацию, преодолеть опасность захламления ее отбросами,
особенно в тот период, пока Человек не созрел для более глубоко-
го понимания Природы и более тесного контакта с ней.
Мы знаем, как сохранить окружающую среду. И мы должны
сделать это. Но мы нуждаемся в некоторой помощи для преодоле-
ния того горького наследия, которое образовалось из-за развития
в замкнутом мире. Раньше ограничения проистекали из ограни-
ченности наших знаний, теперь они, дроме всего прочего, связаны
с единственностью и невосстановимостью нашей окружающей сре-
ды. В ранние века некоторые люди считали грехом преобретение
знаний. Сегодня попадаются такие, кто считает сумасшествием
продуктивное .приобретение новой окружающей среды. Однако
ясно, что каким бы то ни было путем «узкое место» нашей циви-
лизации должно быть «снято» или хотя бы достаточно расширено.
Сейчас же мы лицом к лицу столкнулись с хорошо известными
ограничениями наземной окружающей среды, и положение земной
цивилизации нельзя признать особенно благоприятным. Ее проб-
лемы взаимосвязаны и образуют громадный комплекс; недаром
на пороге появления обширного нового окружения и его .ресурсов
возникла некая новейшая точка зрения, преподносимая в так на-
зываемых «мировых моделях» (основной недостаток которых в
том и состоит, что они ограничивают сами себя только рамками
Земли). Но на самом деле, расширение ресурсной базы за .рамки
исключительно Земли и уменьшение опасности загрязнения зем-
ной природной среды позволяют совершенно иначе поставить
вопрос.
Важность космического направления в развитии цивилизации
определяется ожидаемыми от этого преимуществами. Уже одно
то, что развитие космической техники приведет к «снятию» энер-
гетических и экологических ограничений, оправдывает стремление
к реализации последовательной программы освоения околоземно-
го космоса. Но это еще далеко не все. Благодаря космической
технике на новый уровень поднимется производительность назем-
ных индустриальных систем и сельского хозяйства. При этом важ-
ность прикладного, производственного потенциала космоса не
затеняет того факта, что развитая космонавтика — необходимая
предпосылка исследований для проникновения в тайны Вселенной.
А также и для оценки места человечества и его будущего — ис-
следований, более глубоких, чем это было когда-либо раньше.
10
Если космос «должен быть провинцией (всего человечества»
(Договор о космосе ОНН, 1956 г., статья 1), необходимо утвер-
дить определенное космическое право — как международную ос-
нову для обслуживания человеческой экологии — повсюду, где и
когда могут быть получены экономически реальные выгоды.
, Использование внеземной окружающей среды в производствен-
ных целях — то, что мы называем экзоиндустрией,— новая глава
в извечном споре между Человеком и Природой. Это соревнова-
ние — потребление результатов, полученных бесчисленными до-
историческими поколениями. Оно сделало род человеческий силь-
ным, быстрым, смышленым. Еще недавно победа над Природой
казалась окончательной.
Сегодня снова настало «время окружающей среды». Ужасаю-
щих пустынь больше нет. Затмения, кометы, тучи саранчи, навод-
нения и эпидемии больше не являются «бичом божиим», превосхо-
дящим восстановительные возможности природы. Но оказалось,
что победа над Природой была всего лишь временной передыш-
кой в извечной борьбе за основы существования. И сегодня эти
проблемы снова пришли в наш мир, хотя и в новом обличье.
Развивающаяся индустриализация неизбежно изменяет окру-
жающую среду и тем самым воскрешает древнего дракона коче-
вий — как необходимое условие человеческого существования.
Основная линия все та же, лишь сценарий несколько изменен
круговращением тысячелетий.
Ясно, что космический потенциал — не панацея т всех бед.
Но существует потребность в большей и лучшей продуктивности
всей окружающей среды. Предлагаемый путь — просто одна из
наиболее эффективных в арсенале возможностей, доступных нам
сегодня для гарантии выживания человечества как современного
общества. Это нужно также в целях непрерывной эволюции наше-
го общества при сохранении земной природы, которая является
уникальной для области, простирающейся на много световых лет
вокруг нас. Это — важный инструмент для повышения уровня всех
мероприятий на поверхности самой Земли, которые будут служить
тем же основным целям. Следовательно, нет необходимости особо
подчеркивать, что использование космической технологии должно
интегрироваться с другими мероприятиями, способствующими по-
строению незамкнутого мира, в котором Земля и космос станут
функционально нераздельными. Индустриализация космоса долж-
на претендовать на ту часть доступных сегодня ресурсов, которая
соответствует ее будущему производительному потенциалу. Нет
нужды в социо-экономической или экологической апологии этих
целей для выделения необходимых ресурсов. Космическая про-
грамма будущего может быть чем-то значительно большим, чем
сумма сегодняшних применений ИСЗ плюс космическая наука.
Все изложенное сводится к следующему. Какими бы ни были
будущие пути развития жизни, они неизбежно должны базиро-
ваться на ресурсах, включая возможность их извлечения для
последующего потребления. Не существует единственного техно-
11
логического курса — включая 1И космическую технологию,— спо-
собного единолично гарантировать обеспечение этих базисных
потребностей. Не может также единственная окружающая среда
(земная природа) обеспечить стабилизацию человеческой популя-
ции и непрерывное развитие потребностей всех наций—тех ли,
которые считают себя уже развитыми, или тех, что еще развива-!
ются. Таким образом, доступность технологических и экологиче-
ских выборов — фундаментальная предпосылка для будущего
экономики, развития человечества и сохранения земной природы,
1.4.	ВОЗМОЖНЫЕ РАЗНОГЛАСИЯ
Быть может, не всем покажется достаточно убедительной наш?
оценка потенциала экзоиндустрии; возможны расхождения в оцен-
ке философского и этического аспектов экзоиндустриализации.
В самом деле, не выдаем ли мы желаемое за действительное?
Ответ на подобный вопрос, разумеется, требует не только
эмоций, но и глубокого профессионального анализа технологиче-
ской и экономической сторон поставленной задачи, анализа ее
динамики.
Только таким путем можно определить характер, величину и
своевременность каждого отдельного вклада *, приносящего стои-
мостной выигрыш (выраженный в функции времени) каждой кон-’
кретной программе.
В порядке ответа на подобное вероятное расхождение во
взглядах ниже и приводится системный анализ >ряда родовых про-
грамм.
1.5.	КРАТКИЕ ИТОГИ ПО ФОРМУЛИРОВКЕ
ПРОБЛЕМЫ
Подведем итоги по вышеизложенному в виде следующих пунктов.
1.	Из трех возможных фундаментальных концепций наиболее ;
предпочтительной следует считать вторую — производительное
использование системы Земля — Луна, названную нами экзоинду-
стриализацией. Она дает четкие обоснования для невоенной кос-
мической программы близкого будущего. Производственное осво-
ение геолунного пространства — первый шаг на пути развития
развернутой программы освоения космоса.
2.	Создание эффективной экзоиндустрии, преследующей реа-
листические технологические цели и основанной на рациональных
экономических принципах, повысит общую производительность
труда и расширит объем производства предметов потребления.
3.	Экзоиндустрия направит космические 'операции в главное
русло сегодняшнего национального и мирового развития по сле-
дующим линиям:
* Автор имеет в виду вклады, приносимые в общее развитие космонавтики
отдельными конкретными проектами новых космических систем (прим, перев.)-
12
социально-демографические проблемы и устремления (высо-
кий жизненный уровень, возможность неограниченного развития,
высокий творческий потенциал);
экономика (развитие индустрии, рост производительности);
человеческая и биологическая окружающая среда (предохра-
нение и сохранение среды обитания).
> 4. Выбор экзоиндустриализации будет наилучшим образом
способствовать достижению следующих важных целей:
мощной и стабильной экономики с большим потенциалом
роста;
широких и разнообразных возможностей производства товаров;
прогрессивного снижения общественных затрат на восстанов-
ление благоприятных характеристик окружающей среды и поддер- (
жание общественного здоровья при непрерывном росте продуктив-
ности.
5.	Программа индустриализации космоса («Прометей»), раз-"
работанная в США, способна восстановить ощущение необходи-
мости всеобъемлющей концепции, вокруг которой могут кристал-
лизоваться планирование и учет ресурсов.
6.	В конечном счете выбор экзоиндустриализации укрепляет
базис, нужный для достижения успеха в будущих исследованиях
космоса. Фактически этот выбор необходим, чтобы определить
финансирование на развитие космической науки и технологии.
Технологическое и конструкторское продвижение в ходе произво-
дительного использования космоса к нужному моменту повысит
потенциал науки для поиска ответов на фундаментальные вопро-
сы о Вселенной, которые сегодня интересуют всех нас. В настоя-
щее время нет лучшего способа сбалансировать космическую про-
грамму, чем использовать предлагаемый выбор. В известной мере,
этот выбор предопределен тем, что мы создали для самих себя
и для человечества в прошедшие годы.
7.	Общие рекомендации (более детально они рассматриваются
при анализе специальных программ и проектов) сводятся к сле-
дующему:
а)	исходя из описанных общих соображений, космическая про-
грамма заслуживает более сильной концентрации общественных
ресурсов, чем считалось достаточным в прошлом;
б)	обоснование описанных целей коренится в возможностях
космического потенциала к повышению производства нашего об-
щества и к решению важных национальных и глобальных проблем,
остающихся критическими в наше время и в будущем;
в)	следовательно, из двух фундаментальных приоритетов, опре-
деляющих две альтернативы в области будущих космических про-
грамм, эксплуатация космоса в целях производства (экзоиндуст-
риализация) должна иметь превосходство перед широкомасштаб-
ным исследованием космоса на период до конца нашего века
или еще дальше, если это будет определяться подавляющими
нуждами нашей цивилизации.
13
В данной ‘работе представлены некоторые технологические;
подходы и концепции, которые, как полагает автор, еще нигде"
не рассматривались. Но технология здесь включена в более об-
щую, всеобъемлющую концепцию—развития незамкнутого ми-;
ра*, новой экономики и экологии, в которых Земля и космос ста-1
новятся операционно неразделимыми — так же, как они нераз-|
делимы физически. Только в суро-вой проверке этой концепцией
можем мы разрешить существующие фундаментальные проблемьи
и перековать их в новую и зрелую идеологию роста.	
* Автор имеет в виду, что в отличие от «замкнутого мира» (где земная ци- 1
вилизация стиснута в рамках только самой земиой поверхности), возникает |
интегрированная система: «Земля — космос»—незамкнутый («открытый») мир. 1
Однако автор не учитывает разделение этой интегральной системы на националь- 1
но-государственные сферы влияния (прим, перев.).
ГЛАВА
ПЕРСПЕКТИВЫ
ЭКЗОИНДУСТРИАЛИЗАЦИИ

Несмотря на большие успехи в научном познании мира и в техно-
логии производства, человечеству угрожают загрязнение среды,
недостаток сырья и энергии. Это неприятное положение является,
главным образом, результатом непрерывной добычи сырья, соз-
данного в свое время природными процессами, в том числе и
тектонической активностью.
Чтобы достичь уровня высокоразвитых стран в глобальных
масштабах (т. е. во всех развивающихся странах), даже при
сегодняшней численности населения Земли, потребовалось бы
увеличить добычу сырья и потребление энергии примерно в 20—
40 раз. Однако более чем сомнительно, что наземная окружающая
среда способна выдержать соответствующее этому уровню загряз-
нение.
Следовательно, человечество не в состоянии производить на
Земле все то, что оно должно на Земле потреблять.
 Экзоиндустриализация — иначе говоря, возможность утилиза-
ции внеземной окружающей среды для целей производства (при
минимальном числе персонала и высочайшем значении критерия
«эффективность/затраты») — не только разовьет производитель-
ные силы в той области, где сегодня мы не имеем ничего, но и
существенно продвинет наземное производство как по объему
выпускаемой продукции, так в качественном отношении. Послед-
ствия подобного достижения человеческого гения, вероятно, пре-
восходят нашу сегодняшнюю способность осознавать это.
Только полиэкологическая индустриальная цивилизация, оби-
тащая поистине в трехмерном пространстве (а не на сферической
поверхности Земли), способна довести до завершения научно-тех-
ническую революцию, стабилизировать рост численности челове-
чества и создать интегральную глобальную экологию, объединя-
ющую воедино биосферу и область человеческой деятель-
ности *.
* В отечественной литературе такую интегральную сферу иногда называют
ноосферой (прим, перев.).
15
2.1.	КОСМОС И ЭВОЛЮЦИЯ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
Производство — за исключением той его части, которая направ-,
лена на разрушение, т. е. военного производства — определяется
потреблением. Более высокий уровень жизни, превосходящий
минимально необходимый для существования, невозможен вне
развитого потребления. Эволюция цивилизации имела место толь-
ко в периоды усиления и подъема производства и потребления,
которые побуждали общество ко все возрастающему рационализ-
му, просвещенному самоконтролю и, следовательно, к цивилизо-
ванному поведению.
Римская империя поднялась так высоко, насколько это было
возможно для неиндустриальной цивилизации (хотя >в отдельных
областях римская технология была весьма передовой для своего
времени). Падение Римской империи было первой в истории за-
падной цивилизации убедительной демонстрацией того факта,
что дальнейшее развитие производительных сил может быть осу-
ществлено только путем избавления от экономики рабского труда
и от лежащей в ее основе эмпирической технологии.
Нового стабильного повышения производительности труда
человечество достигло в эпоху первой промышленной революции. '
Однако и тогда значительная часть населения влачила полура-
зумное существование, несмотря на зарождающиеся уже в То вре- ,
мя идеи гуманизма, которые, впрочем, оставались тогда по боль-
шей части на бумаге, вытесняемые из реальной жизни захватни-
ческими войнами, ведомыми под флагом насаждения цивилиза-
ции.
Ноша, снятая сегодня с плеч человечества, должна быть на
что-нибудь возложена. Разумеется, непосредственно на машины.
Но значительно важнее для глубокого понимания текущей фазы
человеческой эволюции осознать, что индустриализация перекла-
дывает эту ношу, главным образом, на окружающую среду. Ма-
шины же, по сути, играют, подобно рабам до них, роль процессо-
ра в обработке природных ресурсов: они используют окружаю-
щую среду как источник и как помойку — подобно некоему
живому организму, только много больших масштабов. Однако
они неспособны изменять окружающую среду в соответствии со
своими нуждами, в то время как живые создания свободно делают
это в течение более чем трех последних миллиардов лет. Посред-
ством биологической «индустриализации» (фотосинтеза) живые
организмы уничтожили «нетронутую» первобытную окружающую
среду Земли, сместив круговорот веществ так, что фотосинтез
и кислородная метаболическая масса органических продуктов
смогли окончательно сбалансировать приход и расход энергии.
Эта система круговорота вещества циркулирует благодаря управ-
ляемому энергетическому течению, последовательно проходящему
через биосферу на своем пути от точечного звездного источника
к бесконечности.
16
Бремя человеческой индустриализации тоже было возложено
на эТу ближайшую и.единственно доступную среду, которая в
свое время была однажды изменена и которая теперь одна вы-
нуждена противостоять воздействию биоиндустриальных процес-
сов, включая биологическое участие Человека. Но эволюционный
теми человеческой технологии в миллионы раз превысит скорость
адаптационной эволюции биотехнологии. Поэтому любая попытка
нового радикального видоизменения земной окружающей среды
относится к области неприемлемых решений.
Если вторая коренная модификация наземной природы — ре-
шение нежизнеспособное, остается только одна альтернатива
ухудшению: экологическая экспансия (расширение окружающей
среды).
К счастью, Природа, как известно, хитра, но не злонамеренна:
не существует каких-либо непреложных законов, препятствующих
дальнейшему расширению среды обитания человечества. Совсем
наоборот: существует нечто, что может быть названо «внеземным
императивом». То есть существует настоятельное требование к
выходу земной жизни с поверхности Земли .в истинно трехмерное
пространство — космическое, ибо внутрипланетных ресурсов не-
достаточно, чтобы обеспечить безграничное развитие жизни.
И в лице человека жизнь обрела такую форму, которая физиче-
ски способна до конца реализовать это настоятельное требование.
Если же говорить строго, начало реализации внеземного импе-
ратива было еще в тот момент, когда земные растения приобрели
способность к фотосинтезу. Ведь тем самым к развитию земной
жизни были привлечены неизмеримо более мощные энергетиче-
ские ресурсы центрального светила. Не будет преувеличением
сказать, что все мы — дети Солнца.
Экзоиндустрия означает расширение природной базы произ-
водительности человечества с помощью машин и, следовательно,
в конечном счете — благодаря созидательной мощи человеческого
интеллекта и умения.
2.2.	КОСМОС И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Человечество развилось только в единственном макроокружении —
наземном, главным образом, в биосферной окружающей среде.
Все накопленные человечеством глубокие знания и трудовые на-
выки получены в рамках этого окружения и к нему приспособлены.
Эта окружающая среда так велика и так богата благодаря
трем миллиардам лет развития, что она дала человеку достаточно
Долгий период, прежде чем он на самом деле начал ощущать ее
ограниченность. Сегодня возрастающее значение запасов 'ископа-
емых минералов и прочего сырья становится общепризнанным.
Однако наиважнейшим ресурсом будущего является новая ок-
ружающая среда. Сейчас род человеческий живет, производит,
потребляет и выбрасывает отходы своего производства в окружа-
ющую среду, которая подобна однокомнатной квартире. Но, не-
17
взирая на это, род человеческий предается значительному даль-
нейшему росту, забывая, как трудно включить тормоза, когде
устанавливается инерция текущих воспроизводительных сил.
Физически Земля обеспечивает пространство для миллиарде!
людей. Сегодняшняя плотность населения в Западной Европе
Японии и Китае подтверждает эту точку зрения. Но высока!
плотность населения возможна только при развитой индустрии
обладающей высокой прозводительностью, А при ограничениях
связанных с загрязнением и истощением единственной доступно!
природной среды, эта проблема становится очень сложной. В бу
дущем наземная окружающая среда будет приобретать все боле<
возрастающее значение как место для жизни и выращивания пи
щи, поскольку в этом отношении никакая -другая окружающа!
среда не сможет полностью заменить земную природу — по край
ней мере, в обозримом будущем.
Но эта уникальность земной природы не распространяется н;
индустрию. Новая окружающая среда предоставляет новые ис
точники энергии и сырья. Она же обеспечивает так необходимы!
значительный рост производительных сил — прежде всего, суще
ственное возрастание потенциала по принципиально новым техно
логическим процессам. Подобный путь развития очень важен дл!
сохранения природы, нужной для человека, для сохранения ei
биологических 'богатств, климатической стабильности и ее инте
тральной пригодности для поддержания жизни.
Потециал будущего развития человечества должен опирать
ся на множество окружающих сред.
2.3.	НЕКОТОРЫЕ СЛЕДСТВИЯ
ЭКЗОИНДУСТРИАЛИЗАЦИИ
Экзоиндустриализация представляет собой один из аспектот
научно-технической революции, которая стимулирует и формирует
новые производительные силы. Этот аспект НТР характеризуется
следующими главными чертами.
• 1. Новые орудия, материалы и источники сырья — благодаря
получению доступа к новой окружающей среде, а также доступа
к поверхности Луны (имея в виду и ее минеральные ресурсы) и,
позднее, других небесных тел.
2. Новые и практически неограниченные возможности по вы-
работке энергии в целях ее использования на Земле и для экзо-
индустриализации.
3. Практически нелимитированный потенциал расширения воз-
можностей по обработке материалов и вообще по новым техноло-
гическим методам — благодаря новым природным условиям.
Экзоиндустрия даже более, чем наземная индустрия, опирается
на производительные силы, созданные ранее. Два основных фак-
тора — энергетика и кибернетика, с помощью которых можно'
минимизировать сравнительно дорогое присутствие людей на кос-
18
^ических установках, а также сделать более экономичным про-
изводство путем повышения производительности труда каждого
йз членов космического персонала. В свою очередь, каждая опе-
рация в космосе обслуживается большим или меньшим числом
мецее дорогих наземных работ — для снабжения и эксплуатации
электронного и кибернетического оборудования, устройств теле-
управления, роботов, разнообразных инструментов, конструкций
и транспортных систем.
Наряду с продуктами, которые предпочтительнее производить
вне Земли, всегда будет оставаться другая категория продуктов,
производство которых в течение достаточно длительного периода
будет оставаться более целесообразным в рамках наземной ин-
дустрии.	„	„
Кроме того, как уже отмечено, для каждой космической рабо-
ты должно выполняться растущее число наземных работ, сочета-
ющихся за счет телеуправления и телеконтроля с индустриальны-
ми процессами в геолунном пространстве, где расстояния все еще
слишком велики с точки зрения практических потребностей в ми-
нимизации времени перевозок. Быстрейший рост новых областей
производства в следующем столетии будет связан с космической
индустрией (а также, вероятно, и с подводной индустрией); необ-
ходимым условием должно сыть также развитие электроники (об-
работка информации), кибернетики (телеуправляемые системы,
роботы), новой энергетики и, наконец, новых транспортных сис-
тем, связывающих воедино Земной космос и другие миры в
неделимое королевство индустриальной экологии — Андросферу.
Интересно, что существуют достаточно ясные случаи, и уже
не только теоретические, когда телеуправление и телеконтроль в
обратном направлении (из космоса на поверхность Земли) обес-
печивают новые широкие возможности. Сравнительно немного-
численный персонал на геостационарной орбитальной станции
может обеспечить телеуправление, наблюдение и контроль за раз-
личными большими индустриальными комплексами на удалениях
в тысячи километров, например, за очень большими солнечно-си-
ловыми станциями, расположенными в негостеприимных районах,
где желательно только периодическое присутствие наземного пер-
сонала.
Во всех рассмотренных случаях производительность возрас-
тает до уровней, при которых сегодняшние методы, все еще нас-
только дорогие, что их использование пока нерационально,
становятся экономически целесообразными или даже значительно
превосходят наземные технологические приемы, над которыми ви-
сит дамоклов меч возрастания затрат из-за экологических и ре-
сурсных ограничений.
Экзоиндустриализация преобразует сегодняшнюю космическую
программу, в основном напряженную в научном и финансовом
отношениях, в программу, возрастающе интенсивную в отношении
наземного труда и производительности. Подобная программа об-
ладает растущей способностью к поддержке и других секторов —
19
в том числе и научного, и финансового Наука нигде не играет
столь важной роли, как в развитии производительных сил; причем
в данном случае это развитие будет протекать без загрязнения
среды, при стимуляции высокопроизводительных операций, ис-
пользующих широкомасштабные процессы с первозданно природ-
ными материалами и энергией вне пределов биосферы.
Экзоиндустрия ослабит усиливающиеся в наше время проти-
воречия между возрастающими потребностями растущего челове-
чества и ограниченными источниками удовлетворения этих потреб-
ностей внутри единственной и замкнутой земной Природы.
С другой стороны, экзоиндустрия будет непрерывно стимули-
ровать новые запросы, новые эпохальные открытия, а также
обусловленную всем этим приспосабливаемость людей и других
земных организмов ко внеземным условиям — как долговременное
следствие тех процессов, которые будут активизированы экзоин-
дустрией.
При этом не следует рассматривать Землю как некое внутрен-
нее поселение, откуда кто-либо избранный может сбежать на лоно
приятных искусственных «пригородов» в околоземном космосе
или на других небесных телах. Эти искусственные окраины будут
созданы не для бегства с Земли, а для преодоления назревающих
энергетических и. экологических проблем и чтобы сделать Чело-
вечество сильным и здоровым.
2.4.	ЭКЗОИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ И КОНТУРЫ
ОБОЗРИМОГО БУДУЩЕГО
На некоторый отрезок времени будущие потребности и соответ-
ствующие цели общества можно оценить, исходя из их принци-
пиальных связей с основным фундаментом этого общества.
(К примеру, уже очевидно, что мировая человеческая популяция
?ie намерена застабилизироваться где-то на уровне четырех или
четырех с половиной миллиардов человек).
1.	Так, исключая определенные события, которые могли бы
вызвать феноминальные пики смертности — превосходящие, по
меньшей мере, на порядок те, чго имели место в период второй
мировой войны,— можно уверенно заключить, что потребуется
существенное увеличение производства продуктов питания, повы-
шение производительности индустрии, увеличение потребления
энергии и сырья. Следовательно, к концу текущего века серьезно
обострится потребность в значительном технико-индустриальном
продвижении.
2.	Существует обратная связь такого рода. Известно, что в
настоящее время оптимальные размеры семьи в высокоразвитых
странах уменьшаются и темп роста популяции снижается.
Учитывая упомянутые зависимости, можно достаточно досто-
верно постулировать следующие причинные связи, носящие весьма
общий характер:
20
а)	если имеет место рост энергетики путем увеличения числа
энергоисточников, то становится возможным экологический рост
(повышение утилизации ресурсов) — благодаря настойчивому и
целенаправленному индустриальному продвижению в нужных на-
правлениях;
б)	соответственно этому появляется возможность увеличения
объема продукции (предметов потребления), а также может быть
уменьшено напряжение окружающей среды за счет гарантирован-
ного выбора необходимого направления и внутренних взаимосвя-
зей технико-индустриально-природного (экологического в широ-
ком смысле) развития.
Анализ этих причинных связей показывает, что мировая чело-
веческая популяция, по-видимому, накануне стабилизации утро-
ится, по крайней мере, до размеров, при которых среднее время
удвоения численности населения превысит сотню лет.
Таким образом, рост популяции и производства, а также свя-
занное с этим увеличение потребления сельскохозяйственных ре-
сурсов, как и возможностей по их обработке, в следующем столе-
тии превысят все, когда-либо пережитое человечеством за послед-
ние пять веков.
Львиная доля экзоиндустриализации должна завершиться в
течение следующей сотни лет. Поэтому будущее можно подразде-
лить на три периода: непосредственно надвигающееся (ближайшие
следующие десять лет), близкое будущее (последующие пятнад-
цать лет) и далекое будущее (остающиеся семьдесят пять лет,
и далее).
Представляется достаточно очевидным предположение, что
достичь необходимого роста внутри замкнутого мира наземной
окружающей среды практически вряд ли возможно. По крайней
мере, можно с уверенностью утверждать, что дополнительная при-
родная среда позволит решить многие насущные задачи. Хотя,
разумеется, ради преобретения этой новой природной среды при-
дется преодолеть не одну непростую организационную, финансо-
вую, техническую и технологическую проблему.
Для более детального анализа прогнозируемый характерный
абрис обозримого будущего показан в табл. 1. Энергия, продукция
и население, в первую очередь, оценены, исходя из ежегодных ско-
ростей прироста, а индексы величин в 1975 г приравнены единице.
Скорость роста осреднена на протяжении каждого из трех перио-
дов; она определяет среднее время удвоения и прибавление вели-
чин для каждого периода. Этот случай основан на допущении, что
стабилизация мировой популяции при уровне населения между И
и 12 миллиардами человек (индекс равен 2,88) и времени удвоения
более 150 лет (годовой темп роста снижается до уровня менее
0,5%) может быть достигнута около 2080 года (конец рассматри-
ваемого периода — обозримого будущего). К этому моменту гло-
бальная индустриализация фактически будет завершена, сопровож-
даясь повышением жизненного уровня благодаря росту экономики
и объему производства. Второе допущение зак-
21
Характеристики обозримого будущего (цели, альтернативы, достижения)
Таблица 1
	Характеристика	Значение характеристики							
		1975 г.	10 лет	1985 г.	15 лет	2000 г.	75 лет	2075 г.	
	Энергия среднегодовая скорость роста, ю/о среднее время удвое- ния, лет показатель роста Индекс Главные источники: ископаемые первичные Окружающая среда суша море космос	К/	1	1	1 1 1 -1 1 1	3 24 1,34 газ, нефть улучшение использова- ния земли для сельско- хозяйственного произ- водства добыча нефти и газа на	континентальном шельфе; расширение извлечения продуктов питания сенсорная информация	i 1 >34	5 14 2,08 Нефть, уголь Атомная	энергия, Солнце расширение использо- вания необрабатываемых земель обводнение пустынь и т. п. добыча руды на дне моря; стабилизация извлече- ния продуктов питания производство на око- лоземных орбитальных станциях; наземные телеоперацни из космоса; космическое освещение (Лупетта); трансляция энергии из сосмоса на Землю	2,79	7 (включая экзоин- дустрию) 10 160 уголь Солнце, атомная и тер- моядерная энергия генерация энергии за счет Солнца; увеличение продуктив- ности фотосинтеза организация поселений в море и под водой генерация энергии в космосе; индустриализация Лу- ны; повышение продуктив- ности фотосинтеза с по- мощью Солетты; Солетта—экология	1 К,	ifi*'	446	
е	Основные технологи- ческие достижения (не в порядке важности) Производство Основные ресурсы *: среднегодовая ско- рость роста, “/» среднее время удвое- ния, лет показатель роста Индекс Белок, крахмал, сахар: среднегодовая ско- рость роста, % среднее время удвое- ния, лет показатель роста Индекс Население среднегодовая ско- рость роста, «/о среднее время удвое- ния, лет приращение населения, млрд. численность, млрд. Индекс	1 1 4 1	производство энергии; аккумуляция и хране- ние энергии; обработка данных; космическая техноло- гия; морская технология 3 24 1,34 2,5 28 1,28 2,3 30 1,37	1,34 1,28 5,37 1,34	производство энергии; аккумуляция энергии; транспортные опера- ции; производство пищи; обработка данных; кибернетика; обработка материалов; космическая техноло- гия; морская технология 4 18 1,8 2 35 1,35 2 35 1,35	>-О	>-	. ю . 1 1 I Ml 1 1	1 1	1 00 to	to	производство пищи; замена естественных материалов искусствен- ными; широкомасштабная утилизация материалов; экзоиндустрня; обработка данных; кибернетика; космические транспорт- ные операции; индустрия на дне моря 5,2 (включая экзоин- дустрию) 14 44,8 1,5 47 3 0,6 120 4,5	1 108 5,2 11,5 2,88	J,1
Значение характеристики

ч
п
лючается в том, что произойдет
снижение темпа роста загрязне-
ния в мировых масштабах — что 
наиболее опасные типы загрязне-
ния, которые должны иметь мес- Jg
то в начале XXI века, претерпятЯ
глобальное уменьшение.	Я
Увеличение неселения при од-Я
нов!ременном повышении жизнен-Я
ного уровня требует значительно- Я
го и устойчивого роста производ- Я
ства продуктов питания и основ- Я
ных ресурсов (включая их цирку-Щ
ляцию и восстановление). Насе- яг
ление, уровень жизни и производ- *
ство требуют возрастающих ко-
личеств энергии. Энергетические
запросы усугубляются потребно-
стью выполнить все необходимое
для окончательной защиту окру-
жающей среды, а также тем фак-
том, что концентрация ресурсов
прогрессивно падает (например
приходится использовать нее бо-
лее бедные руды), что существен-
но усложняет как энергетические,
так и экологические проблемы. ‘
Из всех видов энергии, вклю- а
чая термоядерную, одна лишь Я
солнечная энергия может преоб-Я
разовываться и использоваться Я
'без каких-либо вредных макро--Я
экологических воздействий. Даже Я
термоядерные энергоисточники Я
добавляют свою лепту в термиче- Я
ское загрязнение биосферы. Та-Я
ким образом, учитывая незначи- Я
тельность массового использова- Я
ния солнечной энергии, сама по Я
себе генерация энергии не дает Я
решения проблемы. Здесь велика Я
(роль экзоиндустрии: извлекаемые Я
и обрабатываемые ею ресурсы не I
только устраняют загрязнение а
наземной природы, связанное с 3
функционированием наземных Я
энергосистем, но также тереме- Я
щают центр тяжести энергопро- Я
цесоов от генерации к конечному Я
24
использованию энергии вне биосферы. Следовательно, открытие
новой окружающей среды еще более важно, поскольку нет пред-
посылок для каких-либо иных сценариев, способных значительно
отклониться от названного профиля причинных связей для обоз-
римого будущего. В конце концов, если и не очень легко обосно-
вать возрастание в 20—50 раз спроса на энергию в пределах
следующей сотни лет в таких развитых регионах, как США или
Западная Европа, то нетрудно представить себе очевидные при-
чины для такого или еще большего роста в широких масштабах
энергопотребления к концу рассматриваемого периода в странах,
на сегодня все еще индустриально малоразвитых. С другой сторо-
ны, маловероятно, что горожанин в развитых странах, где населе-
ние уже растет медленно, через сотню лет будет есть почти вдвое
больше или потреблять почти втрое больше каких-либо основных
ресурсов.
2.5.	ЭКЗОИНДУСТРИЯ И НОВЫЕ НАЧИНАНИЯ
В КОСМОСЕ
Существуют два основных аспекта внеземной индустриализации:
«создание — эксплуатация» и «затраты—выгоды»; имеет значе-
ние также развитие потребления продуктов экзоиндустрии.
Для планирования и оценки начального объема производства
необходимо рассматривать как единую систему не только про-
мышленные установки, но и транспортные средства и обслужива-
ющие комплексы (топливные склады, жилые помещения, системы
жизнеобеспечения и т. п.). Главные аспекты экзоиндустриализа-
ции показаны на рис. 2.
С индустриально-экономической точки зрения, новые начина-
ния в космосе требуют таких критериев оценки будущих косми-
ческих предприятий, которые вытекают из общесистемного подхо-
да, а не из простого инженерного анализа.
В дополнение к очевидным характеристикам, определяющим
цели предприятия и его инженерную реализуемость, требуются
четыре базисных экономических вклада. Их общая способность
конкурировать с другими потребностями во вложениях (как кос-
мическими, так и некосмическими) позволяет установить величи-
ны капиталовложений, при которых определяется облик оптималь-
ного в смысле системного подхода предприятия.
Космическая станция или производственное космическое
предприятие обеспечивает отдачу в четырех областях. Отдача
в виде продукции оценивается в денежном выражении с учетом
того фактора, служит ли эта продукция наземной экономике или
же имеет самодовлеющую ценность только на борту орбитальной
станции (как промежуточный продукт или технологический фак-
тор в процессе производства конечного продукта). В более широ-
ком аспекте должны приниматься во внимание и различные науч-
ные «выходы» (т. е. вклады в развитие фундаментальных и
прикладных наук).	,	.
25
Рис. 2. Схема внеземной индустриализации
/учапиталб^\
./вложения враз-\ f затраты X __________
./ Напитал//. \витие транспорту {на. орбиталь- ) / х.
средств^ ^устанЛар) (3^ь^
\	y^acxodbjy
./б/инкурирб&/>.
/щие линии капи-\
бла л обложений (аль -)
'тернативные вариб
ханты систем//'
3	Обратные ебязи.
Координация \ {адаптационные вложения)
капиталооло-]' --------------
. тении
Операцией^
ная
технология.
/Орбитальная^
станция. 5орто-\
вое производствен-} -
\ме оборудована}/.
Вклады 
•	Экономика
•	Среда обитания
'Развертывание и уг-
лубление научно-тех-
нической революции.
*	Развитие техно-
логии
Наука ~j
/Стои-^\ /Стоимостях
’мость обслуА (конечной проА
'хживания/ \дукции J
бПотенииаду
\ развития у
Стоимость создаваемой
в космосе продукции.
Воз-
врат
капа-
тало-
вложе-
ний
(при-
были)
Стоимость создаваемой,
на Земле продукции
Создание новые техноло-
гических приемов
Рис. 3. Схема экономики космического предприятия
26
Наконец, весьма важен потенциал роста: чем он выше, тем
в большей мере оправданы данные капиталовложения. В свою
очередь, потенциал роста зависит от вознаграждений, определя-
емых созданием ценностей (потребительной стоимости) в космосе
или на Земле ic помощью некоторой промежуточной технологии.
Получаемый от космоса экономический эффект образует рацио-
нальный экономический базис для дальнейшего роста; конкретные
вклады показаны справа на схеме (рис. 3.).
В связи с этим можно говорить об «адаптивных обратных
связях капиталовложений»; иначе говоря, обеспечивающие даль-
нейший рост вложения пропорциональны соответствующему по-
тенциалу отдачи, который допускает квантованное выражение.
Эта адаптивная экономическая обратная связь гарантирует более
рациональное распределение общественных фондов. Эти фонды
(за исключением частнособственнических), распределяемые в
первом приближении НАСА, становятся операционно целенаправ-
ленными на рост различных видов «отдачи».
Разумеется, этот подход неприменим к исследовательским
экспедициям, но он полностью оправдан в связи с индустриали-
зацией космоса.
ГЛАВА
ПЕРВЫЕ
ИТОГИ
3.1.	ВРЕМЯ РЕШЕНИЙ
Поскольку последствия бурной индустриализации становятс
очевидными даже для людей наименее проницательных, необходи
мо осознать, что космос является одним из самых ценных источ
киков ресурсов — и для настоящего времени, и для неограничен
кого будущего.
Эра первоначальных исследований близка к завершению
Новая эра — внеземной индустриализации для повышения произ
водительности и экономичности промышленности — дает последо
вательную центральную стратегию следующей фазы развития
При этом нить научных исследований в космосе должна продог
жаться без каких-либо разрывов.
Индустриализация космоса выдвигает ряд особых целей, кото
рые могут быть осознаны уже сегодня. Вне всяких сомнений
большая часть этих целей будет становиться совершенно очевид
ной по мере продвижения вперед. Тем не менее, уже сегодня
ЭТИ
долл
j Производительность
•	Экономичность
•	Финансовые возможности
•	Капиталовложения в зависимости,
от трудозатрат
•	Конъюнктура (внешние связи)
Зонды в глубокий, космос,раз-
витие науки, о космосе /
Шаттл
Аполлон
Наука io
космо-
се
Меркурии
Дж ем ин и
Сероеиер
Лунный
спутник
Скайлэв
лунная индустрия
Генерация и передача энергии
Лунетта, Солетта
Производство на околоземной орбите
Платформа на ГСО
Транспортировка
^Период выбора решений
19 в Г	1990
Инд у ст с и <7 лизания
Экономическое
использование
13в 0	1970
Исследования
Дем онстрация
престо. н-'z
Годы
Рис. 4. Уыовнао диаграмма прпмтиа решений по годам
2F
цели представляют ядра кристаллизации, вокруг которых с .прихо-
дом «Шаттла» могут формироваться новые программы и экспери-
менты (рис. 4).
Наше время — время решений: оценки предпочтительных выбо-
ров, тщательного построения перспективного плана освоения
космоса и развития в целом земной цивилизации.
3.2.	ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ КАПИТАЛОВЛОЖЕНИЯ
рассматриваемые вклады в развитие космоса отражены в совокуп-
ности следующих целенаправленных тем:
' 1) обслуживающие системы, ориентированные на поверхность
Земли (прикладные спутники и функционирующие в интересах на-
земных систем орбитальные станции);
2)	выпуск промышленной продукции;
3)	энергия и свет (Лунетта и другие проекты);
4)	индустриализация Луны (добыча сырья и производство)
вместе с обеспечивающими системами;
5)	устройства для обитания (орбитальные станции, Астропо-
лис, Андроселл);
6)	транспортировка;
7)	другие обслуживающие функциональные системы (орби-
тальный многоцелевой комплекс, хранилища топлива и гру-
зов и т. п.).
На схеме (рис. 5) показаны в функции времени прогнозиру-
емые затраты на обеспечение первоначального уровня производи-
тельности экзоиндустрии. Как показано в последнем разделе этой
книги, первоначальные капиталовложения включают все обеспе-
Рис. 5. Диаграмма капи-
таловложений по отрас-
лям космической индуст-
рии:
1—индустриальное произ-
водство на Луне; 2—ге-
нерация энергии; 3—
трансляция энергии; 4—
Лунетта; 5—производ-
ство на околоземной ор-
бите; tf—платформа на
ГСО; 7—«Шаттл»; 8—
промежуточный буксир;
9— ступень с солнечно-
электрическим приво-
дом ; Ю—межорбиталь-
ный транспортный аппа-
рат (МТА); 11—пилоти-
руемый межорбнтальный
корабль; 12—система вы-
ведения с большой по-
лезной нагрузкой; 13—•
рой ступеней с солнечно-
электрическим приво-
дом; 14—транспорт в
пространстве Земля—
Луна; 15—лунный поса-
дочный транспорт; 16—
аэрокосмический	фрах-у
тер; 17— «Орбитрон»
млрд. долл
29
читающие системы. На схеме показаны основные транспортные ]
системы, включенные в стоимостную оценку. Определены харак-
терные вехи для соглашений по охране среды и безопасности по-<
летов для первоначального объема производительных возможно-
стей в период 1990—2000 гг., конечных определителей экономий
ческих выгод и двух ключевых технологических потребностей.
Сопоставление величин затрат и периодов времени, в течение
которых они должны быть реализованы, показывает, что в каж-
дом' из рассматриваемых случаев средние цифры лежат в преде-
лах 3 млрд. долл, в год (в ценах 1975 г.).	,
3.3.	КОНТУРЫ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ВЫИГРЫША
Существует довольно много различных критериев, с помощью,
которых следует оценивать соотношение «затраты — прибыли»:
для продукции, производимой космической индустрией. На.схеме:
(рис. 6) используются девять выбранных из их общего числа воз-
можных критериев. Представляется, что именно эти критерии яв-;
ляются репрезентативными, т. е. .имеют главное значение и способ-.
ны взять на себя роль показателей в некотором сравнительном"
анализе.	>
Первые два из этих критериев очевидны. Третий связан cj
потребностью (или ее отсутствием) в новой и перспективной тран-
спортной системе. Как правило, это влечет не меньшие (чем пер-'
воначальные) капиталовложения, которые должны включаться
в величины первого критерия.
Первый критерий отражает суммарные затраты, потребные
для выполнения научно-исследовательских и опытно-конструктор-
ских работ (НИОКР), испытаний н постройки всех элементов
собственно линии продукции, включая производственные предприя-
тия, системы жизнеобеспечения, вспомогательные комплексы и
обслуживающие устройства, наземные установки и устройства
транспортировки и запуска, а также развитие транспортных >
систем.	Л
Второй критерий — амортизационный период, нужный дляЯ
возмещения инвестиционного капитала и процентов путем созда-«
ния ценностей (потребительной стоимости).	I
Третий критерий отображает транспортные потребности, дик^Я
тующие необходимость создания новых транспортных систем; он!
учитывает их целесообразность и текущие эксплуатационные за- |
траты. Первый член как обратная связь входит в первый крите- 1
рий. Третий член включается в четвертый критерий — затраты на ;
производство и распределение (т. е. на доставку продукции по- |
требителям).	|
Первый критерий вместе с четвертым определяют величину!
долга (то есть суммарных затрат на создание и эксплуатацию!
космического комплекса). Равным образом, пятый и девятый кри-|
терии очерчивают ключевые основы спектра прибылей и преиму-1
ществ. Нас, прежде всего, интересуют следующие вопросы. Уве-;1
Зо
Рис. 6. Круговые диаграммы, характеризующие уровни (Л—умеренный; В—большой; С—очень
большой) затрат и выгод космической индустрии:
а—идеальный случай; б—передача информации; в—наблюдение за поверхностью Земли; г—
производство на орбитальной станции; д—ретрансляция энергии; е—космическая осветитель-
ная система (Лунетта); ж—Солетта: з—генерация энергии в космосе; и—лунный индустри-
альный комплекс (лучн обозначают: /—капиталовложения; 2— амортизационный период; 3—
транспортные расходы; 4—затраты на производство и распределение; 5—рост объема произ-
водства; 6—уровень качества продукции; 7—потенциал роста; 5—улучшение окружающей
среди; 9—расширение ресурсной базы; в центре обозначен начальный год десятилетия)
31
личит ли производственное направление в освоении космоса наши
возможности по выполнению определенных функций? Повысятся
ли в связи с этим качества операций, технологических процессов
и самой конечной продукции? Увеличит ли это нашу дееспособ-
ность, то есть обеспечит ли нам возможность совершать дела, ко-
торые в противном случае оказались бы непосильными для нас или,
по крайней мере, практически невыполнимыми? Как сильно свя-
зано улучшение наземной среды обитания с выносом ряда отрас-
лей индустрии в космос и, наконец, поднимет ли это уровень на-
ших производительных сил — по части энергии, сырья и методов
обработки материалов?
С целью качественного сравнения различных направлений
введены три уровня: А, В, С, представленные тремя концентриче-
скими кругами возрастающего диаметра. Девять «спиц» (радиу-
сов) соответствуют принятым девяти критериям. Величина каждо-:
го параметра откладывается вдоль радиуса, а концы получающих-
ся векторов соединяются прямыми линиями. В результате образу-
ется своеобразный абрис или «профиль» (заштрихованная об-
ласть), совокупно характеризующий данную частную линию про-
изводства (см. рис. 6). Для сравнения на схеме показан идеаль-
ный (рекомендуемый) профиль, который отображает логически
обоснованные четкие выводы: денежные обязательства (критерии
с первого по четвертый) следует снижать, а «отдачу» (критерии
с пятого по девятый) необходимо всемерно повышать. Очевидно,
что наиболее предпочтительной является та линия производства,
чей профиль точнее всего приближается к идеальному. Однако на
схеме видно, что ни одна из линий не отвечает полностью этому
требованию. (Необходимо, правда, учитывать и то обстоятельство,,
что некоторые критерии применимы не во всех случаях.) Но ре-5
ально даже та линия, чей профиль отклоняется от идеала, не обя-5
зательно должна считаться нежелательной: ее ценность сущест-5
венно зависит от рассматриваемого периода, а также от относи-
тельных весов критериев.
Поэтому важно установить период, когда та или иная програм-.
ма может быть реализована и обеспечит соответствующую отдачу. ,
В центре каждой круговой диаграммы («профиля») показано:
первое десятилетие, в ходе которого рассматриваемая линия кос-)
мической индустрии сможет функционировать не менее семи легд
Приведенные оценки можно счесть оптимистическими — с точки
зрения скептика; но энтузиасты могут к ним относиться как к
весьма пессимистическим. Во всяком случае, технически все рас-
сматриваемые программы представляются осуществимыми в ука-
занные периоды. Анализ основных закономерностей, положенных
.в основу при построении круговых диаграмм, приведен в табл. 2.<
Передача информации уже сегодня превратилась в процвета-1
ющее коммерческое мероприятие; в 80—90-е годы этот вид серви-1
са будет доведен до весьма высокой степени совершенства. Это!
обеспечит большие преимущества в смысле возрастания возмож-]
ностей по передаче различных данных, навигации и глобальной'
32
Таблица 2
Критерии программ
		Зь	ачение	критериев по программам				
Критерий	Пере- дача инфор- мации	Наблю- дение за по- верх- ностью Земли	Произ- водство на около- земной орбите	Лунет- та	Ретран- сляция энергии	Генера- ция энергии	Солетта	Инду- стри- альный ком- плекс на Луне
Капиталовложения, млрд. долл. Ранг * Амортизационный пе- риод, лет Ранг Транспортировка ** Ранг Стоимость производст- ва и распределения Ранг Увеличенный объем производства *** Ранг Повышенное качество продукции Ранг Способность к разви- тию Ранг Улучшение среды оби- тания Ранг Расширение ресурсной базы Ранг Примечания: *	Буквы ранга соответс *	* Цифры обозначают: 1 развитие (модификация) МТ системой; 4—аэрокосмически троракетным двигателем; 6— портный корабль с ядерио-п ностной (Лунатрон) и орбит* *** В таблице грнняты (-ая); н—небольшой (-ая); б—большой (-ая).	1 А 3 А 1 А н/н А об С ов С ов С н А н А гвуют р —многор С «Шат й грузог -транспо ульсаци ыьной ( следуюи >в—очен	1 'а 3 А 1 А н/и А об С ов С ов С об С б В 4С. 6. азовую тЛ»; 3— юй корг ртный энной т Орбитрс ще cokj ь высок	5 А 5 А 1 А с/н В н А ов С ов С с В м А транспо -ступень бль (ф «.орабль 1ГОВОЙ с н) тран ащеннь ий (-ая	15 В 7 В 2, 3 В с/н В об С нет ов С б В об В ртную с СОЛ эахтер); с газос) истемой спортны е обозн ; м—ма	25 В 7 В 1,2,3 В нет/н А об С ов С ов С об С об с .истему нечно-э/ 5—ступ азным 8—аст х систе& ачеиия: лый (-а	70 С 7 В 4, 5 С с/с В об С ов С ов С об С об С «С пейс ектриче ень с я двнгате; >он-соче об — Ot я); с—с	100 с 10 с 4, 6 С б/н С об С нет ов С об С об С Шаттл ской т дерным тем: 7— такие п ень бо редиий	70 С 10 с 4, 7,8 С с/с В об С ов С . он С об С об С »; 2— 1ГОВОЙ элек- транс- оверх- льшой (-ая);
связи. Телевидение и голографическая трансляция вошли в прак-
тику нашего времени; качество таких передач неуклонно растет
так же, как и их объем; в будущем подобные коммуникации при-
обретут способность соединять между собой точки Земли на меж-
континентальных удалениях. Снижение потребностей в металле
Для башен и кабелей будет способствовать улучшению наземной
среды обитания. Передача информации в системах телеуправления
Наземными системами обеспечит определенный вклад в расшире-
ние ресурсной базы.
2	2694	33
Диаграмма, характеризующая наблюдение за поверхностью
Земли, имеет профиль, подобный профилю программы передачи
информации, за исключением ,более .высокого потенциала благо-
приятных изменений в наземной окружающей среде, обеспечива-
емого за счет контроля загрязняющих факторов, инфекционных
болезней людей и заболеваний растений. Когда обсервация Земли
достигнет полного развития, ее характеристический профиль будет
очень близок к идеальному.
В обоих рассмотренных случаях начальные капитало.вложения,
амортизационный период, транспортные потребности, а также
стоимость получения и распределения информации не выдвигают
каких-либо больших требований.
Но для случаев производства на околоземной орбите и систе-
мы ретрансляции энергии задача оказывается более сложной.
В первом из упомянутых случаев, прежде всего, предусматри-
вается повышенное качество продукции и высокий потенциал раз-
вития.
; .Система ретрансляции энергии повышает возможности для
создания больших солнечных, ядерных или других электростанций
в удаленных и необитаемых районах Земли. Качества конечного
.«выхода» разветвляются по многим каналам и преобразуются в
итоге в громадное усовершенствование приемно-выпрямительного
^комплекса, поскольку преобразующие силовые станции не дают
.никаких химических или ядерных отходов, загрязняющих окружа-
ющую среду.
Возможность размещения в удаленных областях дает выгоды
окружающей природе и расширяет ресурсную базу путем иополь-
вована.ия высокотемпературных солнечных установок я геотер-
мальных источников, которые в других случаях оказываются слиш-
ком далекими от потребителей.
Аналогичный анализ положен в основу построения экономя-'
ко-эффективностных профилей для Лунетты, системы генерации
энергии, Солетты и лунного индустриального комплекса. 
• Предварительные количественные экономические характерис-
тики в функции времени приведены в последнем разделе книги.
Если стоимость работы в космосе высока, то ясно, что годовой
доход от выполнения данной работы (т. е. от функционирования
созданных благодаря этой работе систем) должен быть тоже до-
статочно высоким — по-видимому, в 10—100 раз выше, чем на
Земле. Этого можно достичь только благодаря неограниченной
трате энергии и широкому использованию автоматизированного
оборудования, а также благодаря повсеместной компьютеризации,
телеконтролю, телеуправлению, а в пределе — применению
роботов *.
* В настоящее время термин «робот» различными авторами используется
в неодинаковых смыслах. Здесь н далее этим термином будет обозначаться функ-
ционально атропоморфная самообучающаяся кибернетическая система, снабжен-
иая не только рецепторами, но и эффекторами. Иначе говоря, робот — наиболее
совершенный автомат (прим, перев.).
34
3.4.	ПОДГОТОВКА ПРОГРАММЫ ОСВОЕНИЯ
ОКОЛОЗЕМНОГО КОСМОСА
Прогрессивно- расширяющаяся деятельность в космосе может быть»
обеспечена как за счет роста наземных производительных сил;
так и путем создания новых индустриальных центров вне Земли
(которые м-огут группироваться по их местоположению). Соответ-
ствующая классификация представлена в верхней части схемы
(рис. 7).
Нижняя часть этой схемы относится к транспортному обеспе-
чению программы. Логичный первый шаг для улучшения характе-
ристик транспортных операций — максимизировать использование
многоразовой транспортно-космической системы (МТКС) «Спейс
Шаттл», а также ее последующих модификаций. Этого можно до-
стичь путем улучшения характеристик силовых установок ступе-
ней МТКС, повышением их конструктивного совершенства; в ряде
случаев целесообразно заменить орбитальный самолет (ОС)
МТКС на одноразовый блок, оснащенный главными двигателями
ОС и размещенный (как и ОС) на внешнем топливном баке. Такой
одноразовый блок МТКС способен доставить на околоземную ор-
Максимизация эффекта
МТКК „ СпеИс Шаттл"
Рост производительности
О Рост производительности
наземной индустрии(вклад
в научно-техническую ре -
волюцию)
• Создание новых-производст-
Оенных иен тиа 6 вне Зе мп и
(.внеземная индустриализа-
ция)
030	ГСО	Луна
О Наблюдения за Землей а Пооизлодство о особых органа - веских Зареств @ Прсаздодспво ^особых нсорго. - наческилх мате- р.аилод ЬГенерсщая эне- о р?ии	О) Передача ан- формации. О Наблюдение за поверх н'-сггьнз Земли О Трансляция энергии ПУ Космическое оссс:це,чие о Генерощия 9 энергии	• Добыча и обра- вот.ка материа- лов в больших масштабах • Производство в больших масш- табах
Наблюдения за Производство Генерация Ретранс-
Землей 030 ГСО специалных энергии: ляция
продуктов на на ОСОнаГСО энергии
030	ИСЗ на ГСО
НТК К „Спейс Шаттл"	® •	®
Межорвитапьный транспорт-	*
ныи аппарат с химической си-	•
левой установкой
Развитие перспективной тран- '
спортной системы__________
Аэрокосмический фрахт ер	О
Ядерный геокосмический паром
Освети- Индусы-
тельная риапи-
система заиия.
на ГСО Луны
О
О
о
Окаполунный сррахтер (на чальная
масса ЮОО-ЮОООт)
Окслалуннь/й суперсррахтер(начальная
масса 10000 - 100000 т)
Электромазнатный ускоритель

Рис. 7. Схема развития геокосмических программ:
030—околоземная орбита; ГСО—геостационарная орбита; ССО—солнечио-синхронная орби-
та; СЭС—солнечно-электроракетная ступень; MTKK—межорбитальный транспортный косми-;
ческий корабль; черные кружки обозначают большее или меньшее соответствие решаемой
задаче; белые кружки обозначают повышение экономичности транспортных систем в «пос-
лешатловский» период	!
2*	35 :
f
биту до 150—200 т полезной нагрузки*. Двигатели этого блока —
для их повторного использования — могут быть возвращены с
орбиты на Землю при последующем рейсе орбитального само-
лета.
На схеме (рис. 7) размер черного кружка показывает относи-
тельную пригодность («достаточность») данной транспортной сис-
темы для обслуживания рассматриваемой программы или отдель-
ной операции.
Следующий крупный шаг в развитии транспортных систем —
создание много большего по размерам (чем «Шаттл») транспорт-
ного космического аппарата класса «Земля — орбита», названно-
го для краткости аэрокосмическим фрахтером (АК.Ф) **. Его соз-
дание обеспечивается благодаря успехам в разработке межорби-
тальных космических кораблей с нехимическими тяговыми сис-
темами.
Для монтажа на геостационарной орбите (ГСО) искусствен-
ного спутника Земли, предназначенного для генерации энергии
(ИСЗГЭ), мощностью в 5—10 ГВт, для монтажа рефлектора
большой Лунетты или для лунных операций требуется АКФ с ми-
нимальной полезной нагрузкой не менее 1000 т. Вместе с тем, не-
обходимо значительное повышение экономичности всех «после-
шаттловских» транспортных систем — для максимально большего
числа их применений.
3.5.	МАКСИМИЗАЦИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ПРОГРАММЫ «ШАТТЛ»
Чтобы дать начальный импульс реализации программы индуст-
риализации космоса, целесообразно в первую очередь обеспечить
максимальную выгоду от эксплуатации МТКС «Шаттл» и произ-
водных от нее транспортных систем.
Комплекс «Шаттл» включает многоразовый межорбитальный
буксир и солнечно-электрическую ступень (СЭС); в более поздний
период к ним добавятся пилотируемый межорбитальный аппарат
(ПМА) и связка («гроздь») ступеней с солнечно-электрическим
приводом (рис. 8).
. Комбинация многоразового буксира и солнечно-электрической
ступени дает возможность за один цикл (полет с Земли на орби-
ту и обратно) выводить на ГСО и возвращать обратно на Землю
полезную нагрузку весом в 1 —1,5 т. При этом буксир доставляет
нагрузку на промежуточную круговую орбиту (ПКО), а солнеч-
но-электрическая ступень переносит грузы с ПКО на геостацио-
* Как известно, внутри орбитального самолета МТКС «Шаттл» на около-
земные орбиты (с высотами 200—500 км) может доставляться полезная нагруз-
ка весом до 29 т (прим, перев.).
** В морском торговом флоте фрахтером принято называть грузовой ко-
рабль.
36
МСЗ-ретрансля-
тор энергии.
Создание и снабже-
ние орбитальной
станции, на ГСО
Возвращение
объектов с ГСО
на 030
СВязка
СЭС
МСЗ-генера-
тор энергии
на ССО
Лунетта.
Выведение на Высо-
кие орбиты с раз-
ными наклонени-
ями_____________
»Инсиекта
танци.7
Орбитальное
произВобст-
Ъо специфи-
ческие Ве-
ществ
оуксир
с СЭС
Косми-
ческий
К ГСО
Экспе-
рименты
Косми-
ческая
/Сбпрочх \ла бора-
тный КОМА 'rtOpUH
{плене на)
\030 /
/Метоп-\
/бито тпьА.
[транспорт]
\ный аппа-
рат /
1 ’>
Дозаправка тонлибом
межарбиталы'ых бркси-
азд на ГСО
Наблюдения
за Землей
и Солнцем
[ВозВоищение ойъек-
тов на 030
Специальные
эксперименты
б космосе
МТ К К
Спейс
Шаттл
и его моои,
фикации
стан-
ция

Рис. 8. Схема использования МТКК «Спейс Шаттл»
парную орбиту. Маневренность солнечно-электрической ступени
позволяет ей выполнять на геостационарной орбите широкий
спектр различных операций; аналогичные операции могут выпол-
няться на двенадцатичасовой или сорокавосьмичасовой орбите.
С помощью буксира (используемого в случае необходимости
выполнить более быструю доставку) и солнечно-электрической
ступени можно добиться распространения экономически эффектив-
ных транспортных операций и на более удаленные орбиты.
Имея в виду развитие солнечных панелей, достаточно нечувст-
вительных к протонной радиации (в этом отношении весьма мно-
гообещающими представляются тонкие панели, включающие сол-
нечные батареи из арсенида галлия), связка солнечно-электриче-
ских ступеней может обеспечить высокую эффективность
комплекса МТКС «Шаттл» при выведении на геостационарную
орбиту тяжелых полезных нагрузок. Если принять годовой грузо-
поток, обеспечиваемый одной связкой СЭС, порядка 200 т, то
потребная численность «флота» этих связок определяется следую-
щими соображениями. «Шаттл» рассчитывает на 40 полетов в год.
«Чистая» полезная нагрузка за один полет составит около 25 т,
т. е. годовой грузопоток будет порядка 1000 т. Следовательно,
потребуется флот из пяти связок СЭС. Каждая связка будет со-
стоять из тридцати двух солнечно-электрических ступеней. Необ-
ходимо также 8 дополнительных солнечных панелей для ренова-
ции каждой связки, чтобы обеспечить годовой грузопоток на ГСО
в 1000 т.
37
F
Эти транспортные возможности достаточны для реализации
системы ретрансляции энергии, для Лунетты и орбитальной базы
на ГСО, но недостаточны для Солетты или силовой станции на
орбите, предназначенной для генерации энергии. Для них потреб-
ны более мощные транспортно-космические системы.
3.6.	ДОСТАВКА ОБЪЕКТОВ НА ГСО
Анатомия следующих за «Шаттлом», более мощных транспортных
систем, представляющих собой комбинацию субсистемы типа
«Земля — орбита» и межорбитальных кораблей, сильно зависит
от принятого метода межорбитальных перевозок.
Одно из возможных решений — улучшение характеристик
транспортной субсистемы «Земля — орбита» в направлении мини-
мизации суммарных затрат при сохранении полезной нагрузки в
диапазоне 150—200 т, компенсируя это более высокой частотой
запусков. Последнее связано с необходимостью создания большо-
го числа наземных стартово-посадочных баз и большего количе-
ства летательных аппаратов, а также с ограничением по объему
объектов полезной нагрузки.
Это решение сочетается с выбором более мощной и менее
радиационно-чувствительной ядерно-электрической ступени
(ЯЭС), монтируемой на околоземной орбите (ОЗО) и представля-
ющей собой межорбитальную систему выведения малой тяги.
Другая, радикально отличная, альтернатива — создание зна-
чительно большего летательного аппарата класса «Земля — орби-
та», названного аэрокосмическим фрахтером. Он обеспечит до-
ставку груза даже непосредственно на ГСО. АКФ представляет
собой систему выведения большой тяги.
При доставке грузов на ГСО система большой тяги имеет сле-
дующие преимущества.
1.	Для запуска на ГСО, для запуска с поверхности Земли на
околоземную орбиту, для перехода с ОЗО на ГСО и обратно
используется один стандартный АКФ из многоразовых ступеней
с двигателями, -работающими на жидком водороде и жидком
кислороде.
2.	Снижаются суммарные затраты на транспортировку (вклю-
чая создание и эксплуатацию транспортной системы).
3.	На Земле можно собирать крупногабаритные модули.
4.	Солнечные батареи собираются на околоземной орбите, ха-
рактеристики солнечных панелей не ухудшаются при быстром
прохождении радиационных поясов.
5.	Если промежуточная круговая орбита для сборки связки
солнечно-электрических двигателей размещается выше протонного
радиационного пояса Земли, то связка СЭС обеспечивает выведе-
ние груза на ГСО.
6.	В составе собранного орбитального комплекса с людьми на
борту нет кораблей с ядерной тяговой системой.
7.	Не нужен буксир с ядерно-электрической тяговой системой.
38
8.	В случае повреждения ИСЗ — генератора энергии возможна
его быстрая .замена — для минимизации потерь в годовых
доходах.
9.	Космический аппарат (его первые две ступени) пригоден
также для участия в орбитальном производстве и в лунных опе-
рациях.
Система малой тяги также имеет свои преимушества.
1.	Развитие новой большой системы выведения многократного
применения вместо тяжелого транспортного корабля.
2.	Возможность выбора монтажной орбиты: ОЗО, промежуточ-
ная или ГСО—вместо ПКО или ГСО для системы' выведения
большой тяги. На ОЗО повреждения ликвидируются с меньшими
затратами.	...
3.	Использование буксира с ядерно-электрической тяговой сис-
темой обеспечивает экономию высокосортного топлива.
4.	Ядерно-электрический буксир в принципе применим для
лунных операций.
Из сравнения суммарных преимуществ межорбитальных сис-
тем .выведения большой и малой тяги .видно, что возможности вы-
вода с большой тягой более привлекательны — по крайней мере,
этот способ следует рассматривать как основной. Это не исклю-
чает применения связки солнечно-электрических ступеней для
доставки грузов на высокие орбиты с промежуточной круговой
орбиты (ПКО), на которую объекты будут выводиться аэрокос-
мическим фрахтером. Таким образом, связка СЭС будет играть
роль, аналогичную той, которую играет межорбитальный буксир
(но, разумеется, в значительно меньших масштабах!) в составе
транспортного комплекса на базе МТКС «Шаттл». Такая система
потребует длительного времени на доставку груза, но будет мало-
чувствительной к изменению наклонения орбиты — благодаря
высокому удельному импульсу ее двигательной установки ма-
лой тяги.
3.7.	АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ ГРУЗОВОЙ КОРАБЛЬ
Схематическое изображение аэрокосмического фрахтера выполне-
но в соответствии с его ранее установленной общетеоретической
концепцией. Полезная нагрузка, выводимая АКФ на околоземную
орбиту с наклонением .в 30° и высотой 370 км, составляет порядка
1000 т, а в определенных случаях и больше. Трехступенчатая
принципиальная схема АКФ с отделяемыми субсистемами обеспе-
чивает высокую гибкость в плане изменения объема полезной на-
грузки.
АКФ, рассчитанный на выведение 100 т на ОЗО (рис. 9 а),
способен вывести на геостационарную орбиту от 250 до 280 т,
а на четырехчасовую синхронную орбиту (относительно потенци-
альной роли частичносинхронных орбит, особенно четырехчасовых
и шестичасовых, см. стр. 85 и 128), по меньшей мере, до 600 т.
39
Рис. 9. Схема аэрокосмического фрахтера:
а—для полетов на геостационарную орбиту (ГСО); б—для полетов на околоземную орбиту
(ОЗО); в—для полетов на промежуточную орбиту высотой 2000 км; г—для полетов на про-
межуточную орбиту высотой 8000 км; д—для полетов иа Луну; е—для перелетов с ОЗО на
ГСО или Луну [/—ступень 1-я; 2—ступень 2-я; 3—ступень 3-я; 4—ступень 4-я; 5—перевози-
мый груз; 6—тяжелый компактный груз; 7—теплозащита для возвращаемых частей; 8—дви-
гатель; 9—сбрасываемый носовой конус; 10—бак для водорода; 11—бак для кислорода)
АКФ (рис. 9, б) целесообразен для доставки сырья на .инду- 
стриальные предприятия, размещенные на околоземной орбите,:
включая материалы для производства элементов больших конст- i
рукций и фасеток рефлекторов для мощных космических освети- ;
тельных систем на ГСО и более низких синхронных орбитах. ,
Следующие две модификации четырехступенчатото корабля )
или корабля с разделяющимися ступенями (рис. 9, в, г) предназ- '
качены для доставки грузов на промежуточную круговую орбиту
на 2000 км около 790 т, а на 8000 км — около 500 т.
Разделяющийся трехступенчатый фрахтер показан модифика'
цией (рис. 9, д), пригодной для доставки по меньшей мере 300 т
на круговую окололунную орбиту. Для выполнения подобного по-
лета третья ступень складывается из четырех секций. Только сту-
пень 2 'будет возвращаться к Земле, в то время как ступени
3 и 4 будут превращаться в элементы лунных конструкций (орби-
тальных или поверхностных) или же послужат сырьем для завода
на окололунной орбите (см. стр. 169); по крайней мере, они могут
сыграть роль баков. Но при этом отсеки с электроникой и двига-
тели могут возвращаться обратно к Земле, если это окажется эко-
номически оправданным.
Четырехсекционная третья ступень также может использовать-
ся для повышения возможностей по доставке на геостационарную
орбиту или же на более низкие синхронные орбиты, сохраняя по-
тенциальную возможность повторного использования всех ступе-
ней и секций.
Поскольку можно повторно использовать системы на основе
ступени 3 и ступени 4 (на рис. 9, а, б,), показаны две модифика-
ции для запуска грузов на околоземные орбиты. Крайняя слева
конфигурация без третьей и четвертой ступеней будет доставлять
полезную нагрузку, которая в этом случае может включать топли-
во для буксира, если только это топливо не предусматривается
перекачивать на ступени буксира со специального топливного де-
по, размещаемого на орбите.
40
3.8.	ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АКФ
Хотя возможности АКФ по доставке полезной нагрузки в одном
блоке достаточно велики, все же частоту его запусков нельзя сни-
жать ниже некоторого экономически потребного минимума — а
именно, одного запуска в месяц. Развитие аэрокосмического гру-
зового корабля основывается на существующей потребности обес-
печить достижение поставленных целей.
Следующая схема (рис. 10) убеждает, что в программе инду-
стриализации космоса в самом деле имеются широкие основы для
существования таких целей.
С Ниже перечислен ряд экзоиндустриальных предприятий, ко-
торые целесообразно далее рассматривать. Их размеры и массы
требуют для обеспечения экономической жизнеспособности приме-
нения больших многоразовых транспортно-космических систем.
Астрополис (см. стр. 60) представляет собой большой индустри-
альный и исследовательский комплекс. Его масса может лежать
в диапазоне от нескольких тысяч до более десяти тысяч тонн.
Астрополис будет расти и расширяться на основе им самим
создаваемых модулей, конструкций и оборудования. Он может
также стать основным производителем конструкций и других ком-
понентов, необходимых для строительства ультралегких космиче-
ских светильников (стр. 66 и далее) и -космических энергосило-
вых установок (стр. 112 и далее) на круговых геоцентрических
орбитах. Он может сыграть значительную роль в создании инду-
стриального комплекса на Луне, создавая конструкции и элемен-
ты систем для первоначального строительства орбитальных
лунных индустриальных установок так же, как и для строительст-
ва объектов поверхностной индустриальной зоны на Луне — по
крайней мере, до тех пор, пока лунные индустриальные предприя-
генери)-
тор
энер-
гии.
ретранс-
лятор
[энергии.
Лу-
та
и'и0РНЬ1^-1 \на5людение
и,ентр(сопн?чная\	~
система) J	землей.
ТрКомгнх
Н леке
\на ГСО,
/ирви-'х
т:атная'
[станция
\на ГСО А
Сна№е-
/Элекпнк
кораГлиВ
^системе
\3емля~,
тфунФ/,
ричгти.Р
/лунР\
[ши инду\
- ____ Фтриаль-
/^^.ешр)
[ ныи
[транспорт,-
\ный ко- j
/Ор^Л^Р^бль/
(шальные \
[окололунные
J. установки.)
Пилотируемые
межпланетные
 КА
/Ге ок о с\
(мический
I фрах-
\тер /
ГеолунЗ-
ный
фрах-
.тер /
Орбитальный .
госпиталь
Резервный центр
(с повышенной гра-
витацией)
Туристс-
кий,
центр
Производство
космических
конструкций
Производство
специальной
поодукции
Экзопонные
установки
Комп-
лекс
на 030
/Аэрокос\
'мическиФ
. фрах- I
\тер J
Астро-
полис
Шаттл
Рис. ю. Структурная схема использования аэрокосмического фрахтера
41
тия не приобретут способность сами себя репродуцировать (см.
стр. 180).
Таким образом Астрополис будет обеспечивать растущие на-
земные и внеземные потребности. Будучи только обрабатываю-
щим комплексом, Астрополис подобен высокоразвитому индуст-
риальному предприятию, лишенному своих собственных источни-
ков сырья. Вот здесь и потребуются услуги аэрокосмического
фрахтера: он будет удерживать затраты на импорт сырья и полу-
фабрикатов на приемлемом уровне и обеспечит экономическую
целесообразность продукции Астрополиса. Для перевозки персо-
нала и специальных дорогостоящих материалов, производимых в
небольших количествах, целесообразно вместо АКФ использовать
меньшую по размерам многоразовую аэрокосмическую транспорт-
ную систему типа М.ТКС «Шаттл».
Следует добавить, что ориентированная на космос продукция
Астрополиса должна транспортироваться к весьма удаленным от
него потребителям. Функционирование лунных индустриальных
предприятий также требует минимального снабжения с Земли
(например, водородом, азотом и некоторыми химическими реак-
тивами). Обе эти транспортные потребности могут удовлетворять-
ся большим аэрокосмическим грузовым кораблем при транспорт-
ных расходах на линиях «Земля — околоземная орбита» между
90 долл, на 1 кг и (в конечном счете) 45 долл, на 1 кг. При таких
величинах затрат транспортные операции должны быть экономи-
чески эффективными. Схема взаимосвязей АКФ с различными
космическими объектами показана на рис. 10.
3.9.	УЗЛОВЫЕ МОМЕНТЫ
Схема на рис. 11 представляет качественное обозрение перспек-
тив индустриализации в геолунном пространстве; эта программа
названа автором «Прометей». Основные достижения показаны на
схеме в функции времени. Более детальное описание с учетом
затрат дано в конце гл. 4. Для большей ясности на рис. 11 кос-
мические предприятия показаны выше оси времени, а транспорт-
ные системы — ниже нее.
Как известно, в шестидесятые годы доминирующей целью кос-
монавтики США были пилотируемые полеты к Луне с посадкой
на ее поверхности. Теперь Луна снова оказывается, на весьма
длительный период, в фокусе программы «Прометей», рассчитан-
ной, в первую очередь, на индустриализацию Луны, которая
должна увенчаться индустриализацией всего геолу,иного простран-
ства. Можно назвать три ключевые ступени, которые нужно пре-
одолеть для начального приближения к этой цели: 1) осветитель-
ные и энергетические космические системы; 2) космическая стан-
ция для обеспечения функционирования названных систем так же,
как и для использования в интересах наземных систем и косми-
ческого пространства. Для ее развертывания можно сразу же
использовать М.ТКС «Шаттл» и малые орбитальные станции (ти-
42
Рис. 11. График реализованных н перспективных программ индустриализации в геолунном
пространстве по десятилетиям (над осью — космические предприятия и системы; под осью —
транспортные системы).;
/—«Аполлон»; 2~прикладные спутники; 3—космическое производство на орбитальной стан-
ции; 4—энергия и свет; 5—индустриализация Луны; 6—Астрополис; 7—«Шаттл»; 8— развитие
«Шаттла»; 9—ядерно-электроракетиая ступень; 10—аэрокосмический фрактер; 11—СЭС
па «Спейслэб»); 3) высокий приоритет послешаттловских транс-
портных систем, обладающих возможностью доставки в одном
блоке более тяжелых полезных нагрузок, чем позволит полное
использование многократности .существующей МТКС «Шаттл».
Наиболее подходящим типом таких систем выведения следует
считать ранее описанный аэрокосмический грузовой корабль.
Его создание будет следующим ключевым шагом в развитии кос-
монавтики.
В следующем разделе приведен морфологический обзор обще-
родовых программ, который нацелен на определение подходящих
моментов . времени для экзоиндустриализации. Чтобы получить
максимум преимуществ от своевременного осуществления этих
программ, необходимо: обеспечить все необходимые ресурсы и
организацию так, чтобы добиться максимального удовлетворения
спроса на продукцию экзоиндустрии; тщательно выбрать главней-
шие области производства путем системной оценки по схеме «ка-
питаловложения—риск» с учетом спроса; как можно ранее за-
планировать переход от индустриальных исследований и развития
под эгидой НАСА к руководимым Правительством США разра-
боткам.
При этом нужна развитая стратегия, позволяющая преодолеть
промежуточные периоды в развитии производительности (когда
рост резко замедляется), а также обеспечивающая приемлемый
уровень роста и возврата капиталовложений.
ГЛАВА
ПРОГРАММЫ
4.1.	ОБЗОР ОБЩЕРОДОВЫХ ПРОГРАММ
В гл. 1 экзоиндустриальная шкала ценностей связывалась с ха-
рактеристиками общеродовых программ как реализация данных
возможностей в плане объема ее собственной продукции, а также
вкладов в развитие объема производства или качеств наземных
производительных сил.
В табл. 3 показаны располагаемые возможности космической
комплексной системы в пространстве Земля — Луна в части воз-
действия на самые важные области жизни на поверхности Земли.
В левом столбце показаны наиболее подходящие орбиты или рай-
оны космоса для реализации каждой из рассматриваемых воз-
можностей.
Исходя из этой таблицы, можно сформулировать следующие
общеродовые программы.
1.	Сенсорная информация.
2.	Ориентированные на Землю телеоперации.
3.	Производство на околоземной орбите.
4.	Космическое освещение.
5.	Космические энергосистемы.
6.	Индустриализация Луны.
В связи с этими производительными общеродовыми програм-
мами необходимо реализовать ряд обеспечивающих общеродовых
программ. Наиболее важными из них являются:
7.	Транспортно-космические системы.
8.	Устройства для жизни в космосе (космические лаборатории
типа «Спейслэб», орбитальные станции и большие по размерам
объекты).
9.	Специальные орбитальные установки (системы стабилизации
для собранных хранилищ, аккумуляторов и т. п.).
10.	Кибернетические системы (обработка данных и дисплеи,
системы дистанционного контроля и телеуправления, роботы
и т. п.).
Схема «Сеть космической индустрии» (рис. 12) связывает ос-
новные обеспечивающие системы (исключая -кибернетические) с
производительными общеродовыми программами. Космическая
станция — это необходимая установка в составе устройств, соз-
44
--^Космическая
станция Г*ТТК
- * орбитальный ~*АКФ
сборочный
комплекс
-XДругие обес-
печивающие/
\ системы '
Пища.
W/
Энергия.
'Т/
Ж/Д
„Шаттл1
и СЭС
, 'Удалениё~'''\
ядерных. отхо-\
..dob с Земли J
Л л/
*,,Шаттл “
и. рой.
СЭС
*ТТК
./Ж
/Ж4
хлу У
/Ресурсьж.
(а планиро-}
\-вание/
J?S
Наука.
fКосмй\
ческая
и.ндуст-1
\рия /
Оц енка урожай но ст и, контроль
'за сохранностью урожая
• Наблюдение за океаном
\ • лесоводство
Д • Охрана запасов пресной водь/
\ •„Шаттл" и
\	межорбитальныи
\	транспортный
\ иппарат(МТА')
\ • „Шаттл"
Vi и СЭС «.?
® У' ri 3 у “ »<1.!1 ’
)	• %и-&'
'а\ и
ДДт- ?=	* Прикладные ИСЗ
'/ * косм с ческа я
станция
Наблюдение за
климатом
\» Прогноз погоды
\» Контроль за
\состоянием
\и охранаок-
\ружающей
\ среды
Культу-
ра.
/произВод^'С'
’стЬенная тех-.
Сникай, техноу
'Одрги.яСС'
uti®.
• <
Л*,
логияя^д-— • !? „Спейс Шаттл'
* Космическая / 
станция \* ТТК
* Acmponondc —-— -X- А КФ	/
ХУро6ень^\
(транспорт-
\ной техни-р
ки
ТкосМ°се
Сырье
•Другие /
обеспечивающие
системы
Ж
Ок?'-1Жа\ 
а'Да я I
среда/
' • Лунная
индустрия
— * Аэрокосмический фрахт ер ’
(/КФ)
*Долунный ядерный фрахтер
(ДЯФ)
— * Ас трон
* Космическая индустриальная
' станция на кругобой окололун-
ч ной орбите
* Обеспечивающие и производ-
ственные системы на поверх-
ности Луны
Рис. 12. Схема космической индустрии и обеспечивающих ее систем
45
Таблица 3
Области деятельности на Земле, на которые Оказывает влияние деятельность в квемосё
Район космоса	Работа в космосе		Области деятельности на Земле												
	область	вид работы	Сельское хозяйство	Добыча пищи из моря	Энергоснабжение	Контроль загрязне- ния среды	Воцораспределение, охрана воды	Производство мате- риалов	Сохранение (эконо- мия) сырья	Сохранение энергии	Экономия пестицидов	Снижение нагрузки на среду обитания	Контроль за солнеч- ной активностью	Контроль за здоровь- ем (безопасность)	Общее увеличение производительности
Лунный космос	Производ- ство матери- алов	Извлечение сырья						4-	4-	4-		"Г			
		Широкомасштабное произ- водство						4-	4-	| +		4-			
ГСО	Сенсорная информация	Передача информации							+	1 +					4-
		Составление метеопрогнозов	4-	4-		4-				4-					
		Контроль за поверхностью Земли	+	+		4-	4-				4-				
		Телеоперации на Земле													4-
	Контроль	Контроль за ретрансляцией энергии			4-				4-		1				
												4-			
	Энергия—	Генерация энергии			4-				4-			4-			
	свет	Солетта—экология	+	4-	4-		4-					4-			
		1			1		1	1 \ \ \ \ \ \ \							
Орбиты на 6 и 12 ч	Энергия— свет	Ночное освещение (Лунетта)	4-	4-			1		4- '				1		4-
Орбиты на 4 и 8 ч	Энергия— свет	Увеличение продуктивности фотосинтеза	4-	4-											
ОЗО Яо<1000 км	Сенсорная информация	Составление метеопрогнозов	4-	4-		4-				4-			4-	4-	
		Контроль за поверхностью Земли	4-	4-		4-	4-				4-		4-		
		Контроль за солнечной ак- тивностью	4-	4-									4-		
		Контроль информации													4-
	Материаль- ные продукть	Производство биопродуктов	4-	4-										4-	
		Производство неорганичес- ких материалов			4-			4-		4-					4-
	Знания	В области биологии	4-	4-										4-	
		В области климата	4-	4-											4-
		В области медицины												4-	
		В области астрономии и гео- физики											4-	4-	4-
Рис. 13. Схема расположения
обеспечивающих систем кос-
мической индустрии:
1—МТКК типа «Спейс
Ш аттл» (полезная нагрузка
25—35 т) или ТТК (полез-
ная нагрузка 150—200 т); 2—
связка СЭС; 3—космический
буксир; 4—увеличенная СЭС
или ЯЭС с ТТК; 5—блочный
комплекс (рой) на ГСО; 6—
космическая станция на
ГСО; 7—блочный комплекс
на ОЗО; 8—космическая
станция на ОЗО; 9—буксир
(4-я ступень); 10—буксир
(3-я ступень); 11—АКФ (на
ОЗО) (полезная нагрузка до
1000 т; см. рис. 9, а)
/даваемых в ходе реализации любой из общеродовых программ.
Шругая сторона медали — с акцентом на анализ транспортных
(альтернатив — представлена на схеме обеспечивающих систем
-Хрис. 13).
4.2.	КРИТЕРИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОГРАММ
Качественные критерии для оценки перспективных космических
программ определяются, прежде всего, выбором тех трех альтер-
нативных принципиальных решений, которые сформулированы в
гл. 1. Первое решение — основной упор на широкомасштабные
исследования — должно оцениваться его научной эффективностью
и значением для национального престижа на международной аре-
не. Программа, преследующая цели экзоиндустриализации, долж-
на оцениваться, по нашему мнению, в первую очередь, экологиче-
скими, социально-экономическими и производственными критерия-
ми, намеченными в начале гл. 1.
В смысле технологического прогресса любая из названных
альтернатив может оказаться весьма эффективной — в зависимо-
сти от включаемых в нее частных программ. Однако вероятность
Того, что чисто исследовательская программа будет признана
целесообразной на 10—20 лет вперед, не очень велика. В любом
случае такая исследовательская программа не способна вызвать
значительное технологическое продвижение на широком фронте.
Таким образом, программа индустриализации космоса будет, оче-
видно, более эффективной.
Переходя к следующему, более детальному уровню, необходимо
прежде всего подразделить общеродовые программы (например,
программу энергетических космических систем) на частные кон-
кретные программы: искусственных спутников Земли — ретранс-
ляторов энергии, солнечных и ядерных силовых станций на около-
земных орбитах — генерирующих энергию для Земли, и т. и. Та-
кие частные программы внутри общеродовых космических прог-
рамм для краткости можно именовать субродовыми.
48
Родовые программы представляются в значительной мере ме-
нее взаимоисключающими, чем субродовые. С другой стороны,
решимость неуклонно идти вперед в реализации какой-либо из про-
грамм космической энергетики не может тормозить программу
сенсорной информации. А ее вклад в направлении развития про-
граммы космического освещения, где нет реальных альтернатив
Лунетте как первоначальной подпрограмме, зависит от принятия
конкретных решений. Если (исходя из крайнего случая) будет
выбран ИСЗ-ретранслятор энергии (энергогенерирующие устрой-
ства в этом случае остаются на поверхности Земли) или же ядер-
ная энергогенерирующая силовая станция, то у энергетической
программы окажется мало общего с Лунеттой (не будет подобных
элементов, полезных для реализации Лунетты) и развитие будет
вынужденно-параллельным, без концентрации усилий в одном на-
правлении.
В случае недостаточных фондов придется, быть может,
сделать взаимоисключающий выбор. Для его обоснования, однако,
потребуется выполнить комплексную оценку по множеству крите-
риев эффективности.
Существенно, что те же самые критерии применимы для оцен-
ки и выбора субродового уровня внутри рассматриваемых обще-
родовых программ (например: для выбора между силовой стан-
цией, генерирующей энергию в космосе, и спутником-ретрансля-
тором энергии; для выбора типа генератора энергии). На этом
уровне решений значительно более вероятны взаимоисключающие
варианты, поскольку здесь уже начинают доминировать техноло-
гические аспекты. Поэтому область критериев на субродовом
уровне должна быть более узкой, а детализация — более глубокой,
чем на родовом уровне. Тем не менее, должны рассматриваться
и взаимопроникающие, взаимодействующие формы критериев для
родового и субродового уровней. Ниже приведены формы крите-
риев для обоих уровней. Они послужат основой в установлении
систематических различий между альтернативными вариантами
программы экзоиндустриализации. В табл. 4 сокращение Ор и Ср
обозначает общеродовой (родовой) и субродовой уровни соответ-
ственно. Эти сокращения используются и далее.
Критерии 1Ор, 1 Ср, 2Ор, ЗОр, 4Ор, ПОр и 2Ср определяют
оценку важности продукции с точки зрения самоокупаемости, про-
изводительности, уровня жизни или комбинации всех этих факто-
ров; при этом учитываются преимущества и недостатки.
Совокупность названных коитериев, дополненная 5Ор, 6Ор и
€'Ср, определяет, в чем состоят особые вклады — по качествам и
объему, а также есть ли важные некосмические альтернативы
или конкурирующие выборы, как в настоящее время, так и в обоз-
римом будущем.
Критерии 7Ор, 8Ор, 9Ор, ЮОр, ЗСр, 4Ср определяют уровень
мастерства в используемых технологиях, уровень технологического
риска и, насколько это возможно, уровень риска сбыта (допусти-
мый риск пересекается с 6Ор).
49
Таблица 4
Вопросы, решаемые на общеродовсм и субродовом уровнвх
№№ Ор	№№ Ср	Решаемые вопросы	На обще- родо- вом уровне	На субро- довом уровне
1		Общая цель	+	—
	1	Цель	—	+
2		Какой продукт доставляется на Землю •	+	—
3		Какие задачи (часто отождествляется с субро- довым уровнем)	+	—
4	2	Принципиальные вклады (что именно)	4-	+
5		Уровень вкладов (какие значения)	+	—
6		Уникальность вкладов (и основные конкуренты)	4-	—
7		Фактор времени (когда становится доступным)	+	—
8		Какие основные устройства потребны	4-	—-
9	3	Какие включены основные функциональные эле- менты	4-	4-
10		Какие включаются основные типы техники	4-	—-
	4	Какие потребны обеспечивающие системы	—	+
11		Спектр влияний (как полезных, так и вредных): технических, экономических, экологических, социальных, научных и др.	.+	—
	5	Основные технологические области	ч—	+
	6	Характеристики системы	—	+
	7	Ключевой график для выбора временного окна, составленный из общеродовых критериев	—	+
12	8	Затраты на НИОКР и строительство для перво- го коммерческого образца	+	+
Примечание. Знак + означает, что вопрос решается на данном уровне: знак —, что вопрос на данном уровне не решается.				
50
Критерии 70р, 120р, 6 и 7 и 8Ср позволяют предварительно
оценить условия финансирования. 7Ор и 12Ор показывают природ-
ные и временные константы расходов. 7Ср при достаточно глубо-
ком анализе может показать, какие шаги следует предпринять,
чтобы достичь промежуточного равновесия при меньших потреб-
ностях в капиталах и достаточных прибылях.
Критерии ЗСр и 6Ср обеспечивают предварительное определе-
ние жизненного цикла и эксплуатационных затрат. Результирую-
щая оценка затрат жизненного цикла вместе с оценкой начальной
стоимости, содержащейся в 120р (как часть денег, затраченных на
создание системы, из чего могут быть выведены последующие те-
кущие производственные расходы), позволяет определить эконо-
мическую жизнеспособность системы.
Соотношение между достигаемыми преимуществами в резуль-
тате реализации той ли иной программы и риском, связанным с
ее выполнением, а также с воздействием на окружающую среду,
представляет собой весьма важный вопрос. Экзоиндустриализа-
ция, как правило, чаще снимает риск, чем вводит его. Однако за-
траты на реализацию космической программы очевидны, в то
время как выгоды, получаемые при ее реализации, не так легко
прослеживаются. Для этого подчас требуется тонкий и сложный
анализ на профессиональном уровне. Тем важнее заранее прово-
дить оценку каждой программы по параметрам, учитывающим
соотношение степени риска и достигаемых преимуществ.
Риск или потенциальный риск—важная часть спектра влия-
ний (НОр). Отдельные экзоиндустрйальные операции или продук-
ты могут быть связаны с некоторым риском, например, микровол-
новая радиация, перенос в космос ядерных материалов, экологи-
ческие вопросы, связанные с ночным освещением (хотя их,
видимо, и нельзя классифицировать как риск). Должны быть
исследованы все необходимые факторы, пока не будет достигнуто
приемлемое согласие среди экспертов относительно определения
терминов «отсутствие риска», «малый риск», «пороговые условия
риска». Влияние этих требований на затраты, время, технологию
и экономику должно быть осознано до производства главных ка-
питаловложений.
Особенно это относится к микроволновому силовому лучу:
необходимы широкие исследования, чтобы обосновать его безо-
пасность для наземной среды обитания.
Ниже описаны самые большие общеродовые программы (кос-
мический свет, космическая энергетика, индустриализация Луны)
и ряд субродовых программ.
4.3.	СЕНСОРНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Относительно данной родовой программы достаточно ограничить-
ся следующими краткими замечаниями. Это совокупность разви-
вающихся частных программ. Прикладные ИСЗ стали необходи-
мой частью космической деятельности.
51
С приходом МТКС «Спейс Шаттл» становится экономически
целесообразным развертывание на геостационарной орбите боль-
ших автоматизированных платформ, которые послужат базой для
газнообразных взаимодействующих друг с другом, перспективных
ИСЗ — информационных, для наблюдения за поверхностью Зем-
ли и т. п.
4.4.	ОРБИТАЛЬНАЯ СТАНЦИЯ
КАК ЭКЗОИНДУСТРИАЛЬНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
Важная сенсорная информация может доставляться не только
спутниковыми системами, но и обитаемой космической станцией
на околоземной орбите. Путем наблюдения и эвристического экс-
перимента экипаж орбитальной станции может обеспечить получе-
ние важных новых знаний. Поэтому орбитальная станция должна
рассматриваться как необходимый элемент общеродовой информа-
ционной программы.
Кроме того, орбитальная станция — это испытательное .пред-
приятие, .хорошо приспособленное для оценки новых технологиче-
ских процессов и оборудования — как обеспечивающего, так и
целевого (предназначаемого для установки на борт различных
специальных космических объектов). Космическая станция в бук-
вальном смысле представляет собой интегральный компонент вто-!
рой и третьей общеродовой программы.	j
В этом плане многообещающим началом является орбитальная;
лаборатория («Спейслэб»), из которой может вырасти свободноле-
тающая малая космическая станция. Она будет состоять из цен-
трального (стержневого) модуля, жилого модуля и набора спе-
циализированных модулей, каждый из которых рассчитан на
решение определенных конкретных задач (научных и технологи-
ческих экспериментов). Максимальные размеры такой мини-
станции могут составить: длина до 15 м, диаметр 4,5—5 м
(рис. 14).
Основной модуль возьмет на себя энергоснабжение, управле-
ние и контроль всех систем, в том числе газодинамическую сис-
тему стабилизации свободного полета станции. Этот модуль име-
ет несколько причальных люков — для присоединения жилого
модуля, сменных специальных модулей и, возможно, орбитально-
го самолета (используемого так же, как спасательный аппарат).
Жилой модуль включает необходимые для экипажа системы жиз-
необеспечения. Центральный и жилой модули могут быть выпол-
нены стандартными в целях их массового производства и тран-
спортировки на орбиту с помощью МТКС «Спейс Шаттл».
Имея в виду, что в рамках одной и той же космической про-
граммы возможно использование в космосе различных обитаемых
устройств, конкурирующих в области капиталовложений, следует
оценить следующие привлекательные черты министанции: цент-
ральный и жилой блоки требуют относительно малых затрат-
52
2
Рис. 14. Орбитальная станция:
/—аккумуляторы кислорода н водорода; 2—двигательный блок системы стабилизации; 3—
переходной воздушный шлюз; 4—специальная аппаратура: 5—энергогенератор и преобразо-
ватель; 6—причальное устройство
сравнительно с орбитальной станцией, сразу же рассчитанной на
экипаж в 12 и более человек; можно построить несколько (напри-
мер, три) министанций на орбитах с разными наклонениями: напри-
мер, 30, 60 и около 95°ССО. Это требуется в целях проведения
различных экспериментов (технологических, астрономических,
биомедицинских, геофизических и др.), а также в целях выполне-
ния испытаний различных конструкционных материалов; специ-
альные модули могут создаваться и эксплуатироваться разными
странами. Запускаться они могут как одноразовыми ракетными
системами выведения этих стран, так и с помощью МТКС
«Шаттл», которая во всех случаях обеспечит возвращение этих
модулей странам-хозяйкам для дальнейшей модификации и
повторного использования спецмодулей; с помощью министанции
может быть приобретен ценный опыт относительно рациональных
конструктивных характеристик больших станций и их наиболее
продуктивных функций. Особенно важно, что этот опыт становит-
ся доступным в наиболее ранние сроки; в принципе министанция
обладает возможностью развития в большую станцию с экипажем
около 12-ти человек.
Специальные модули могут быть многоцелевыми. Например,
такой модуль может представлять собой научную лабораторию
Для долговременных экспериментов; это может быть также боль-
шой монитор для наблюдения за поверхностью Земли.
Одной из наиболее важных линий использования министанции
будет проведение на ней испытаний космических энергосистем—ис-
53
точников энергии, конструкционных материалов и конструктивных
решений, методов преобразования и ретрансляции энергии. Такие
министанции на первом этапе развития могут монтироваться,
главным образом, на ССО, где могут быть достаточно корректно
смоделированы и изучены все термодинамические воздействия,
которым орбитальные станции будут подвергаться на ГСО.
Помимо станций с модульным развитием может появиться и
крупноблочная космическая станция многоцелевого назначения,
способная вместить 25—50 человек. Представляется экономически
более эффективным создавать не одну станцию средних размеров,
а несколько станций разных размеров — чтобы на больших стан-
циях не менять слишком многое при изменении программы ис-
следований.
Исследования на станции «Спейслэб» так же, как и на других
орбитальных станциях, предусматривают как чисто технический,
так и фундаментальный выход (в тех областях, где программа
фундаментальных исследований хорошо проработана, а постанов-
ка задач глубоко осознана). Поэтому любые решения по косми-
ческой станции должны быть более эффективными, чем те, что
принимались по предыдущим программам пилотируемых поле-
тов.
Запуски станций «Спейслэб» обещают также высокую эконо-
мическую эффективность в связи со снижением транспортных
затрат благодаря применению М.ТКС «Шаттл». Однако у косми-
ческой станции вообще нет соперников, способных обеспечить
достаточно комфортные и стабильные условия на борту и эффек-
тивность функционирования при всегда меняющемся широком
спектре космических экспериментов и линий применения.
Таким образом, использование станции «Спейслэб» для широ-
ко варьируемых предварительных работ и параллельное развитие
модульной космической станции для ограниченного круга специ-
альных работ — именно это представляется тем правильным кур-
сом, который приведет к достижению двух важных целей экзоин-
дустриализации: ограничению начальных капиталовложений и
гарантии ранней окупаемости. Впоследствии космическая станция
может быть расширена или же, при стандартизации ее элемен-
тов с целью снижения общих затрат, могут монтироваться на
орбитах дополнительные космические станции. Этот рост может
быть обусловлен увеличением спроса и соответствующим повыше-
нием объема выпускаемой продукции, введением в производство
новых видов продукции или же появлением новых линий обслу-
живания, обеспечиваемых с борта станции. В конце концов, на-
иболее рентабельной может оказаться комплексация всевозмож-
ных видов деятельности в космосе на борту большого индустри-
ального предприятия (описанного ниже в разделе «Астрополис»).
Такое предприятие способно окупить широкомасштабные опе-
рации.
В свое время делались неоднократные попытки соотнести рас-
ходы и выгоды, ожидаемые от программы орбитальной станции.
54
Логично -считать кандидатами на роль источника квантуемых дохо-
дов возрастание наземной производительности (хотя бы за счет
охраны воды от загрязнения), снижение -потерь урожая (за счет
повышения точности прогнозов погоды), улучшение качества и
появление новых видов продукции для Земли, а позже — и для
космических объектов (поселений). Сюда же относятся новые
технологические процессы и улучшение коммуникаций. Хотя и
имеют место довольно широкие, разногласия в оценке величин
доходов, но все исследования свидетельствуют, что доходы во мно-
го раз превысят затраты на реализацию программ. Дополнительно
к этим количественным соотношениям следует учитывать -и прин-
ципиальные качественные, а также новые потенциальные преиму-
щества, получаемые от климатических, биологических и медицин-
ских исследований в условиях изменчивой гравитационной обста-
новки.
Самые последние исследования фирмы Дженерал Электрик
(космического отделения) выявили более ста процессов, которые
могут эффективно 'выполняться в космосе и обеспечивать обработ-
ку материалов с повышенным спросом. Уже программа ис-
пользования М.ТКС «Спейс Шаттл» предусматривает широкое
развертывание .космического производства уникальных мате-
риалов.
Как показывает детальный анализ, уже сегодня существует
спрос на продукцию, производство которой может быть рентабель-
ным на борту космической станции:
1)	специфические медикаменты (иммуноглобулины, особые
вакцины и т. п.);
2)	сперма домашних животных для выведения пород с задан-
ными свойствами;
3)	выпрямители постоянного тока и другие кристаллы с задан-
ной структурой и свойствами;
4)	элементы топливных систем из карбида вольфрама;
5)	лопатки турбин из -спецсплавов и композиционных материа-
лов для авиадвигателей;
6)	акустические волноводные устройства;
7)	рентгеновские антикатоды;
8)	специальные стекла для научных инструментов и техноло-
гических оптических систем;
9)	различные устройства и элементы памяти для электронных
вычислительных систем;
10)	усовершенствованные малогабаритные электродвигатели;
11)	полые сферы для высокоточных шарикоподшипников повы-
шенной надежности и износоустойчивости;
12)	конструкционные пенометаллы и специальные сплавы для
точных приборов.
Производство в космосе вакцин (пункт 1) может привести к
созданию значительных различий между существующими вакци-
нами низкой эффективности и новыми вакцинами, которые будут
чрезвычайно эффективными, особенно в тех случаях, когда необ-
55
ходимы контролируемые исследования по инфекционным забо-
леваниям.
Космическая станция представляет великолепные возможности
в управлении многоцелевыми географическими и топогеодезиче- i
скими съемками, а также удобство координации и определения
приоритетности наблюдения в интересах геологии, сельского хо-
зяйства, океанографии и гидрологии, и, наконец, метеорологии. ‘
Она обеспечивает проведение узкомасштабпых модельных экспе- '
риментов по атмосферным, климатическим и экологическим про- '
пессам, выполнение которых возможно только в космосе, где
гравитационные условия могут быть адаптированы к типу и мас-
штабам эксперимента.
В области медицины процессы в космосе обеспечивают про-
изводство высокочистых протеинов крови и других ее фракций,
которые дают возможность ранней и уверенной диагностики таких
заболеваний, как анемия и гемофилия. Сепарация и пространст-
венное разделение изо-экзимов, используемых для создания спе-
циальных реакций на специфические расстройства, дает надежду
на раннее и точное распознавание определенных раковых опухо-
лей, диабетов, серповидно-клеточной анемии и других нарушений ;
в человеческом организме.
Таким образом, биологические и медицинские исследования,
полностью обеспечиваемые условиями на космической станции,
приведут к созданию и массовому выпуску новых или улучшенных
сывороток крови, вакцин и других фармацевтических продуктов,
а также новых семян и искусственных оплодотворяющих жид-
костей.
Уже на основе исследования преимуществ, которые могут быть
наверняка реализованы, очевидно, что обработка и другие опера-
ции на орбитальной станции могут быть весьма благоприятными
для увеличения производства пищи, решения проблем здравоох-
ранения, снабжения топливом и энергией, а также для сохране-
ния наземной среды обитания.
График предполагаемой экономической эффективности косми-
ческой станции на околоземной орбите как экзоиндустриального
предприятия (рис. 15) показывает развитие различных видов
космических станций.
Верхняя половина графика показывает возможный рост еже-
годной стоимости производимых товаров и обеспечиваемых услуг
между 1984 и 1992 гг. (в ценах 1975 г.) для первых пяти производ-
ственных линий и типов услуг, в некоторой степени допускающих
в настоящее время квантование.
На средней части диаграммы три горизонтальных линии пред-
ставляют: верхняя линия—операции с применением станции
«Спейслэб» и МТКС «Шаттл», продленных для совмещения с та-
кими объектами, как министанция в варианте испытательной уста-
новки, а также с другими направлениями упомянутыми ранее.
Центральная линия относится к модульной космической станции
с экипажем 12—24 человека; в конце 80-х годов на третьем эюземп-
56
Рис. 15. Графики предполагаемой экономической эффективности космической станции иа око-
лоземной орбите как экзоиндустриального предприятия:
а—доходы [(/)—от контроля загрязнений; (2)—от контроля океанов; (3)—от производства
биоматериалов (лучших вакцин; спермы животных, новых вакцин и т. п.); (4)—от произ-
водства для Земли элементов памяти ЭВМ. кристаллических выпрямителей, элементов из
карбидов вольфрама, лопаток газовых турбин и т. п.; (5)—от производства специальных
материалов (пенометаллы и т. п.) и конструкций для космоса]; б—доходы ( + ) и капитало-
вложения (—) по годам на космические станции (6), Астрополис—1000 человек (7), Шаттл—
АКФ (3)
ляре этой станции может работать интернациональный экипаж,
при этом его общая численность может быть увеличена до 50 чело-
век. Модульная станция может взаимодействовать с МТКС
«Шаттл», а для доставки крупных грузов будет использоваться
описанный ранее тяжелый корабль. Наконец, третья линия — зави-
симость от времени процесса создания Астрополиса (если аэро-
космический фрахтер может поступить в эксплуатацию в конце
80-х или в начале 90-х годов). Как будет показано, создание аэро-
космического фрахтера в значительной мере диктуется потребно-
стями общеродовых программ, в основном, космических освети-
тельных и энергетических систем.
Нижняя часть диаграммы показывает соотношение капитало-
вложений и прибылей, получаемых путем создания потребитель-
ской стоимости. Очевидно, что кривые, отображающие создание
ценностей (в верхней половине графика), обещают окупаемость
капиталовложений, сделанных в 80-е годы, в период между 1989
и 1991 годами. Вложения ,в Астрополис дадут прибыли несколько
позднее.
Имеет смысл до создания Астрополиса смонтировать на ГСО
много меньшую по размерам космическую станцию для использо-
ьания ее с целью телеуправления ,и дистанционного контроля за
функционированием наземных систем. Будет использоваться те-
леуправление и в обратном направлении, например, при сборке
на околоземной орбите сооружений модульной конструкции.
4.5.	ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЕ НАЗЕМНЫМИ
СИСТЕМАМИ ИЗ КОСМОСА
Ядерная и космическая техника существенно расширили челове-
ческие возможности по познавательным способностям, восприятию
и управлению машинами на расстоянии. Достигнуто значитель-
ное развитие в области эргономики (человеко-машинных систем),
командных и контролирующих коммуникаций,, хранения сенсорной
и цифровой информаций, а также в области создания манипуля-
торов и оконечных эффекторов, управления с помощью цифровых
и аналоговых вычислительных машин и управления самими этими
машинами, телеуправления разнообразным оборудованием, теле-
онерирования и других форм дистанционного управления. Анало-
гичные успехи достигнуты в области автоматизации и роботизации,
а также в технологии электронного оборудования и кибернетиче-
ских систем.
Становятся все более «умными» и широкоуправляемыми зон-
ды для исследования глубокого космоса. Так, советская косми-
ческая программа предусматривает развитие дистанционно управ-
ляемых продвижных станций-зондов для исследования поверхно-
сти Луны *. «Викинг» представляет собой большой шаг вперед в
развитии систем, дистанционно управляемых на межпланетных
расстояниях **. Уже заложены теоретические основы для разви-
тия мобильного исследовательского аппарата типа «Викинг».
Как уже подчеркивалось, экономичность экзоиндустриальных
операций зависит от того, будет ли минимизировано количество
людей, принимающих в них участие непосредственно в космосе,
я также от того, в какой мере будет осуществляться комплексное
использование телеуправляемых устройств и роботов при обслу-
живании больших конструкций и структур в космосе, при полетах
транспортных систем, при функционировании «горной промышлен-
ности» на Луне (например, при создании богатых руд металлов
путем ядерных подземных взрывов) и т. п.
Аналогичные соображения применимы и к Земле. Работа в
глубоких шахтах связана с серьезными трудностями и здесь при-
менение дистанционного управления и создание искусственной
среды обитания весьма целесообразны, а телеуправляемое горное
дело — абсолютно реальная вещь. Те же проблемы актуальны
для подводных операций. И вообще, везде, где индустриальные
операции выполняются в условиях окружающей среды или при
* В отечественной литературе такое телеуправляемое устройство принято
называть «луноходом» (прим, перев.).
** К этому же классу систем относятся советские исследовательские меж-
планетные аппараты венерианской серии (прим, перев.).
58
функциональных требованиях, несовместимых с человеческой
природой.
Основываясь на сказанном, можно заключить, что телеопера-
ции класса «космос — Земля» представляют собой интересное и
многообещающее новое начинание в плане индустриальной ути-
лизации космоса. В этом отношении наиболее благоприятна гео-
стационарная орбита, которая обеспечивает управление и конт-
роль практически в реальном масштабе времени, позволяя вести
непре>рывное наблюдение в оптическом, инфракрасном и микро-
волновом диапазонах, а также постоянную командную связь с
Землей.
Основная цель здесь состоит в увеличении производительности
наземных систем и снижении общих затрат. Соответствующие
линии применения можно сгруппировать следующим образом.
1.	Управление удаленными и неблагоприятно размещенными
индустриальными предприятиями при минимуме потребностей в
рабочей силе на месте, что существенно снизит затраты на снаб-
жение, жилищное строительство и эксплуатацию жилых строений.
При этом аварийные и ремонтные команды будут рассматривать-
ся только как временные. Примерами таких систем и процессов
могут служить большие парки ядерных устройств, а также
вскрышные горные работы, выполняемые для организации добы-
чи угля или металлических руд в неблагоприятных для людей
районах.
2.	Эксплуатация весьма протяженных установок: больших сол-
нечных силовых станций, длинных трубопроводов и т. п. В подоб-
ных случаях наземное наблюдение (визуальный осмотр и пр.)
слишком накладно. Локальные повреждения или попытки дивер-
сий трудно контролировать. Управляющая установка на геостаци-
онарной орбите, когда она выполняет подобные охранные функ-
ции, просматривает до 2500 км2 солнечных установок или более
3000 км трубопровода.
3.	Представляется возможным производить сельскохозяйствен-
ные работы (вспашка, посев, химическая обработка, в основном,
пестицидами, сбор урожая и транспортировка его на приемные
пункты) путем дистанционного управления со станции на ГСО. Это
особенно благоприятно для областей, непривлекательных с точки
зрения поселения из-за удаленности или плохого климата — такие
области можно полностью «пустить под плуг».
Дальнейшее изучение может обнаружить и другие области при-
ложения телеопераций из космоса на земной поверхности.
4.6.	АСТРОПОЛИС (ГОРОД В КОСМОСЕ)
В период между 1984—1988 гг., признанные рынки для продукции
космических индустриальных предприятий могут быть полностью
освоены и разовьются новые рынки. К концу 80-х годов этот чрез-
вычайно разросшийся рынок должен стать полностью определен-
ным и способным к квантованию (делению на частные области)
59
Рис. 16. Схема Астрополиса:
/—жилая секция; 2—динариум; 3—по-
мещение для пришельцев с других
объектов; 4—экзопонные установки; 5— ,
установка для переработки сточных '
вод; 6—гидропонные фермы; 7—живот-
новодческие фермы; 8—верньерные
устройства; 9—органы управления вра-
щением; 10—производственная сек- ?
ция — индустриальная установка; И—
невращающийся док, устройство; 12—
причальное устройство для людей н :
легких грузов; 13—причальное устрой-
ство для индустриальных грузов; 14—
выход к ядерной энергостанции	р
на десятилетие вперед после 1990 г. и далее. Если это произойдет j
на самом деле, будет оправдано установление определенного за- ’
конодательства для широкомасштабной индустриализации около- -
земного пространства, что приведет к научной работе и жизни в ’
космосе — иначе говоря, к созданию города в космосе, именуемого !
Астрополисом.	;
Вероятно, для Астрополиса наиболее приемлема модульная :
архитектура, поскольку это дает большие практические преимуще-
ства в смысле безопасности, эксплуатации и общих затрат — как
это имело место для всех орбитальных станций разных размерных
уровней. Для больших станций модули будут большими по раз-
мерам и по необходимости более тяжелыми. Следовательно, для '
них потребуются большие системы выведения такие, как АКФ,
обладающий полезной нагрузкой порядка 1000 т. Это необходимо
для обеспечения экономической эффективности такого урбанизи- \
рованного космического предприятия, каким будет Астрополис. i
На схеме (рис. 16) показан Астрополис, сконструированный по'
модульному принципу. Показанная здесь конкретная конфигура-!
ция включает четыре «крыла», присоединенных крестообразно к ’
центральному стволу, служащему одновременно осью вращения.
Нет смысла открывать дискуссию по поводу целесообразности
именно такой конструкции. Также нет причин впадать в детальное
описание таких характеристик Астрополиса, как безопасность,
контроль движения и метод смены модулей без прекращения вра-
щения всей конструкции. Достаточно сказать, что после десятилет-
них испытаний модульной орбитальной станции и при транспорт-
ных возможностях АКФ строительство Астрополиса не будет бо-
лее казаться совершенно устрашающим, как это может представ-
ляться сейчас. Сравнительно небольшой Астрополис (на 1000 че-
ловек), с учетом всех его материальных потребностей (включая
60
г
замкнутую экологическую систему), индустриального оборудова-
ния и запаса расходных материалов, будет весить около 4 Мт. Сю-
да входит и ядерная силовая станция на 5—7 МВт. Астрополис для
2000 обитателей имеет массу около 6000 т, включая энергостанцию
на 10—15 МВт. Для населения в 10 000 человек потребуется Астро-
долис массой в 15 000 т и мощностью энергосистемы в 60—80 МВт.
Таким образом, если исходить из транспортных возможностей
АКФ, способного доставлять за один рейс на околоземную орбиту
до 1000 т полезной нагрузки, транспортная проблема для Астро-
полиса не является слишком острой. Даже модифицированный
«Щаттл» с доставляемой на околоземную орбиту полезной нагруз-
кой в 200 т может обеспечить снабжение материалами населения
в 10000 человек за 80 полетов или в течение периода около двух
лет. Размещение на околоземной орбите (высотой 500—520 км), с
точки зрения транспортных потребностей и соответствующих зат-
рат является весьма выгодным.
Исходя из того, что конструкция составляет основную часть об-
щей массы, при средней стоимости поставки конструктивных эле-
ментов в 300 000 долл, за 1 т, транспортные затраты в целом дос-
тигнут 44 000—66 000 долл, на тонну (в ценах 1975 г.). Таким об-
разом, транспортные расходы не будут определяющим фактором в
этом предприятии. При суммарной стоимости в 366 000 долл, на
топну плюс 20% накладных расходов общая начальная стоимость
Астрополпса составит 2,6 млрд. долл, при населении космическо-
го города 2000 человек и 6,6 млрд. долл, из расчета на 10 000 че-
ловек.
Астрополис — это образец первого шага в направлении урба-
низации космических сооружений, который выходит далеко за
рамки космической базы или станции. Это действующее лицо эры,
когда космический туризм, производство, основанное на лунных
металлах, и профессиональные карьеры, сделанные в космосе, ста-
нут обыденным, даже рутинным делом, как сегодня становятся
для нас обыденностью путешествия по земным океанам, межконти-
нентальные полеты, жизнь или работа в самых «глухих» районах
на Земле.
4.7.	АНДРОСЕЛЛ (ИСКУССТВЕННЫЙ ПЛАНЕТОИД)
После полного развития лунного индустриального комплекса,
включающего поверхностную индустриальную зону с высокой ин-
тенсивностью производства и окололунный промышленный комп-
лекс на орбите (для производства из лунного сырья в условиях ну-
левой гравитации), станет практически возможным построение
еще больших систем, способных к такому уровню самообеспечения,
который даст им полную автономию и позволит обрести свою соб-
ственную гелиоцентрическую орбиту. Это будет андросфера яче-
истого строения или Андроселл.
Созданные человеком планетеллы (искусственные планетоиды),
использующие вместо гравитации центробежную инерцию, будут в
смысле использования массы несоизмеримо более эффективными,
61
чем естественные небесные тела, сформированные из первичной
звездной материи. Если у природных небесных тел используется
(или может использоваться) в основном только поверхностный
слой, а непропорционально большая масса внутренних объемов
потребна только для создания гравитации, то в планетелле можно
использовать всю внутреннюю поверхность сферы и весь ее свобод-
ный внутренний объем.
Когда гравитация заменена вращением, «полезная» (т. е. необ-
ходимая конструкционная) масса планетеллы может быть сниже-
на почти до 1% от той массы, которая потребна для создания рав-
ной силы тяжести гравитационным путем. Правда, полезная по-
верхность при этом также сокращается, а именно, до цилиндри-
ческой области, окружающей ось вращения (на заданном от нее
расстоянии). В порядке компенсации за это ограничение становит-
ся доступным весь внутренний объем планетеллы, не занятый
веществом (которое у естественных космических тел создает тяго-
тение). Точнее говоря, в созданном человеком искусственном пла-
нетоиде становятся доступными все «гравитационные» уровни,
меньшие, чем предельный «внешний» уровень, а у оси вращения
планетеллы «гравитация», разумеется, равна нулю (иначе говоря,
в области «ступицы» существует «нормальная» космическая невесо- ;
мость — как на сегодняшней невращающейся орбитальной стан- '
ции). Если конструкция Андроселла будет модульной, можно легко ;
помещать любые установки на любом заданном «весовом» уровне ;
(а в пределе—и перемещать их с уровня на уровень в случае
надобности).	;
Конфигурация Андроселла (впервые она была представлена на i
суд научной общественности в 1971 г. на заседании А1АА* в
г. Хантсвилле, Алабама) представляет собой производное от Аст- ;
рополиса модульной конструкции, схема которого впервые была ’
опубликована еще в 1965 г. Вместо двух прямоугольных элемен-
тов крестообразной конфигурации, как было показано выше (см.
рис. 16), вокруг осевого ствола можно смонтировать достаточно^
много подобных прямоугольных элементов. Такая конструкция спо-
собна вместить многотысячное население, если снабдить ее пол-
ностью самообеспечивающейся замкнутой экологической системой
(рис. 17).
Как и в случае Астрополиса, такая конструкция выбрана с це-
лью максимизировать продуктивное использование различных гра-
витационных уровней путем размещения на каждом из них наибо-
лее подходящих именно для данной величины «ускорения тяжести»
устройств и систем, включая выбор наиболее благоприятного место-
* Американский институт аэронавтики и астронавтики. Кроме него в США
существуют: Американское астронавтическое общество (AAS), Американская ме-
дицинская ассоциация (АМА), Подкомитет космических наук и приложений кос-
монавтики, входящий в состав Комитета но науке и технике, а также ряд дру-
гих организаций, в той или иной мере причастных к руководству исследованиями,
и освоением космоса (прим, перев.).
62
Рис. 17. Схема Андроселла:
1—зона жилых отсеков; 2—биосистемы; 3—зона с практически нулевой грави-
тацией; 4—зона малой гравитации
положения жилых помещений, индустриальных и экзопонных уста-
новок * **.
На рис. 17 во избежание загромождения показан только один
«экологический ряд», включающий, как и на Астрополисе, экзопон-
ные установки на различных гравитационных уровнях. На самом
же деле в Андроселле будет множество экологических линий, сим-
метрично размещенных относительно оси вращения. Индустриаль-
ные производственные установки могут размещаться где-нибудь
между максимальным и нулевым гравитационными уровнями. Для
Жилых помещений можно выбрать местоположение соответственно
вкусам и удобству их обитателей. В конце концов, иммигранты
на Андроселл могут быть уроженцами Марса или Луны ”, а не
* Новообразование автора, по смыслу аналогичное терминам гидропоника,
аэропоника и т. и. Частица «экзо» (от греч. ехо — снаружи, вне) в начале слож-
ных слов означает «внешний», «имеющий место вне чего-нибудь». «Поника» (от
Греч, ponos — работа) —часть слов, означающих выращивание растений без поч-
вы, на искусственных средах (например, при гидропонике корни растений разви-
ваются в воде). Таким образом, «экзопоника» (отсюда — экзопонные установки)
в целом означает выращивание растений вне Земли, в космосе (прим, перев.).
** Здесь автор, надо полагать, имеет в виду, что уроженцы Марса и Лупы
с самого появления на свет будут приспособлены к условиям существования с
меньшей гравитацией, чем на поверхности Земли (прим, перев.).
63
только Земли. Низкая и нулевая гравитация могут также исполь-
зоваться для организации отдыха и развлечений, а может |быть,
и лечебных учреждений.
Андроселл по сути своей не будет нуждаться в каких-либо ма-
териальных связях с системой Земля—Луна и поэтому может об-
ращаться вокруг нашего Солнца по независимым орбитам. Он бу-
дет включать гигантские фактории и производящие пишу фабрики,
создаст свой собственный флот транспортных и пассажирских кос-
мических кораблей, организует свои сырьевые (горнорудные и др.)
центры на других небесных телах.
Поскольку Андроселл сможет маневрировать, хотя и медленно,
различие между космической станцией и космическим кораблем
для него начнет терять смысл *.
Еще во второй половине 60-х гг. автор «перешел в стан» уче-
ных—сторонников использования космоса для освоения его чело-
вечеством. И сегодня автор все еще верен этим убеждениям. Но
систематическое углубленное изучение концепции «Внеземного им-
ператива» в те же самые годы привело автора к установлению
трех четких фаз в развитии этой концепции: исследование космоса,
индустриализация космоса и — в перспективе — колонизация кос-
моса. В те времена человечество, а вместе с ним и многие специ-
алисты как бы танцевали на вулкане приближающегося критиче-
ского момента, чье значение можно счесть важнейшим за всю ис-
торию Человека; оно сопоставимо разве что с первым великим по-
воротным моментом в развитии жизни, когда древние жизненные
формы добились огромного технологического прорыва — к фото-
синтезу, что было исполинским скачком — от плапетогенной к эст-
рогенной биологической сообщности, путем переключения на вне-
земной источник энергии *.
Размеры этого нового перелома сегодня становятся более опре-
деленными, хотя он и не может все еще считаться четко сфокуси-
рованным. Во всяком случае, важность для развития производи-
тельных сил человечества дополнительной внеземной среды обита-
ния очевидна.
Важно подчеркнуть, что правильное развитие идеи космическо-
го императива заключается в опережении индустриализации кос-
моса по сравнению с его массовой колонизацией (т. е. с созданием
в космосе крупных поселений, население которых переселяется ту-
да в основном не ради участия в создании и функционировании эк-
зоиндустриальных предприятий). Дело в том, что само по себе пе-
реселение части человечества в космос неспособно радикально ре-
шить все те проблемы, перед которыми человечество окажется в
будущем (и о которых мы подробно рассказали ранее). Для реше-
ния этих проблем нужно в первую очередь обеспечить дальнейшее
развитие производительных сил — при непременном условии все-
мерного сохранения естественных природных условий на Земле.
* Автор имеет в виду Солнце (прим, перев.).
64
А такая задача по плечу только экзоиндустрии. Само переселение
в космос вряд ли возможно без достаточного развития экзоиндуст-
рии, которая должна будет создавать необходимые материальные
условия для организации в космосе крупных поселений. И посколь-
ку эти поселения физически не могут быть иждивенцами Земли,
они будут вынуждены развивать собственные производительные си-
лы, т. е. экзоиндустрию. В этом и состоит диалектика освоения кос-
моса человечеством.
3	2694
ГЛАВА
СВЕТ
ИЗ КОСМОСА
На всем протяжении своей истории человек пользовался космиче-
ским светом: его двумя главными источниками всегда были пря-
мой солнечный свет и отраженный свет Солнца. Среди прочих бла-
годеяний дневного света важнейшую роль играет обеспечение про-
изводства пищи. Лунный свет также всегда был важным факто-
ром во множестве видов ночной деятельности человека. Однако ва-
риации света — как дневного, так и ночного — были и остаются
неподвластными человеку. Для компенсации этого и чтобы вообще
видеть ночью, все более изощрявшееся человечество привлекало
факелы, лампы (светильники) на жидком и газообразном топливе
и, наконец, электросветильники.
Сегодня космическая техника подвела человека к порогу, за ко-
торым открывается возможность установки в космосе своих собст-
венных рефлекторов для отражения солнечного света. Таким спо-
собом можно освещать районы, хотя и небольшие сравнительно со
всем Земным шаром, но по обычным нормам — огромные; при этом
освещенность может произвольно изменяться от эквивалентной од-
ной полной Луне до во много раз превосходящей интенсивность
солнечного освещения.
Сегодняшнее человечество испытывает потребность в освеще-
нии, превосходящую все, что было когда-либо раньше; в целях ос-
вещения мы потребляем столько энергии за один лишь год, сколь-
ко ее .использовано за весь предшествующий исторический период.
И в обозримом будущем вряд ли можно ожидать снижения темпов
роста потребности в освещении.
5.1. ОБЩЕРОДОВАЯ ПРОГРАММА
«КОСМИЧЕСКИЙ СВЕТ»
Ниже мы приводим общеродовую программу «Космический свет»
с учетом принятых ранее принципиальных критериев оценки. Эту
общеродовую программу можно подразделить на три субродовых
программы, представляющих собой три ключевых линии: низкий
уровень освещенности, для ночного освещения (Лунетта); высокая
«освещенность (до половины яркости, даваемой Солнцем), для сти-
66
муляции фотосинтеза (Солетта); и, наконец, очень высокий уро-
вень освещенности (равный солнечной). В последнем случае в не-
которой заданной области на поверхности Земли создаются усло-
вия, которые имели бы место на планете, обращающейся вокруг
центрального светила с удвоенной яркостью (это можно трактовать
и так: в данной планетной системе вместо одной звезды имеются
две — поэтому такая ситуация и названа «двухзвездной эколо-
гией»), Соответственно упомянутые субпрограммы можно обозна-
чить как А, В и С.	;
Рассматривая программу В (фотосинтезная Солетта), необхо-
димо принять во внимание следующие обстоятельства.
Требуется длительное время, чтобы в большинстве развиваю-
щихся стран поднять на современный уровень их сельское хозяй-
ство (что требует не только денег, но и энергии), т. е. образовать
их фермеров, преодолеть глубоко укоренившиеся отсталые тради-
ции и предрассудки, создать эффективную инфраструктуру (тран-
спорт, хранилища, коммуникации, кредит и т. п.). Климат в этих
странах способствует быстрому росту популяций насекомых и гры-
зунов; таким образом, рост урожая дает толчок к размножению
вредителей, которые и успевают уничтожить значительную долю
урожая (подчас сводя на нет смысл его увеличения). Страны с
умеренным и прохладным климатом, располагающие современны-
ми методами ведения сельского хозяйства и достаточными запаса-
ми воды, способны обеспечить менее зараженный вредителями уро-
жай и реагировать быстрее и эффективнее на увеличение продук-
тивности фотосинтеза.
В случае развития тенденции к ухудшению погодных условий'
в важнейших сельскохозяйственных районах Земли, фотбсинтезные
Солетты приобрели бы жизненно важное значение для всех
стран. Все современные методы увеличения производства пищи за-
висят от локальных условий. Так называемая «зеленая революция»
в Индии быстро сошла на нет из-за одной лишь жесточайшей за-
сухи в 1972 г. Солетта обладает возможностью перенацеливать
свою радиационную энергию в данные годы именно в те регионы,
где интегральные климатические условия обеспечивают макси-
мальную эффективность. В одни годы это может быть та же Ин-
дия, а в другие — Канада и т. д.
Конечно, фотосинтезная Солетта — это довольно экзотическое
решение. Но ничто не может помешать нам в исследовании ее эф-
фективности и ее общих возможностей.
Общеродовая программа «Космический свет»
1.	Общая цель:
передавать солнечный свет к выбранной области на земной,
поверхности (главным образом, с ночной стороны Земли).
2.	Продукт для Земли: отраженный солнечный свет.
Ключевые частные цели:
А.	Освещение (Лунетта).
В.	Увеличение продуктивности фотосинтеза (фото—Солетта).
3*	,	&
С.	Двухзвездная экология в выбранной области земной по-
верхности площадью от 100 000 до 150 000 км2 (Солетта —
экология).
4.	Принципиальные вклады:
А. Сохранение пищи (урожая) и энергии, торговля
. В. Производство пищи
С. Энергетика, химия, топливо; искусственное производство»
пищи и пресной воды.	!
5.	Уровень вкладов: во всех случаях: потенциально значитель-;
ный.	)
6.	Уникальность вкладов: уникально в отношении снабжения све-
том и его использования с целью увеличения производства
пищи; как средство непосредственного производства еды яв-
• ляется одной из многих альтернатив; Солетта — экологии
весьма уникальна и обладает наибольшей мощью как усили-
тель всех космических проектов по генерации энергии и фаб-
рикации топлива.
7.	Фактор времени:
г первоначальная г А. 1987—1989 гг.
{ практическая < В. 1995—2005 »
’ доступность I С. 2005—2030 »	)
8.	Основные установки: в космосе — единичный рефлектор илв|
связка (гроздь) рефлекторов; на Земле — нет/	' Д
9.	Главные функциональные части: модульный орбитальный соЯ
нечный рефлектор (МОСР).	я
10.	Основные типы технологии: большие космические конструкции
11.	Спектры влияний	1
11.1.	Технический:	Д
Система в основном проста и долговечна. Интегральный теЯ
нологический риск сравнительно невелик. Каждая частная
подпрограмма — базис для последующей. Лунетта совмести|
ма с транспортной системой на базе МТКС «Шаттл». СистеЯ
ма В требует послешаттловской более тяжелой транспортнощ
системы. Система С требует АКФ. В целом А, В и С
требуют постепенного роста численности космических экипа-
жей на околоземной и более высоких орбитах, и следователь-
но, прогрессивного увеличения обитаемых объектов (косми-
ческих станций).
11.2.	Экономический:
Повышенная производительность в тех областях, куда нап-
равлены основные вклады программы. Многонациональный
рынок будет максимизировать экономическую эффективность.
Вероятно, желательны интернациональные усилия, особенно
для В и С. Экономическая жизнеспособность систем повыша-
ется благодаря их сравнительной простоте, долговечности и
68
надежности. Детали зависят от анализа рынка и альтерна-
тив. То обстоятельство, что системы обладают некоторой пре-
емственностью (каждая предыдущая программа служит ос-
новой для последующей), благоприятно влияет на цикл капи-
таловложений, требуемых для выполнения строительства са-
мой системы, ее оснащения и создания обслуживающих сис-
тем. Все три подпрограммы напряжены и в финансовом, и в
трудовом отношении. Все три системы обладают потенциаль-
ным временем жизни от 30 до 60 лет.
11.3.	Экологический (среда обитания):
Как для биосферы, так и для атмосферы продукция системы
полностью безвредна. Есть некоторые аспекты, которые тре-
буют дополнительных исследований и согласований. Нет нуж-
ды в наземных установках. В и С в принципе обладают воз-
можностью противодействовать вредным климатическим эф-
фектам, вызываемым человеческой деятельностью.
11.4.	Социальный:
Сохранение наземных ресурсов при повышенном уровне жиз-
ни. Все три подпрограммы требуют в основном труда низкой
и средней квалификации. Продукция не несет никаких опас-
ностей для общественного здоровья. Возможно появление не-
которого количества элементарных юридических проблем.
11.5.	Политический:
Подпрограммы имеют как национальное, так и международ-
ное значение. Возможность экспорта солнечного света благо-
приятно воздействует на баланс международных экономиче-
ских Связей.
11.6.	Научный:
Ночное освещение способно дать определенные преимущества
при исследованиях по свойствам атмосферы. Возможно взаи-
модействие с некоторыми разделами астрономии, связанными
с видимой частью спектра.
11.7.	Суммарные конечные величины капиталовложений, не-
обходимых для создания и функционирования первого ком-
мерческого образца системы в течение его жизненного цикла:
А. 15 млрд. долл, (в ценах 1975 г.)
В. 30—60 млрд. долл, (в зависимости от размеров
и орбиты Солетты)
С. — пока не определены.
5.2. ОБЩИЕ ЦЕЛИ ПРОГРАММЫ
Возникают два вопроса: 1) почему наш взгляд обращается в кос-
мос, когда на Земле все еще немало природных источников энер-
гии, в том числе ископаемого горючего, запасы которого не так уж
малы — особенно в СССР? 2) Какие полезные вклады в наземную
энергетическую' ситуацию может дать использование космических
энергоисточников?
6»
Ответ на первый вопрос четко определяется экономическими и
социальными соображениями. Нет никаких сомнений в том, что ин-
дустрия нужна в первую очередь для обеспечения роста благосос-
тояния людей. Во-вторых, она дает возможность проявиться твор-
ческим устремлениям каждого человека.
И для того, и для другого необходим определенный энергетиче-
ский базис.
Однако экономические реалии настоятельно вынуждают в пер-
вую очередь использовать наименее дорогие энергоисточники — по
крайней мере, до тех пор, пока совершенствование методов добы-
чи топлива и генерации энергии не продвинется настолько, что
технически более перспективные энергоисточники станут и эконо-
мически эффективными. Следовательно, космические энергоисточ-
ники должны экономически не уступать наземным. Более того,
стоимость их использования в космосе для различных видов косми-
ческой деятельности должна быть как можно ниже, чтобы снизить
общую стоимость космических операций. Однако соревнование кос-
мических энергоисточников с наземными должно включать не одни
затраты, но также экологические факторы и землепользование.
Последнее менее важно в больших странах с относительно невы-
сокой плотностью населения, таких, например, как СССР или Ка-
нада, но это обстоятельство может приобрести первостепенное зна-
чение, если речь идет о Центральной Европе.
Интерес к рассмотрению космических энергоисточников вызван
еше и тем, что они способны в будущем обеспечивать такие воз-
можности, значение которых будет непрерывно возрастать.
Отвечая на второй вопрос, рассмотрим сегодняшний сценарий
развития наземной энергетики (табл. 5). Он дает три широких аль-
тернативы: а) повышение эффективности энергоиспользования;
б) развитие существующих источников и методов генерации энер-
гии, т. е. стимуляция увеличивающейся добычи ископаемого горю-
чего и успехи в развитии атомной энергетики; в) развитие новых
 технологических принципов и открытие новых ресурсов.
Из табл. 5 следует, что космическая техника способна дать
вклады при любой из трех альтернатив. Если будет принято первое
направление, то наиболее важный вклад выливается в расширение
высококачественных звуковых и видеокоммуникационных радиоре-
лейных линий через спутники-ретрансляторы информации. При
втором направлении, космос дает вклады в развитие наземных уст-
ройств (которые необходимо совершенствовать в рамках концеп-
ции по второй альтернативе). Использование ИСЗ для географиче-
ского и топографического картирования позволит открыть новые
месторождения горючих материалов. Производство в космосе кар-
бида вольфрама дает более гомогенное смешение компонентов (за
счет нулевой гравитации), что повышает прочность, износостой-
кость и сопротивляемость коррозии сделанных из этого сплава бу-
ровых головок, клапанов, золотников и т. п. За счет этого повыша-
ются экономичность бурения, работоспособность и надежность
систем управления, перекачки жидкостей и газов и т. п. Третье нап-
70
Таблица 5
Энергетические проблемы, потенциальное решение которых возможно на
поверхности Земли и в космосе
Сокращение энергопотерь	Совершенствование традицион- ных энергоисточников и технологий	Развитие новых энергоисточ- ников и технологий
Улучшение характерис- тик пробега автомобилей 1. Снижение потока пассажироперевозок пу- тем расширения межуч- режденчсских связей и телеконференций 1. Весьма широкие воз- можности специализиро- ванных ИСЗ по расшире- нию звуковых, телевизи- онных, а в пределе — и голографических радио- релейных линий связи	На поверхности Земли 1.	Разведка новых ис- точников нефти и газа 2.	Развитие методов экономии нефтепродук- тов 3.	Повышение функци- ональных	температур термосистем. Создание более приемлемых образ- цов ядерных энергосис- тем. Стимуляция работ по сжижению и газофика- ции угля. Интегральное ожижение угля в газо- охлаждаемых высоко- температурных реакторах В космосе 1.	Обзорные геологи- ческие и топографические ИСЗ 2.	Производство в кос- мосе карбида вольфрама для золотников и буров 3.	Производство в кос- мосе высокотермостой- ких сплавов для лопаток турбин	Нагрев и охлаждение при помощи солнечной энергии. Геотермальная энергия 1. Солнечные электро- станции 2. Термоядерная энер- гия 1. Производство в кос- мосе фотогальванических солнечных батарей Энергоспутник с сол- нечными батареями Лунетта Солетта Солнечноэлектрический спутник с передачей энергии в СВЧ. ИСЗ-рет- ранслятор энергии 2. Термоядерная сило- вая станция в космосе Энергоспутник с термо- ядерным реактором и пе- редачей энергии в СВЧ
равление — производство в космосе высококачественных термо-
стойких сплавов — позволит улучшить термомеханические характе-
ристики лопаток турбин для авиационных двигателей и стационар-
ных наземных газовых турбин. Создается возможность повышения
Функциональных температур * на 50—100° С, что, в свою очередь,'
Повышает эффективность цикла Карно, снижая тем самым расход
топлива, и выброс тепла (тепловое загрязнение атмосферы).
* Точнее, можно повысить так называемую температуру Т° перед лопатками
турбины; она является определяющей по всему газодинамическому тракту дви-
ателя, поскольку лопатки турбины — подвижный элемент, наиболее нагруженный
« механически, и термически (прим, перев.).
71
В рамках третьей альтернативной концепции космические вкла-
ды относятся к солнечной энергии и к энергии термоядерных реак-
торов. Здесь опять-таки расширение использования солнечной
энергии на поверхности Земли может стимулироваться за счет кос-
мического производства высококачественных солнечных батарей.
Кроме того, солнечная энергия может «импортироваться» на Зем-
лю из космоса с помощью солнечных рефлекторов или же путем
микроволнового излучения, генерируемого в космосе в результате
предварительного перевода солнечной энергии в электрическую.
Наконец, космическая среда весьма благоприятна для функционщ
рования термоядерных реакторов, использующих магнитные сист<
мы удержания плазмы так же, как и для пульсирующих силовы:
реакторов без магнитного удержания.
Итак, действительно в сценарии развития
наземной
энергетики
содержится широкий спектр применения космических энергоисточ-
ников — от питаемых космической энергией спутников прикладно-
го назначения и использования солнечной энергии для производ-
ства в космосе разнообразных новых товаров до передачи солнеч-
ной или термоядерной энергии из космоса на поверхность Земли и
использования термоядерной энергии в космосе — с целью умень-
шения нагрузки наземной энергетики.
Солнечная энергия и ее изначальный источник — термоядерная
энергия — эти два фундаментальных энергоисточника в космосе —
находятся в пределах наших технологических возможностей срав-
нительно близкого будущего. Энергия требуется и в космосе (орби-
ты, Луна), и на Земле. В последнем случае наиболее важными
электромагнитными режимами для ее передачи являются: видимый
свет и микроволновый диапазон. В видимом участке спектра сол-
нечная энергия отражается к Земле в целях освещения и повыше-
ния продуктивности фотосинтеза (используя растения и планктон
для перевода электромагнитной энергии в химическую). Микро-
волновая трансляция может оказаться в ряде случаев более удоб-
ной — когда потребителю на Земле нужен в конечном счете не
свет, а электроток; такая передача является многоступенчатой:
сначала солнечная радиация (или термоядерная энергия) в космо-
се преобразуется в электричество (например, с помощью солнечных
батарей); затем электроток генерирует излучение сверхвысокой
частоты (в микроволновом диапазоне), которое фокусируется в
тонкий силовой луч с помощью антенны •— фазированной решетки;
затем СВЧ-луч, достигший поверхности Земли,
ствами переводится обратно в электроток.
приемными
устрой-
5.3. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Солнце — практически неисчерпаемый источник света и энергии.
С его помощью можно освещать, создавать биомассу, генериро-
вать электрическую и механическую энергию, производить жидкий
водород или искусственные углеводороды (последний процесс мож-
72
ио было бы назвать «техническим фотосинтезом»). Солнечная энер-
гия — один из трех корней жизни (другие два — наличие воды и
и углекислого газа), следовательно, солнце — основополагающая
интегральная часть окружающей среды. Средняя ежегодная инсо-
ляция Земли почти в 18 000 раз превышает сегодняшнее энергопот-
ребление всего человечества *. Даже для таких районов с высоким
уровнем индустриального энергопотребления и низкой инсоляцией,
как Центральная Европа, ежегодная солнечная иррадиация пре-
восходит общее энергопотребление примерно в 50 раз.
Но инсоляция подвержена большим суточным и сезонным коле-
баниям. Солнечный свет особенно ненадежен на больших широтах
(как на Севере, так и на Юге Земли), где он неустойчив и дейст-
вует недолго.
Генеральная цель любой системы космического освещения—пе-
редать солнечный свет в некоторые избранные области на ночной
стороне Земли. Эта концепция впервые предложена немецким пио-
нером космонавтики, профессором Г. Обертом. Автор, будучи уче-
ником и другом проф. Оберта, изучал новые приложения космиче-
ского освещения в течение многих лет. Помимо ночного освещения,
автором развиты две новых области применения: генерация энер-
гии для достижения почти непрерывного функционирования (с пос-
тоянной нагрузочной способностью) наземных силовых станций, а
также производство пищи. Рассмотрены и многие другие альтер-
нативы. Результаты этих работ изложены ниже.
Основное внимание уделено осветительной системе, названной
Лунеттой, и двум разновидностям Солетты:
Bi — Энергосолетта — передача солнечной энергии для питания
наземных солнечно-электрических силовых станций ночью, в до-
полнение к их функционированию от непосредственной солнечной
энергии в течение дня.
В2 — (или собственно В) — Бносолетта — передача радиацион-
ной энергии и тепла с целью повышения продуктивности фотосин-
теза (увеличение производства пиши) и регулировки локальных
температурных вариаций (например, для предотвращения ночных
заморозков).
(«Двухзвездная экология» на сегодня мало изучена, но то,
что о ней можно сказать, будет сказано в соответствующем
месте).
- Прежде чем детально анализировать названные частные цели
и соответствующие им системы, можно рассмотреть их некоторые
общие характеристики, относящиеся к любым устройствам косми-
ческого света, а именно: орбиты, размеры и массы устройств, а так-
же осветительную оптику.
* По другим источникам это соотношение еще выше. Например, у
И. С. Шкловского в его книге «Вселенная, жизнь, разум» сказано: «Ежесекундно
иа Землю падает около 2  1024 эрг солнечной энергии в форме света и тепла,
это почти в 100 тыс. раз больше, чем современное производство всех видов энер-
гии иа Земле» (прим, перев.).
73
расстояния рефлектора до поверх-
Рис. 18. Зависимость диаметра светового нятна от
ности Земли (Торб=2; 3; 4; 6; 12 и 24 ч)
1
отражения велики, единич- |
Поскольку используемые дистанции
ный рефлектор практически может рассматриваться как точечный !
источник света. Солнечная радиация сходится на нем в одну точку j
при угле (3, равном видимому угловому диаметру Солнца (32'= |
= 0,0093 рад),как показано на рис. 18. Отраженный луч, в свою Я
очередь, расходится при том же самом угле, если рефлектор почти |
плоский (фокусное расстояние примерно равно высоте). Он должен]
быть чрезвычайно ровным и гладким (отклонение от идеальной от- 1
ражающей способности менее 2 мрад и плоское отражение); в про- |
тивном случае диаметр светового пятна будет увеличиваться из-за 1
размывания отражения.	|
Следовательно, диаметр отраженного светового пятна возрас- |
тает с увеличением расстояния между рефлектором и экраном 1
(роль которого в данном случае играет поверхность Земли), неза- 1
висимо от площади рефлектора. Вертикально под рефлектором 3
диаметр светового пятна имеет минимальный размер *. По мере |
отклонения от подспутниковой (или иначе, субсателлитной) точки 1
круговое световое пятно превращается в эллиптическое (рис. 18). 1
Наименьший радиус bQ возрастает с увеличением дистанции у>уо
и становится малой полуосью эллиптического пятна
в то время как большая полуось растет:
а=0,00093 — sin е,
2
где е — угол подъема рефлектора над горизонтом
помещающегося в центре эллипса (светового пятна).
6 = 0,0093 у!2т |
наблюдателя,
* То есть в том случае, когда световой луч от рефлектора
по радиусу-вектору орбиты рефлектора (прим, перев.).
74
направлен вдолт-
На рис. 18 1показаны соотношения между Ьо и у0, а также b и у
и даны значения минимальной площади светового пятна Ао в под-
спутниковой точке для геостационарной и субсинхронной орбит.
С помощью отклонения светового луча в каком-либо направлении
от подспутниковой точки, так что угол подъема рефлектора над го-
ризонтом (в центре светового пятна) изменится от 90° до текуще-
го значения б, можно увеличить площадь пятна согласно следую-
щему выражению:
Освещенность горизонтальной площадки определяется несколь-
кими параметрами:
1 = 1 qQK ^-cos-^- sin е,	(2)
Ai 2.
где /® — освещенность горизонтальной площадки на поверхности
'Земли солнечным светом (непосредственно Солнцем); § — зеркаль-
ная отражающая способность рефлектора (в дальнейшем приня-
то: для алюминиевого покрытия q=0,9; для натриевого покрытия,
выполненного в космосе, q = 0,98);
К— общий коэффициент поглощения и отражения Солнца обла-
ками: Аг— площадь отражающей поверхности рефлектора; Аг —
площадь отраженного светового пятна; а — угол между падающим
(на рефлектор от Солнца) и отраженным от рефлектора световы-
ми лучами; е — угол подъема рефлектора над горизонтом, наблю-
даемым из центра горизонтального отраженного пятна (на поверх-
ности Земли).
Солнечная освещенность
108000 лк,	(3)
где /©•—константа солнечного освещения (/©=13,67 лм/см2=
= 136700 лк в космосе; Ко — общий коэффициент поглощения и от-
ражения в ясной атмосфере [Ко=Де)].
Принимая в расчет поглощение и отражение молекулами сухо-
го воздуха, пылью и парами воды при длине пути светового луча
в атмосфере около 100 км, получим среднее значение До= 0,79.
Следовательно, приведенное опорное значение величины осве-
щенности поверхности Земли Солнцем соответствует яркости Сол-
нца при высоком подъеме (внутри диапазона углов в 40° от зенита;
e«s50°).
Коэффициент К для разных районов может изменяться в широ-
ких пределах. Однако при высоком подъеме облачный покров
очень резко снижает уровень освещенности от Солнца или Луны —
Д° 10% максимального уровня. Обычно даже очень плотный об-
75
Рис. 19. Графики максимальной яркости (а); относительной освещенности (б) и схема отра-
жеиия (в):
/—рефлектор на ГСО (подспутниковая точка); 2—полная Луиа, Солнце или рефлектор на ;
субсннхрониой орбите; 3—рефлектор на ГСО: 4—Солнце или рефлектор иа солнечно-син- j
хрониой орбите; 5—Луна; 6—субсиихрониая орбита, 7—ГСО; 5—ясное небо [на графике (6} ,
по осн ординат а — относительная освещенность, %; по оси абсцисс Ъ — относительное ко*|
личество часов за год, %]	

лачный покров все еще пропускает от 15 до 20% от освещенности
при ясном небе. Следовательно, малую облачность можно компен-
сировать путем увеличения размеров рефлекторной системы в семь:
раз, доводя уровень освещенности до того, который считается при-
емлемым при ясном небе. Иначе говоря, тучи являются серьезным,
но вовсе не непреодолимым препятствием.
На рис. 19 показано, как меняется угол а между 90 и 0° для
рефлектора на геостационарной орбите, посылающего световой луч
в свою подспутниковую точку (е = 90°). Для субсинхронных ор-
бит, на которых рефлектор восходит над местным горизонтом
данной точки земной поверхности >и заходит за горизонт, угол а
может достигать значений, превосходящих 90°.
Поскольку количество отраженного света пропорционально й
cos , рефлектор на геостационарной орбите, находясь над тер- 
минатором при сумерках и .рассвете, создает освещенность в поя-•
спутниковой точке порядка 71% от максимума.	1
По мере течения ночного времени плоскость рефлектора непре- j
рывно поворачивается в направлении движения. В точках первой I
и последней четверти ночной дуги а уменьшается до 45°, а уровень ;
освещенности повышается до 92%. В полночь рефлектор номиналь- '
но обращен лицом к Солнцу, а=0 и достигается максимум осве-
щенности (рис. 19).
76
Таким образом, в течение всех безоблачных ночей рефлектор на
геостационарной орбите будет освещать данную область земной
поверхности с 71°/о-ной и более высокой яркостью. Для половины
безоблачной ночи яркость рефлектора составляет 92% от макси-
мальной. Это делает рефлектор данных размеров значительно бо-
лее эффективной осветительной системой, чем настоящая ночная
Луна или Солнце; рефлектор обеспечивает примерно на 23% боль-
шую иллюминацию, чем любое другое небесное тело равной свети-
мости *. Фактически, из-за ее фаз, вариаций ее сезонного угла,
подъема и удлинения пути лучей через атмосферу вблизи горизон-
та (при безоблачной, разумеется, погоде) минимум лунной свети-
мости (соответствующий вышеназванным 7ф%! максимальной ве-
личины для рефлектора на ГСО) составит всего лишь 2-10-з;
(0,2%) от максимальной номинальной светимости Луны (0,107 лк);
и для половины всех ночных часов в год (при условии, что все они
будут безоблачными) освещение Луной даст чуть более 5,% от мак-
симальной номинальной освещенности (сравните с 92% для реф-
лектора). На рис. 19 внизу показаны зависимости относительной
освещенности горизонтальной поверхности на Земле рефлектором
на ГСО, Солнцем или рефлектором на субсинхронной орбите, а
также Луной — при всегда безоблачном небе — в зависимости от
процента ночных или дневных часов, в течение которых данная от-
носительная освещенность достигается или превосходится.
Геометрическая форма светового пятна с площадью А{ опреде-
ляется формой рефлектора, особенно, когда речь идет о субсин-
хронной орбите. Если рефлекторная система состоит из множества
отдельных частей равных размеров, распределенных друг за дру-
гом по орбите, и если каждая часть освещает свою собственную
подспутниковую точку, то тогда световое пятно будет иметь разме-
ры рг/ХИгР1/=Пг(₽1/)2, где пг— количество рефлекторов. Если же
распределенные друг за другом по орбите частные рефлекторы нак-
лонены так, что все фокусы световых пятен от каждого рефлекто-
ра совмещены с центром пятна (подспутниковой точкой) средне-
го в цепочке рефлектора, то тогда суммарное световое пятно будет
приблизительно круговым, даже в том случае, когда элементарные
рефлекторы — квадратные. Для кругового пятна:
Ai s	-1 Г’	' ю
4	4	. \гОо )
где г — радиальное расстояние рефлектора от центра Земли (ради-
ус— вектор орбиты рефлектора); Гоо'—средний радиус Земного
сфероида (гоо = Т?з = 6378 км).
Отношение ArIAi в уравнении (2) показывает, что плотность ос-
вещенности пропорциональна площади рефлектора. В дополнение
* Кроме того, Лунетта является более эффективным рефлектором, чем Луна,
еш.е, разумеется, и потому, что Лунетта — плоская (а не выпуклая, как Луна)
и ее отражательная способность на порядок выше (прим, автора).
77
к таким единицам освещенности, как люкс, может оказаться по-
лезным использовать как единицу освещенности «Солнце» (/© =)
= <$ = ПС) или «Луну», соответствующую освещенности одной пол4
ной Луной при высоком подъеме и при безоблачном небе (однд
«Селена» = 1cf== ПЛ) *.
1а=0,1076 лк —9,96- 10~7/® = 10-6 ПС.	(5)
При 0 = 0,0093; q = 0,9; а=0°; е = 90°; К=1 и с учетом уравне-
ния (4), можно записать уравнение (2) в солнечных единицах ПС:;
-^=3,257. 10--А-	(в)
* ©	 I у \
\ гоо/
и с учетом уравнения (5) —в лунных единицах (ПЛ=кт)
- = 326,9-^—.	(7)
/т
\СОО )
Для q = 0,98 коэффициенты в приведенных уравнениях нужно
увеличить в 1,0889 раз; для а = 60° их следует умножить на 0,866;
и для е = 60; 40 и 30° соответственно на 0,866; 0,643 и 0,5.
Интенсивность освещения в подспутниковом пятне (в едини-
цах ПЛ и ПС) на рис. 20 представлена как функция отражающей
площади для круговых орбит различного сидерического периода * **.
Как видно, площадь рефлектора, потребная для данного уровня ос-
вещенности, может быть существенно уменьшена (по сравнению с
ГСО), если использовать субсинхронные орбиты. Фактически, пло-
щадь рефлектора на 12-ти часовой орбите уменьшается до 32% от
.площади, потребной при размещении рефлектора на геостационар-
ной орбите, при равном уровне освещенности. На 3-часовой ор-
бите достаточно всего 1,36% от площади рефлектора на ГСО. Мас-
па рефлектора уменьшается примерно в той же пропорции. Так же
снижаются и транспортные расходы на доставку грузов с около-
земной орбиты на данную субсинхронную орбиту. Рис. 20 основан
на показателях, учитываемых в уравнениях (6) и (7).
Рефлектор на субсинхронной орбите находится в пределах
видимости из данной области земной поверхности лишь времен-
но: он восходит и садится. Если пренебречь вращением Земли, то
местоположение всех точек горизонта для рефлектора, рассматри-
ваемого из центра некоторой заданной «обслуживаемой области»
.	* ПС — «полное Солнце»; ПЛ — «полная Луна» (примеч. перев.).
** Период обращения ИСЗ по отношению к неподвижному наблюдателю в
инерциальной системе координат (например, по отношению к неподвижной звез-
де) в отличие от синодического периода, вычисляемого по отношению к точке
земной поверхности как время между двумя последовательными прохождениями
спутника через один н тот же меридиан (прим, перев.).
78
Рис. 20. Зависимость ос**
вещенностн от площади
рефлекторной системы
[1 ПС = 108 ООО лк;
1 ПЛ —0,1076 лк)
(например, города или силовой электростанции), будет представ-
лять собой круг с диаметром 20о, где (см. рис. 18) 0О— угол между
радиусами Земли, включающим подспутниковую точку и включаю-
щим точку земной поверхности, соответствующую отклонению угла
зрения из обслуживаемой области на рефлектор (относительного
местного горизонта) дое = 0
0О=arccos ((8)
\ г /
Но вблизи горизонта рефлектор не очень эффективен и, сверх
того, накрывает (световым пятном) наземные области, освещение
которых может быть нежелательно. Для е>0° и А^Ай по уравнению
(1) получим:
— —sine cos2 S . .	(9)
г Д»	J '
Диаметр круга 20 меньше, чем 20о. Рефлектор остается внутри
круга 26 (или 290) в течение периода (в часах):
„	/ Ф
20 sin < ——
9=arcsin
-----— 15 cos Ф
Tsid
где 20 sin (Ф/2) — длина хорды орбиты, прокладываемая поперек
круга диаметром 20, а угол ф — угол между треком орбиты и дви-
жением к востоку вращающейся поверхности Земли (0°^ф^90°)
(объяснение этих величин см. рис. 18). Для ф=180° и i|; = 0o время
наблюдения рефлектора, когда он находится выше угла подъема к,
становится максимальным:
(Дв! __	%®_____ 20 'Г'
)пих~збо
7^~15
ГДе Tsyn — синодический период.
(11)
7».
(12)
Непрерывное освещение обслуживаемой области в пределах
данного круга может быть организовано с помощью цепочки реф-
лекторов или роев (гроздей). Число рефлекторов (гроздей рефлек-
торов) определяется выражением:
20 sin
Рефлекторы распределяются вдоль по орбите при средней дис-
танции в (360/пс)°. Например, для трехчасовой орбиты (г =
= 1,656), g=30°, Ф=160° и ф = 20° получается: (Ai/Ao)3o° =3,86;
6 = 28,469°, Ьэ =0,53 ч; пс = 5,42 при разделительной дистанции в
66,4°. Нечетное число гроздей означает, что «первый» и «послед-
ний» рои должны быть расширены в 1,21 раза и «растянуты» при-!
мерно на 3,2° по направлению друг к другу, за пределы дистанции 5
;в 60°, разделяющей «промежуточные» рои.
Таким образом, с одной стороны, на субсинхронных орбитах по-.
'требна меньшая отражающая поверхность, чем на геостанционар-
ной, но с другой стороны, на субсинхронной орбите требуется";
множество рефлекторов с необходимой отражающей поверхностью.
Тем не менее даже при числе роев более пяти общая площадь всех
рефлекторов на трехчасовой орбите составит всего 7,37% от пот-
ребной отражающей поверхности рефлектора на геостационарной
орбите. Следовательно, общая масса рефлекторов на трехчасовой
орбите будет значительно меньшей, чем у единственного большого
рефлектора на ГСО.
Чем ниже орбита, тем чаще она проходит через тень Земли,
исключая возможность использования рефлектора; «период затме-
ния» с уменьшением высоты орбиты удлиняется. Эти «периоды»
сосредоточены около точек весеннего и осеннего равноденствия, где
рефлектор проходит через максимальный диаметр земной тени и
поэтому там продолжительность «затмения» наибольшая На эква-
ториальной четырехчасовой и более низких орбитах сезон «затме-
ний» растягивается на весь год.
Период «затмений» может быть уменьшен, если орбиту накло-
нить относительно экватора. Кроме того, наклонение орбиты жела-
тельно, если необходимо освещать области, расположенные на вы-
соких широтах. Это применимо и к геостационарной орбите. На
рис. 21 показан пример использования трехчасовой орбиты для ос-
вещения мегалополиса — области Бостон—Вашингтон; второй
пример относится к выбору трехчасовой орбиты для освещения
Москвы.
В случае освещения района Бостон — Вашингтон орбита накло-
нена к экватору на 50°. Область, осматриваемая с орбиты от гори-
зонта до горизонта (е»0°), показана большим кругом. Полезно
освещаемая область может быть принята соответствующей про-
сматриваемой поверхности при угле подъема не менее 30° (малый
круг). Трехчасовая орбита проходит через полезно освещаемую об-
ласть в течение пяти витков. Но только во втором и в четвертом
80
Рис. 21. Траектории Эиергосолетты дли Западной Европы, СССР и Северной Америки (/—5—
номера трасс)
проходах рефлектор направляется поперек * обслуживаемой обла-
сти при высоком подъеме (время прохода, исходя из синодического
периода в 3,43 ч, составит около 0,43 ч). Чтобы обеспечить непре-
рывное освещение, рефлекторы должны сменять друг друга без про-
пусков: когда один отражатель (рой) покидает полезно освещае-
мую область, следующий должен входить в нее. При синодической
угловой скорости на орбите порядка 105° в час рефлекторные рои
должны быть распределены на дистанциях порядка 45° вдоль ор-
биты, что соответствует в целом 8 отражателям (роям). Когда «пер-
вый» рой трассы № 2 появляется снова над обслуживаемой обла-
стью, он следует по трассе № 3, а затем — по трассе № 4. На
трассе №5 (так же, как и на трассе №1) качества осветительной
системы ухудшаются (освещенность слабеет), и может потребо-
ваться дополнительная орбита, чтобы выдержать требования к ос-
вещенности. Это означает, что желательно иметь рефлекторы на
Двух орбитах с углом между их плоскостями около 6(Г, чтобы реф-
лекторы на трассах №№ 1 и 3 проходили над обслуживаемой обла-
стью одновременно. Тогда не только рои на трассах № 1 и № 3, но
и на трассах №№ 2 и 4 и 3 и 5 встречаются одновременно, обеспе-
чивая высококачественное освещение в течение всей ночи. Для
этого потребно всего 16 рефлекторов (роев).
* Т. е. приблизительно по ее диаметру, а не по хорде (прим, перев.).
81
Приведенные условия подходят для случая Москвы, если речь Л
идет о прямой орбите * **.	я
Однако наклоненные (при г<90°) прямые орбиты прецессируют
в западном направлении вдоль экватора. Трехчасовая орбита с |
наклонением в 50° прецессирует со скоростью 1° в день (точнее
на 1,1° за каждые восемь сидерических витков). Другими словами, 1
после 163 дней (180°/со; (о=1,Г/сут) трасса № 1 на рис. 21 превра- 1
тится в трассу № 5. Двухорбитная система в ходе прецессии выхо- 1
дит из полезно освещаемой области. Если освещение должно быть '1
непрерывным, то придется включить вторую пару орбит, дающих ;1
трассы № 4 и № 2, которые спустя 136 дней превращаются в трас- У
сы № 1 и № 3. Следуя другому 136-дневному циклу, первоначаль- «я
ная пара орбит вернется в пределы кругозора. Таким образом, Я
четыре орбиты, с восемью рефлекторами (роями) на каждой, тре- «
буется для гарантии непрерывного и высококачественного обслу- Ц
живания полезно освещаемой области. Из этого вытекает, что за- я
падная прецессия ухудшает использование рефлекторной системы, Ж
если только она не обслуживает несколько областей. В последнем Я
случае ряд прямых орбит, наклоненных к экватору на угол, мень- Я
ший прямого, прецессирует от одной обслуживаемой области к Я
другой — в одном или же в обоих полушариях. Такой подход мо-
жет существенно повысить эффективность использования рефлек- В
торов, снижая одновременно затраты для потребителей космиче- В
ского освещения, живущих в отдельных обслуживаемых областях. Я
Для тех осветительных систем, которые предназначены для об- Я
служивания только одной освещаемой области (или, возможно, Я
двух — каждая в своем полушарии), потребность в дополнитель- Я
ных орбитах для компенсации прецессии может быть исключена с Я
помощью двух альтернативных решений. Первое состоит в следу- Я
ющем: замедлить скорость прецессии настолько, чтобы орбита не Я
выходила за пределы полезно освещаемой области в течение всей Я
функциональной жизни системы. Другая альтернатива — сделать Я
работу прецессии благоприятным фактором. Для этого нужно ис- Я
пользовать орбиту с восточной прецессией.	Я
Функциональная жизнь рассматриваемой осветительной систе- Я
мы с учетом всех ремонтов может продолжаться от 30 до 60 лет Я
или несколько больше, прежде чем .возникнет необходимость в Я
* Автор называет прямыми орбиты с наклонениями от 0 до 90° (угол накло- ч
нения i отсчитывается при восходящем узле, т. е. в точке, где ИСЗ пересекает ']
экватор, двигаясь из южного в северное полушарие; измерение i выполняется 1
против движения часовой стрелки; на прямых орбитах спутник движется в од- I
ном направлении с вращением Земли. При г'о>9О° спутник движется против вра- j
щепия Земли — эти орбиты названы обратными (прим, перев.).
** Прецессией называется вращение плоскости орбиты относительно поляр-j
ной оси Земли в сторону, обратную направлению движения спутника. Причиной м
прецессии спутниковой орбиты является сжатие земного сфероида (или иначе, |
«нецентральность поля притяжения Земли»), Прецессия выражается во вращения I
с постоянной скоростью линии узлов орбиты; при наклонении орбиты в пределах >
.от 0 до 90° прецессия имеет западное направление, а для орбит с наклонением
более 90° прецессия идет в восточном направлении (прим, перев.).
82
Рис. 22. Зависимость наклонения орбиты i и времени прецессии от угловой ско-
рости вращения в восточном направлении (—
т\ > г°д
ее полной замене. Диаметр полезно освещаемой области (20) ко-
леблется в пределах от около 40° для трехчасовой орбиты до при-
мерно 80° для геостационарной орбиты. Следовательно, скорость
прецессии должна быть менее одной сотой градуса в день, что тре-
бует наклонения орбиты почти в 50е даже при высоте орбиты, со-
ответствующей геостационарной; для более низких орбит наклоне-
ния должны быть еще большими (более 80°). Но эти наклонения
во многих случаях несовместимы с функциональными требования-
ми к осветительным системам.
Однако в ограниченном диапазоне высот прецессия может вы-
полнять благоприятную работу, делая прецессионное движение
орбиты свободным относительно данной обслуживаемой области.
Это справедливо, например, для орбиты, движущейся против вра-
щения Земли над Москвой (см. рис. 21).
При наклонениях, превосходящих 90° (ретроградные орбиты*),
прецессия заставляет орбиту дрейфовать в восточном направле-
нии. Если угловая скорость прецессии составляет 0,986° в день, то
орбита является солнечно-синхронной (то есть солнечный день для
соответственно наклоненной орбиты настает в обслуживаемой
области в то же самое время в течение всего года).
С этим решением связаны два неудобства. Одно из них — высо-
кие энергопотребности (более высокие затраты на доставку плат-
ной нагрузки) при выведении на орбиту. Этот расход невелик срав-
нительно с экономией благодаря возможности устанавливать толь-
ко один рефлектор для данной обслуживаемой области вместо
Двух рефлекторных установок. Вторая неприятность заключается в
* Ретроградная — орбита с попятным движением: ИСЗ на такой орбите
Движется в сторону, обратную вращению Земли; наклонение ретроградной орби-
ы больше 90° (прим, перев.).
83
—«—Орбитальный пери о б
Рнс. 23. Диаграмма режимов функционирования на орбитах систем космического освещеии»
(одиночная коуглвая ообнта):
Л^область, где эллиптическое световое пятно превышает подспутниковое круговое пятно ие
более, чем вдвое (Д-Мо<2); В —область, где Т >30 лет (А-Мо^З; £<90°); С—область, ГД<
г	К	1
диапазон попятных орбит в пределе 30 лет < Г <oo;D —трехчасовая прямая орбита со ско-
ростью прецессии 0,986°/сут (/=54,8е) для освещения областей в северном и южном полуша»
рнях в течении периода роста растений (специализированная сельскохозяйственная освети-
тельная система)
том, что солнечно-синхронная прецессия неосуществима для орбита
с четырехчасо!вым периодом и 'более высоких из-за ослабления^
гравитационных аномалий пропорционально квадрату расстояния?
от центра Земли. Но она (солнечно-синхронная прецессия) доступ-
на в районе благоприятной трехчасовой орбиты.
На рис. 22 показана зависимость угловой скорости вращения в
восточном направлении (—со) от наклонения для ретроградных ор-
бит. Значение, присущее солнечно-синхронной орбите, о>== —0,986°
в день *, достигается только на двухчасовой и на трехчасовой ор-
битах. Для более высоких орбит наибольшая скорость прецессии
прогрессивно снижается. Конечно, даже при величинах о>= —0,85а
в день или меньше, время** 7\, потребное для прохода за счет
прецессии через заданный диапазон АХ=20, сильно растянуто
сравнительно с прямой орбитой (Z<90°), проходящей над той же
самой максимальной широтой &тах, поскольку прецессия, по мень-|
шей мере, логически следует за изменениями, а не препятствует)
им. Если Тх можно было бы растянуть на тридцать лет и более,)
то рефлекторная система могла бы оставаться внутри обслужива-
емой области в продолжение всей своей номинальной функциональ-
ной жизни. Однако лишь на двухчасовых и трехчасовых орбитах
можно достичь этих значений (рис. 22). Поскольку на них можно
достичь и бесконечного значения 7\, более короткие Тх почти
имеют практического значения, за исключением, быть может, тех
случаев, когда уменьшение Т х связано с необходимостью устано-
вить определенное значение bmax. Однако, как видно на правом
* Везде термином «день» обозначаются сутки (прим, перев.).
** Здесь А, — географическая долгота (прим, перев.).
84
графике рис. 22, диапазон, в котором достижимо нужное согласо-
вание, весьма ограничен.
На рис. 23 показана суммарная картина режимов функциониро;
вания и орбит, подходящих для систем космического света, непре-
рывно освещающих обслуживаемые области. Более низкие субсин-
хронные орбиты преимущественно относятся к ретроградному ре-
жиму (режим С). Сравнительно наиболее привлекательная орбита
имеет трехчасовой период, а ее наклонение близко к 125°. Следова-
тельно, она проходит над максимальной широтой в 55°. Как показа-
но граничной кривой для режима Л, максимальное отклонение от
вертикали (для Лг-/Л0 = 2) на трехчасовой орбите составляет 19°,
обеспечивая диапазон широт в пределах до максимальной широты
от 36 до 74°. Это дает возможность рефлектору весьма надежно и
устойчиво освещать многие наиболее важные города мира или уда-
ленные индустриальные районы в Северном полушарии (а также
низкие широты в Южном полушарии).
Анализ режима А показывает, что при условии непрерывного
освещения ГСО обеспечит достижение широты в 48° из экватори-
альной плоскости (г = 0°), ;и что с круговой орбиты высотой 36 000 км
можно освещать обслуживаемые области и на более высоких ши-
ротах, если наклонить ее плоскость на 1^49,4Р, не выходя за счет
прецессии из пространства обслуживаемой области в течение 30
лет и дольше. Для орбит с высотой ниже двенадцатичасовой орби-
ты режим Я резко сужается до наклонений, близких к полярным
(1 = 83,7° для двенадцатичасовой орбиты; / = 87,8° для восьмича-
совой орбиты).
Область вне показанных трех режимов представляется непод-
ходящей для непрерывного обслуживания данного района в тече-
ние десятилетий с помощью единственной установки на орбите. Но
в пределах этой области представляет интерес точка °. Она пре-
доставляет периодическую возможность в разные времена года не-
прерывно освещать некоторые области в Северном и Южном по-
лушариях.
Очевидно, что субсинхронные орбиты во многих случаях пред-
ставляют более подходящие условия, чем геостационарная или да-
же двенадцатичасовая орбиты. Это в особенности справедливо для
Энергосолетты и Лунетты, для которых весьма привлекательной
представляется трехчасовая орбита (как ретроградная, так и пря-
мая) .
Трехчасовая орбита связана и с некоторыми эксплуатационны-
ми преимуществами. В частности, высота трехчасовой орбиты ле-
жит внутри протонного сектора радиационных поясов Земли. Сле-
довательно, объект на трехчасовой орбите, наклоненной к эквато-
ру, поочередно оказывается то в области с преобладанием элект-
ронов, то в области, насыщенной протонами. Это чередование под-
держивает поверхность рефлектора в электрически нейтральном
состоянии, чем предохраняет ее от оседания на ней космической
пыли, которая уменьшила бы отражающую способность рефлек-
тора, и создавала бы серьезные эксплуатационные проблемы. Фак-
85
Рис. 24. Зависимость скорости
поворота рефлектора иа субсии-
хрониой орбите от периода оп-
биты (б) и схема наведения (а):
/—рабочая дуга наведения реф-
лектора на точку Р‘, 2—свобод-
ная дуга; 3—кривая разности
скоростей поворота на рабочей
и на свободной дугах при двух-
стороннем покрытии рефлектора
(Also); 4—кривая потребной ско-
рости поворота рефлектора
5—кривая разности ско-
ростей поворота при рефлекто-
ре с одной зеркальной сторо-
ной
тически, если предпочесть высокие орбиты, такие как двенадцати-
часовая или геостационарная, может статься, что придется «чис-
тить» систему от пыли — с помощью периодического «погружения»
отдельных рефлекторов в протонный пояс.
Наконец, субсинхронный рефлектор, наводимый на фиксирован-
ную точку (область) Р, должен поворачиваться с определенной
«рабочей» угловой скоростью, пока он находится выше горизонта
места Р. Однако, если эта вращательная скорость будет сохра-
няться на нерабочей («непосвященной» осветительной работе)
части орбиты *, рефлектор окажется в неправильном положении в
тот момент, когда он снова — на следующем витке — выйдет на
рабочую дугу, восходя над горизонтом места Р.
Таким образом, когда спутник покидает рабочую дугу орбиты,
его скорость вращения должна быть изменена. При выходе на ра-
бочую дугу скорость поворота спутника еще раз изменяется — так,
чтобы все время направлять лучи света локально на Р. Анализ
скорости поворота показывает, что требования к ней достаточно
скромны (рис. 24). Видно, что если рефлектор спроектирован так,
чтобы обеспечить отражение света на обеих его сторонах, то тог-
да потребное изменение скорости поворота рефлектора невелико.
Потребный вращающий момент (для изменения скорости враще-
ния рефлектора в пределах одной минуты) невелик 0,1—3 кН-м.
При сравнительно больших размерах единичного рефлектора пот-
ребные для создания такого момента силы следует признать ма-
лыми. Это позволяет большую часть изменения скорости враще-
ния рефлектора получать без расхода массы — за счет гироскопи-
ческого момента. Даже в том случае, если использовать тяговые
системы управления (типа «струйников»), оказывается достаточно
электроракетного двигателя малой тяги. При удельном импульсе в
3000 с ежегодное потребление топлцва в этих целях окажется ме-
нее 12 кг на рефлектор, исходя из двух маневров на каждый сино-
дический оборот.
* Т. е. лежащей ниже горизонта Р (прим, перев.).
«6
Единичный элемент Лунетты
площадью 0,1 км2
Рис. 25. Единичный элемент Лунетты
На самом деле, нет надобности в строгой ориентации рефлекто-
ра на всем участке от горизонта до горизонта — достаточно ориен-
тировать его только между двумя минимальными углами подъема
(30°). Это сокращает рабочую дугу орбиты, а также и потребное
изменение скорости поворота рефлектора.
Единичный рефлектор («отражающий элемент») состоит из от-
ражающей (зеркальной) мембраны, удерживаемой в натянутом
состоянии с помощью жесткой конструкции, оснащенной соответ-
ствующим оборудованием для навигации и управления, а также
тяговыми системами для создания управляющих сил.
В качестве отражающего элемента принята каптоновая мембра-
на, покрытая непосредственно в космосе натрием для обеспечения
максимальной отражающей способности. Толщина такой пленки
около 0,015 мм. Рамная конструкция выполнена из графитовоэпок-
сидных лонжеронов, также покрытых в космосе натрием с целью
защиты от температурных напряжений. Рис. 25 иллюстрирует ти-
повую конфигурацию рефлектора площадью в 0,1 км2. Для эле-
ментов разных размеров, вплоть до 100 км2 площадью, следует
применять разные конструктивные схемы, чтобы оптимизировать
массу элемента и условия его сборки в космосе.
На рис. 26 показаны предварительные оценки массы единич-
ного рефлектора. Видно, что основная составляющая — масса от-
ражающей поверхности — по мере роста размеров рефлектора
Уменьшается: так при увеличении рефлектора в 1000 раз масса
1 км2 снижается с 37 до 30 т. Вероятно, можно ожидать еще боль-
шего снижения массы, если будет организовано оптимальное выве-
дение рефлектора на орбиту с помощью солнечного паруса. Одна-
ко> к рефлектору предъявляются весьма жесткие требования по
выдерживанию плоской формы его поверхности; решение такой за-
87
Рис. 26. Зависимость массы М рефлек-
тора от его площади А;
1—масса основных компонентов (капто-
новая пленка, покрытая в космосе нат-
рием, графнто-эпоксидная рама из ба-
лок и тросов, покрытых натрием); 2—
масса оборудования (электроника, сис-
тема ориентации, элсктроракетная тя-
говая система, навигационные устрой-
ства)
дачи будет важнейшим инженерным свершением, оно необходимо
для обеспечения приведенных характеристик космических освети-
тельных систем. Анализ рис. 26 показывает также, что для единич-
ного рефлектора с размерами менее 1 км2 оборудование представ-
ляет преобладающий весовой компонент. Отсюда вытекает очевид- >
ная зависимость: чем больше площадь рефлектора, тем большим :
будет вклад от использования светового давления в помощь элект- i
роракетной тяговой системе.
Выбор размеров рефлектора связан, конечно, с учетом таких
факторов, как ограничения по изгибающим моментам и другим '
воздействиям (из-за управляющих сил, светового давления, терми-
ческих напряжений в конструкции — из-за различий в позициях
относительно Солнца и т. п.). При выбранных конструкционных
материалах значительное дальнейшее снижение основного веса по-
верхности для единичного рефлектора с площадью более 100 км2
представляется маловероятным.
Системы космического освещения включают простые и доста-
точно надежные объекты, поэтому связанный с ними технический
риск невелик, по крайней мере, для Лунетты. Начальные капита-
ловложения тоже не очень велики. Во всех случаях, кроме Энерго-
солетты, не требуется никаких наземных установок, следовательно,
в пределах известных ограничений по орбитальной динамике —
системы космического света могут обеспечить немедленное обслу-
живание любого района земной поверхности. «Продукт» космиче-
ской осветительной системы — солнечный свет, из которого ультра-
фиолетовая часть спектра почти полностью удалена вследствие
низкой отражающей способности рефлектора в этом спектральном
диапазоне. Видимый свет, как хорошо известно, никак не воздей-
ствует на компоненты земной атмосферы и не создает какой-либо
опасности ни для человечества, ни для земной жизни в целом. Нап-
равленность космического освещения может хорошо контролиро-
ваться, чтобы избегнуть подсветки тех районов, освещение которых
по каким-либо причинам нежелательно. При уровне интенсивности
светового потока, свойственном Лунетте и Энергосолетте, функци-
онирующих на трехчасовой орбите, космический свет на дает ка-
88
JF
ких-либо нежелательных микроклиматических эффектов. Биосо-
летта может дать локальные климатические эффекты, которые од-
нако могут оставаться полностью подконтрольными 'И будут ис-
пользоваться для организации благоприятных перемен (некоторые
рекомендации в этой области сделаны ниже при подробном рас-
смотрении Биосолетты).
И экономика, и технические проблемы недвусмысленно требу-
ют поэтапного развития — от меньших систем к большим. Малове-
роятно, например, что Энергосолетта будет создана без предвари-
тельной разработки меньших рефлекторов, первоначально функ-
ционирующих в целях освещения..
5.4. ЛУНЕТТА
5.4.1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Лунетта — это космическая система, предназначенная для обеспе-
чения ночного освещения соответствующего уровня. Потребная ве-
личина освещенности определяется родом деятельности, в целях
которой выполняется освещение. На рис. 27 показан широкий диа-
пазон различных видов деятельности на открытом воздухе (вне по-
мещения) и желательные уровни освещенности для каждого из
них. Там же для сравнения показаны минимальные площади реф-
лекторной системы, потребные для обеспечения нужного уровня
освещенности при использовании орбит в диапазоне от восьмичасо-
вой до геостационарной. Очевидно, что большая часть видов дея-
тельности удовлетворяется уровнем освещенности между 100 и
1000 ПЛ (полных лун). Необходимо учитывать, что узаконенные
уровни освещенности, как правило, соответствуют самому высоко-
му стандарту. Между тем даже уменьшение уровня освещенности
вдвое все еще остается приемлемым во многих случаях (исключая
Рис. 27. Зависимость уровня ос-
вещенности от размеров Луиет-
ты (точки с цифрами означают
необходимую освещенность):
/—спортивные игры в помеще-
нии; 2—спортивные игры вне
помещения; 3— верфи (рабочая
часть); 4—погрузочно-разгру-
зочные площадки па заводах;
5—общие производственные
объекты; 6—разгрузочные пло-
щадки доков; 7—вскрышные
работы; 8— станционные перехо-
ды; 9—аллеи; 10—фермы; 11—
тротуары в жилых районах;
/2—тротуары в торговых рай-
онах; 13—железнодорожные сор-
тировочные станции; 14—пасса-
жирские морские причалы; 15—
продолжительное чтение книг;
16—чтение газет; 17—общее
Уличное освещение; 18—глав-
ные автострады; /9—дороги;
боковые дороги с ограни-
ченным движением; 21—пеше-
ходные переходы; 22—зона пог-
Рузкн аэропорта; 23—ангары
аэропорта; 24—стоянки аэропор-
та; 25—операционные
89
Рис. 28. Диаграмма эффектив-
ности генерации света:
/—Лунетта (солнечный свет нз
космоса); 2—термоэлектрическая
силовая станция (топливо); 3—
фотогальванический ИСЗ — ге-
нератор энергии (солнечная
энергия в космосе); 4—перспек-
тивный спутник (термоядерная
энергия в космосе); 5—эффек-
тивность 9% (при плотных об-
лаках); 6—средняя эффектив-
ность; 7—эффективность 64% в
ясную ночь; 8—отражательная
способность 90%; 9—эффектив-
ность 3% для ртутной лампы;
10—эффективность передачи
энергии 31%: //—эффективность
термоэлектрического преобразо-
вания 33%; /2—эффективность
выхода световой энергии 0,64 и
1,4%; 13—эффективность пере-
дачи энергии 6,2 и 14.3%: 14—
эффективность выхода электро-
энергии (выход на шине преоб-
разователя) 7 и 15%
некоторые особые обстоятельства: спорт на открытом воздухе и ра-
боты, эквивалентные продолжительному чтению).
Лунетта представляет собой осветительную систему весьма вы-
сокой эффективности (рис. 28). В ясную ночь ее осветительная эф-
фективность будет достигать 64% от первоначальной световой
энергии, обеспечиваемой рефлектором в космосе. Средняя эффек-
тивность лежит в районе 30%, завися в некоторой мере от време-
ни года и района. Минимальная эффективность составит около
9%—при тяжелом, непроницаемом облачном покрове. Для срав-
нения:. термоэлектрическая (например, нефтяная) электростанция
дает выход ,в форме света приблизительно 3% от первоначальной
химической энергии топлива. ИСЗ — генератор энергии с кремние-
выми фотогальваническими солнечными батареями имеет освети-
тельную эффективность порядка 0,64%. Даже для перспективного
ИСЗ — генератора энергии, базирующегося на мышьяково-галлп-
евых солнечных батареях так же, как и для преобразовательной
системы с термоэлектрическим циклом Брайтона, или термоядер-
ной магнитогидродинамической системы световая эффективность
едва ли больше 1,4%, что легко показать, исходя из расчетной эф-
фективности составляющих элементов каждой из этих преобразу-
ющих систем.
Одно из важных преимуществ Лунетты заключено в относитель-
но высокой эффективности преобразования радиационной энергии
Солнца в видимый свет. Эквивалентная энергия светового потока
(при Л = 0,556 мкм) составляет 621 лм на 1 Вт. При номинальной
освещенности земной поверхности солнечным светом /® =
= 108 000 лк радиационная энергия, достигающая поверхности
Земли, равна 1,07 кВт/м2, что при стопроцентной эффективности
преобразования радиационной энергии в свет соответствует
644 000 лк. Соответственно, эффективность преобразования сол-
нечной энергии в свет равна около 0,168 или порядка 101 000 лм на
90
1 кВт. Для сравнения: высокоэффективная ртутная дуговая лампа
в 1 кВт дает световой выход порядка 65 000 лм на 1 кВт.
Следовательно, 1 км2 поверхности рефлектора в ясную ночь
излучает к Земле 621 ООО-106-1,07-0,168= 1,116-1011 лм.
Для того чтобы создать тот же световой поток с помощью ду-
говой лампы, потребуется электрическая мощность 1,72 ГВт. '
Принимая, что энергопотребление с целью освещения нужно
в течение чуть более половины общего времени года, получим, что
1 км2 площади рефлектора для условий ясной ночи обеспечивает
эквивалент по выработке электроэнергии в 0,9 ГВт-год.
А чтобы произвести столько электроэнергии, придется сжечь
около 1,9 Мт нефти. Даже если принять 0,5 ГВт-год электроэнер-
гии для средних условий облачности за год, эквивалент останется
достаточно весомым. Соответственно, как средство освещения при
средних условиях облачного покрова 1 км2 площади рефлектора
эквивалентен 50 км2 принимающей площади фотогальванического
ИСЗ-генератора энергии или около 23 км2 — для перспективного
солнечного ИСЗ-генератора.
Разумеется, Лунетта обеспечивает рассеянное наружное осве-
щение, но не пригодна для освещения внутренних помещений или
для локальной подсветки в форме светового пятна, как это имеет
место в случае лампы. Интенсивность освещения внутренних объ-
емов определяется требуемой освещенностью для выполнения со-
ответствующих специфических работ (на улицах, на судострои-
тельных заводах, дамбах, в доках и т. п.). Таким образом, Лунет-
та наиболее пригодна в тех случаях, когда требуется освещение
больших площадей.
Соответственно имеются четыре широких области использова-
ния Лунетты (рис. 29): освещение городов, подсветка удаленных
индустриальных объектов, освещение сельскохозяйственных райо-
нов, и, если потребуется, освещение районов, где произошли зем-
летрясения и другие стихийные бедствия.
Обслуживание Лунеттой больших урбанизированных районов
и столичных областей обеспечивает более высокие качества осве-
щения, снижая энергопотребление традиционных осветительных
систем. Создается также возможность дублирования освещения
при недостатке топлива, при авариях на электростанциях и в элек-
тросетях, при экономии электроэнергии, а также при сильных тума-
нах. Подсветка сверху районов, покрытых туманом, за счет рассе-
яния света при проходе через туман увеличивает яркость освещен-
ного грунта в затуманенной области, повышая тем самым види-
мость в тумане, что особенно важно в период перехода от ночи —
fi процессе рассвета — к дневному свету.
В городах, подобных Лос-Анджелесу, Чикаго или Нью-Йорку,
электро.потребление для наружного освещения составляет от 5
До 10 Вт-год на человека. Вероятно, эта цифра справедлива для
всех других аналогичных индустриальных городов. В развиваю-
щихся странах удельное энергопотребление (на одного человека в
Г°Д) для освещения в городах значительно меньше.
91
\Лунетта\
£
	Освещение городов
	Лучшая ос бе щеп- ною гпь(бо- леераВно- мерное и постоянное освещение)
	Снижение потребле- ния энер- гии
	Дублирова- ние освети- тельных злентросе- тей на слу- чай аварии, густых ту- манов и т.п
	Освещение отдаленных районов			Штатное осве- щение районов сельскохозяйст- венных работ
				—
Использование
природных ре -
сурсоВза. Север-
ным полярным
кругом
	Строительст- во больших соо- ружений 0 от- даленных райо- нах
Развитие
сельского
хозяйства
Освещение при
сель скохозяйст-
веннь/х работах
после захода I
Солнца
I____
Аварийное ос-.
Вещение (в рай-
онах стихий-
ных бедствий)
Ночное освеще-
ние при спаса-
тельных опера-
^циях (во время
землетрясе-
ний и т.п)
Освещение боль-
ших урбанизи-
рованных цент-
ров (Бостон-Ва-
шингтон, Сан.ра-
ме>‘то -Лос-А нд-
желес и т.п)
Освещение рас-
тущих' городов
Во многих стра-
нах
в Освещение, место-
нахождений неф-
ти,газа и мине-
ралов на Аляске,
В Канаде, Сибири,
В Баренцевом мо-
ре ив Северной
Атлантике
в Освещение стро-
ительства уда-
ленных крупных
комплексов (сол-
нечных и ядерных
энергостанций,
плотин, силовых
линий электро-
переда чи, трубо-
проводов и т. п)
•	Освещение с целью
снижения времени,
обработки полей
между сбором уро-
жая и последующим
сеВом (создание
мног ауроне а иного
годичного цикла)
в Освещение с целью
долее эффективно-
го использования
сель хоз те хна к и
•	Освещение с целью
ускорения сбора
урожая в случае
предск а занного
ухудшения локаль-
ных погодных ус-
ловий
Рис. 29. Структурная схема использования Лунетты
Согласно оценкам,
стран, на начало 1975
выполненным ООН для развивающихся
г. жило в урбанизированных районах
среднем населении одного города в 20 000 жителей или больше
около 819 миллионов или порядка 30% всего населения. По прог-
нозам,
к 2000 году количество городских жителей
возрастет при-
мерно до 2200 миллионов человек (порядка 42% от общей числен-
ности человечества). Таким образом, городское население только в
развивающихся странах к началу третьего тысячелетия может
размещаться в 230 урбанизированных районах, каждый из которых
будет вмещать до 6 миллионов человек. В современном мире урба-
низированные районы, как правило, имеют недостаточное освеще-
ние. Это создает большую потребность в использовании новых ос-
ветительных систем, в особенности таких высокоэффективных, как
Лунетта. Если организовывать наружное (уличное) освещение
всех этих новых городов с помощью традиционных электросетей,
даже при полуголодном пайке в 5 Вт-год в год на человека (что
соответствует среднему освещению района менее чем одной полной
Луной), потребуется ежегодное потребление электроэнергии в це-
лях освещения порядка 7 ГВт-год. Чтобы несколько замедлить
92
процесс урбанизации — по крайней мере, до уровня, обеспечиваю-
щего приемлемое соответствие между проникающей в города ра-
бочей силой и городскими возможностями поглотить этот поток за
счет экономической работоспособности городского хозяйства, — не-
обходимо организовать развитие сельских районов. Ночное осве-
щение — один из главнейших компонентов обслуживания в таких
сельских местностях (недостаток ночного освещения в сельских
районах развивающихся стран сегодня является печальным фак-
том ).
Ночной свет Лунетты может ускорить реализацию больших ин-
дустриальных проектов в далеких, «глухих» районах или в высо-
коширотных областях, где так растянута полярная ночь. К числу
таких крупномасштабных проектов принадлежат: добыча нефти,
газа и минеральных руд за Северным Полярным кругом, трубо-
проводы большой протяженности, протяженные линии электропе-
редачи, телеуправляемые ядерные энергокомплексы или солнечные
силовые электростанции. В таких больших проектах уменьшение
общих затрат на 10—20% эквивалентно сбережению десятков или
даже сотен миллионов долларов.
Например, в районе Шпицбергена Солнце светит 134 дня в год,
сменяясь 127 днями полной темноты, с двумя периодами в 54 и 50
дней между ними, когда имеет место обычный суточный цикл с рас-
светами и сумерками. Между Северным Полярным кругом и 70°
северной широты разведаны богатые запасы нефти, природного га-
за и осадочных минералов. Под дном Варенцова моря и Северно-
го Ледовитого океана обнаружены еще большие запасы нефти и
газа между 70 и 80° северной широты.
Однако высокие широты — районы с четкой тенденцией к плот-
ному облачному покрову в течение длительных периодов времени.
На рис. 30 показана обзорная картина среднегодовой облачности
в дневное время для всего Земного шара (верхняя схема). Можно
заметить, что на высоких широтах плотность облачного покрова
над океанами превосходит ее величину над сухопутными района-
ми. Район со средней облачностью в 50—75% простирается особен-
но далеко на Север над материком Евразии. Важно, что в зимние
месяцы средняя облачность над Северной Америкой и Евразией,
исключая области с морским климатом '(Аляска, Западная Евро-
па), имеет минимальный уровень, как это видно на рис. 30 (ниж-
няя схема). Условия также благоприятны весной и летом и срав-
нительно менее благоприятны осенью — особенно в Северозапад-
ных и Северовосточных районах Северной Америки.
Уровень освещенности порядка 100 ПЛ (полных Лун) представ-
ляется вполне достаточным для многих видов сельскохозяйствен-
ных работ. Возможность обрабатывать поля до восхода и после
захода Солнца при лучшем использовании дорог в ночное время —
важный компонент развития сельских районов, особенно в связи с
модернизацией и интенсификацией сельского хозяйства. Существу-
ю%три ЛИнии интенсификации: лучшее обслуживание отдаленных
районов, получение нескольких урожаев с межурожайным подсе-
93
V////A — от О до 50 °/с
вом, усовершенствование методов выращивания растений и живот-
ных. Первые две линии, особенно вторая, существенно выигрывают
при улучшении освещения.
В тропиках, где сезонные колебания температуры невелики,
можно получать до трех урожаев в год, что привело бы к утрое-
нию ежегодного выхода продукции с каждого гектара. Полиуро-
94
жайная система хозяйства требует лучшей ирригации и совершен-
ных дренажных устройств, более интенсивного внесения удобрений,
а также эффективных мер против болезней растений. Кроме того,
необходимо существенно снизить по сравнению с сегодняшним
уровнем время, необходимое для выращивания и сбора урожая, а
также период между сбором одного урожая и окончанием обра-
ботки земли под следующий урожай. Это, в свою очередь, требует
полной машинизации сельского хозяйства. Если же появится воз-
можность использовать сельскохозяйственное оборудование за пре-
делами нормального светлого времени суток, можно будет сущест-
венно повысить эффективность применения сельскохозяйственной
техники, сегодня в большинстве случаев распыленной между мно-
жеством хозяйств, а также укоротить период между двумя уро-
жаями.
Среди множества различных применений наиболее важно — по
крайней мере, с точки зрения гуманизма, — организовать ночное
освещение районов стихийных бедствий и мест, где выполняются
какие-либо спасательные операции. Как правило, катастрофы про-
исходят не в тех районах, которые хорошо освещены; а если уж
происходят — в особенности, землетрясения — то они разрушают и
более прочные объекты, чем осветительные сети и энергосистемы.
•А ночная темнота в районах бедствий Порождает хаос, увеличива-
ет число погибших и значительно затрудняет проведение спаса-
тельных операций.
При применении Лунетты для освещения урбанизированных
районов необходимо принимать в расчет несколько факторов, что-
бы это освещение было общеприемлемым и полезным. Прежде
всего, необходимо исключить чрезмерные вариации в уровне осве-
щенности (в яркости «светильника»). Освещение не должно соз-
давать глубоких теней, а это представляет особую проблему там,
где в изобилии имеются возвышенности или небоскребы. В треть-
их, необходимо исключить подсветку районов, не включенных в об-
служиваемую область и где освещение нежелательно (и восприни-
малось бы как возмущение, как нарушение привычного цикла); эта
задача стоит особенно остро в тех ситуациях, когда угол подъема
рефлектора становится равным предельному (еит^ЗО0), ниже ко-
торого рефлектор уже не может рационально использоваться, а
световое пятно на поверхности Земли приобретает искаженную, эл-
липтически-вытянутую форму. Яркость такого «паразитного» пят-
на должна быть сделана как можно меньшей.
Подобные нежелательные характеристики с высокой вероятно-
стью будут обнаруживаться в тех случаях, когда для освещения
определенной обслуживаемой области применяются единственный
большой рефлектор или рой тесно связанных рефлекторов, за ко-
торыми следует другой рой,— в момент покидания первым роем ду-
ги в пределах е^ЗО0. Чтобы создать Лунетту, чьи характеристики
как осветительной системы исключают, насколько возможно, наз-
ванные нежелательные черты, придется рой рефлекторов растя-
нУть: распределить его равномерно по дуге, определяемой величи-
95
ной gum (предельного угла подьема рефлектора)
Таким
путем
иск-

лючаются бреши в системе освещения. Рои сливаются в последова-
тельность индивидуальных отражающих единиц (или суброев).
Каждая единица занимает 360°/«и- Число единиц (или суброев) в
рее, если / — потребная угловая дистанция между частями роя,
определяется из выражения:
пи___29
«с X
где /ги — число суброев или единиц в рое; пс — число роев.
Так, если 20 = 66° и %=12° имеется пять единиц на один рой или
всего тридцать отражающих единиц на орбите. Общая отражаю-
щая поверхность такой системы есть произведение площади инди-
видуальной отражающей единицы на число таких единиц (или суб-
роев) на орбите (пи.орб)-
Учитывая приведенные соображения, можно сформулировать
следующее положение: для оптимизации свойств осветительной
системы, особенно в городских условиях, распределение рефлекто-
ров целесообразно осуществлять не на одной орбите, а на двух или
трех. Эти две или три орбиты — при равных высотах и наклонени-
ях — должны быть повернуты вдоль по экватору на несколько гра-
дусов, т. е. они должны иметь различные долготы восходящих уз-
лов. При этом источники света распределяются не только в одном
измерении (вдоль орбиты), но и во втором измерении (в попереч-
ном относительно первой орбиты направлении).
Это
иллюстриру
ется на рис. 31. Слева изображены три последовательных прохода
над некоторым городом в пределах ограничений по углу подъема
рефлектора (в случае одной орбиты). Правая часть показывает
Рис. 31. Схемы орбит Луиетты:
а—однотрассовый вариант (1, 2, 3—последовательные трассы); б—график сдвига восходя-
щих узлов для трехтрассового варианта; e-т-трехтрассовой вариант {la, lb, Ic, 2а, 2b, 2с, За,
3b, Зс—трассы; а, Ь, с—«суборбиты»)
96
случай, когда единственная орбита «расщеплена» на три — общее
количество рефлекторов распределено на трех близких орбитах.
При условиях, показанных слева, в течение первого прохода
рефлекторы освещают столичную область серией лучей (потоков
света), приходящих на землю последовательно: с юго-запада, юга
и востока, главным образом, с юга. В течение второго прохода, тре-
мя часами позже, те же самые рефлекторы освещают город с запа-
да, севера, востока. На третьем проходе освещение идет с запада,
юга и юго-востока.
В трехорбитном варианте район освещен значительно равномер-
нее: в течение первого прохода — с севера, юга, востока и запада.
Это остается справедливым и для следующих проходов тех же са-
мых рефлекторов над столичной областью тремя и шестью часами
позднее.
Фактически, в течение располагаемых 6 ч, обеспечиваемых тре-
мя проходами рефлекторов через кондиционно освещаемую об-
ласть при одноорбитальной схеме размещения, трасса 1 (на рис.
31, а) постепенно переходит в трассу 2, которая так же постепенно
превращается в трассу 3. Но только в двух частных случаях реф-
лекторы проходят через зенит центра столицы, и в эти моменты за-
тенение от строений оказывается минимальным. В трехорбитном
варианте происходят такие же постепенные изменения, но сдвиги
по направлению потоков света здесь существенно уменьшены.
Здесь в течение располагаемых 6 ч обслуживаемая область всегда
освещена более равномерно со всех сторон.
На рис. 32 показана трехмерная картина условий в ходе второ-
го прохода при трехорбитном варианте. Разбиение единственной
орбиты на три не добавляет общей освещенности, но зато обеспе-
чивает лучшее распределение освещения. Общая отражающая по-
верхность теперь распределяется между тремя орбитами, Однако в
ботС' 32' Пространственная схема трехтрассового варианта Луиетты (светлые Кружки — ра*
тающий рефлектору 8>8lim; черные кружки — неработающий рефлектор, ^<Ецт; £=Э0°—
зенит)
4	2694
97
данном случае становятся более сложными ремонт и профилакти- |
ка установок (из-за большего числа функциональных орбит и уве- |
личения количества рефлекторов при уменьшении их размеров). 1
Уменьшенные размеры единичного рефлектора вызывают неко- Я
торое увеличение общей массы системы (см. рис. 26). С другой Я
стороны, при этом легче наладить производство нужного количе- Я
етва маленьких стандартизованных рефлекторов, что обеспечит 1
снижение их общей стоимости. Отказ какого-либо одного рефлек- Л
тора или его «остановка на ремонт» и профилактическое обслужи- Л
ванне при многоорбитной схеме меньше сказываются на общей )
картине освещения. Даже при большой общей отражающей поверх- ,
ности такая многоорбитная схема остается хорошо совместимой с )
транспортными возможностями МТКС «Спейс Шаттл».	)
Хотя при таком подходе рои исчезают, в ряде случаев мы будем i
продолжать пользоваться этим понятием — для удобства рассуж- |
дений. Общая отражающая поверхность Аг, распределена ли она !
на одной или на нескольких синхронизованных орбитах, определи- J
ется требуемыми условиями освещения. Это положение иллюстри- «:
руется следующим примером, для которого весьма большая обслу- ;;
живаемая область выбрана с учетом интернациональных сообра- 1
жений.	1;
Наибольший комплексный мегалополис в США — это северо-
восточный коридор, который окружает столичные центры от Босто- ,
на до Вашингтона и Ричмонда, именуемый часто ленточным горо- '
дом Босвашем.
Если принять среднее энергопотребление в целях уличного ос- 1
вещения в 7,5 Вт-год на одного человека в год, то как видно из |
рис. 33, средний уровень освещенности в этой области составляет ;
всего около 1,3 ПЛ. Разумеется, это освещение не является равно- ;
мерно распределенным. Общая отражающая поверхность (в км2)
для соответствующей Лунетта — системы следует из выражения:
д — z V А‘ А*’ ПсП°
ImVml -Д Al 326,9
где As> — площадь обслуживаемой области (площадь района, под- 
лежащего освещению); пс — число роев на субсинхронной орбите,:)
потребное для обеспечения двенадцатичасового периода освеще-|
ния; п0 — число орбит, потребное для компенсации прецессии. Я
Для трехчасовой орбиты с наклонением 40° скорость прецессии^
<0=1,31° в день. Для освещения при ограничении по углу подъема '
рефлектора е«^30° требуемые характеристики системы описаны
ранее при рассмотрении рис. 21. Однако с целью снижения вариа-
ции в освещении здесь следует признать необходимым организо-
вать 7 роев, соответственно кругу для е = 40°, Аг7А0 = 2,46 и диамет-
ра кондиционно освещаемой области 20 =44,9°. Потребны две
^орбиты с наклонением в 60°, чтобы гарантировать нужные характе-
ристики полного ночного освещения.
08
рис. 33. Схема мегаполиса Босваш и диаграмма
площадей Лунетты:
мегаполис площадь 165 760 км2, население 46,6
млн. пел., средняя плотность населения на 1 км2—
281 чел., потребление электроэнергии для улично-
го освещения на одного человека в год 65,7 кВт*ч.
средняя освещенность района 0,137 лк; б—диаг-
рамма (данные следующие):
Вариант Лунетты
Сидерический период, ч
Площадь Лунетты, км2
Количество орбит
Наклонение 1,°
Освещаемая площадь,
тыс. кмр
1	2	3	4
3	3	12	24
1084	387	70	31
7	2,5	3	1
40	125	45	'	0
100	100	133	166
При названной скорости прецессии данная орбита оборачива-
ется вдоль по экватору (т. е. восходящий узел делает один оборот)
за 275 дней (прецессионный год) и проходит через кондиционно-
освещаемую область за 34,3 сут.
Таким образом, для поддержания ночного освещения в течение
всего прецессионного года потребуется 7 орбит (по= (2,75/34,3) —
—1 = 7). примем далее Л7-/Ло~2,5 (Ло= 1190 км2), As,/Ai^33 (учи-
тывая, что не вся область полностью городская). Тогда для Шт~
= 200 ПЛ (о) общая площадь отражающей поверхности должна
быть Аг= 1084 км2, то есть 180,7 км2, на одну орбиту или 25,8 км2
иа один рой. Такая большая площадь Аг получается в силу не-
скольких причин.
Наиболее существенная частная причина состоит в том, что об-
служиваемая область (Бостон—Вашингтон) намного превышает
размеры светового пятна, даваемого единичным рефлектором на
трехчасовой орбите. Для меньшей обслуживаемой области Аг бу-
дет, естественно, меньше (например, если принять столичную об-
ласть в 1500 км2, потребная общая площадь рефлекторов снизится
Д° 31 км2). Другими словами, высота орбиты должна выбираться
так, чтобы световое пятно было сопоставимо с областью, подлежа^
Щей освещению. Для мегаополиса Босваш наиболее подходящей
следует признать геостационарную орбиту. Принимая для эквато-
риальной геостационарной орбиты Дг-/Д0=1,6, если освещать об-
ласть около 40° широты; As/Ai — \, nc=i, «0=1, получим, что для
освещенности / = 200 ПЛ потребуется Аг=31 км2.
4*	99
Вторая существенная причина — прецессия. При солнечно-син-
хронном методе ее .компенсации наклонение для трехчасовой орби-
ты должно быть 125,2°; следовательно, максимальная широта, пе-
рекрываемая в данном случае Лунеттой, будет равна примерно
55°. Соответственно, осветительные элементы Лунетты проходят че-
рез кондиционно освещаемую область под более крутым углом -ф
(см. рис. 18), чем это было бы при максимальной широте в 40°. Та-
ким образом, потребуется несколько дополнительных роев на тре-
тьей орбите, помимо тех, что требуются на двух орбитах с накло-
нением в 40°, чтобы гарантировать полное ночное освещение.
При этом добавляется не более 2,5 компонентов роев, вместо семи
прямых орбит, -потребных для обеспечения As,IAi = 33. Тем самым
потребная общая площадь рефлекторов Аг снижается до 387 км2
или до 36%, при той же самой освещаемой области. Это исключа-
ет надобность в рефлекторах общей площадью около 700 км2 или
на 50% уменьшает выводимую на ССО массу. Если же нужно ос-
вещать область площадью в 1500 км2, то общая площадь рефлек-
торов может быть уменьшена до 11,2 км2.
При первом подходе (Дг=1084 км2) показатель использования
каждой орбиты весьма невысок: над кондиционно освещаемой об-
ластью каждая орбита находится всего лишь 34 дня из 275 дней
своего прецессионного года. Коэффициент нагрузки при этом будет
всего лишь равен 0,14.
При втором подходе, ретроградные орбиты дают значение этого
коэффициента, по меньшей мере, 0,40.
Вдобавок, каждый из семи роев имеет низкий показатель ис-
пользования (^0,14), поскольку каждый рой находится в работе
только менее 0,43 ч за виток. «Безработные» рефлекторы могут
быть задействованы либо путем направления их световых пучков к
•функционирующему в данный момент рою (это можно назвать
 цепной передачей) или же путем обслуживания нескольких обла-
стей на поверхности Земли.
Цепная передача радиации схематически показана на рис. 34.
Слева показан типичный «шнурок» рефлекторов, расположенных
так, чтобы исключить те нежелательные черты осветительной сис-
темы, о которых упоминалось выше.
Цепная передача радиации использует рефлекторы при углах
подъема, превышающих предельный (ецт), а также соседние реф-
 лекторы с меньшими или отрицательными углами подъема — пере-
давая их отраженный свет рефлекторам с углами подъема, превос-
ходящими предельное значение ецт- Однако из схемы на рис. 34, б
'явствует, Что реализация этой идеи невозможна, если мы распола-
гаем лишь простыми рефлекторами. Рефлекторы 4*, 5*, 6* нахо-
дятся при углах подъема, превосходящих ецт; рефлекторы 3* и
7* — при е = ецт; рефлекторы 1, 2, 8, 9 имеют угол подъема меньше
предельно допустимого. Если рефлектор 1 «отпасовывает» свой от-
раженный солнечный свет к рефлектору 2, то последний должен
занимать расчетную позицию RR— чтобы передать полученную
радиацию дальше — к рефлектору 3. В позиции RR рефлектор 2 не
йОО
Рис. 34. Схема «цепной» передачи
света:
может добавить непосредственно к освещению обслуживаемой
области свой собственный отраженный свет, ибо для этого он дол-
жен бы занять иную позицию, а именно SS. Таким образом, если
рефлекторы /, 2 и 3* находятся в своих частных позициях RR, это
означает, что рефлектор 4* просто получает солнечный свет от реф-
лектора 1 — свет, ослабленный множеством отражений и рассеяни-
ем луча в угле 0,0093 рад. Это, конечно, в известной мере снижает
ценность идеи цепной передачи радиации.
Чтобы достичь цепной передачи радиации от серии рефлекторов,
индивидуальные рефлекторы должны состоять из трех частей: а, Ь
и с, которые способны по-разному устанавливаться друг относи-
тельно друга. На рис. 34 показана такая адаптируемая модульная
конфигурация рефлектора (здесь, разумеется, иллюстрируется ско-
рее принцип, чем предлагаемая конкретная конструкция). Предпо-
лагается, что отраженный свет и непосредственный солнечный свет
должны быть переправлены от рефлекторов 1, 2, 3* к 4*, а также
симметрично — от 9, 8 и 7* к 6*. В этом случае рефлекторы 3* и
более не иррадируют непосредственно обслуживаемую область и
вследствие этого далее рассматриваются как 3 и 7. Таким образом,
как показано на рис. 34, б, модули а и Ь, рефлектора 1 отражают
солнечный свет непосредственно на модуль с (того же рефлекто-
ра 1), который передает его (за вычетом потерь на рассеяние све-
тового потока) на модуль а рефлектора 2. Модуль Ъ рефлектора 2
'отражает на его модуль с непосредственно полученный солнечный
свет. Модуль с рефлектора 2 передает свет от 1а и Ь, а также от
к За. Модуль Зе, в свою очередь, перепаоавывает на рефлектор
101
4* свет от la и b, 2а -и b и ЗЬ. Рефлекторы 1, 2, 3, 9, 8, 7 входят
в цепную схему передачи радиации. В рефлекторах 4*, 5* и 6* мо-
дуль с поставлен в одну линию с модулями а и b — чтобы создать
значительно (больший по площади рефлектор двухмерной * конфи-
гурации. .
Прежде чем попасть на рефлектор 4*, солнечный свет от -реф-
лектора 1 прошел через шесть отражений: от 2Ь — через четыре и
от ЗЬ — через два отражения. Включая финальное отражение от
4*, световой поток от рефлектора 1 уменьшается до 0,87 при инди-
видуальной отражающей способности, равной 0,98, или до 0,48 при
отражательной способности менее 0,9. Если не будет никаких по-
терь из-за рассеяния луча, свет, полученный рефлектором 4*, ис-.
ходя из светового пучка, запасенного рефлектором площадью Аг,
равен тому, что дает сумма модулей а, Ь и с:	;
/=4е‘'+-г^_2+е''~4+---+е3)’
• « « *
где q — отражательная способность; i=2n—I; п—-общее число
включенных в цепь рефлекторов.
В приведенном примере п=4, откуда:
/=4е7+4-е8+е3-
о	о
Это дает конечный выход освещенности /=1,19 для р = 0,98 и
/=0,76 для q = 0,90. Другими словами, если 0 = 0,90, рефлектор 4*
даже не получает эквивалентный одной полной поверхности реф-
лектора солнечный свет из-за цепной передачи тремя рефлектора-
ми. Поэтому для цепной передачи требуется весьма высокая отра-
жательная способность. Это, в свою очередь, «выдает мандат» нат-^
риевому покрытию поверхности рефлектора в космосе.	|
При отражательной способности 0,98, что для натрия представ-’
ляется вполне достижимым, рефлектор 4* получает на 19% больше
света, чем он получил бы непосредственно от Солнца. Правда, это
достигается ценой значительного усложнения конструкции рефлек-
тора. Но упомянутый выигрыш (в 19%) может быть потерян из-за
расхождения светового пучка. Однако такие потери не обязатель-
ны, по крайней мере, теоретически. При диаметре рефлектора d
ширина луча на дистанции 5 будет Z = t/+0,00935.
Если рефлектор сфокусирован на расстоние 5, то Z = 0,00935.
Соответственно, если Z—d, теоретически отсутствуют потери j
из-за расхождения луча. Это требование определяет длину хордьи
между рефлекторами, растянутыми вдоль орбиты:	|
5(z=d) = -^- = 107,53г/.	(13)1
Другими словами, для 5=1000 км, d должно быть порядка
10 км; при этом площадь рефлектора будет 78,5 км2. Для рефлек-
* Т. е. плоский рефлектор, а не пространственно-распределенный по отдель-
ным модулям, как это имеет место для рефлекторов 1, 2, 3 и др, (прим, перев.).
1Р2
Рис. 35. Трассы для обслуживания осветительной системой областей с крупными городами:
д—ПрИ (=4(Г_и к'=3,41 °/сут (сплошные кривые) и (=50° и ®=2,86 °/сут (точечные кривые);
Тсид=2 ч; г-1,26; е=30,8°; 0-16,2°; А;/Ао=4,86; (0=О,18 ч; б—прн (=40° и ш=1.31°/сут;
тсид=3 ч; ~=1,656; 8=31,5°; 0-27,5° Л4/Д0=3,61; /0=О,46 ч ((—Гавайи; 2—Сан-Франциско;
3—Лос-Анджелес; 4—Хьюстон; 5—Нью-Йорк; 6—Лондон; 7—Ленинград; 8—Москва; 9—Анка-
ра; (0—Рим; 11—Париж; 12—Мадрид; 13—Пекин; 14—Токио; 15—Сидней; 16—Кейптаун; 17—
Буэнос-Айрес)
тора с размерностью, нужной Лунетте, эти величины должны быть
много 'больше. Для квадратного рефлектора с площадью 0,1
или 1 км2 дистанцию, обеспечивающую отсутствие потерь, следует
уменьшить до 38,4 и до 121 км соответственно. Трехчасовая ор-
бита имеет длину окружности в 66 363 км, следовательно, исходя
из двух названных дистанций, рефлекторы должны распределить-
ся через 0,21 и 0,66°. Хотя это и не является невозможным, удер-
жание в нужном строю 1715 или даже 546 рефлекторов — сложная
задача.
Самый главный вывод сводится к тому, что цепная передача ра-
диации требует включения огромного числа отражений, чтобы зас-
тавить работать хотя бы скромную часть общей площади отража-
ющей поверхности системы. А большое число отражений снижает
интенсивность светового потока даже при отражающей способно-'
сти 0,98 и требует чрезмерно точной расстановки на орбите десят-
ков рефлекторов.
Лучшей альтернативой представляется обслуживание освети-
тельной системой более чем одной урбанизированной области. На
Рис. 35 показана серия урбанизированных районов, расположен-
ие
ных между 30 и 60° широты. Очевидно, что надлежащий выбор op- -1
биты предоставляет возможность объединить обслуживание горо- 1
дов в США, Южной Африке и Дальнего Востока; города .в Ев- Я
ропе и на западе СССР — с урбанизированными областями в Юж- JJ
рой Америке и в Австралии.	«
S.4.2. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЛУНЕТТЫ	’ Я
Лунетта снабжает, светом непосредственно. Наземные осветитель-
ные системы в качестве промежуточной ступени в цепи преобразо-
ваний от источника энергии до видимого света требуют электро- i
энергии. Следовательно, для Лунетты затраты на один лм-ч (т. е.
стоимость обеспечения светового потока в один люмен в течение Л
одного часа) могут быть подсчитаны непосредственно, но их необ- 1]
ходимо выразить через стоимость электроэнергии для наземных ос- Н
ветительных систем.
Для наземных систем затраты на 1 лм • ч составляют:
___ Се + С г
'-'лм.ч	•	.	’
Т)Д
где Се — стоимость электричества для уличных систем освещения-
(Се = 0,04 ... 0,06 долл, за 1 кВт-ч); ц— коэффициент характери-
зующий эффективность преобразования электроэнергии в видимый
свет (для уличных систем освещения 1 кВт-ч соответствует 40—
65 клм-ч); А — коэффициент, характеризующий ухудшение харак-
' теристики лампы (обычно после 1,8—2,7 лет А = 0,7); Ст — допол-
нительные (расходы, Ст вызваны техническим обслуживанием ос-
ветительной системы.
Принимая (оптимистически) Се+Ст==0,07 долл, на 1 кВт-чШ]
т] = 50 клм-чи Д=0,7, получим СЛм.ч~2- 10-6 долл, на 1 лм• ч (налВ
земная система).
Затраты на 1 лм • ч для Лунетты:
Олм.ч =	+ ^1 + ^2,
где CD — компонент стоимости, выражающий затраты на научнс^И
исследовательские, опытно-конструкторские и испытательные рабо^И
ты при создании Лунетты (НИОКР); С\ — компонент стоимости, вь^Н
ражающий первоначальные капитальные затраты; С2 — компонентой
стоимости, выражающий средние ежегодные текущие расходы.
Величина CD определяется формулой:	Я
С =	. Ю00.	(15Я
. D t\nkakl
Амортизационный период ТА может быть принят от 15 до 30
лет. Мы будем считать его равным 30 годам. Ап— среднее количе-
ство единиц Лунетты со средней величиной отражающей поверх-
ности Аи на единицу, которые необходимо поставлять на орбиталь-
ную линию ежегодно в течение всего периода ТА, L — это световая
энергия (лм-ч/год) на единицу отражающей поверхности (км2).
104
Можно ожидать, что за 30-летний амортизационный период (в хо-
де которого окупаются все затраты на НИОКР), по меньшей ме-
ре, около 5 км2 общей площади (МИДИ) будет доставлено на линию.
Затраты на НИОКР (ЕСциокр) по-видимому, не превзойдут двух
миллиардов долларов. Световая энергия L получается из выраже-
ния
L = L4LKf,	(16)
где £о — световой поток в лм на единицу поверхности лм/км2; tL —
время фактической работы (в ч) по световому обслуживанию в
год; К — показатель облачности (средний коэффициент уменьше-
ния светового потока из-за облачного покрова Земли); f — показа-
тель загрузки осветительной системы (доля общего времени tL дан-
ной единицы Лунетты, когда она полезно функционирует — за вы-
четом времени, потребного для ремонта и технического обслужи-
вания) .
Исходя из величины константы солнечного освещения в космо-
се 13,67 лм/см2 и К=0,79, получим общий световой поток, достига-
ющий поверхности Земли после прохода атмосферы со средней
прозрачностью £0= 108 Глм/км2.
Величина tL зависит от количества обслуживаемых районов
данной орбитальной Лунетта-системой. Если она составляет, по
меньшей мере, 0,25 года, то это эквивалентно 2200 ч. При f=0,9 ве-
личина £ = 0,97-10пДК; а величина CD=6,864-lO~2/tLK. Компо-
нент Ci определяется по формуле:
С1 = ---Z ХГ -Й-• 1000’	(17)
1 _/_LA A LAr
v + v
где г — доход на капиталовложения; С, — первоначальные капи-
таловложения (стоимость монтажа линейной Лунетта-системьц в
долл.); Аг — суммарная отражающая поверхность Лунетта-сис-
темы (км2).
В рассматриваемом случае принято, что Лунетта-система состо-
ит из семи роев на трехчасовой орбите. Эта система совместима с
возможностями МТКС «Спейс Шаттл», которая определяет транс-
портные расходы.
Для обеспечения уровня освещенности в подспутниковой точке
в 200а (ПЛ) в условиях ясной ночи номинальная отражающая по-
верхность рефлектора с натриевым покрытием должна быть равна
0,24 км2. Чтобы обеспечить полное освещение в 200а при угле подъ-
ема рефлектора е = 40° (29 =44,9°), его отражающая поверхность
Должна быть увеличена в 2,46 раза. Для среднего значения ф=140°
из уравнения (12) получаем количество роев на одну орбиту пс =
= 7,5, откуда площадь отражающей поверхности рефлекторов на
одной орбите будет 4,41 км2. Если принять отражательную способ-
ность q = 0,94 (вместо ее максимального значения 0,98), общая
105
Рис. 36. Круговая диаграмма (а) распределе-
ния затрат при создании Лунетта-системы-
(86,2 млн. долл. — непредвиденные затраты;
60 млн. долл. — затраты на конструкцию;
798 млн. долл. — затраты на изготовление,
транспортировку и операции (обслуживание)
на орбите; ГА=30 лет — амортизационный пе-
риод) и диаграмма (б) эквивалентной стоимо-
сти электроэнергии для освещения:
(/—наземная станция, 2, 3, 4, 5—Лунетта со-
ответственно для ясного неба, малой облачно-
сти, средней облачности и плотной облачно-
сти; /—компонент стоимости, выражающий
первоначальные капитальные затраты и их
возмещение; /7—компонент, выражающий еже-
годные текущие расходы). Данные системы:
Минимальный подъем £ит=40°; диаметр кон-
диционно освещаемой области 20 = 44,9°:
/Ц/.4о = 2,46 при £=40° (Ло=119О км2), 5 орбит
(трехтрассовый вариант), освещаемая область
на одну трассу 1.52 км2 (7.6 км2 суммарно)
(24 рефлектора на орбите; площадь рефлекто-
ра 0.063 км2, масса 1 км2 — 150 т, стоимость
1 км2 — 8 млн. долл.)
площадь отражающей поверхности на одну орбиту составит 4,6 км2.
Разделяя рефлекторы на три орбиты, получим на одну орбиту пло-
щадь отражающей поверхности, равную 1,52 км2. Принимая, что
на каждой из орбит три рефлектора всегда находятся в пределах
кондиционно освещаемой области, получим значение угловой ди-
станции между рефлекторами у» 15°, что соответствует 24 реф-
лекторам на одну орбиту. Тогда индивидуальная площадь отража-
ющей поверхности единичного рефлектора становится равной
0,063 км2, что соответствует квадрату со стороной в 250 м длиной.
Кондиционно освещаемая область имеет диаметр в 28, что соот-
ветствует примерно 45°.
Для рационального размещения трасс внутри обслуживаемой
области мы можем принять три орбиты, сдвинутые друг относитель-
но друга на угловую дистанцию в 8° (иначе говоря, угол между
восходящими узлами трех орбит будет равен AQ = 8C). Поскольку
при расщеплении на три орбиты рефлекторы распределяются на ду-
ге в 16°, отпадает надобность в двух опорных орбитах (т. е. в 6
трассах), чтобы обеспечить ночное освещение с ретроградной трех-
часовой орбиты. Потребны пять орбит, каждая «несущая» 1,52 км2,
общей отражающей поверхности, что обеспечивает распределение
на 32° вдоль экватора — по 16° с обеих сторон от центральной ор-
биты, чья плоскость обращена лицом к Солнцу. Тогда общая пот-
ребная площадь отражающей поверхности составит Аг = 7,6 км2,
включая 120 единичных рефлекторов (5X24). При стоимости 1 км2
площади рефлектора порядка 8 млн. долл, общие затраты на по-
стройку рефлекторов составят около 60,8 млн. долл. (Ср). Если
удельная масса поверхности рефлектора будет 150 т/км2, а транс-
портные расходы 700 000 долл, за 1 т, то общая стоимость монта-
жа рефлекторов на орбите составит 798 млн. долл. (Стр) (рис.
36). Поскольку наземные установки не нужны для такой системы,
как Лунетта, затраты на наземные элементы, представляющие со-
106
бой функциональную часть системы, отсутствуют (Соо=О). Стои-
мость обслуживающих, вспомогательных и обеспечивающих назем-
ных устройств и комплексов включена в непредвиденные расходы,
которые приняты равными 15% от суммы затрат на постройку
рефлектора и на монтаж его на орбите (включая стоимость транс-
портировки); таким образом (С\) =945 млн. долл.	$
При годовом фонде /у,=4400 ч величина	CD — —— -------,
Л
считая т=0,15, 7%=30 лет, получаем
С1= 3’37-10~- .	(18)
К
Средние ежегодные текущие расходы:
С2 = Оя-. 103.	(19)
В соответствии с ранее принятым значением f=0,9 10%' из 120
единичных рефлекторов с отражающей поверхностью 0,063 км2
каждый, то есть 12 рефлекторов, все время находятся в стадии тех-
нического обслуживания. Если вдобавок 15% общей массы долж-
но заменяться (восстанавливаться), а 20% общей массы — в виде
расходных материалов — должно непрерывно доставляться, и ес-
ли каждый единичный рефлектор дважды за 30-летний период
функционирования подлежит покрытию натрием в космосе, то не-
обходимо добавить дополнительные затраты общей величиной в
300 млн. долл, за 30 лет, или в среднем, Сот= 10 млн. долл, в год;
(при этом доставка всех необходимых грузов и техническое обслу-
живание все еще могут обеспечиваться М.ТК.С «Шаттл»).
Тогда:
С — 2’34'10~8
и общие затраты составят:
с _ 3,526-10-4
лм-ч	/С *	-
При эффективности преобразования электрической энергии в
световую в 50 000 лм.ч на 1 кВт.ч стоимость освещения наземными
осветительными системами (работающими на электроэнергии), со-
ответствующего освещению Лунеттой, составит
17,63
'-'е(осв)—	- •
Для районов с преобладающе безоблачным небом фактор об-
лачности К может быть принят равным единице в течение 60%
107
общего времени; /< = 0,6 в течение 20% времени, А=0,4 в течение |
15% времени и /С=0,1 в течение 5% времени. В этом случае сред-
ний электрический эквивалент затрат будет равен Се{осв)=31,9.
Для среднего района процентное распределение можно при-
нять таким: 40, 30, 20, 10%, что дает Се(ОСВ) = 42,3.
Для весьма о'блачного района процентное распределение такое:
20%, 30%, 30 и 20%, что дает Ср(осв) — 60,8.
Все эти расчетные цифры для Лунетты оказываются более низ-
кими, чем данные для наземных осветительных систем. Если Лу-
нетта обслуживает всего лишь две столичных области, то эквива-
лентная стоимость электроэнергии, приходящаяся на каждую из
двух областей, составит соответственно 0,016; 0,021 и 0,0304 долл,
на 1 кВт.ч.
Распределение основных урбанизированных районов (см. рис.
35) обеспечивает высокий показатель использования Лунетта —
системы на орбитах с наклонением в 30 и 60°. Если необходимо об-
служивать большее число городских или индустриальных районов,
прецессия уже не будет рассматриваться как недостаток. Будет
потребно большее количество орбит, но все они будут использовать-
ся наилучшим образом — на всем протяжении их прецессионного
года — чтобы освещать столичные, индустриальные или сельскохо-
зяйственные районы к северу от экватора. Основным «пробелом»
в Северном полушарии является Тихий океан. Однако в ходе пре-
цессии через этот пробел будут обслуживаться области в Южной у
Америке и Африке, с южной половины орбиты.	<
Большее число орбит будет увеличивать первоначальные капи-
таловложения. Но-меньшие транспортные расходы при доставке
на прямые орбиты плюс более высокий показатель использования
снизят стоимость освещения единицы площади обслуживаемой об-
ласти ниже цифр, приведенных выше. Транспортировка (включая
операции на орбите по монтажу и т. п.) преобладает в структуре
первоначальных капиталовложений, которые, в свою очередь, пред-
ставляют основную часть суммарной стоимости. Минимальная мае- Я
са отражающей поверхности и низкие транспортные расходы, в до- я
бавлепие к множеству «областей — подписчиков» (обслуживаемых 11
областей) — вот ключ к снижению стоимости освещения Лунеттой.
Перспективы для снижения стоимости наземного освещения, а так- ’1
же для повышения совершенства и качеств освещения благодаря
Лунетте представляются весьма неплохими.	Ц
5.4.3. УМЕНЬШЕНИЕ ПЛОЩАДИ СВЕТОВОГО ПЯТНА	Я
В ФОКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ ЛУНЕТТЫ	Я
При непосредственном отражении солнечного света минимальная fl
площадь фокального пятна неизменно связана с дистанцией между fl
рефлектором и поверхностью (на которую проецируется «изобра- fl
жение» Лунетты). Следовательно, площадь светового пятна может fl
быть больше обслуживаемой области, что по ряду причин может
оказаться нежелательным, так как будут подсвечиваться районы
108
вне обслуживаемой области (ими могут оказаться и населенные и
«дикие», например, заповедные районы). Может оказаться также
желательной комбинация преимуществ, обеспечиваемых использо-
ванием для Лунетты ГСО и меньшей площади светового пятна
в фокальной плоскости.
Кроме того, при освещении районов в высоких широтах может
оказаться желательным использовать эллиптические орбиты. Осо-
бенный интерес представляет эллиптическая орбита с наклонением
в 63,5°, поскольку ей свойственно отсутствие вращения большой
оси (т. е. ее апогей будет всегда оставаться над широтой обслужи-
ваемых областей) и поскольку эта орбита накрывает немало обла-
стей в Северном и Южном полушариях, освещение которых мо-
жет потребоваться с высокой вероятностью.
Рефлектор на такой эллиптической орбите значительно дольше
находится над полушарием, «обращенным лицом» к апогею, чем
над перигейным полушарием; однако размеры светового пятна в
этом случае существенно изменяются при движении рефлектора
по орбите.
Размеры светового пятна так же, как и вариации его абсолют-
ной площади, в случае применения эллиптической орбиты могут
быть значительно уменьшены с помощью двойного отражения
(рис. 37).
В этом случае, система включает два рефлектора: первичный,
обращенный лицом к Солнцу (ориентированный на Солнце), и вто-
ричный, ориентированный на Землю и обращенный к Солнцу ты-
лом.
Таким образом, размеры фокального светового пятна вторич-
ного рефлектора определяются угловым диаметром первичного
рефлектора, под которым он видится из вторичной системы. Разме-
ры систем и дистанция между ними должны быть так рассчитаны,
чтобы угловой диаметр (у) первичного рефлектора был меньше
109
углового диаметра Солнца (0). На рис. 37 две рассматриваемые
системы обозначены как «Кастор» (С) и.Поллукс» (Р).
Каждый из двух рефлекторов может быть как первичным, так
и вторичным. Вставка (вверху слева) на рис. 37 показывает, как
по очевидным оптическим причинам «ведущий» рефлектор (иду-
щий вперед по направлению движения на орбите) должен быть
первичным (т. е. ориентированным на Солнце) между вечерними
сумерками (позиция над вечерним терминатором) и полуночью.
Иначе говоря, в этом случае роль первичного рефлектора играет
Поллукс, а Кастор представляет собой вторичную систему. На ду-
ге орбиты между полуночью и рассветом первичным должен быть
ведомый рефлектор (С).
Перемена ролей должна происходить сразу же после полуночи
таким образом, что освещение обслуживаемой области не преры-
вается, а только слегка тускнеет на короткий период времени в
несколько минут. Вследствие этой перемены ролей желательно
сделать обе отражающие поверхности (рабочие поверхности реф-
лекторов С и Р) примерно равными. В данном случае, световой пу-
чок от первичного рефлектора имеет диаметр S0, превосходящий
диаметр вторичного рефлектора; Следовательно, плотность свето-
вого потока от второго рефлектора (и обеспечиваемая им освещен-
ность) уменьшается. Однако возможно световой пучок, проходящий
вне площади вторичного рефлектора, перехватить с помощью до-
полнительных отражателей, «вставленных» в первичный луч. Но
тогда обмен ролей между двумя отражающими системами при пе-
реходе точки полуночи уже не может выполняться также простым
путем, как в предыдущем случае.
При заданной площади отражающей поверхности площадь све-
тового пятна на поверхности Земли можно уменьшить за счет уве-
личения дистанции между рефлекторами С и Р; но при этом будет
происходить и одновременное уменьшение освещенности. Чтобы
сохранить потребный уровень освещенности, придется увеличивать
площадь отражающей поверхности вместе с ростом дистанции S.
(Это увеличение отражающей поверхности — цена, которую при-
ходится платить за уменьшение размеров светового пятна на по-
верхности Земли).
В результате трудоемкого, но принципиально элементарного
анализа найдено, что для заданного уровня освещенности на грун-
те произведение площадей отражающих поверхностей рефлекторов
Р и С (если выразить освещенность в единицах опорного лунного
уровня) должно быть:

Г(5, г)
(20)
где: 1 — освещенность на грунте; 7Т — освещенность одной ПЛ
(/т= 1о=0,107 лк).
ПО
F (S, r)=
1 + sin
'180 S*_\
2л r* /
Л г) г. Г	1 n
-7 п-4) s* I ('* - i)2 + 7- «*
(21)
где переменные имеют значения, определенные выше или разъяс-
ненные на рис. 38. Звездочка означает, что данная переменная вы-
ражена в единицах радиуса Земли (гоо = 6378 км).
Уравнения (20) и (21) выведены применительно к величинам,
показанным на рис. 37, основываясь на геометрии симметричного
отражения и принимая положение середины дистанции S на угло-
вом расстоянии в 45° от терминатора, в сторону полуночи, как по-
казано на рис. 38. Для асимметричных условий освещения, т. е,
для случая^ ОРС^=ОСР, геометрические соотношения сложнее.
На рис. 38 представлены результаты для уровня освещенности
на поверхности Земли в 10о. Видно, что уменьшение площади све-
тового пятна получается ценой весьма существенного возрастания
суммарной отражающей поверхности (которая удваивается по срав-
нению с ее значением, показанным на схеме внизу слева на рис.
33, поскольку ЛС = ЛР). Фактически сравнительно-с единственным
рефлектором суммарная площадь больше примерно в 700 раз. От-
ражающая поверхность изменяется пропорционально корню квад-
ратному из потребного уровня наземной освещенности (в о). Угол
Т
вторичного светового луча изменяется пропорционально о .
Рис. 38. Схема (а) и графики (б), (в), (г) симметричного двухкратного отражения [/^=100,
0p = Qc=0J9; А = 1 (ясное небо); =0,79; Г)=45°; Лр=Лс; ОРС=ОСР; 0=0,0093 рад]:
при TSJD=3 ч; 2—при	=	ч;3—при TSID=24 ч [Лр и Ас следует умножить иа 102;
г) на кривых 1, 2, 3 следует умножить соответственно на 10-6, 10-ю, Ю-и]
111
Таким образом, хотя и возможно уменьшить размеры светового
пятна оптическим путем — и даже легче, чем выбором более низ-
кой орбиты, — это становится практичным лишь после того, как
большие размеры единичных рефлекторов и низкие транспортные
расходы станут доступными и неизбежными условиями при реали-
зации концепции. Такие условия имеют место в связи с Биосолет-
той (см. ниже). Однако преимущества двойного отражения могут
быть полностью реализованы только в том случае, если необходи-
ма стационарная проекция светового пятна. Если же пятно дви-
жется, может оказаться более экономичным осуществлять это с
помощью единственного рефлектора на субсинхронной орбите. Сле-
довательно, если по каким-либо причинам части Биосолетты пот-
ребуется отклонять от их первоначального положения, нужно бы-
ло бы поместить Биосолетту на геостационарную круговую эква-
ториальную орбиту. Однако эта орбита может оказаться не самой
приемлемой для Биосолетты по причинам, изложенным ниже.
5.5.	СОЛЕТТА	(
Солетта обеспечивает высокий уровень потока солнечной энергии
в световом пятне. Она имеет четыре основных функции: 1) произ-
водство пищи (океан, суша); 2) борьба с заморозками; 3) надеж-
ное предсказание погодных' условий для сельского хозяйства;
4) генерация электроэнергии ночью с помощью солнечно-электри-
ческих станций). Первые три из них относятся к Биосолетте, пос-
ледняя— к Энергосолетте. Важно подчеркнуть, что три первых
функции Солетты не требуют никаких наземных установок. Разме-
ры Солетты лежат в диапазоне от тысяч до десятков тысяч квад-
ратных километров. Солетта состоит из большого количества реф-
лекторов, сфокусированных в общем световом пятне на поверхно-
сти Земли. Размеры рефлекторов не позволяют использовать двой-
ное отражение, да оно здесь и непригодно. Функции Солетты име-
ют смысл лишь в том случае, когда они применимы к обслужива-
емого области, сопоставимой по размерам с самой Солеттой. Осо-
бенно это относится к Биосолетте, которая, чтобы быть достаточно
эффективной, должна облучать тысячи квадратных километров,
если речь идет о суше, и в десятки раз большие площади, когда
речь пойдет об океане. Следовательно, Биосолетта должна быть на
геостационарной или же еще более высокой орбите. Энергосолетта,
которая является единственной из всех отражательных систем, тре-
бующей протяженных наземных установок, облучает меньшие, чем
Биосолетта, области (по крайней мере, на первоначальном этапе
своего развития), вследствие целесообразности удержания началь-
ных капиталовложений на приемлемо низком уровне и для обеспе-
чения более ранней доступности такой энергосистемы. Поэтому для
Энергосолетты более подходящей является трехчасовая орбита.
Ниже рассмотрены возможности как Энергосолетты, так и Био-
солетты. Здесь это делается впервые. Представлен также и эконо-
мический анализ обеих Солетт.
112
5.5.1.	ЭНЕРГОСОЛЕТТА
Цель рефлекторной системы Энергосолетты — добавить к регуляр-
ному потоку солнечной энергии дополнительный поток к наземным
солнечно-электрическим энергостанциям. Энергосолетта как бы
«перемещает» Солнце ночью, а также способна повысить вклад
солнечной энергии в дневное время. Подвод энергии ночью позво-
лит наземным электростанциям функционировать круглосуточно —
так, как будто бы они размещались в космосе (разумеется, зави-
симость от атмосферных условий здесь все-таки сохраняется).
Энергосолетта сделает доступным солнечно-электрический прин-
цип энергосистемы для стран с недостаточно изобильной инсоля-
цией, делая тем самым существенный вклад на длинном и труд-
ном пути улучшения климатических условий, не соответствующих
нашим представлениям об идеале.
Чем выше орбита, на которой монтируются рефлекторы, тем
их (или роев рефлекторов) нужно меньше, но тем большим стано-
вится наземное световое пятно. А поскольку Энергосолетта вклю-
чает наземные установки, вышерассмотренные взаимосвязи ведут,
в конечном счете, к зависимости размеров и стоимости этих на-
земных установок от высоты орбиты, ибо в противном случае зна-
чительная часть солнечной энергии без всякой пользы излучалась
бы в наземную окружающую среду. Это не только будет снижать
эффективность системы, но фактически будет увеличивать ее теп-
ловой выброс (т. е. повысит «тепловое загрязнение» атмосферы).
С другой стороны, из-за увеличения площади светового пятна и
числа наземных установок будут заметно возрастать начальные
капиталовложения. Выработка энергии должна быть очень боль-
шой (от сотен до тысяч ГВт-год), а эффективность и степень ис-
пользования рефлектора должна быть весьма высокой. Однако
масштабность проекта затруднит его быструю реализацию.
Двухчасовые и трехчасовые орбиты дают более подходящие
условия для введения в строй Энергосолетты, хотя и приведут к
некоторому ухудшению эффективности системы.
Для Энергосолетты очень важно предотвратить чрезмерные ва-
риации интенсивности освещения. Здесь эта задача важнее, чем для
Лунетты, поскольку процесс производства энергии наземным обо-
рудованием не так гибок, как человеческий глаз в случае освети-
тельной системы. Человеческий глаз, как и все другие органические
рецепторы, обладает способностью логарифмической адаптации к
вариациям уровня освещения, в то время как эффективность энер-
гогенерирующего оборудования (например, фотогальванических
батарей) резко падает, если уровень иррадиации падает слишком
низко. Эти соображения влияют на выбор ецт. Длина пути свето-
вого луча через атмосферу D, для данного угла подъема рефлек-
тора g следует из системы уравнений:
= гоо-ф(гс0 -фZ)0)2 — 2 (г00 -фDo) cos О',
,r ,п \	I 	(22)
S:=arccos ( 00 D—2- sin 0'k
113
где Do — длина вертикального пути через атмосферу (т. е. вдолы
радиуса круговой орбиты); 0' — угол при центре Земли между рая
диусом-.вектором, направленным к зениту, и радиусом, направ!
ленным к точке пересечения линий угла подъема в и круга с радия
усом, равным rQQ + D0 (рис. 39).	|
Принимая £>о=1ОО км, получим для трехчасовой орбиты прй1
8 «40° диаметр D, «150 км, а при в«30° диаметр De « 196 км.
На выбор величины 8цт влияют два обстоятельства: размеры
рефлектора и потери энергии как функция изменений длины пути
светового луча между зенитом и предельным углом подъема реф-
лектора вцщ. Для заданного числа рефлекторов большая конди-
ционно освещаемая область (меньший ваш) допускает большие
размеры единичных рефлекторов, а следовательно, меньшую общую
массу, что снижает транспортные расходы.
Если же площадь, приходящаяся на один рефлектор, падает
ниже 20 км2, образуется заметный массовый «штраф» из-за повы-
шения удельной доли массы вспомогательных систем, которыми
должен оснащаться каждый индивидуальный рефлектор. Что ка-
сается влияния длины пути светового луча, то для условий в совер-
шенно прозрачной атмосфере отношение уровня светового потока
(в лм) к интенсивности (силе) света (в международных свечах)
можно вывести из закона Алларда:
= (£)-’.	(23)
Это означает, что при самых наилучших условиях интенсив-
ность варьирует между 1,0 и 0,44 для кондиционно освещаемой об-
ласти при предельном угле подъема рефлектора ецт = 40° и между
1,0 и 0,26 при 8iim=30°. При тех же атмосферных условиях солнеч-
ная интенсивность меняется между
1,0 и 0,14 при 8 = 20° (длина пути
луча 266 км).
Для прозрачности атмосферы,
равной 0,7, отношение (23) можно
аппроксимировать так:
V’2,8; (1< — <3\ я
\D0 I \ d0 ) Я
(2|
В этом случае интенсивность иЯ
меняется между 0,7 и 0,23 для
= 40°; 0,11 для ецт = 30о и 0,05 для
811т = 20°.	1
Между углом подъема в 20р и зе.1
нитом Солнце обеспечивает в среДя
Рнс. 39. Схема определения расстояния, проходи-Я
мого лучом в атмосфере (г3—радиус Земли; cd—
-У<>; са-у; Da=H^Ttt; D = ba; Q' = <cofc)
114
Использование ретроресрлексии для Энергосолетты
с целью повышения выработки электроэнергии в дневное
Рис. 40. Схема использования ретрорефлексии для передачи энергии
нем 0,79—0,81 энергии, даваемой при ПС = 1 Энергосолеттой между
40° и зенитом при прозрачности атмосферы 0,7 и 1,0 соответствен-
но; для кондиционно освещаемой области, расширяемой до 30° уг-
ла подъема, отношения будут равны 0,9 и 0,93 соответственно. Так,
если Энергосолетта предназначена для дублирования вклада энер-
гии Солнца в течение ночи, необходимо обеспечить около 0,8 ПС
при eiim = 40° и 0,92 ПС при eziffi = 30°.
В табл. .6 показаны комплексные воздействия на степень ис-
пользования рефлекторов Энергосолетты высоты орбиты и ограни-
чении по углу подъема. Эти же параметры влияют на общую пло-
щадь отражающей поверхности Энергосолетты. Очевидно, что боль-
шая кондиционно освещаемая область (меньший еИт) экономит
площадь рефлектора, несмотря на штраф из-за необходимости
компенсировать более длинный путь светового луча через атмосфе-
ру. Соответственно растет эффективность использования рефлекто-
ра. Сравнение данных, соответствующих ецт = 60° для трехчасовой
и четырехчасовой орбит, показывает, что уменьшение ецт для мень'-
шей кондиционно освещаемой области более эффективно достига-
ется на более высокой орбите. Сравнение ецт = 30о и ецт = 60° для
трехчасовой орбиты показывает, что при шестидесятиградусной
схеме размещения должны функционировать три наземные энерго-
станции, чтобы экономически оправдать включение большей общей
отражающей поверхности.
В случае Энергосолетты при определенных условиях может ока-
заться весьма привлекательной одна частная форма цепной переда-
чи радиационной энергии, названная ретрорефлексией (рис. 40).
Применение Энергосолетты связано со значительной дневной ирра-
диацией, поскольку это увеличивает энерговыработку наземной си-
ловой электростанцией. Ретрорефлексия не страдает теми недостат-
ками, которые приводили к неэффективности и непривлекательно-
115
Таблица 6
Характеристики Энергосолетты для различных орбит и ограничений по углу
подъема рефлектора
Характеристика	Значение характеристики при сидерическом периоде, ч				
	2	3			4
Отношение радиуса орбиты к радиусу Земли Высота уо орбиты, км Площадь До подспутникового светового пятна, км2 Диаметр а0 подспутникового пятна, км Максимальный угол ецт подъема рефлек- тора, ° Отношение ДЕ (До при ецт Диаметр кондиционно освещаемой об- ласти 20, ° Максимальное время прохода через КОО, ч Время прохода прй ф=100'> и ф = 25°, ч Количество роев па орбите, ND Интенсивность освещения, ПС Площадь роя (при р = 0,94), км2 Общая отражающая поверхность на ор- бите, км2 Число трасс (при трех трассах через КОО — кондиционно освещаемую область) Угловое расстояние между орбитами, ЛЙ, ° Отражающая поверхность па одной трас- совой орбите, км2 Общая отражающая поверхность (на всех орбитах), км2 Угловая дистанция между рефлекторами на орбите, ° Количество рефлекторов на трассовой ор- бите Площадь единичного рефлектора, км2 Суммарное число рефлекторов (на всех трассовых орбитах) Количество рефлекторов, одновременно функционирующих над КОО Коэффициент использования рефлектора на одну КОО (отношение числа функцио- нирующих рефлекторов к их суммарному количеству)	1,26 1658 187 15,4 45 2,36 21,7 0,13 0,1 18 0,8 174 3132 9 5 1044 9396 5,54 65 16,1 585 11 0,019	30 3,86 57 0,54 0,41 6 0,92 1215 7292 4 И 2430 9723 12 30 81 128 15 0,117	1,656 4148 1190 38,6 40 2,46 44,3 0,423 0,323 9 0,8 1012 9,108 4 11 3036 12144 13,85 26 117 104 9 0,087	60 1,36 24,83 0,24 0,18 16 0,6 759 12,141 6 7 4048 24228 6 60 67,5 360 9 0,025	2,0 6380 2765 59 60 1,31 33,5 0,744 0,553 11,5 0,6 3070 35,302 3 11 11767 35302 10,9 33 475,5 99 9 0,091
сти ранее рассмотренной формы цепной передачи радиации. Поэто-
му она сопособна увеличить коэффициент использования рефлекто-
ров. Будут ли при этом какие-то навигационные сложности или нет
смысл применения такой схемы определяется расстоянием между
рефлекторами и потерями из-за того, что не весь отраженный назад
свет перехватывается приемными рефлекторами.
116
рис. 41. Схема солнечно-синхронных орбит для Лунетты
и Энергосолетты:
/—трехчасовая орбита; 2—двухчасовая орбита; 3—орбита
лнткнего предела (~1500 км): 4—орбита, иа высоте ко-
торой радиационное давление превосходит аэродинами-
ческое сопротивление (~1100 км); 5—орбита обслужива-
ния (550 км)
Из табл. 6 следует, что для небольшо-
го количества широко разнесенных на-
земных энергостанций наиболее привлека-
тельна трехчасовая орбита, поскольку
она должна быть солнечно-синхронной;
альтернатива — использовать большое
число наземных станций, чтобы сделать
всю энергосистему совсем нечувствитель-
ной к прецессии орбит.
Большой угол наклонения двухчасо-
вой солнечно-синхронной орбиты ограничивает ее полезность (рис.-
41). А шестичасовая солнечно-синхронная орбита нереализуемо
так же, как и четырехчасовая.
Необходимость монтажа большого количества рефлекторов оп-
равдывает создание обслуживающей станции на солнечно-синхрон-
ной орбите высотой 550 км (ниже радиационного пояса). Обслужи-
вающая орбита должна быть солнечно-синхронной, чтобы удержи-
вать фиксированное положение относительно трехчасовой солнеч-
но-синхронной орбиты. Если единичный рефлектор может быть сде-
лан достаточно легким, чтобы использовать световое давление сол-
нечной радиации в дополнение к электроракетной тяговой системе-
для приведения рефлектора в движение по направлению от Земли,
то этот единичный рефлектор следует сначала поднять на высоту-
около 1100 км, где аэродинамическое сопротивление из-за атмо-
сферного воздуха становится настолько малым, что не съедает
эффект светового давления.
. Наклонение солнечно-синхронной орбиты с высотой 550 км рав-
но 97,6°, что более благоприятно в смысле транспортировки гру-
зов с поверхности Земли на орбиту, чем в случае трехчасовой орби-
ты с наклонением в 125°. Разница в наклонениях компенсируется
в ходе межорбитального перехода. Непрерывная солнечная экс-
позиция обеспечивает обильный приток энергии для присоединен-
ной материалообрабатывающей фабрики. Эта фабрика будет про-
изводить сверхлегкие конструкции для рефлекторов, она же будет
выполнять работы по покрытию поверхностей рефлекторов натри-
ем, который легче алюминия, дешевле его и обладает более высо-
кой отражающей способностью; но в таких масштабах, какие пот-
ребны в пашем случае, он может обрабатываться только в космо-
се, где его отражательная способность не ухудшается из-за окисле-
ния кислородом.
Ретроградная трехчасовая орбита периодически погружается в;
протонный радиационный пояс и выходит из него. Протоны вызы-
вают появление шероховатостей на отражающей поверхности. Про-
ИТ
тоны пйзкой энергии могут захватываться материалом рефлектора 1
и создавать в поверхности раздела пластика и металлического пок- ’
рытия микроскопические водородные пузырьки. В масштабах длин"
световых волн эти пузырьки становятся вполне ощутимыми, что J
добавляется к постепенному ухудшению отражательной способно-,/
сти рефлектора.	'(
Скорость вырождения рефлектора в настоящее время не из-У
вестна. Отражающая поверхность вожет требовать перепокрытия
в интервале в 15 или в 8 лет. С другой стороны, протоны имеют
тенденцию >к нейтрализации отрицательных зарядов, которые реф-
лектор захватывает при движении вне протонного пояса.
Благодаря этому на поверхность рефлектора будет садиться :
меньше пыли, в меньшей степени снижая его'отражательную спо-
собность, чем на более высоких орбитах.	,
Поскольку установка дополнительных приемных станций на по-
верхности Земли вдоль трассы, проходимой рефлекторами, повы-
сит общий объем энергии, генерируемой всей системой, можно ис-
пользовать два роя, каждый из которых поочередно освещает од-
ну из двух обслуживаемых областей. В этом случае два принима-
ющих свет роя взаимодействуют в схеме интеррефлексии только с
рефлекторами на своей половине орбиты и поэтому потребуется
снабдить каждый рой дополнительными рефлекторами. Однако
затраты на создание второй станции будут меньшими, чем при
создании первой станции, так как теперь каждый рой несет двой-
ную вахту в течение каждого витка. Эта тенденция будет сохра-
няться и при дальнейшем увеличении числа наземных энергостан-
ций (обслуживаемых областей). Дополнительные рои должны раз-
мещаться между первоначальными. Таким методом можно обеспе-
чить постепенное наращивание объема производимой энергии при
повышении экономической эффективности всей системы, основыва-
ясь на годовых доходах от уже созданной части общей энергосис-
темы. Это существенно улучшает общую картину капиталовложе-
ний по сравнению с весьма большими Солеттами па высоких сол-
нечно-синхронных орбитах (хотя эффективность первоначальных
затрат растет с увеличением высоты).
С помощью ретроградной трехчасовой орбиты страны и райо-
ны, лишенные изобилия солнечной энергии, приобретут возмож-
ность установить свое собственное рукотворное «Солнце» для гене-
рации электроэнергии на земле. Поскольку лучшее покрытие обслу-
живаемых областей достигается в том случае, когда они размеще-
ны па широтах несколько меньших, чем соответствующая вертек-
су (^max = i) трассы данной орбиты, могут быть обслужены назем-
ные станции вплоть до широты около БОС Разумеется, могут обслу-
живаться и станции до широт, по меньшей мере, в 65°. Это означа-
ет, что обслуживаемые Солеттой солнечные энергостанции можно
строить в Северной Европе, на севере Сибири или в Канаде. Конеч-
но, чем дальше на север расположена станция, тем больше доля
общей радиационной мощности, обеспечиваемая Солеттой.
И8	.	j
Рис. 42. Картосхема 3-х вариантов траекторий Солетта-системы и размещения солнечных
энергостанций для Западной Европы, СССР н Северной Америки (штрнх-пуиктнрные ли-
нии — Западноевропейские трассы; а—подспутниковое световое пятно А0=1321 км2; О0=41 км)
Фактически, на высоких широтах может создаться обращенная
ситуация: наземная силовая энергостанция работает с максималь-
ным уровнем выработки электричества ночью, то есть тогда, ког-
да она облучается Солеттой. Потому потребуется аккумуляция
электроэнергии — чтобы затем поддерживать и при дневном свете
.минимальный функциональный уровень; чтобы максимизировать
энерговыработку наземной станции и добиться успехов в обеспече-
нии эффективного круглосуточного функционирования, целесооб-
разно минимизировать потребности в хранении запасенной энер-
гии при соответствующем уменьшении стоимости конструкций;
энергостанции при этом следует размещать в районах со слабым
облачным покровом, между 30 и 45° широты. На рис. 42 показаны
три примера. Можно рассматривать и более северное размещение
.энергостанций, ко в этом случае для снижения затрат необходим
более высокий коэффициент использования рефлекторов, чтобы
скомпенсировать рост потерь из-за облачности.
Проведем сравнение условий для трех точек на поверхности
Земного шара (рис. 42), рассматриваемых в качестве кандидатур
на размещение там солнечно-электрических силовых станций, в
частности рассмотрим вклады Энергосолетты в объем электроэнер-
гии, вырабатываемой каждой из этих станций.
В СССР одно из наиболее благоприятных мест для размещения
солнечной энергостанции — восточная часть Каспийского моря в
Туркменской ССР (около 40° северной широты). Оно особенно1
привлекательно как с точки зрения обилия солнечной энергии, так
119
и с точки зрения наличия воды для охлаждения, ирригации и про-
изводства жидкого водорода. Для передачи электроэнергии в за-
падные районы СССР и 'Восточную Европу это размещение энерго-
станции удобнее, чем размещение в Центральной Сибири. Для
энергоснабжения Западной Европы наиболее благоприятными ус-
ловиями обладает восточная половина Испании при передаче энер-
гии через высоковольтные магистральные линии постоянного тока
к индустриальным центрам на севере и на востоке. В Северной
Америке, где только США являются высокоиндустриализовэнной
страной, содержащей районы с высоким уровнем инсоляции, поряд-
ка более 2-109 кВт-ч радиационной энергии на 1 км2 земной по-
верхности в год, наиболее благоприятным местом для размещения
энергостанции будет район между Аризоной и Сонорой в Мексике.
Из этого региона могут снабжаться электроэнергией через высо-
ковольтные линии постоянного тока Мексика, США и часть Ка-
нады.
На рис. 42 показано наклонение орбиты в 45°, чтобы охватить
все три рассматриваемых места для размещения энергостанций,
хотя для США орбита с наклонением в 35е была бы несколько бо-
лее эффективной. Причина этого состоит во взаимной поддержке
по передаче энергии к соответствующим наземным энергостанци-
ям всех рассматриваемых орбит: Западноевропейских (штрих-
пунктирные трассы), Советского Союза и США. Фактически, сле-
дующие после США четыре витка трассы № 3 совпадают с трас-
сой № 1 Западноевропейской орбиты. Другими словами, энерго-
станции в США и в Западной Европе могут использовать одну и
ту же систему Энергосолетт. Станции в СССР также извлекают из
этой Энергосолетты определенную выгоду, хотя ее трассы и менее
подходящи для СССР, чем для Западной Европы. Однако одна па-
ра орбит могла бы удовлетворительно обслуживать энергостанции
Советского Союза и США. Наконец, трассы в Западной Европе и
трассы в СССР обеспечивают взаимные выгоды. Для трех показан-
ных на рис. 42 мест размещения энергостанций три орбиты (то
есть как бы 1,5 пары орбит вместо трех пар) могли бы обеспечить
удовлетворительное обслуживание. При определенном выборе
мест размещения обслуживаемых районов и соответствующей оп-;
тимизации наклонений орбит и промежутков между их восходящи-)
ми узлами потребная для трех точек обслуживания Энергосолет-i
та может быть уменьшена до размещаемой на одной паре орбит.)
Здесь принимается, что используется трехтрассовая схема. Как),
было установлено в табл. 6, результирующая протяженность (AQ)
требует только четырех трасс, что эквивалентно одной и одной тре-
ти полной орбиты.
На рис. 43 показаны общие условия для всех трех мест разме-
щения энергостанций. Три схемы слева показывают вариации об-
щего вклада солнечной энергии, получаемой горизонтальной по-
верхностью в течение года (жирная линия), и радиационную энер-
гию, запасаемую энергоспутником. Величины, относящиеся к Солн-
цу (кВт-ч радиации на 1 км2 в месяц), были рассчитаны по радиа-
120
КЁптч1(кмг-мес)
Рис. 43. Графики количества солнечной энергии, получаемого поверхностью приемника на
Земле от Солнца (сплошные линии) и от Солетты (штриховые линии) по месяцам (а—Се-
верная Америка, район Аризона — Сонора; б—СССР — район Туркмении; в—Западная Евро-
па—район Испании; по месяцам от Солнца (сплошные линии) и суммарно (штриховые ли-
нии) от Солнца н Солетты (г); накопленной за год (обозначения те же) по месяцам (д)
(/—Северная Америка; 2— Западная Европа; 3— СССР)
ционным изотермам, приведенным в монографии Б. Дейонга «Ради-
ация, получаемая горизонтальной поверхностью на Земле» (изда-
ние Дельфтского университета, 1973 г.). При размещении энерго-
станции на территории СССР будут наибольшие по амплитуде из-
менения солнечной радиации в течение года. Уровень затенения об-
лаками здесь имеет тенденцию к увеличению в течение зимних ме-
сяцев, большую (и на больших площадях), чем в других местах.
Из этих данных можно получить значения вклада радиацион-
ной энергии, даваемого Энергосолеттой. Возрастание доли диффу-
зионных компонентов излучения будет снижать эффективность сол-
нечно-термической электростанции, использующей принцип кон-
центрации солнечного света. Фотогальваническая батарейная сис-
тема, которой здесь отдано предпочтение, способна извлекать энер-
гию из диффузной радиации. Следовательно, оценка уменьшения
Выхода энергии может быть устойчивой.
Функциональные трассы Энергосолетты не опускаются ниже уг-
ла подъема в 30°. Большую часть времени они проходят в пределах
80° по углу подъема, или 20° от точки зенита обслуживаемой обла-
сти. При широте 30° (Североамериканская обслуживаемая об-
ласть) Солнце никогда не проходит через зенит и достигает полу-
денного угла подъема в 83Q только 21-го июня. Для энергостан-
Ции, расположенной на 40° северной широты, максимальный угол
подъема Солнца равен 73°. Соответственно, вклад Энергосолетты
интенсивностью в 1 ПС в июне и в июле будет примерно на 5%
121
выше, чем вклад самого Солнца. Это преимущество Энергосолет-
ты на рис. 43 не отображено.
Наибольшие флюктуации в величине вклада Солнца определя-
ются сезонными изменениями максимального угла подъема Солн-
ца. На широте 30° максимальный угол подъема изменяется между
21-м июня и 21-м декабря от 83 до 37°; на широте 40°—от 73,5
до 26,5°. Разумеется, Энергосолетта не подвержена этим вариаци-
ям, и, следовательно, обеспечивает более высокий выход энергии к
силовой электростанции. Этот фактор отражен на рис. 43.
Для точек размещения станций в Северной Америке и в Запад-
ной Европе Энергосолетта обеспечивает главный энерговклад меж-
ду ноябрем и февралем. Это справедливо и для территории СССР,
если принять в расчет менее осторожное предположение относи-
тельно зимнего облачного покрова. График вверху справа на рис.
43 дает сравнение результирующих величин месячного радиацион-
ного вклада для одного Солнца (жирная линия) и для Солнца вме-
сте с Энергосолеттой. Во втором случае радиационная энергия бо-
лее чем удваивается. Точно такую же картину мы наблюдаем и в
отношении энергии, накопленной за год на каждом квадратном ки-
лометре земной поверхности (график внизу справа на рис. 43). Да-
же для тех мест в Северной Америке, где вклад прямой солнечной
энергии наибольший по сравнению со всеми иными районами, Энер-
госолетта обеспечивает увеличение общей выдачи энергии на 30%.
Для районов СССР и Западной Европы (где предусмотрено разме-
щение энергостанций) Энергосолетта вносит 1,45 и 1,43 соответст-
венно единиц энергии на каждую единицу, обеспечиваемую непо-
средственно Солнцем.
Что это означает практически? Во-первых это означает, что
Энергосолетта дает возможность установить большие наземные сол-
нечно-силовые энергоустановки, которые могут быть осуществлены
в местных условиях; они обеспечат ежегодную доставку электро-
энергии, в 1,5—2 раза большую, чем дают наиболее благоприятные
районы Земли с наивысшим уровнем инсоляции (уровень ирради-
ации порядка 2,5-109 кВт-ч на 1 км2 в год для горизонтальной по-
верхности) .
Во-вторых, Энергосолетта снимает некоторые географические
ограничения -благодаря возможности размещения таких солнечно-
энергетических центров, которые обладают высокой мощностью, но
являются полностью контролируемыми, в тех областях, где уро-
вень инсоляции много меньше 2,2-109 кВт-ч на 1 км2 в год. В част-
ности, снабжение солнечной энергией в целях генерации электро-
энергии в Центральной и Северной Европе, Восточной Европе и за-
падных районах СССР благодаря Энергосолетте становится прак-
тически целесообразным с точки зрения развития энергетики. Как
показано ниже, это целесообразно и экономически.
В-третьих, хотя Энергосолетта и не фиксирована жестко на не-
босводе обслуживаемой области, она все же значительно эффектив-
нее Солнца — в первую очередь, благодаря отсутствию сезонных
изменений.
122
рис. 44. Диаграмма выработки электроэнергии при
разной {0,15; 0,20; 0,25) эффективности преобразо-
ваний:
/—Аризона—Сонора 32° с. ш., 115° з. д.; 2—Турк-
мения 40° с. ш.; 55° в. д.; <3—Испания — 40° с. ш.;
1° з. д. U ГВт.год эквивалентен 2,06 Мт нефти
нли 3,34 Мт угля; площадь, генерирующая энер-
гию на одну освещаемую область, составляет
1000 км2)
Эффективность преобразо-
вания
В-четвертых, стоимость конст-
рукции на один киловатт электро-
энергии снижается для солнечной
энергостанции благодаря ее непре-
рывному функционированию днем и
ночью, а также благодаря устране-
нию громоздких и дорогих устройств
хранения (аккумуляции)
энергии.
Наконец, поступающая радиация благоприятна во всех отноше-
ниях. Только около 8% поступающей энергии поглощается сухими
молекулами воздуха. Пыль и пары воды могут дополнительно пог-
лотить 5 и 10% соответственно. Это может рассматриваться как
показатель снижения плотности облачного покрова над обслужи-
ваемой областью, что, в конечном счете, увеличивает поток радиа-
ционной энергии, поступающей к энергокомплексу. Львиная доля
термического движения воздуха вызывается нагревом и топлорадиа-
цией грунта. Однако .в тех точках, где энергия поглощена для
генерации мощности, нагревательный эффект («термическое аль-
бедо») существенно снижается (90% и более поглощается перера-
батывающей энергию поверхностью). Это снижает термический
показатель ниже уровня, свойственного столичной области (боль-
шому современному городу). Однако эффективность фотогальвани-
ческого преобразования невысока. От сброса энергии нужно как-то
избавляться — путем охлаждения или с помощью отвода сбрасы-
ваемой энергии для выполнения полезной работы. Но макрокли-
матически термическая выдача энергогенерирующего района слиш-
ком мала, чтобы давать какие-либо эффекты.
С точки зрения минимизации локальных возмущений, также
как и максимизации использования радиационной энергии, элемен-
ты энергопроизводящей поверхности должны покрывать как мож-
но большую долю общего светового пятна. Высокотемпературные
концентрационные системы, использующие большое количество ге-
лиостатов для фокусировки энергии на вершине колонны-нагре-
вателя, имеют менее широкую область применения, чем «ковер» из
солнечных батарей, которые к тому же менее чувствительны к рас-
сеянию света, вызываемому атмосферой.
На рис. 44 показаны характеристики производства электроэнер-
гии фотогальванической коллекторной системой площадью в
1000 км2 применительно к трем определенным выше местам разме-
щения наземных энергостанций, основываясь на величинах накоп-
ленного энерговклада, представленного внизу справа на рис. 43.
Главная доля первоначальных затрат может быть связана с созда-
123
пнем большой фотоэлектрической системы. Стоимость солнечных
•батарей (панелей) с ростом их эффективности уменьшается. Исхо-
дя из анализа соображений, определяемых сбытом электроэнергии,
можно придти к убеждению, что оптимальная с точки зрения эко-
номики эффективность преобразования к уровню середины 1990-х
годов может составлять около 15%.
Для принятых сегодня концепций солнечных энергостанций
низкая эффективность, обычно свойство малопривлекательное, по-
скольку это ведет к соответственному увеличению территории, пот-
ребной для заданной энергетической мощности системы. Однако
это становится менее важным фактором для энергостанций, пита-
емых и Солнцем, и Энергосолеттой, чей вклад превышает энерго-
вклад Солнца.
Значение эффективности преобразования в 15% дает возмож-
ность обеспечить весьма заметный вклад в общий объем снабже-
ния электроэнергией для каждого из трех рассматриваемых эконо-
мических регионов даже при уровне потребления электроэнергии,
ожидаемого к концу текущего столетия. Вклад одной Энергосолет-
ты эквивалентен выработке электроэнергии наземной тепловой
электростанцией, требующей сжигания от 80 до 100 миллионов тонн
нефти ежегодно *.
5.5.2.	БИОСОЛЕТТА
Важнейшим потенциальным вкладом Биосолетты следует считать
повышение роста органических соединений путем стимуляции про-
цесса усвоения углерода сельскохозяйственными растениями, а
также морским планктоном — чтобы в итоге увеличить производ-
ство товарной рыбы и других «даров моря» в качестве источника
протеина для человечества. Этого можно достичь двумя способами.
Один из них— подсветка в период вечерних сумерек и ранним ут-
ром— иначе говоря, продление дня. Второй метод — ночная стиму-
ляция путем периодического освещения в течение часа или более
среди ночи.
Для «сухопутных» растений световой фактор является одним
из нескольких абиотических факторов, влияющих на рост (к дру-
гим факторам относятся: температура, углекислота, вода и мине-
ральные соли). Свет дает энергию; углекислота, вода и почвенные
минералы обеспечивают строительные материалы для этого био-
индустриального процесса. При наличии других благоприятных
факторов интенсивность ассимиляции углерода зависит от плотно-
сти освещения (интенсивности света); процесс ассимиляции угле-
рода растениями, как известно, называют фотосинтезом. Прирост
плотности освещения тем более эффективен с точки зрения возрас-
тания скорости ассимиляции углерода, чем ближе к пределу на-
* Сохранение нефти, запасы которой на Земле ограничены и роль которой
как ценнейшего исходного вещества для большинства ветвей химической техно-
логии со временем будет только возрастать, представляет собой самостоятельную
весьма важную задачу, решение которой с помощью Энергосолетты уже может
оправдать создание подобной энергосистемы (прим, перев.).
124
чальный уровень освещенности. Таким образом, Биосолетта сравни-
тельно более эффективна над регионами, наделенными предель-
ными величинами солнечной интенсивности.
Фотосинтез обладает такой особенностью, что выше определен-
ного уровня (который зависит, среди прочих причин, от уровня на-
сыщенности СО2) он далее уже не увеличивается. Для растений,
предпочитающих затененные участки, этот уровень достигается
приблизительно при освещенности в 15% от максимальной интен-
сивности солнечного света. Для солнцелюбивых растений максимум
скорости фотосинтеза вдвое выше и достигается при значении плот-
ности освещения около 50% от полного солнечного света (96% мак-
симума достигается уже при 40% полной интенсивности солнечно-
го света).
Свет, кроме ассимиляции углерода, вызывает рост растений и
определяет скорость их созревания. При более продолжительных
днях те же самые растения обнаруживают тенденцию к лучшему
развитию и большей длине (при всех остальных одинаковых фак-
торах), чем при более коротком дневном периоде, исключая горные
растения, чей рост несколько притормаживается, из-за одновремен-
ного увеличения интенсивности ультрафиолетового облучения.
Кроме количества света, экологически важно распределение его
периодичности, поскольку возможность синтеза углеводородов оп-
ределяется чередующимися периодами света и темноты. Длиннопе-
риодические растения требуют около 12 ч освещения в сутки или
больше, чтобы пышно разрастись и зацвести. Это относится и к
пшенице. Короткопериодические растения (к которым относится,
например, кукуруза) цветут при дневном освещении продолжитель-
ностью менее 12 ч. Третья группа фотопериодически индифферент-
на (главным образом, сюда относятся сорняки и некоторые сорта
табака). Без каких-либо вредных последствий период светлого вре-
мени может прерываться короткими отрезками отсутствия солнца
(например, из-за облачности). И наоборот — короткие периоды ос-
вещения (в некоторых экспериментах продолжительностью менее
1 с) могут вызвать сильный эффект. Другими словами, важным
фактором фотопериодичности является длительность непрерывае-
мого периода темноты. Путем ночной стимуляции длиннопериоди-
ческие растения, при менее чем 12 ч дневного света, могут быть до-
ведены до цветения — как будто бы их рост шел в условиях естест-
венного двенадцатичасового дневного освещения. Следовательно,
Биосолетта может быть весьма эффективной в тех районах, где
Широко возделывается пшеница и вместе с тем светоснабжение
близко к предельно необходимому. При этом Биосолетта может
использоваться как для растягивания светлого времени, так и для
ночной стимуляции.
Над океанами увеличение продуктивности фотосинтеза может
эффективно применяться в тех областях, где богатые пищей глу-
бинные воды поднимаются к поверхности океана («ключевые» ре-
гионы). Давая достаточное освещение солнечным светом, можно
приблизить выход углерода в течение периода активного подъема
•125
780°	о°	180°
Рис. 45. Схема регионов высокой продуктивности морских организмов
глубинных вод к 1 г на 1 м2 в день (сравнительно с выходом а
0,3 г углерода с 1 м2 в день в районах высокопродуктивных прим|
брежных акваторий и 0,15 г на 1 м2 в день в открытом океане; эти
данные взяты из работы Райзера «Фотосинтез и воспроизводство
рыбы в море»). Самые большие области на Земле, где происходит
подъем глубинных вод и вместе с тем интенсивность освещения яв-
ляется лимитирующим фактором, могут быть названы грубо в па
рядке убывания значимости; разные протяженные районы вокру;
Антарктиды, запад Северной Атлантики между Ньюфаундлендов
и Гренландией, а также восток Северной Атлантики между Пелан;
дней и Норвегией (рис. 45).	'
В тех районах мирового океана, где происходит подъем глубин-
ных вод, пищевая цепь от планктона до промысловых видов ры-
бы— наикратчайшая. Следовательно, эффективность функциониро-
вания Биосолетты там будет наивысшей. Причина этого заключа-
ется в следующем. В районах поднимающихся глубинных вод наи-
более широко распространенные разновидности фитопланктона не
только образуются в изобилии, но и имеют размеры, существенно
превосходящие средние, что позволяет некоторым видам промысло-
вой рыбы, наделенным специальными сгребающими решетками
(анчоусы, сардины и др.), непосредственно употреблять в пищу
этот фитопланктон. В определенных условиях фитопланктон обра-
зует большие колонии желеобразной массы, включающей длинные
волокнистые цепи, которыми могут непосредственно питаться даже
большие промысловые рыбы, лишенные специальных сгребающих
устройств.
126
Все вышеизложенное представляет собой очень упрощенную
схему возможностей Биосолетты, которые могут быть использова-
ны для увеличения объема мирового производства пищи как на
суше, так и в океанах.
Физиология фотосинтеза, связанная со светом, весьма сложна.
Картина протекания этого процесса определяется многими факто-
рами. Чтобы определить характерные значения величины произво-
дительности системы Биосолетты, необходимо проанализировать
ее применение в рамках нескольких типичных сценариев освещения.
Эти сценарии должны принимать в расчет ежегодную солнечную
иррадиацию, облачный покров, температуры, состояние воды и поч-
вы (условия обеспечения пищей в океанических районах) и другие
факторы, воздействующие на освещаемые Биосолеттой районы.
Однако свет в производстве пищи имеет основополагающее значе-
ние. На первое время космическая индустрия дает средства управ-
ления количеством фотосинтетически эффективного прилива света
в важные сельскохозяйственные районы и океанские области, обла-
дающие высокой продуктивностью. Эти новые и уникальные воз-
можности могут оказаться принципиально важными для будущего
человеческого общества на Земле.
Плотность радиации Биосолетты должна быть достаточной для
стимуляции фотосинтеза. Ассимиляция углерода имеет место даже
при плотном облачном покрове, пропускающем к земле всего 20—
30% солнечного света; при этом обеспечиваются все другие потреб-
ности, нужные для роста. Если принять для монтажа Биосолетты
трехчасовую орбиту, то для создания освещенности 0,4 ПС в под-
спутниковой точке потребуется общая отражающая поверхность
роя 530 км2, а в области в пределах 36° отклонения от подспутни-
ковой точки обеспечение 0,4 ПС потребует 780 км2. Если мы поже-
лаем иметь 1 ПС, потребная площадь роя возрастет соответствен-
но до 1325 и 1950 км2.
Солетта мощностью в 0,4 ПС на ГСО должна иметь общую от-
ражающую поверхность почти 40 000 км2. Поскольку необходимо
облучать весьма большие области, а эффективность Биосолетты,
как уже отмечалось, относительно более высока для высокоширот-
ных районов Земли, наиболее подходящим режимом функциониро-
вания является режим В (см. рис. 23). При этом могут использо-
ваться 12-часовая или геостационарная * орбиты.
За сутки Солетта (см. рис. 24) совершает полное круговое дви-
жение над поверхностью Земли; следовательно, ночью ею освеща-
ется только одно полушарие, а второе полушарие облучается днем.
При этом на ночном полушарии Солетта как бы заменяет солнце,
а на дневном — увеличивает интенсивность солнечного облучения.
В заполярных районах Солетта послужит эффективным добавлени-
* Строго говоря, геостационарной можно называть 24-часовую экваториаль-
ную орбиту (ИСЗ на ГСО в самом деле как бы стационарно «зависает» иад за-
данной точкой земной поверхности). Как видно из рис. 23, режим В предполага-
ет орбиты с наклонениями порядка 70—90°; ИСЗ на такой орбите будет колебать-
«я относительно поверхности Земли (прим, перев.).
127
fl
ем к полуночному Солнцу в течение полярного лета; в течение зимы
Биосолетта наиболее эффективно будет использоваться над океа-
ническими регионами, где имеют место благоприятные вертикаль-
ные течения, поднимающие глубинные воды к поверхности океа< <
па, поскольку Солетта недостаточно мощна, чтобы радикалыи '
изменить зимний климат над сушей и обеспечить в это время вто
рой сезон урожая.	. :
Многоурожайность, подобная той, что свойственна климату тро*
пиков или даже еще более высокая, могла бы значительно увели-
чить производство пищи в северных странах. Но имеется сравни-
тельно немного таких избранных районов, где Солетта могла бы
произвести описанный эффект. Климатически эти районы принад-
лежат к средним широтам, вероятно, не выше чем 40—45° широты
и зависят от местных локальных факторов. В тех местах зимы поч-
ти всегда достаточно мягкие, поэтому Солетта мощностью от 0,4
ПС до 1 ПС способна так изменить световые и температурные ус-
ловия на поверхности площадью до 100 000 км2, чтобы создать воз-
можность многократного сбора урожая. Однако для повышения
уровня ассимиляции углерода в холодных океанических водах, в
районах интенсивного подъема глубинных вод на высоких широтах
ведущим фактором является скорее освещение поверхностных сло-
ев воды, чем их нагрев.
На орбитах с высоким наклонением Солетта будет вставать в
сумерках из-за южной части горизонта (в Антарктическом регио-
не—наоборот: из-за северной части горизонта), затем она подни-
мется в полночь до максимального угла подъема при наибольшей
яркости, а затем снова зайдет за горизонт в сумерках (в южной
части горизонта для северного полушария и в северной—-для юж-
ного полушария). На экваториальной орбите Солетта также может
двигаться по направлению к Северному или Южному полушарию,
ее можно на определенное время «зафиксировать» в небе. В послед-
нем случае система обеспечивает дополнительные преимущества,
описанные ранее. Но она не может эффективно обслуживать рай- .
оны, лежащие выше 45—50° широты; причем условия обслуживали
ния зависят от облачного покрытия и яркости Солетты.	Л
Для Биосолетты не существует единственной «наилучшей орбиЯ
ты». Целесообразные орбиты характеризуются некоторым оптиЯ
мальным компромиссом по выбору наклонения и других параметр
ров, включая даже положение Биосолетты на орбите, определяемое
ее основным предназначением. Ряд практических соображений
убеждает, что Биосолетта, используемая для сельскохозяйственно-
го производства пищи на суше, должна рассчитываться на освеще-
ние меньших областей, чем при производстве морских продуктов,
поскольку культивируемые участки земли обычно ограничены со-
седством с городами, поселениями и пустынными районами, осве-
щение которых по ночам нежелательно в силу тех или иных при-
чин. Поэтому для Биосолетты, предназначенной освещать сухопут-
ные районы, представляется более подходящей трехчасовая или,
возможно, двухчасовая орбита (в зависимости от скорости дефор-
128
нации орбиты и суммарных расходов по доставке грузов на эту ор-
биту). Для выполнения случайных операций над сухопутными уча-
стками (например, предотвращения ночных заморозков) высота
орбиты имеет меньшее значение.
Для производства пищи морского происхождения могут облу-
чаться значительно большие области, что приведет к возрастанию
общей эффективности системы. Вследствие этого Биосолетту сле-
дует монтировать на более высокой орбите, фактически, чем выше,
тем лучше.
Одним из важных факторов, который необходимо учитывать
при выборе орбит Биосолетты, является возможная интерферен-
ция ее компонентов'с коммуникационными каналами между по-
верхностью Земли и спутниками различного назначения, функцио-
нирующими на ГСО.
Причина возможной интерференции кроется в том, что Биосо-
летта включает большие поверхности, обладающие высокой отра-
жательной способностью в микроволновом диапазоне спектра
электромагнитных волн. Можно предположить, что характеристики
и схему функционирования систем рефлекторов, разворачиваемых
для Биосолетты и Энергосолетты на трехчасовой орбите, можно
согласовать ,с требованиями коммуникационных систем, например,
путем установления коммуникационных каналов через ретрансля-
ционные ИСЗ. Это вполне возможно, поскольку положения рефлек-
торных единиц на орбитах хорошо известны и не изменяются.
Тем не менее, данное допущение требует дальнейшей проверки.
Океанская Биосолетта на высокой субсинхронной орбите также
может быть приспособлена для целей коммуникации с помощью
ретрансляционных связных спутников. Однако в течение тридцати-
летнего или еще более продолжительного периода функциональной
жизни Биосолетты может оказаться необходимым постоянно тран-
спортировать отдельные ее фракции (например, порядка 10% ее об-
щей отражательной поверхности) к обслуживающей станции, что-
бы восстановить отражающее покрытие, произвести ремонт и тех-
ническое обслуживание агрегатов. Если это действительно окажет-
ся неизбежным или же придется использовать непрерывно увели-
чивающееся число океанских Биосолетт, то интерференция с ли-
ниями связи в самом деле могла бы стать неуправляемой. В та-
ком случае океаническую Биосолетту придется поместить на нак-
лонную относительно экватора (т. е. плоскости ГСО) круговую
геосинхронную орбиту или же на орбиту, внешнюю относительно
геостационарной, то есть на круговую экваториальную орбиту с пе-
риодом обращения ИСЗ, превышающим сутки.
Другая альтернатива состоит в использовании эллиптической
24-часовой орбиты, апогей которой размещается над областью оке-
ана, обладающей наибольшей продуктивностью. В этом случае пе-
риод светового стимулирования продуктивной области удлиняет-
ся, что повышает общую производительную эффективность сис-
темы.
5
2694
129
Функционально, а также с точки зрения небесной механики,
наиболее подходящее значение угла наклонения орбиты — 63,5°. j
Оно обеспечит океанической Биосолетте накрытие самых плодород- ‘
ных районов вокруг Антарктиды, где широко распространены бла-
гоприятные вертикальные течения, вызывающие прилив глубинных
вод к поверхности; будут накрываться подобные районы и в высо-
ких северных широтах. В настоящее время из-за недостатка сол-
нечного света оба эти региона производят много меньше, чем мог-
ли бы производить в условиях изобилия солнца. С точки зрения
небесной механики, это наклонение привлекательно из-за стабиль-
ного положения большой оси орбиты, на которую не влияют пер-
турбационные (земные) возмущения *, вызывающие вращение ли-
нии апсид орбиты, если ее наклонение отличается от 63,5°. Следо-
вательно, в рассматриваемом случае перигей и апогей всегда будут
оставаться .над теми же широтами. При заданном периоде** выбор
расстояния от центра Земли до перигея определяет как расстояние
апогея, так и размеры рефлектора.
На рис. 46 показана 24-часовая эллиптическая орбита для Био-
солетты. Орбиты с такими наклонением и эллиптичностью исполь-
зуются сегодня для связных систем, как это сделано, например, у
советской связной системы «Молния» (ее орбита — 12-часовая с
апогеем над Северным полушарием, радиус-вектор меняется в пре-
делах 1,08 до 7,27 радиусов Земли). Функционируя на данной орби-
те, Биосолетта будет проходить по дуге в 77,22° с обеих сторон от
апогея за 12 ч с изменением расстояния от центра Земли от 6,67
до 7,22 земного радиуса, возвращаясь в конце витка снова к
6,67 /?3.
Таким образом, площадь подспутникового светового пятна ме-
няется всего лишь на 17%; по сравнению с круговой ГСО площадь
подспутникового пятна, когда Биосолетта находится в апогее эл-
липтической орбиты, будет на 19% больше.
Это добавляет к освещаемой области около 18 000 км2, если мы л
заинтересованы в том же самом уровне облучения в 1 ПС.	Л
Для иллюстрации возможностей Биосолетты по производству^
пищи показателем может служить ассимиляция океанического уг- Я
лерода, поскольку океаны представляют собой большие смежныеЯ
области, которые следует освещать подряд, не опасаясь подсвет- Я
ки обитаемых или пустынных районов, освещать которые нежела- р
тельно или бессмысленно. Примером районов океана с вертикаль- ;;
ными подъемами глубинных вод может служить связанный с Пе-
* Возмущения, вызываемые нецентральностью гравитационного поля Земли,
что, в свою очередь, определяется несферичностью фигуры Земли. В астрономии
принято называть пертурбацией нарушение в движении вокруг Солнца планеты'
(кометы), вызываемое притяжением других планет. Однако возмущения движе-
ния ИСЗ за счет влияния Луны и Солнца пренебрежимо малы, а все нерегуляр-
ности определяются, в основном, особенностями гравитационного поля Земли; на-
зывать ли эти возмущения пертурбационными — это-дело вкуса-автора (прим,
перев.).
*• В данном случае он равен 24 ч (прим, перев.).
130
3
руанским прибрежным течением, создающим одну из самых про-
изводительных областей в мире по воспроизводству рыбы. Этот
район дает около 2-107 т промысловой рыбы ежегодно, в полосе
прибрежий площадью свыше 60 000 км2 (1250 км на 50 км). Это
соответствует около 333 т рыбы с каждого квадратного километра
в год.
Чистый «урожай» составит около 107 т; остальные 107 т уйдут
за счет морских хищников и птиц (переводящих ассимилирован-
ный морскими организмами углерод в гуано). Благодаря всплы-
тию глубинных вод организуется снабжение пищей поверхностных
Слоев в Перуанской прибрежной полосе; при изобилии солнечного
света здесь создадутся особенно благоприятные условия.
Представляет большой интерес исследовать, какое дальнейшее
увеличение выхода продуктов моря могло бы стимулировать осве-
щение «полуночным солнцем».
Воспроизводительные возможности вод Антарктики изучены ме-
йее хорошо. Область, где имеют место условия, необходимые для
подъема глубинных вод, оценивается в 160 000 км2 или несколько
Меньше (Райзер. «Фотосинтез и воспроизводство рыбы в море»),
тем не менее, эта область — наибольшая в мире из областей тако-
г° рода. Казахара рассчитал для этой области объем ежегодного
созревания криля, по меньшей мере, порядка 24—36 Мт. Оценки
Других авторов еще выше: например, выполненные недавно в ФРГ
Расчеты на основе гидроакустических измерений, проведенных в
5*
131
1975—1976 гг. двумя рыболовецко-исследовательскими кораблями,
дают значение для годового производства криля в Антарктике по-
рядка 200 Мт.
При ежегодном производстве 300 г углерода с 1 м2 водной по-
верхности и 20% экологической эффективности область в 160 000
км2 могла бы производить 50 Мт морских продуктов, но Райзер
сомневается, что такой уровень продуктивности может достигать-
ся в районе, где фотосинтез возможен только в течение полугодия.
Однако даже если только 160 000 км2 площади или грубо 26%
тридцатикилометровой полосы прибрежных вод, протянувшейся по
периметру материка Антарктиды, являются высокопродуктивными,
то этого достаточно, чтобы ежегодное воспроизводство морских
продуктов превзошло 50 Мт, что вытекает из приведенных оценок.
Биосолетта, функционирующая на рассмотренной ранее двадцати-
четырехчасовой эллиптической орбите, способна освещать в тече-
ние 12 ночных часов область площадью в 100 000 км2. При уровне
освещенности в 1 ПС (отражающая поверхность 105 км2) Биосолет-
та будет такой же эффективной, как ,и естественное солнце при оди-
наковых условиях облачного покрова. Таким образом, в течение
летнего антарктического дня избранный район будет попеременно
облучаться 12 ч одним солнцем, а остальные 12 ч—-двумя солн-
цами. В течение зимней антарктической ночи этот район будет ос-
вещаться одним солнцем по 12 ч в сутки. Другими словами, по-
ток радиационной энергии к области площадью 100 000 км2 почти)
утроится.
Следовательно, если принять продуктивность усвоения углеро-
да морскими организмами порядка 60% от вероятного максимума,
т. е. 180 г с каждого квадратного метра водной поверхности в год,
при освещении только естественным Солнцем, то с участием Биосо-
летты продуктивность производства углерода может возрасти до»
540 г/м2 в год. Даже если снизить эту величину до 360 г углерода
с 1 м2 в год, то получим величину производительности на базе Со-
летты до 36 Мт в год (рис. 47).
В калориметрическом измерении производство морских продук-
тов не может конкурировать с производством продукции наземно-
го сельского хозяйства. Но оно создает жизненно-необходимое уве-
личение производства протеина *. Около 36 г высококачественного
* К этому можно добавить, что «измерение ценности» продуктов питания
ие в калориях, а в содержании протеина (точнее — незаменимых аминокислот,
которые являются «строительными материалами» любого организма), сегодня
представляется более рациональным, поскольку соблюдение в рационе питания
белкового баланса автоматически обеспечивает энергетические потребности орга-
низма, выражаемые в калориях. Дело в том, что «набрать» нужное количество-
белка в составе естественных продуктов питания попросту невозможно без авто-
матического получения соответствующего, а именно, необходимого и достаточно-
го количества калорий. Обратное не справедливо: получение достаточного количе-
ства калорий отнюдь не гарантирует, что организм получил необходимый строи-
тельный материал. Например, 3000 ккал содержатся в 400-х граммах раститель-
ного масла (или в 200 г керосина), но в масле белков ничтожно мало, а керосин,
как известно, вообще организмом не усваивается (прим, перев.).
132
Рис. 47. Биосолетта (схема) для облучения участка океана (регион облучения—Антаркти-
ка, 70—75° с. ш.; время солнечного облучения — 0,5 года (4400 ч); масса ожидаемой продук-
ции за год 18 Мт; данные:
эллиптическая орбита 24 ч, £=63,5°, гЛ = 7,22 R3, гп=^з’ ВР®МЯ облучения за сутки 12 Ч",
средняя площадь светового пятна 100 000 км2, площадь отражающей поверхности 100000 км2,
освещенность 1 ПС=1,07 Млк; при облучении Солнцем и Биосолеттой время облучения и
поодукция за год составляет соответственно около 13200 ч и 54 Мт
белка в день (как раз столько можно извлечь из морских продук-
тов) считается достаточным по нормам, утвержденным Научно-
консультационным Комитетом при Президенте США *. 10 Мт рыбы
содержат около 2 Мт белка. Однако из 10 Мт выловленной рыбы
фактически годной к употреблению только около 1,7 Мт протеина.
Принимая поэтому годным к употреблению 16% от выловленной
массы, получим, что ежедневная норма в 36 г белка приблизитель-
но эквивалентна ежесуточному потреблению 220 г рыбы (в вылов-
ленной массе). Приняв даже, что вылавливается 50% от произве-
денной рыбы, а показатель дополнительных потерь имеет порядок
0,2, вычтем ту долю протеино-содержащих веществ, которые при-
годны для скармливания животным (поставляющим далее живот-
ный белок для питания людей, однако в целях обеспечения нашим
расчетам некоторого «запаса прочности» этой статьей дохода мож-
но пренебречь). Таким образом, производимая с помощью Солетты
товарная рыба должна давать улов в 14,4 Мт ежегодно. В «расфа-
совке» по 220 г это количество рыбы обеспечит потребное ежеднев-
ное снабжение протеином 180 млн. человек ежегодно. При площа-
ди рефлектора в 100 000 км2 получается выход протеина с каждо-
го гектара отражающей поверхности, необходимый для обеспече-
ния 18 человек.
Названная цифра близка, по-видимому, к оптимальной для од-
ного полушария. На практике каждый гектар системы способен
* По нормам, принятым в СССР, достаточной считается примерно вдвое
большая ежесуточная порция белка. Более точно ежесуточный белковый рацион
Рассчитывается с учетом массы, возраста и физической нагрузки (прим, перев.).
133
обеспечить протеином от 9 до 15 человек. Однако .с выбранной
орбиты Биосолетта может «удобрять» оба полушария, добавляя
свой вклад к солнечному энерговкладу в течение соответствующего
лета и являясь ведущим или единственным источником световой
энергии весной и осенью, а тем более зимой. Принимая в расчет
общую (вместе с естественным Солнцем) радиационную энергию,
получим выход протеина с каждого гектара отражающей поверх-
ности рефлекторов, обеспечивающий питание для 18—24 человек.
5.5.3.	ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БИОСОЛЕТТЫ	*
И ЭНЕРГОСОЛЕТТЫ
Биосолетта предоставляет световую энергию непосредственно для
биохимического преобразования в белок и углеводы. В качестве
«наземной станции» здесь выступает небольшая часть биосфе-
ры. Поскольку Биосолетта — система не включает никакие инду- 1
стриальные наземные устройства, а размеры Биосолетты превос-
ходят размеры Энергосолетты, экономические характеристики Био- 1
солетты рассматриваются первыми. Если не принимать во внима- |
ние наземные приемно-преобразовательные энергоустановки, Био- |
солетта представляет собой как бы «технологический зонтик», пол- I
ностью покрывающий все аналогичные требования Энергосолетты. |
Здесь необходимо подчеркнуть, что ни одна из рассматриваемых 1
систем пока что не оптимизирована. Фактически, некоторые весь- I
ма дорого обходящиеся требования (такие, как полная замена нат- |
риевого покрытия всех рефлекторов через каждые 10 лет их рабо-
ты), принятые нами ранее в качестве постулатов, возможно, могут
быть снижены, когда накопятся более полные данные об условиях
эксплуатации систем в космической среде. В расчеты не включа- (
ются некоторые возможные способы улучшения характеристик ;
систем (такие, как метод ретрорефлексии для Энергосолетты), что
дает оценкам определенный запас надежности.
Чтобы оценить общую сумму затрат для Биосолетты использу-".
ем уравнение типа (14) в модифицированной форме — как оцен-
ку стоимости обеспечения 36 г белка (220 г морских продуктов). .
на
Сзб = Со-\~С1-\-С2.	(25)
Биосолетта должна войти в строй позднее предшествующей ей
Энергосолетты и потому может рассчитывать на определенные пре-
имущества за счет продвижения и развития технологии в более
поздний период. Поэтому, а также вследствие больших размеров
системы, даже большие затраты на НИОКР по Биосолетте окажут ‘
небольшое влияние на величину Сзб. Запишем уравнение (15) в
форме:
с
С ___ НИОКР
° 365ГаЛГ4Лв/ ’
где 7^ = 30 лет; 2У4— количество людей, обеспечиваемых 36 г бел-1
ка ежедневно с каждого гектара Биосолетты; Ав — размеры Био- |
134
одного человека в день
(26;
4
солетты в гектарах (примем Лв=107 га); f — коэффициент загруз»
ки Биосолетты (примем f = 0,9).
Полагаем, что Биосолетта освещает области площадью около
100 000 км2 как в Северной Атлантике (или в Тихом океане), так
и в основном ключевом районе (с подъемом глубинных вод к по-
верхности) Антарктики. Тогда приходим к выводу, что производ-
ство морских продуктов, пригодных к употреблению, будет доста-
точным для обеспечения, по меньшей мере, 20 человек с 1 га необ-
ходимой суточной нормой белка. Принимая затраты на НИОКР
порядка 50 млрд, долл., получим расходы в долл, на 1 человека в
день CD = 0,025.
Уравнение (17) теперь запишется в виде (в долл, на 1 человека
в день)
С;=,_Л_ ул 1^7•	'	<27>
\1 +и/
Из-за большой отражающей поверхности общая масса Биосо-
летты очень велика. Эту массу не только необходимо доставить с
поверхности Земли на опорную околоземную орбиту (ОЗО с высо-
той порядка 550 км), но далее требуется всю эту массу перевезти
с ОЗО на функциональную орбиту, для чего на ОЗО необходимо
доставить топливо из расчета р тонн на каждую тонну массы Био-
солетты. Таким образом, нагрузка, доставляемая на ОЗО, по мень-
шей мере, будет иметь массу:
^tP=U7b(1+p).	(28)
Функциональная орбита Биосолетты показана на рис. 46. При-
нято: площадь Биосолетты Ав=Ю0 000 км2, время строительства
Атр= 15 лет.
Перспективный многоразовый аэрокосмический транспортный
корабль (фрахтер) с полезной нагрузкой по меньшей мере в 1000 т
для доставки груза на ОЗО потребует расхода около 10,7 т топлива
на 1 т нагрузки. Межорбитальный корабль с химической силовой
установкой на топливной паре жидкий кислород — жидкий водо-
род при удельном импульсе 470 с потребляет около 3,46 т топлива
на 1 т нагрузки, доставленной на функциональную орбиту, с учетом
возвращения на опорную околоземную орбиту 10% полной плат-
ной нагрузки. Отсюда имеем:
1Итр=4,4б1И3.	(29)
Используя электроракетную тяговую систему (ионный двига-
тель) с удельным импульсом около 3 000 с, получим значение рая
^0,6, тогда:
^т₽= 1,61ИВ.	(30)
Третья альтернатива, возможная хотя бы принципиально,— ис-
пользовать для подъема на функциональную орбиту радиационное
Давление (солнечного света). Элементы Биосолетты подобны ^и»
гантским солнечным парусам и поэтому пригодны для такого спо-
соба транспортировки. Давление солнечной радиации на расстоя-
нии одной астрономической единицы от Солнца весьма мало.
Следовательно, масса единицы поверхности рефлектора WrfAr
должна быть чрезвычайно малой. Опорная орбита в этом случае
должна находиться выше 030, чтобы сила аэродинамического со-
противления (за счет земной атмосферы) была существенно мень-
ше силы светового давления; этому требованию соответствует вы-
сота орбиты порядка 1000 км. В этом случае единственным расхо-
дуемым веществом будет топливо, потребное для управления ори-
ентацией рефлектора и коррекции переходной траектории. При ве-
личине удельного импульса порядка 100 000 с соответствующий
расход топлива составит:
1Гтр= 1,О1631П3.	(31)
Транспортируемый груз в этом случае составит 64% от полез-
ной нагрузки в предыдущем случае, то время как при переходе от
первого случая ко второму величина полезной нагрузки уменьша-
ется до 36% от нагрузки в первом случае.
Четвертая альтернатива заключается в использовании кисло-
рода, извлекаемого из лунных пород. Если весь кислород, потреб-
ляемый межорбитальным транспортным аппаратом с химической
силовой установкой, будет лунного происхождения, то величина р
с 4,46 снизится до 1,33.
Пятая альтернатива включает комбинацию использования зем-
ных и лунных материалов. Материалы с Луны должны доставлять-
ся на опорную орбиту с помощью солнечного паруса (как бы «сна-
ружи» опорной орбиты), материалы земного происхождения прибу-
дут на опорную орбиту на борту космического корабля («изнутри»
030); на опорной орбите будет выполняться монтаж и подготов-
ка переходной транспортной системы к полету на орбиту функци-
онирования Биосолетты.
Пилотируемые полеты предусматриваются для монтажа и тех-
нического обслуживания элементов систем на функциональной ор-
бите. Далее рассматриваются только первые три случая из воз-;
можных альтернатив.	1
Исходя из данных, приведенных на рис. 26, примем относитель-:
ную массу отражающей поверхности в 30 т/км2, тогда масса Био-;
солетты составит WB = 3 Мт. Этот груз, плюс топливо, потребное*
для межорбитального перехода в соответствии с уравнениями (29),
(30) и (31), необходимо доставить на околоземную орбиту с высо-
той 550 км.
В дополнение к этому необходимо учесть массу оборудования
межорбитальной тяговой системы, а также топлива и конструктив-
ных элементов, потребных в случае 3 для подъема на промежуточ-
ную орбиту с высотой 1100 км, где может начать работать солнеч-
ный парус. Стоимость транспортировки на опорную околоземную
орбиту принята равной 50 000 долл, плюс 10% от этой величины
для учета различных неопределенностей. Стоимость подъема на
136	«
Рис. 48. Круговые и столбиковые диаграммы
для Биосолетты:
а—случай 1-й с полностью химическими сило-
выми установками; б—случай 2-й с химически-
ми и электроракетиыми силовыми установка-
ми; в—случай 3-й с химическими и электрора-
кетными силовыми установками и солнечным
парусом (во всех трех случаях указана масса
составных частей системы для создания Био-
солетты в Мт); г—общие транспортные затра-
ты (вверх) и среднегодовые затраты (вниз)
для трех случаев (в млрд, долл); д—общий
выброс паров воды (вверх) и среднегодовой
выброс паров воды (вниз) для трех случаев
в Мт; е—-выброс энергии (вверх) в ПВт и эк-
вивалзнтная работа (при КПД преобразова-
ния 35%) (вниз) ГВт • год; 1—масса конст-
рукции транспортной системы, 2—масса Био-
солетты, 3—масса топлива для межорбиталь-
иого перехода
орбиту с высотой 1100 км соста-
вит около 2% от предыдущих зад-
Млрд. долл.
1600 г 7500
1200 -
800-
000 -
О -
00 -
80 -
700
МТ
200 -
100
О -

10 -	о,о 2,в
а L д)
Лвд~ 7,3в“'
4 :
0 -
10-
га
fl-^-
рат.
На рис. 48 показано распределение по категориям транспорт-
ной нагрузки для трех рассматриваемых альтернативных случаев
транспортировки Биосолетты. Кольцевые диаграммы показывают,
что в случае 1 доминирующей нагрузкой является топливо для
межорбитального перехода. Во втором и третьем случаях домини-
рует масса самой Биосолетты. Схема транспортных затрат пред-
ставлена вверху справа- Ниже показаны выброс в атмосферу Зем-
ли продуктов сгорания и соответствующего количества термичес-
кой энергии. Большая часть продуктов сгорания (около 95% п0
массе) выделяется ,в форме паров воды *, из которых две трети выб-
расываются в тропосфере, а одна треть — в стратосфере и экзо-
сфере.
Выброс воды и термической энергии особенно велик в случае 1.
Однако следует принять в расчет фактор времени. При продолжи-
тельности периода создания Биосолетты 15 лет выброс тепла в ат-
мосферу соответствует тому, который связан с работой 20 электро-
станций, функционирующих при нагрузке в 1 ГВт в течение года,
считая их эффективность преобразования равной 35%. Но 20 ГВтХ
Хгод—всего лишь небольшая доля от сегодняшней общей мировой
выработки термической энергии в процессе генерации электроэнер-
гии; к тому же не мал вклад общей индустриальной и транспорт-
ной выработки тепла, который сегодня трудно оценить. Основными
принципиальными недостатками случая 1 остаются затраты, боль-
шое количество паров воды и весьма большое потребное число
аэрокосмических фрахтеров, а также пусковых наземных комплек-
сов (стоимость которых не включена в общие затраты).
* Имея в виду, что в качестве топлива используются сжиженные водород я
Кислород (прим, перев.).
6	2694
137
Случай 2 во всех отношениях более удовлетворителен. К числу
его преимуществ относится определенная независимость массы
рефлектора. Случай 3 неудобен тем, что необходимо выдержать
весьма низкое значение относительной массы единицы поверхности
рефлектора; эта взаимосвязь увеличивает степень технологическо-
го риска. Но с другой стороны, стремление сделать массу рефлек-
тора как можно более низкой является самодовлеющим, поскольку
это снижает транспортные расходы комбинированной тяговой сис-
темы, включающей солнечный парус и электроракетный двигатель. ,
Давление солнечной радиации очень мало. Чтобы сделать его =
превосходящим аэродинамическое сопротивление, рефлектор дол- ;
. жен стартовать с орбиты высотой не менее 1100 км. Поскольку эта 
высота оказывается внутри нижней части радиационного пояса,
большую часть монтажа придется выполнять на пятисоткилометро- (
вой околоземной опорной орбите. После этого полуразвернутая 
система вместе с временным экипажем поднимается на высоту ]
. 1100 км и там полностью разворачивается. Экипаж возвращается •
на нижнюю опорную орбиту, а рефлектор начинает свое «плава- J
ние» к периферии —на функциональную орбиту Биосолетты. 1
Величину ускорения, создаваемого световым давлением Солн- ;
ца (в единицах g ускорения свободного падения на поверхности ]
, Земли), можно получить из соотношения:	i
___ 1 -р Q S 9	/ Г \2	0,456 /41	\ о ( ? \2_______________)
л= ——cos2a —___________________________________________________-(l+e)cos2a —),	(32) j
4х г Ь	V00) W г	\Лю/ • .	•?
Ar	I
где Wr—масса элемента рефлектора ’на поверхности Земли; Аг— 1
площадь рефлектора; 5—-солнечная постоянная; С —скорость све- |
та; a — угол атаки поверхности относительно вектора радиацион- |
ного давления; г — расстояние от центра Земли; Гоо —радиус |
Земли.
Если перейти к тоннам и километрам, уравнение (32) преобра- 1
зуется к виду:	1
4,56-10—4	. .	/ г \2	QQ'i 1
л=----------- (l+e)cos2a — ; .	(33j а
™r	V00 /	1
Лг	/|
(^=30 т/км2; 6=0,78; а=45°).	}
\ Лг	/	у
Начальное ускорение при го/^оо=1,17 будет всего лишь «о= >
= 2-10-5 g. На высоте геостационарной орбиты (при Г\]гоо=6,62) /
ускорение возрастет до значения	= 6,4-10_4 g.	(
Следовательно, начальная траектория будет весьма компакт- i
ной спиралью, которая разворачивается вместе с увеличением вы- j
138	' j
соты. Примерное время полета (дней) от г0 к rt можно оценить
выражением:
]/?
(|/Д')’	-	<34>
где	=И0—кРУг°вая скорость на начальной орбите с высотой
1100 км (Уо=735О м/с), а член в круглых скобках примерно ра-
вен 0, 54.
Время перехода с орбиты радиуса г0= 1,17 гОо на орбиту радиу-
са л = 6,62 Гоо составит около 234 дней (~7,6 мес.). Имея в виду,
что предполагаемый период строительства будет порядка 15 лет,
можно заключить, что продолжительность перехода не является
неприемлемой. Если использовать дополнительные электроракет-
ные ускорители, это время можно уменьшить.
Примем величину транспортных затрат около 2,03 млрд. долл.
Согласно оценкам химической корпорации Дюпона в настоя-
щее время стоимость 1 м2 непокрытой каптоновой пленки толщи-
ной 0,051 мм составляет 4,87 долл. Эта цена неприемлемо высока.
Однако при наличии массовой потребности в такой пленке нет ни-
каких оснований сомневаться, что через 20 лет цена 1 м2 снизится
до 1 долл, (в ценах 1975 г.). С учетом конструктивных элементов
и оснащения можно принять Стоимость 1 м2 поверхности рефлекто-
ра в 1,5 долл. Тогда стоимость конструкции Биосолетты составит
Ск= 150 млрд. долл.
Суммарная начальная стоимость
Со=Ск + Сип + С1,4-(;М + Ссл,	(35)
где Ск—стоимость конструкции; Снп — стоимость натриевого по-
крытия; Св—-стоимость выведения на опорную орбиту; См — стои-
мость межорбитального перехода; Ссл — случайные (непредвиден-
ные) расходы.
Стоимости конструкции и натриевого покрытия составляют ос-
новную долю производственной стоимости Биосолетты. Общие транс-
портные расходы складываются из Св и См, где См включает стои-
мость межорбитальных буксиров, расходных материалов (однора-
зовых элементов) и наземного обслуживания. Ссл учитывает не-
учтенные изменения величины любого из членов в выражении (35).
Принимая для повторных покрытий натрием в космосе (сверх
первоначальных затрат на создание Биосолетты) за период после
15-летнего строительства в среднем 2 долл, за 1 м2, получим Снп=
= 200 млрд. долл. Стоимость межорбитальных переходов См после
15-летнего строительства для случаев 1, 2, и 3 соответственно со-
ставит примерно 489 млрд, долл., 451 млрд. долл, и 292 млрд. долл.
Для непредвиденных затрат примем величину в 10% от начальной
стоимости Биосолетты и транспортных расходов. На рис. 49 для
случая 1 Cq— (150 + 200+1011 +489+ 185) =2035 млрд, долл.,'что
6*	139
Рис. 49. Диаграмма стоимости
С„ установки и эксплуатацион-
ных расходов С2 Биосолетты (а)
и стоимость Сзб дневной порции
{36 г) протеина иа одного чело-
века (б) при сроках амортиза-
ции Биосолетты 30 и 15 лет, а
также при сроках амортизации
30 лет и функционирования
60 лет:
1—затраты на материалы для
Биосолетты; 2—затраты на пок-
рытие натрием в космосе; 3—
затраты на подъем Биосолетты
с Земли на ОЗО; 4—затраты на
орбитальные переходы; 5—неп-
редвиденные затраты; 1,11 >111—
случаи — см. рис. 48; Т=0,07;
ТА=30 лет (60 лет);	че-
ловек ' иа 1 га Биосолетты;
Лгр=107 га отражательной по-
верхности; 0,9
дает среднегодовые расходы в 135,5 млрд. долл. Для случая 2 ве-
личина Со= (150 + 200 + 374 + 451+ 118) = 1293 млрд. долл, или
86,2 млрд. долл, ежегодно. Для случая 3 Со= (150 + 200 + 203 +
+ 292 + 85) =930 млрд. долл, или 62 млрд. долл, ежегодно.
При оценке С! необходимо иметь в виду, что Биосолетта мыс-
лима только как многонациональная программа, основанная на
правительственных ассигнованиях. Поэтому прибыль на капитало-
вложения в данном случае принята т=0,07. Тогда на человека в
день для случаев 1, 2 и 3 величина С] соответственно 2,5; 1,59 и
1,14 долл.
Уравнение (19) для среднегодовых текущих расходов теперь за-
пишется в форме:
С = ^ом
2 — 3657У4ЛВ/
(36)
Расходы на функционирование (стоимость эксплуатации) зави-
сят от многих факторов. Для кратности эти факторы здесь учтены
суммарно.
На протяжении 30-летнего периода эксплуатации, который на-
чинается сразу же после окончания 15-летнего периода строитель-
ства, заменяется 15% материалов рефлектора и его вспомогатель-
ного оборудования; 20% массы рефлектора представляют собой
расходные материалы, требующие восстановления; кроме того,
рефлектор полностью покрывается, натрием заново в течение каж-
дых 15 лет. Это соответствует тому, что примерно 18,3 км2 рефлек-
тора должны перекрываться каждый день.
Стоимость операций, связанных с данными требованиями, мо-
жет быть снижена, если удастся избежать ранее принятого способа
снабжения. Длительность периода эксплуатации позволяет органи-
140
Зовать непрерывную рециркуляцию элементов рефлектора между
источником повторного снабжения и своей функциональной орби-
той. Эта ситуация сопоставима с техническим обслуживанием и ок-
раской очень длинного моста. К тому времени, когда рабочие, прой-
дя вдоль всего моста, достигнут его дальнего конца, на ближнем
его конце настанет пора снова начинать необходимые операции.
Подобная технология применима, если натрий может успешно
добываться на Луне, а ионизированные пары натрия могут исполь-
зоваться в качестве расходуемых материалов *, тогда фракции
Биосолетты будут всегда в плавании: к восстановительно-обслу-
живающей базе на окололунной орбите и обратно к своей геоцент-
рической рабочей орбите. Если же единственным источником нат-
рия останется Земля, возможность применения описанной техноло-
гии окажется под вопросом. В этом случае элементы Биосолетты
придется отбуксировывать на промежуточную опорную орбиту
(1100 км), где на объекты действуют экстремальные температур-
ные перепады при проходе через земную тень.
Перед возвращением на эту орбиту придется снова сложить
отражающую поверхность, чтобы минимизировать искажение орби-
тальных параметров из-за аэродинамических сил. Неясно, будет
ли это практичным после 15-летнего облучения Солнцем. Ремонт
и восстановление натриевого покрытия пришлось бы выполнять в
режиме орбитального полета на высотах 1100—1500 км, т. е. в пре-
делах внутреннего радиационного пояса. При этом потребуется
установка биологической защиты и смена обслуживающего персо-
нала. Поэтому оценить достаточно надежно этот способ по крите-
рию «стоимость — эффективность» сегодня невозможно.
Более простой альтернативой представляется установка обслу-
живающего оборудования на экваториальной круговой орбите с
периодом обращения более суток (т. е. на экстрагеостационар-
ной). Как уже отмечалось, это позволит избежать интерференции
с передающими и ретранслирующими спутниками, количество ко-
торых на геостационарной орбите к тому времени станет весьма
большим. Для регулярного технического обслуживания рефлекто-
ры будут выполнять «плавание» под солнечным парусом с их функ-
циональной орбиты на супергеостационарную. Для внештатного
- (аварийного или иного безотлагательного) ремонта технические
экипажи (команды) будут отправляться с ГСО на операционную
орбиту с помощью электроракетных или химических межорбиталь-
ных транспортных аппаратов.
Обслуживающая станция на супергеостационарной орбите мо-
жет легко обеспечиваться с более капитально оборудованного комп-
лекса на ГСО, предназначенного для контроля и технического об-
служивания развернутых здесь спутниковых систем, функционирую-
щих в обеспечение интересов наземных систем. Фактически обе
обязанности может выполнять один и тот же экипаж (количество
и * То есть в качестве рабочего тела электроракетной тяговой системы (прим.
141
членов которого минимизировано с целью сокращения эксплуата-
ционных расходов), для которого опорная станция на геостацио-
нарной орбите будет служить «домом», т. е. местом для сна и вос-
становления сил. Если принять такую концепцию, эксплуатацион-
ные расходы за 30-летний период функционирования будут соот-
ветствовать показанным на рис. 48. Они включают затраты на два
восстановления натриевого покрытия всей Биосолетты в течение
30-летнего периода, что соответствует требованию ежегодно транс-
портировать на супергеостационарную орбиту и обратно около
6,7°/о общей поверхности или 6700 км2. Принято, что 15% оборудо-
вания заменяется. Таким образом, на человеко-день для случаев 1,
2 и 3 величина С2 соответственно равна 0,075; 0,069 и 0,066 долл.,
а результирующие (С36) затраты соответственно составят 2,6; 1,6 и
1,15 долл.
Как и в случае Лунетты, амортизация капитала является доста-
точно важным показателем экономических характеристик. Поэто-
му весьма желательно проанализировать возможность использова-
ния лунных ресурсов для снижения величины первоначальных ка-
питаловложений Со. Если же удастся продолжить эксплуатацию
системы и во второй период длительностью 30 лет, можно ожидать,
что это приведет к значительному повышению общей экономично-
сти системы.
Благодаря государственному финансированию становится воз-
можным оправдать первоначальные затраты в течение 15 лет от .
начала функционирования. В этом	случае	-1
С1 = 0,11----.	I
364АГи4.в7	I
Здесь С] увеличивается в 1,36 раза по сравнению с цифрами, '
приведенными ранее, но зато этот компонент исключается вовсе
после первых 15 лет эксплуатации. Для первых 30 лет в этом слу- i
чае:	1
C36=Z)o + 0,5(l,36C1 + C2) + 0,5C2,	’
где С; и С2 имеют тот же смысл, что и раньше. Отсюда С36 для :
случаев 1, 2 и 3 соответственно равно 1,8; 1,18 и 0,83 долл.
Эта стоимость получения 36 г протеина на одного человека
в день будет иметь место в течение первых 30 лет* а затем снизится
до центов на человека в день.
Очевидно, что для потребителя стоимость морской пищи будет
несколько более высокой, поскольку необходимо добавить расходы
на вылов рыбы, обработку и доставку продукции.
Экономика Биосолетты связана с новыми временными кон-
стантами, ранее не встречавшимися в человеческой технологии.
Возможно, Биосолетта — единственный в своем роде, величайший
проект в системе Земля—Луна; она будет становиться все более
экономичной после первоначального периода функционирования :
продолжительностью в 30 лет. Быть может, жизненный цикл Био-
142
солетты растянется до века. Благодаря Биосолетте человечество
перейдет в новую эпоху, связанную с космической индустрией.
Потребуются дальнейшие исследования и эксперименты с ма-
лоразмерным прототипом Биосолетты, функционирующим над под-
ходящими районами мирового океана, чтобы установить достовер-
ность принятого нами допущения о возрастании общего воспроиз-
водства морских организмов в обоих полушариях, эквивалент-
ного ежегодному приросту улова рыбы на 40 Мт, что согласно
современным данным (Райзер; Пайк и Спайлхэз, «Ресурсы моря»),
составит от 16 до 20% расчетного значения сегодняшнего ежегод-
ного воспроизводства рыбы (в необработанном виде—порядка
200—-240 Мт). Эти цифры позволяют оценить перспективный уро-
вень выхода рыбных продуктов до 100—150 Мт. Приведенные циф-
ры— средние по земному шару, с учетом больших областей малой
или нулевой производительности. Воздействие Биосолетты концент-
рируется на самые прибыльные области, которые сегодня неработо-
способны из-за недостатка солнечного света. Если же эти области
обеспечить достаточным освещением, то их производительность мо-
жет возрасти до уровня, значительно превосходящего принятый
в приведенных расчетах (что, естественно, сделано из осторожно-
сти). Представляется также резонным признать, что область пло-
щадью в 100000 км2 является достаточно представительной с точ-
ки зрения экологии. Извлечение 16 Мт пригодной к употреблению
морской пищи (рыба, планктон и т. д.) представляет около четвер-
ти сегодняшнего ежегодного улова.
Принципиальный изъян Биосолетты — большие начальные ка-
питаловложения, по меньшей мере, порядка 1012 долл, в течение
15-летнего периода (или около 67 млрд. долл, ежегодно). Однако
рефлекторы будут созданы значительно раньше (в первую оче-
редь, как элементы Энергосолетты на трехчасовой орбите). Кроме
того, мы уже отмечали, что трудно мыслить Биосолетту иначе как
интернациональную программу, поэтому ежегодные капиталовло-
жения распределятся на многие нации. Наконец, подъем продук-
тивности сегодняшнего рыболовецкого промысла также требует
увеличения капиталовложений, прибыль от которых на единицу
оборудования будет падать из-за того, что добавочная рыба, ко-
торую нужно поймать, по мере повышения улова становится все
более рассеянной и в целом менее ценной. Биосолетта же дает
возможность повысить продуктивность за счет более концентри-
рованных форм морского хозяйства (в пределе это может быть
океанская ферма по производству морской пищи), которые обеспе-
чат ценные уловы, поскольку производство локализуется в наибо-
лее плодородных ключевых областях (где существуют постоянные
вертикальные течения, вызывающие подъем биологически актив-
иых глубинных вод к поверхности океана).
В случае Энергосолетты принята трехчасовая попятная орбита
(ем. рис. 41) в трехтрассовой модификации, т. е. общее потребное
число рефлекторов распределено на трех близких орбитах со сдви-
гом по восходящему узлу (как было описано ранее); как станет
143
ясно из дальнейшего, общее число трасс может доходить до четы-
рех и более.
Аналогом уравнения (14) для оценки стоимости электроэнергии
в данном случае служит:
с^с^с.+с^	(37;
Стоимость НИОКР на 1 кВт-ч ,и составляет (в долл.)
CD=^-,	(38)
где Тл—амортизационный период (лет); Е— годовое производство
электроэнергии.
Начальная стоимость 1 кВт-ч (в долл.). •
______т_____ Ср
1 “ 1 _/J ArA в ’
(39)
где т—норма возврата капиталовложений (прибыль на капитал);
Со=Ск4~Снп + Св+См-|-Сэ-|-Ссл,	(40)
стоимость создания и установки в определенном порядке
где Сэ
наземных энергостанций.
Другие члены имеют тот же смысл, что в уравнении (35). Нако-
нец, эксплуатационные расходы (в долл.) составят на 1 кВт-ч:
С2—
Срм
тАв
(41
Основываясь на рис. 43 и 44, определена суммарная выработка
электроэнергии; она показана в табл. 7.
Таблица
Параметры энергостанций, расположенных в трех районах Земли
Параметр	Значение параметра j для станции, расположенной в		
	Север- ной Аме- рике	СССР	Запад- ной Европе
Площадь элементов, преобразующих энергию, км2 Количество ежегодно подводимой (суммарно) энергии от Солнца и Энергосолетты, ГВт  ч/км2 Количество ежегодно подводимой энергии от Энерго- солетты, ТВт  ч/км2 Коэффициент эффективности фотогальванического пре- образования Годовая выработка электроэнергии, ГВт - лет Коэффициент загрузки Годовой выход электроэнергии, ГВт • лет Выработка электроэнергии за 30 лет, ПВт • ч Эквивалентное количество нефти для выработки такого количества энергии (КПД станции на нефти 35%), Мт	1000 5 2,85 0,15 85,6 0,75 64,2 12,65 130	1000 4,1 2,42 0,15 70,2 0,75 52 7 10,40 108	1000 3,72 2,20 0,15 63,7 0,75 47,8 9,42 99
144
Данные следующие: CDE= Г0-109— суммарные затраты на
1 W
НИОКР (долл.); Ск =-----— стоимость 1 км2 конструкции реф-
15 Лэс
лектора (долл.); С1Ш=2-106 — стоимость покрытия 1 км2 натрием
(долл); Св= 1Ю• 103 — стоимость выведения 1 т с поверхности Зем*
ди на солнечно-синхронную опорную орбиту (долл); См=
=40-IO3 — стоимость транспортировки 1 т с опорной (обслужива-
ющей) орбиты на трехчасовую солнечно-синхронную орбиту функ-
ционирования (долл.); Снэ=60-106 — стоимость 1 км2 наземных
электростанций:
С«=0,1(Со£+Ск+Снп-Св+С11+Снэ). .
В формуле (41) величина Сом—затраты на функционирование и
техническое обслуживание в течение амортизационного периода
ТА, лет оценивается, исходя из: 15% восстановления (замены)
материалов рефлектора; 2-х перепокрытий натрием всей поверх-
ности рефлекторов Энергосолетты с учетом связанных с этим чел-
ночных перегонок рефлекторов между трехчасовой функциональ-
ной орбитой и опорной 1100-километровой орбитой (40 000 долл/т);
30% массы Энергосолетты необходимо доставлять с поверхности
Земли на трехчасовую орбиту (15%—названные материалы для
ремонта и восстановления, 15%—расходные вещества); 10% от
суммы всех вышеперечисленных затрат — случайные неучтенные
расходы; т=0,15 дохода на капитал (норма прибыли); ТА= 30
лет — амортизационный период.
Из приведенных соотношений вытекает:
(42>
____152,3 • 1,1 л  1,675* 10® Г я /о I л oi с*7 эс \ । ел л 1-/лох
Ч =------------------------------------------------------со=— - Д8С 2+0,2167	+ 60Днэ ,	(43)
&	** L \	-^эс 7	J
где Дэс, 1ГЭС — площадь и масса Энергосолетты (рефлекторов);
+га—площадь рабочих элементов наземных энергостанций;
г 1,1-103 -	1,1-108	. [. , А И7ЭС \ , СА . I	....
Ч=—--Сом=^—- Лэс 4+0,135—^- +60Днэ ,	(44)
О1-)С	ОС	у	-ДдС /	J
где £ = 8,76 ГВт • год — чистая ежегодная выработка электро-
энергии.
Для площади Энергосолетты приняты два значения, взятые из
табл. 6 и умноженные на 1,05 для учета техобслуживания:
10 210 км2 (четырехтрассовая схема орбит) и 12 750 км2 (пятитрас-
совая схема). Приняты два значения относительной массы поверх-
ности 1ГэсМэс 30 и 50 т/км2. Для наземной энергостанции площадь
рабочей поверхности принята равной Двэ=1000 км2, что находится
8нутри минимального светового пятна с площадью в 1150 км2.
145
Рис. 50. Круговые диаграммы затрат иа
бита) при массе I км2 поверхности 30 т
Эиергосолетту (3-часовая солнечно-синхронная op-
fa), прн массе I км2 поверхности 50 т (б):
/—затраты на фотогальваническую энергостанцию; 2—непредвиденные затраты; /*—затраты
иа материалы для рефлектора (без покрытия); 2*—затраты на покрытие натрием в космосе;
3*—затраты на транспортировку Земля—орбита: 4*—затраты на межорбитальный переход;
5*—непредвиденные затраты; а*—затраты на замену материалов; в*—затраты на двухкратное
восстановление натриевого покрытия в космосе; с*—затраты на транспортировку заменяемых
элементов и расходных материалов; d*—затраты на межорбитальные перевозки; е*—затраты
на орбитальные переходы для повторного перекрытия натрием; /*—непредвиденные затраты
(45)
'х р
(46) i
Начальные затраты в расчете на один суммарный киловатт
электроэнергии получаются из выражения:	j
С = * ’
0	106£
Для сравнения запишем выражение, определяющее стоимость |
электроэнергии, выработанной фотогальванической наземной уста- ]
новкой принятого сегодня типа (т. е., работающей только за счет 1
одного естественного солнечного света), считая, что для нее затра- ]
ты на НИОКР не требуются:	I
( 106£
где Сх — дополнительные расходы на хранение энергии; 1,1 — ко- ’
эффициент, учитывающий случайные расходы;
1,523-105= ₽
С1----------Go£.
Здесь Ек— в кВт-ч на один год; Е — в ГВт • год;
С2=-^-СйЕ.
2	30£к 0
Принято Сх=200 долл, на 1 кВт.
Результаты расчетов представлены на рис. 50 и 51. На
в левой части кольцевой диаграммы показано
отдельным статьям для первоначальных затрат; правая
отображает распределение эксплуатационных затрат. Сравнение^
(47) :
(48);
рис. 50]
распределение по|
сторона]
146
Рис. 51. Диаграмма стоимости электроэнергии (вверх в долларах иа МВт • ч, вйиз — в долла-
рах на кВт) вырабатываемой Энергосолеттой-системой (3-часовая солнечно-синхронная ор-
бита):
/—для Северной Америки; 2—для Западной Европы; 3—для Советского Союза; /4-2—для сов-
местного снабжения Северной Америки и Западной Европы; /4-24-3—для совместного снаб-
жения всех трех потребителей (а—для наземной солнечной электростанции принятого сегод-
ня типа; б—с учетом использования тех рефлекторов, которые направляют энергию к
<своей» наземной станции)
двух кольцевых диаграмм иллюстрирует влияние массы Энергосо-
летты на распределение стоимости по отдельным статьям расходов.
Затраты на космический сектор преобладают как в составах
первоначальных и эксплуатационных расходов, так и в обоих вари-
антах относительной массы отражающей поверхности рефлектора.
Однако при обслуживании одной Энергосолеттой двух наземных
силовых станций наземный компонент затрат приблизится к 50%
общих первоначальных или эксплуатационных затрат для Энерго-
солетты с удельной массой в 50 т/км2 и превысит 50% в случае
рефлекторов с массой поверхности в 30 т/км2. Не удивительно, что
в начальной стоимости космического сектора львиная доля прихо-
дится на транспортные расходы, даже при использовании комбина-
ции электроракетного привода и солнечного паруса (именно этот
принцип принят в обоих случаях для межорбитального перехода за
пределами 1100-километровой высоты). Основная причина этого—
снижение массы полезной нагрузки из-за использования ретроград-
ных орбит*. Как было отмечено выше, если использовать большее
число наземных электростанций, можно уменьшить наклонение
орбиты примерно до 45°, что приведет к снижению почти вдвое
транспортных расходов на выведение с Земли на опорную орбиту.
Такое же значение, что и транспортировка, имеет покрытие нат-
рием в космосе; этот компонент составляет значительную долю на-
чальных затрат, хотя эти расходы и не будут больше, чем те, кото-
рые имели бы место при покрытии рефлекторов натрием на по-
* Уменьшение массы полезной нагрузки при запуске на попятную орбиту
связано с тем, что в этом случае необходимо увеличивать запас топлива для пре-
одоления переносной скорости вращения Земли, поскольку запуск идет против
вращения Земли (прим, перев.).
147
верхности Земли. Покрытие натрием доминирует и в эксплуатаци-
онных расходах (Ь* и е*). Однако наше основное допущение, что
каждый рефлектор необходимо отбуксировывать на опорную 1100-
километровую орбиту в среднем каждые 10 лет с целью возобнов-
ления натриевого покрытия ,и технического обслуживания, требу-
ет серьезной проверки, поскольку необходимо еще обосновать пот-
ребность в новом натриевом покрытии по истечении каждых 10 лет.
На рис. 51 приведено сравнение потребностей в начальных ка-
питаловложениях (в долл, на кВт) и стоимости 1 кВт-ч электро-
энергии для каждой из трех наземных энергостанций (при трех
вариантах площади и относительной массы); здесь же приведены
цифры для двух и всех трех энергостанций, обеспечиваемых одной
и той же системой рефлекторов. Две дополнительные диаграммы
приведены в целях сравнения: левая представляет собой стоимост-
ные характеристики для наземной солнечной электростанции при-
нятого сегодня типа, обладающей одинаковой эффективностью пре-
образования, с учетом дополнительных затрат на систему аккуму-
ляции (хранения) энергии размером в 200 долл, на 1 кВт. Крайняя
справа диаграмма основана на допущении, что используются те
рефлекторы, которые функционируют в данный момент, т. е. излу-
чают энергию к «своей» наземной энергостанции. Эти величины
очерчивают предельно нижнюю стоимостную асимптоту для «собст-
венных» наземных станций Энергосолетты, к которой будут стре-
миться затраты при использовании 12-часовой или геостационар-
ной орбиты, когда данный комплект рефлекторов облучает назем-
ную энергостанцию в течение ночи. Аналогичные величины затрат
могут быть также получены при использовании субсинхронных
орбит, когда последовательно облучается большее количество на-
земных станций.
Рис. 51 убеждает, что Энергосолетта обеспечит потенциальную
возможность для новой интегрированной технологии в системе
«Земля—космос», неся странам с различным географическим поло-
жением солнечно-электрическую энергию при сравнительно низких
затратах. Эти возможности, в первую очередь, опираются на факт,
что рефлекторы на субсинхронных орбитах могут обслуживать ряд
наземных энергостанций, а -возможно, и единую простую и очень
большую энергостанцию при высокой эффективности использова-
ния рефлекторов. Существует еще одна возможность для дополни-
тельного повышения степени утилизации рефлекторов: использова-
ние ретрорефлексии радиационной энергии к энергостанции на
дневной стороне Земли, создавая тем самым дополнительный по-
тенциал для снижения затрат, поскольку рефлекторы — весьма вы-
сокоэффективная система трансляции энергии.
5.6. «ДВУХЗВЕЗДНАЯ ЭКОЛОГИЯ»
Помимо использования в плане Биосолетты, в более далеком бу-j
дущем можно представить себе и другие применения Солетты,|
обеспечивающей дополнительный поток световой энергии, по мощЦ
148
ности равной тому, который дает наше естественное светило. Эту
дополнительную световую энергию можно будет направить по сле-
дующим основным линиям (рис. 52):
непосредственная генерация разных видов энергии, потребной
для индустрии, городов и т. п.;
широкомасштабное производство пресной воды;
крупные ирригационные работы по обводнению пустынь;
широкомасштабное производство длительно хранимых видов
топлива;
‘Налприй-
Па.р-
Днем
Ночью
____ъ
Натриевый
теплообменник
Коллектор
Днем
Выпуск пресной
Воды (Выпарива-
ние мд
~| Солнце |—-
\СРЛ£ЛНЛа\
| Ночью
Турбогенератор
^s^zzzzzzzz^
Химическая |
стимуляция |
проЗукогаВнос-\
mu I
Потребители
Энергоре-
зервы
Днем
Н с оью
ция прес-
воЗы
.L
Область с непре-
рывным ростом
растений.
Электролиз воды М........
и ожижение компанен. t //////////777
россие
о раме не- *— Н.
2
\Другие
^Транспорт-!
1ные системь. ।
I
^zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz^^zzzzzzzz^
Рис. 53. Функциональная схема Солетта-системы
149
крупномасштаоное производство пищи (в том числе с помощью
химического синтеза).
Фиксированное положение Солетты на ГСО обеспечит идеаль-
ные условия по облучению определенных выбранных областей на
поверхности Земного шара; поскольку Солетта, в отличие от естест-
венного Солнца, не подвержена сезонным и суточным вариациям,
она лучше накрывает те области, где будут установлены гелиоста-
тические элементы центральной приемной энергостанции, и упро-
щает управление всем энергокомплексом. Поэтому Солетта стано-
вится в определенном смысле главным энергоисточником,
а естест-

венное солнце — вспомогательным.
Общая Солетта — экология будет чрезвычайно продуктивной.
Представляя удобную передающую систему, она не только может
обеспечить все человечество электроэнергией, но и явится главным
создателем углеводородного топлива, синтезируемого из воды и
углекислоты (технологический аналог фотосинтеза); она будет
главным стимулятором
индустриализации.
Давая
возможность

орошения больших, ныне бесплодных районов, Солетта — система
станет одним из главных производителей пищи.
Общая Солетта — экология будет синергистической *, интегри-
рованной системой, производящей в огромных количествах три са-
мых главных и самых необходимых продукта: энергию, воду и пи-
щу. Она создает эффект маленького внеземного мира, как бы при-
надлежащего планете из планетной системы двойной звезды; иначе
говоря, естественное светило как бы окажется удвоенным.
При выбранной нами системе критериев оценки Солетта на ГСО
должна быть весьма экономически эффективной. Функциональная
схема Солетта-системы приведена на рис. 53.
* Т. е. обеспечивающей комбинированное действие, при котором суммарный
эффект превышает простую сумму действий отдельных компонентов (от греч.
synergia — содействие) (прим, перев.).

6
ГЛАВА
ЭНЕРГИЯ
ИЗ КОСМОСА
6.1. ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА И КОСМОС
Электричество — самая подвижная форма энергии- Она может
преобразовываться в химическую энергию, ее можно хранить в
различных формах, передавать по силовым линиям и, наконец, ее
можно трансформировать в микроволновой луч и таким путем пе-
редавать через пространство. Таким путем космическая техника
может использоваться для передачи электроэнергии из одной точ-
ки земной поверхности в Другую, а также для генерации электро-
энергии в космосе с целью ее передачи на Землю.
В энергосценарии будущего космическая техника может занять
видное место, если она сумеет внести вклад в распределение и ге-
нерацию электроэнергии — своевременно, многофункционально и
экономически конкурентоспособным образом.
К началу последнего десятилетия XX века придется передавать
тысячи миллиардов киловатт-часов к весьма нагруженным центрам
в индустриально развитых странах и к возрастающему числу не
менее нагруженных центров в развивающихся странах. Солнечная
энергия обеспечивает наибольшую степень благоприятного воздей-
ствия на окружающую среду и, если организовать массовое произ-
водство компонентов энергостанций, — наиболее экономичную фор-
му генерации вышеназванных количеств энергии. Это вполне естест-
венно, поскольку самым мощным и по сути самым изначальным
энергоисточником на нашей планете является Солнце. Особенно
богаты солнечной энергией США, Мексика, Австралия, Африка и
Средний Восток.
Чтобы доставлять порождаемую Солнцем электроэнергию от
областей с наибольшей интенсивностью солнечной радиации к вы-
соконагруженным центрам, придется передавать сотни и тысячи
миллиардов киловатт-часов на большие расстояния, преодолевая
океаны, горные районы, джунгли и другие труднопроходимые тер-
ритории. Часто энергоисточники окажутся отделенными от потре-
бителей многими государствами. Если использовать наземные ли-
нии передачи, придется проходить через территории этих стран,
Для чего потребуются не только приобретение соответствующего
пРава и денежные расходы, но и содержание на линии обслужива-
ющего персонала. Физически право на прокладку силовых линий
151
покупается
ценой
отчуждения
создает нежелательные экономические,
огромных земельных
социальные,
участков,
что

экологические

и эстетические последствия. Проход через труднопроходимые тер-
ритории, связанный с чрезмерно протяженными наземными распре-
делительными сетями, приводит к значительному возрастанию экс-
плуатационных расходов на силовые линии (или трубопроводы
жидкого водорода); в ряде случаев эти расходы значительно выше
тех, что имеют место в высокоразвитых и хорошо интегрированных
областях, таких как США или Западная Европа.
В этих случаях передача энергии через космические ретрансля-
ционные станции заполняет глубокий провал в распределительной
технологии. Чтобы обеспечить экономическую конкурентоспособ-
ность, космическая система ретрансляции должна обладать эффек-
тивностью передачи в 60% или больше, а стоимость передачи
ие должна быть выше 1,4 цента на 1 кВт-ч электроэнергии,
поступающей к приемной шине в конце линии электропере-
дачи.
Независимо от использования вместе с солнечными электро-
станциями, система спутников-ретрансляторов энергии обеспечива-
ет два явственных преимущества в связи с применением ядерных
энергоисточников. Ядерные энергоустановки должны размещаться
в удаленных пустынных районах, на безопасном расстоянии от
плотно населенных областей. Во-вторых, электроэнергия, генериру-
емая ядерными установками, может быть распределена между
множеством стран-потребителей без необходимости распределения
между ними ядерных реакторов и плутония-239.
Можно безопасно «распределять» ядерную энергию, фактичес-
ки сохраняя полный контроль над запасами плутония-239.
Если благодаря отдаленному размещению ядерного энергоис-
точника можно повысить показатель использования (долю време-
ни, в течение которого фактически производится энергия), то сни-
жение эффективности передачи (сравнительно с более короткими
дальностями передачи) полностью окупается.
Для системы ретрансляции энергии необходим первичный
энергоисточник. Например, может использоваться подходящей ве-
личины отдаленный геотермальный или гидрсдинамический энерго-
источник.
Имеется много стран, чьи энергетические ресурсы (солнечные,
геотермальные, гидро) превосходят их внутренние потребности.
Если расширить для них рынки сбыта, куда они продавали бы из-
быток энергии, то для этих стран (в особенности это важно для
развивающихся стран) их залитые солнцем территории и другие
источники энергии стали бы драгоценным активом, укрепляющим
их экономику, представляющим другим странам ценный продукт,
и тем самым вносящим заметный вклад в оздоровление и целена-
правленное интегрирование мировой экономики. Спутники-ретран-
сляторы энергии обеспечат много большую область потребления
этой энергии, которая будет достаточной, для того чтобы оправдать
развитие и эксплуатацию названных энергоисточников. При нали-
152
чии системы спутников-ретрансляторов энергии станет возможной
новая эра планетарного энергетического хозяйства.
Для создания мощности на спутниках-генераторах энергии в
космосе можно использовать два очевидных энергоисточника: Солн-
це и ядерные реакторы. Солнце в космосе является даровым мест-
ным источником, а ядерная энергия настолько концентрирована,
что может оказаться вполне экономичным снабжать ядерным го-
рючим ИСЗ-генераторы энергии. Ядерный вариант включает как
деление, так и синтез. Поскольку термоядерные реакторы тоже
производят радиоактивные материалы (хотя и в меньших количест-
вах, чем атомные реакторы) и дают отброс тепла, оба этих прин-
ципа связаны с засорением окружающей среды, а потому и жела-
телен их вынос в космос, чтобы не загрязнять наземную среду оби-
тания.
Генерация мощности на орбите и микроволновая передача
энергии на Землю представляет собой космическую программу
значительно больших масштабов, чем ретрансляция энергии через
ИСЗ от наземного источника к другому району — потребителю на
поверхности земного шара. Возникающие при этом транспортные
потребности превосходят возможности МТКС «Спейс Шаттл».
Масса ИСЗ-генератора превосходит массу спутника—ретрансля-
тора на один-два порядка и поэтому требует значительно больших
-капиталовложений во вспомогательные устройства.
Общеродовая программа «Энергия из космоса» имеет главной
целью широкомасштабную трансляцию энергии микроволновым
лучом (или иначе — СВЧ: сверхвысокой частоты). Она может
включать три альтернативы (субродовые программы): 1) передача
энергии с большой центральной силовой станции на поверхности
Земли удаленным потребителям путем космической ретрансляции;
2) генерация мощности устройством на ГСО и передача ее к при-
емным устройствам на Земле или к экзоиндустриальным потреби-
телям; 3) генерация мощности устройством на ССО и передача ее
к потребителям на поверхности Земли через активные ретрансля-
торы на геостационарной орбите.
Использование космоса для передачи или для генерации и пе-
редачи энергии потребителям может быть более экономичным
и более благоприятно в экологическом отношении, чем большинст-
во чисто наземных энергетических систем. Кроме того, при таком
подходе обеспечивается непрерывный рост энергоснабжения вне-
земных потребителей, что способствует развитию всех линий экзо-
индустрии.
Вероятные сроки начала эксплуатации систем: 1-я программа
90—95 гг.; 2-я программа 95—2000 гг., 3-я программа 93—97 гг.
Принципиальные технические задачи, которые нужно решить
при создании космических энергосистем, следующие: обработка
(превращение из вида в вид) энергии в космосе; генерация микро-
волнового СВЧ—излучения; фокусирование силового СВЧ —
лУча; обратное преобразование микроволновой энергии в электри-
ческий ток; антенное усиление и управление силовым лучом; транс-
153
портировка и сборка больших и тяжелых конструкций в космосе;
создание принципиально новых систем выведения (исключая ИСЗ-
ретранслятор, для которого они не необходимы).
В основном, как уже было отмечено, космические энергосисте-
мы благоприятны для наземной окружающей среды. Но их ахил-
лесовой пятой может оказаться микроволновая радиация. Сегодня
необходимо провести обширные эксперименты, чтобы достаточно
надежно и глубоко изучить возможные воздействия СВЧ — излуче-
ния на атмосферу, биосферу и на долговременные характеристики
общественного здоровья.
Возможно, в более поздний период (после 2000 г.) будут ис-
пользоваться передающие фазированные решетки (размещаемые
как на Земле, так и в космосе) для частот, не проходящих сквозь
всю толщу атмосферы с минимумом потерь, а напротив, поглоща-
емых на заранее определенных высотах (соответственно характе-
ристикам молекул и атомов); это может использоваться для конт-
ролируемого локального управления климатом. Таким образом,
между рассматриваемыми ниже космическими энергосистемами
и Солеттой оказывается широкий диапазон частот, доступный в це-
лях локальных модификаций климата: воздействия на ветры, ко-
личество атмосферных осадков, а следовательно, и на производ-
ство пищи. Такая техника могла бы обеспечить локальную компен-
сацию изменений климата из-за перемен в цикле солнечной актив-
ности. Но прежде необходимо более глубоко, чем это сделано до
сих пор, изучить анатомию земного климата и воздействие Солнца
на климат.
6.2. ТРАНСЛЯЦИЯ ЭНЕРГИИ ЧЕРЕЗ КОСМОС	й
Электроэнергия наземной силовой станции, питаемой солнцем, гео-Я
термическим или иным источником, будет преобразовываться вЯ
микроволновое излучение, с частотой порядка 3 ГГц (длина волны !
10 см), и по фидеру будет подаваться на передающую антенну —Я
фазированную решетку. Передающая система формирует энергию!
в управляемый силовой луч и фокусирует его на ИСЗ-ретрансля-!
торе энергии, находящемся в заданной точке ГСО; ИСЗ—РЭ будет.1
действовать как пассивный отражатель, перенаправляющий сило-л
вой луч к приемной установке на Земле, расположенной на весьма |
большом удалении от первоисточника энергии. Наземная электро- |
магнитная силовая станция преобразует СВЧ-излучение в электри-1
чество. Такая станция состоит из приемного устройства, выпрями- )
теля (преобразующего электромагнитную энергию в постоянный |
ток) и обычного коллектора. (Вообще говоря, преобразователь мо- 1
жет стоять и у потребителя, а на приемной станции отсутствовать.) J
Транспортировка элементов ретранслятора на ГСО может вы- |
полняться с помощью М.ТКС «Шаттл», работающей совместо с |
пилотируемым межорбитальным буксиром или связкой ступеней с-|
солнечно-электроракетной тяговой системой. Сборка будет выпол-|
няться на опорной околоземной орбите, но возможна и окончатель- .1
154	J
лая сборка на самой ГСО. Для обслуживания системы будут ис-
пользоваться две космические станции: с экипажем в 12—24 чел.
на околоземной и в 6—12 чел.— на геостационарной орбитах.
Наземные элементы системы ( передающее и приемное устройст-
ва) потребуют около 36 км2 площади из расчета на 1000 МВт транс-
лируемой мощности. В табл. 8 показаны характеристики системы,
рассчитанной на подводимую к передатчику мощность около 12 ГВт.
Таблица 8
Характеристики ретрансляционной энергосистемы
Характеристика	Значение характеристики
Суммарный коэффициент эффективности трансляции * Общая площадь излучающей поверхности на передающей станции, км2 Площадь ИСЗ-ретранслятора, км2 Масса ИСЗ-ретранслятора, т Общая площадь приемного наземного устройства, км2 Мощность постоянного тока на передающей станции, ГВт Мощность СВЧ-луча при апертуре передающего 2* устройст- ва, ГВт Мощность СВЧ-луча в апертуре приемного 3* устройства, ГВт Выходная мощность постоянного тока на приемной станции, ГВт Энергия 4*, переданная за 30 лет функционирования системы, ПВт  ч	0,63-0,67 66 1,5 300 66 11,6 9,2 8,6 7,3 1,73
• Отношение мощности на приемной шине наземной станции к подводимой мощно-
сти иа передающей станции.
** Максимальная плотность энергии в центре силового луча 50 мВт/см2.
Максимальная плотность энергии в центре силового луча 36 мВт/см2.
4* Переданная энергия эквивалента 400 Мт нефти (ежегодному потреблению 13 Мт>.
Линия электропередачи на 600—800 кВ напряжения при вход-
ной мощности в 2200 МВт (выходная мощность в этом случае за-
висит от длины линии) требует около 50 км2 на каждые 1000 км
Дистанции. Таким образом, космическая система оказывается луч-
шей уже при дистанции передачи энергии около 2000 км, если исхо-
дить из потребности в отчуждении земель. Если же исходить из
эффективности передачи, «точка пересечения» наземной и косми-
ческой систем соответствует дальности передачи где-нибудь около
4000—6000 км для высокоразвитой, плоской территории; и при
гораздо меньших расстояниях — для неосвоенных, «диких» терри-
торий (джунгли, горы и т.п.). Но космическая система электропе-
редачи совершенно незаменима, если требуется «перепрыгнуть» че-
рез океан. Если исходить из потребления электропроводящих мате-
риалов (имея в виду алюминий), точка пересечения лежит при
Дальности передачи около 2500—3500 км. Стоимость разработки и
Установки космической системы энергопередачи должна быть около
450 долл, на 1 кВт (в ценах 1975 г.). Учитывая первоначальные
155
капиталовложения и эксплуатационные расходы, отнесенные ।
энергии, переданной в течение 30 лет, получим стоимость трансля
ции энергии при коэффициенте загрузки 90%, около 1 цента ц
1 кВт-ч.
6.3. ТЕРМОЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ В КОСМОСЕ
Развитие термоядерных реакторов как источников первичной энер-
гии является, по-видимому, особенно важной предпосылкой для
серьезных успехов человека в космосе, и, в первую очередь, для
индустриального освоения внеземной окружающей среды. Наибо-
лее привлекательные черты и огромные потенциальные возможно-
сти управляемой термоядерной реакции показаны суммарно на
рис. 54, на котором видно, что термоядерная энергия занимает
весьма высокое место среди ключевых технологических принципов,
связанных с индустриализацией космоса.
Управляемая термоядерная реакция, когда она будет техничес-
ки реализована, по ряду причин станет более дешевым и универ-
сальным источником энергии, чем солнечный свет. Во-первых, тер-
моядерная энергоустановка более компактна по сравнению с энер-
гоустановкой, так или иначе использующей в качестве первичного
энергоисточника солнечную радиацию. Высокая плотность энергии
в термоядерной установке, ее большая компактность делают ее на-
иболее транспортабельным энергоисточником, особенно при боль-
ших потребных мощностях. Термоядерный энергоисточник не за-
висит от затмений, от чередования ночных периодов (в том числе
и на поверхности иных космических тел, кроме Земли); он не зави-
сим и от расстояния до Солнца. Термоядерный реактор — единст
венный энергоисточник, способный обеспечить вынос с поверхносы
Минимальная
потребность б
снабжении и эet-
na сах
Экономичность
эн ер гои с тонн и -
ка для электро-
магнитных уско-
рителей (типа
Лунатрон)
Наибольшая плот-
ность энергии на
единицу массы
Эффектив-
ность и эко-
номичность
энергоисточ-
ники для раз-
бития инду-
стрии на Луне
Транспорта бель -
ность энергоис-
точника
Эффективность
энергои ставни-
ка для больисих
транспортные
космических ко-
раблей большо-
го радиуса дей-
ствия
энергия
осмонао-
тике
Термоя-
дерная
 Эффективность
энергоисточника
для космических
энергостанций на
орбитах, где имеет
место попадание
станции на какой-то
период в тень Земли
Наименьшие массо-
вые затраты при ге-
нерации энергии для
Земли
Рис. 54. Схема достоинства использования управляемой термоядерной анер-
гии в космической индустрии
156
Земли в космос значительной части индустрии, особенно тех ее от-
раслей, которые по тем или иным соображениям нежелательно
развивать на земной поверхности, или тех, которые представляют
прямую опасность для наземной окружающей среды. Термоядер-
ная реакция — самый эффективный энергоисточник для крупно-
масштабной и весьма экономичной добычи руд и других ресурсов
на Луне и вообще где бы то ни было в Солнечной системе. Термо-
ядерная энергия легко превращается в другие виды энергии: теп-
ло, электричество, различные формы сфокусированной и направ-
ленной энергии для силового применения в тяговых системах (в ви-
де плазмы или силового луча), для добычи и обработки материа-
лов в вакууме. Термоядерная реакция — единственный энергоис-
точник, способный обеспечить экономичное создание сильных маг-
нитных полей, которые в тот период станут необходимыми для за-
щиты внеземных человеческих поселений и космических кораблей,
длительное время подвергающихся действию солнечных вспышек
и космических лучей.
Вряд ли окажется ошибочным предположение, что индустриаль-
ная утилизация космоса будет вести к развитию управляемой тер-
моядерной энергетики. Космос предоставляет наиболее адекватную
среду для генерации и применения термоядерной энергии; при этом
наиболее существенны два фактора: неограниченный вакуум и би-
ологически нечувствительное окружение. Фактически, космическая
природная среда изначально определяется всевозможными излуче-
ниями термоядерного «реактора», имеющего громадные утечки и
расположенного в центре нашей планетной системы (так же, впро-
чем, как и других удаленных «реакторов», расположенных в цент-
рах своих планетных систем или же лишенных каких-либо замет-
ных для нас планет).
Возможны два принципиальных подхода к реализации контро-
лируемой генерации термоядерной энергии: нестационарный
(взрывной) или с применением различных способов магнитного
удержания плазмы. Оба подхода применимы как на Луне, так и на
орбите, где достаточно возможностей по постройке больших удер-
живающих конструкций, внутри которых могут происходить не-
большие термоядерные взрывы, инициируемые лазером или ион-
ным силовым лучом.
Ниже представлен краткий обзор ключевых проблемных облас-
тей в развитии реакторов. (Сразу же отметим, что в космических
условиях сложность решения большинства проблем уменьшается
по сравнению с наземными условиями.) Специфических, глубоких
вопросов мы касаться не будем; единственное исключение — крат-
кое рассмотрение вопроса об удержании плазмы в реакторе типа
«Токамак», поскольку во многих странах делаются усилия для ре-
шения данной проблемы подобным путем.
Принцип «Токамака» первоначально найден и развит в СССР,
а впоследствии он применялся во многих странах. Этот принцип
позволяет достичь числа Лоусона п/„л:1014 (где п — число частиц
в 1 см3 плазмы, tv — продолжительность периода удержания плаз-
157
мы). Число Лоусона характеризует возможность получения «чис-
той» положительной мощности от термоядерной реакции дейте-
рий— тритий. Но даже при достижении нужного значения крите-
рия Лоусона (чего следует, по-видимому, ожидать в начале 80-х
годов) останутся многие чисто инженерные проблемы, которые пот.
ребуют серьезных усилий для своего решения. Они сконцентриро-
ваны в трех широких областях:
—	достаточно долгое стабильное удержание плазмы;
—	поддержание высокого, чистого вакуума;	л
— создание материалов с необходимыми физическими свойств
вами, развитие методов обслуживания и ремонта реакторов, разй
работка больших сверхпроводящих катушек.
Решение названных проблем тем сложнее, чем меньше разме-
ры реактора.
При сегодняшнем уровне проблема устойчивого стационарного
удержания плазмы может быть успешно решена с помощью ком-
бинации спирально-тороидального и полоидного магнитных полей
в реакторе типа «Токамак». Однако такому реактору свойственно
низкое значение величины р (отношение плотности плазмы к сред-
ней плотности энергии в магнитном поле), а следовательно, для
него необходимо высокое давление магнитного поля, что, в свою
очередь, предъявляет высокие требования к сохранению чистоты
вакуума (то есть самой плазмы), к размерам и форме камеры ре-
актора и к поддержанию сверхпроводимости.
Особое значение имеет высокий и чистый вакуум. Его потреб-
ное значение имеет порядок 10-6 торр *. При более высоких циф-
рах (менее глубоком вакууме) давление плазмы становится неуп-
равляемо большим. Когда идет реакция дейтерий — тритий, 80%
энергии приходится на нейтроны, а 20% — на ионы, которые улета-
ют из реактора. При ударе о стенки вакуумной камеры они выби-
вают из них загрязняющие плазму частицы. Присутствие в плазме
загрязнений вызывает возрастание потока радиационной энергии
от плазмы к стенкам камеры реактора, что охлаждает плазму и
может вызвать ее дестабилизацию или даже вовсе нарушить тер-
моядерную реакцию.
Вследствие того, что термоядерный дейтериево-тритиевый реак-
тор является мощным источником нейтронов с энергией порядка
14 мегаватт, а также других частиц и радиации, возникает слож-
ная проблема создания соответствующих конструкционных матери-
алов, поскольку потоки частиц и радиация создают серьезную опас-
ность для конструкции оболочки, окружающей плазму. Размерные
ограничения требуют от материалов конструкции вакуумной каме-
ры способности выдерживать потоки при уровне в 1022 нейтро-
нов/см2 в течение 20 лет функциональной жизни реактора. Это зна-
чение намного превышает допустимый уровень потоков для топлив-
ного плакирующего слоя в атомном реакторе деления.
* 1 торр равен 1 мм ртутного столба (прим, перев.).
158
Космос обеспечивает два важных фактора, которые, в конечном
счете, облегчают решение многих из упомянутых выше проблем.
ЭТ0 наличие высокого вакуума и возможность применения очень
больших по размерам конструкций. Космический вакуум (порядка
|0'8 торр) значительно снижает давление плазмы, а следователь-
но, и потребное давление магнитного поля, поэтому уменьшается
жесткость всех конструктивных требований — образно говоря,
«обеспеченная высоким вакуумом» камера не преподносит никаких
неожиданных принципиально неразрешимых проблем. Хотя разме-
ры камеры — не единственный важный фактор (не менее важна
конфигурация плазменного поля), но при больших размерах проб-
лема удержания стабильной плазмы значительно облегчается. Уве-
личение размеров снижает и плотность теплопотока, а следователь-
но, термические напряжения в конструкционных материалах, что
продлевает их ресурс и облегчает обслуживание. Уменьшаются по-
тери рабочего объема, снижается число пузырьков, появляющихся
в толще материала и вызывающих его хрупкость. Меньшая радиа-
- ционная опасность также будет уменьшать сложность проблем,
связанных с возрастанием сопротивления стабилизирующих мате-
риалов (меди или алюминия) в сверхпроводящих магнитных сис-
темах.
Большие размеры камеры означают увеличенные расстояния от
зоны плазмы, где идет термоядерная реакция, до первой стенки
(внутренней стенки камеры), что обеспечивает больший буферный
объем. При большем доступном внутреннем объеме и при наличии
высокого внешнего вакуума облегчается задача эффективного пре-
дотвращения загрязнения плазмы.
Термоядерный реактор — сложная система, связанная с ком-
плексом вспомогательных систем: нагрева плазмы, подачи топлива,
управления, аккумуляции энергии, восстановления трития (путем
взаимодействия литиевого покрытия с нейтронами) и прочих уст-
ройств, окутанных изоляционными и защитными конструкциями. Тем
,не менее, сложность, многих наиболее трудных инженерных задач
при функционировании реактора в космосе уменьшается. Вероят-
но, еще большего облегчения в решении большинства узловых'
проблем можно ожидать на поверхности Луны. Дополнительная
поддержка может быть получена с помощью космического произ-
водства — за счет выпуска более гомогенных металлических мате-
риалов для отражателей (пользу от этого получат и наземные тер-
моядерные силовые установки).
Такие материалы в первую очередь нужны для внутренних
стенок, где потребуется низкий атомный номер, чтобы обеспечить
минимально возможное загрязнение плазмы, а также высокое зна-
чение температуры плавления.
Реализация космического термоядерного реактора, приспособ-
ленного к функционированию в орбитальном полете и на поверх-
ности Луны, среди прочих полезных применений обеспечит воз-
можность создания маленького и легкого энергопроизводящего
спУтника.
159
6.4. ЭНЕРГОПРОИЗВОДЯЩИЙ СПУТНИК
Энергопроиэводящий ИСЗ, в отличие от Энергосолетты, первичную
солнечную энергию непосредственно в космосе преобразует в
электричество, чтобы затем передавать ее на поверхность Земли
в микроволновом режиме и снова переводить в электроэнергию на-
земными установками. Передача СВЧ-лучом удобнее, чем свето-
вым. Принята частота .микроволнового .излучения 2,45 ГГц, что
соответствует длине волны 12,24 см.
На рис. 55 показаны две принципиальные схемы энергопроиз-
водящего спутника — солнечная и ядерная. Здесь же приведено
распределение плотности энергии в микроволновом силовом луче
у выпрямительно-приемной антенны (ректенны) на поверхности
Земли.
Использование микроволнового излучения имеет множество
преимуществ и не меньше недостатков.
К преимуществам относятся: малое влияние на земную атмос-
феру, возможность формировать силовой луч независимо от угло-
вого диаметра Солнца, что определяет процесс фокусировки при
организации трансляции энергии в видимом свете.
Все недостатки микроволнового излучения коренятся в его «ис-
кусственности» относительно изначального излучения Солнца:
Рис. 55. Схемы фотогальванической энергостанции (а) на орбите, термоядерной энергостан-
ции (б) на орбите, график распределения плотности энергии в микроволновом силовом луче
у ректеины (в):
1—энергостанцня (простейшая система); 2—элемент солнечной панели; 3—рефлектор; 4—сол-
нечные батареи; 5—модульный радиатор; б—реактор; 7—защитный экран («щит»); 8—отсек
силовой аппаратуры; 9— отсек вспомогательного оборудования; 10—оборудование преобразо-
вания электроэнергии; 11—передающая антенна; 12—линия ограничения по нормам СССР;
13—линия ограничення по нормам США
160
вклад микроволновой радиации в наземную окружающую среду
п0 природе своей является чужеродным. Одно из возможных след-
ствий— нагрев ионосферы из-за электронной интерференции этого
диапазона радиочастот (Драммонд И. Е. Термическая стабиль-
ность земной ионосферы при функционировании ИСЗ — ретрансля-
торов энергии; Перкинс Ф. В. Термическая автофокусировка элект-
ромагнитных волн в плазме). Свободные электроны, образующиеся
в ионосфере из-за солнечной фотоионизации, отнимают энергию
у микроволнового поля, вызывая тем самым перекачку мощности
из электромагнитного силового луча в тепловую энергию ионосфер-
ной плазмы. Путем ограничения максимальной плотности энергии
в силовом луче величиной около 230 Вт на 1 м2 «отсос» энергии
может быть удержан в приемлемых пределах (порядка 0,06 Вт/м2).
Другое следствие связано с опасностью биологического воздействия
микроволнового луча на людей, земную фауну, а быть может, и
флору. Это потребует введения определенного стандарта безопас-
ности в отношении допустимого, верхнего ограничения плотности
энергии в силовом луче. В США принят стандарт: 100 Вт/м2 в те-
чение всего рабочего дня. В СССР считается допустимым уровень
не более 0,1 Вт/м2. Если мы хотим добиться максимальной эффек-
тивности передачи энергии, форма поперечного сечения силового
энерголуча должна соответствовать такому профилю диаграммы
распределения плотности энергии по сечению, при котором плот-
ность максимальна в центре сечения и падает до минимума на его
периферии. Явление ионосферной интерференции ограничивает ра-
циональную плотность энергии в центре поперечного сечения сило-
вого луча величиной не более 230 Вт/м2 (что, грубо говоря, соот-
ветствует 0,23 солнечной постоянной на поверхности Земли, S).
Тем самым ограничивается общий экономический потенциал сис-
темы, который можно было бы значительно повысить, если бы
можно было поднять плотность энергии в центре силового луча до
300 или даже до 400 Вт/м2. При соблюдении названного ограниче-
ния около 99% энергии, которую несет силовой луч мощностью в
5 ГВт (имеется в виду получаемая на поверхности Земли мощ-
ность на приемной шине наземной электростанции), передается в
пределах площади радиусом в 6 км (что соответствует площади
пятна на поверхности Земли в 113 км2). Если принять стандарт
безопасности, действующий сегодня в США, площадь отчуждаемой
на поверхности Земли территории должна увеличиться до 154 км2
(это соответствует радиусу пятна в 7 км). Принятие стандарта без-
опасности, действующего в СССР, вынудит пойти на дальнейшее
Увеличение радиуса отчуждаемого круга, по крайней мере, до
15 км2 (что соответствует площади пятна 707 км2), поскольку
максимум второго бокового лепестка диаграммы распределения
плотности энергии (см. рис. 55) достигает уровня 0,1 Вт/м2 на уда-
лении от центра силового луча, равном примерно 17 км. Таким об-
разом, даже при соблюдении уровня безопасности, принятого в
^ША, средний уровень плотности передаваемой энергии составит
°коло 103 Вт/м2 (что соответствует 0,1 солнечной постоянной).
161
Очевидно, что для экономичности системы, передающей энер-
гию с помощью силового луча, далеко не безразлично, какое огра-
ничение по плотности энергии в конце концов будет признано до-
пустимым и какую соответственно площадь на поверхности Земли
придется отчуждать. Также очевидно, что даже рассмотрение лишь
одного этого аспекта—.целесообразного ограничения по макси-
мальной плотности энергии в силовом луче — указывает на слож-
ность этой проблемы. Приемлема ли для общества система, вклю-
чающая большое количество подобных силовых лучей мощностью
порядка шести миллионов киловатт каждый, — это сегодня следу-
ет, по-видимому, считать открытым вопросом.
Преимущества передачи энергии микроволновым лучом по
сравнению с передачей путем прямого отражения солнечного света
даются не даром: плата за эти преимущества состоит в большей
сложности и большей массе микроволновой системы. Такая систе-
ма должна: принимать первичную энергию; преобразовывать ее в
электричество; превращать электроэнергию в микроволновое излу-
чение; формировать микроволновую энергию в силовой луч с необ-
ходимыми характеристиками.
Самым «естественным» и первоначальным источником первич-
ной энергии является Солнце (этот источник используется солнеч-
но-силовым энергопроизводящим спутником). Другим первоисточ-
ником энергии может быть атомный или термоядерный реактор.
В случае солнечно-силового энергоспутника его размеры и масса
конструкции почти полностью определяются низкой плотностью
энергии в солнечной радиации и почти не зависят от системы пре-
образования энергии. В других системах размеры и масса конст-
рукции определяются радиатором, служащим для сброса избыточ-
ного тепла.
Могут использоваться различные варианты преобразующих сис-
тем. Только фотогальванический метод преобразования неразрыв-
но связан с солнечно-силовым спутником. (Подобная система впер-
вые предложена П. Глейзером). Альтернативными методами пре-
образования являются: цикл Брайтона (реализуемый в газовой
турбине, связанной с электрогенератором); магнитогидродинами-
ческий (МГД) преобразователь; термоионный преобразователь;
комбинация термоионного и МГД-методов; комбинация каскадной
термоионной и Брайтоновской систем преобразования.
Все эти методы применимы при использовании различных ис-
точников первичной энергии. Но существуют и предпочтительные
сочетания. Так, для солнечной энергии наиболее подходят преоб-
разователи фотогальванического или Брайтоновского типа. Для
атомных реакторов с твердыми тепловыделяющими элементами,
с жидкой или газофазной активной зоной лучше других—МГД-пре-
образователь или комбинированные системы на базе термоионного
каскада и цикла Брайтона. В случае термоядерного реактора се-
годня наиболее привлекательной представляется комбинация тер-
моионного и магнитогидродинамического преобразователей. Основ-
ные характеристики различных систем приведены в табл. 9.
162
Таблица 9
Характеристики энергопроизводящего спутника *
Характеристики	Солнце, фотогальвани- ческая система преобра- зования энергии	£ 	 	 	 			 tu	л п к Солнце, цикл Брайтона ® к	" 11,1 — ' Атомный реактор, цикл S Брайтона	g	Термоядерный реактор, н комбинация термогенной системы преобразования энергии и МГД
Масса системы, Мт Площадь системы, км2 Коэффициент преобразования первичной энер- гии, средний за 30 лет Произведение всех других коэффициентов Полный КПД Потребление первичной энергии, ГВт Стоимость НИОКР, млрд. долл. Стоимость строительства одного экземпляра, млрд. долл. Ежегодные эксплуатационные расходы, млрд, долл. Доходы на капиталовложения Коэффициент использования Стоимость 1 кВт  ч электроэнергии, центов: доля НИОКР доля капитальных затрат доля эксплуатационных расходов полная стоимость Начальные затраты на 1 кВт, долл. * Вырабатываемая мощность на поверхности Земли Ю ГВт, ежегодное производство энергии 86,72 ГВт • ч при НЫХ дней 0,99 и жизненном цикле 30 лет (вместе с создание?	80 120 0,11 0,60 0,066 152 50 30 0,27 0,15 0,95 0,203 5,546 0,328 6,080 3000 (2 пег коэффнц <).	151 70 0,20 0,60 0,128 78 70 28 0,36 0,15 0,90 0,299 5,464 0,461 6,220 2800 едатчик иенте	60 30 0,22 0,60 0,132 76 80 25 0,40 0,15 0,85 0,343 5,165 0,436 5,940 2500 а по 5 1СНЫХ с	52 17 0,40 0,60 0,240 42 100 20 0,30 0,15 0,85 0,429 4,132 0,349 4,910 2000 ГВт) элнеч-
Из всех названных систем наиболее изучен фотогальванический
энергоспутник, облик и характер которого неоднократно описыва-
лись и в специальной литературе и в широкой прессе. Поэтому
ниже приведены только самые ключевые характеристики фотогаль-
ванического ИСЗ-генератора энергии.
Характеристики фотогальванического ИСЗ — генератора энергии
входная мощность на поверхности Земли, ГВт
ощая масса системы, Мт
лещадь системы, км2
олнечные батареи:
материал
толщина, мкм
стоимость 1 кВт, долл.
10
65—85
120
кремний
(альтернативный
вариант—арсенид
галлия)
50—100
200
163
Передающее устройство: 4
диаметр, км	1
допустимые отклонения от плоскости (1/4 длины волны), 3
см
частота. ГГц.
точность ориентации силового луча, угловых минут
генератор микроволновой радиации
2,45
Фазир. решетка
из 2,78  106
амплитронов
200
-230
10 ГВт, лежит в
площадь приемной ректениы на наземной станции, км2
максимальная плотность энергии в силовом луче, Вт/м2
Общая масса такой системы, рассчитанной на
пределах 65—85 Мт. При типовой общей эффективности порядка
от 6,5 до 7,5% (подразумевается отношение мощности, вырабаты
ваемой на выходной шине наземного преобразователя энергии, к
мощности входного потока солнечной энергии, потребляемой на
орбите энергоспутником) площадь приемника солнечной энергии
должна быть от 154 до 133 км2. Таким образом, при площади в
140 км2 и массе системы в 75 Мт средняя масса единицы площади
составит 536 т/км2. Наиболее тяжелая подсистема1—передатчик
энергии, для которого удельная масса единицы поверхности состав
ляет 10 000 т/км2 (при площади 0,79 км2 для расчетной выходной
мощности на поверхности Земли в 5 ГВт). Как правило, солнечные
батареи комбинируются с отражателями, повышающими плотность
светового потока примерно вдвое (таким образом солнечные бата
реи облучаются с интенсивностью, соответствующей удвоенной сол
вечной постоянной). Если применяются кремниевые батареи, то это
обстоятельство имеет меньшее значение, но при использовании
вместо кремния арсенида галлия (или алюминия) повышение сте
пени концентрации светового потока приобретает особое значение
так как позволяет изменить конструктивные соотношения и пропор
ции в системе: путем добавления сравнительно дешевых рефлек
торов значительно уменьшается потребная масса существенно бо
лее дорогих солнечных батарей.
Чтобы обеспечить системе большую надежность и экономичес
кую эффективность, следует распространить ее воздействие на
большее количество обслуживаемых наземных районов. Кроме то
го, на 1—2% может быть снижена стоимость солнечных батарей
по сравнению с их сегодняшней стоимостью. Правда, экономичес
кая жизнеспособность системы определяется не столько стоимо
стью солнечных батарей, сколько, главным образом, транспортны
ми и эксплуатационными расходами, от которых зависят гарантии
в обеспечении потребного по экономическим соображениям основ
ного йериода функционирования (жизненного цикла) системы по
рядка 30 лет.
6.5. СРАВНЕНИЕ ЭНЕРГОСОЛЕТТЫ
И ЭНЕРГОПРОИЗВОДЯЩЕГО СПУТНИКА
Энергосолетта ,и энергопроизводящий ИСЗ — два (различных
решения одной задачи: обеспечить практически непрерывное про
изводство электроэнергии, используя Солнце в качестве первичного
164
энергоисточника. По способности обеспечения полной расчетной
наГруз.ки ИСЗ-генератор энергии превосходит Энергосолетгу, кото-
рой изменение мощности облачного покрова мешает сохранять
заданную выходную мощность наземных электростанций, взаимо-
действующих с Энергосолеттой. Однако Энергосолетта представля-
ет собой решительный шаг по пути установления высоких значений
полной расчетной нагрузки наземных солнечно-силовых электро-
станций, что значительно уменьшает преимущества энергопроизво-
дяшего ИСЗ по сохранению уровня расчетной нагрузки. А по слож-
ности и потребной массе энергопроизводящий спутник уступает
Энергосолетте.
В случае Энергосолетты передача энергии на земную поверх-
ность происходит более благоприятным для наземной окружающей
среды образом, чем в случае энергопроизводящего спутника, транс-
лирующего энергию Солнца (к которой земная природа приспо-
соблена миллиарднолетней эволюцией) в виде микроволнового из-
лучения (которое для наземной среды не является привычным).
Однако в обоих случаях энергетический луч должен ориентировать-
ся относительно приемной наземной энергостанции достаточно
точно. Преимущество Энергосолетты здесь сводится к тому, что све-
товой луч может превосходить силовой луч микроволнового диапа-
зона по допустимой плотности энергии, по меньшей мере, в пять
раз.
Как было показано раньше, Энергосолетта с рабочей поверх-
ностью в 1000 км2 с учетом всех потерь может обеспечить средне-
годовой выход электроэнергии порядка 47—64 ГВт-год.
В случае десятигигаваттного энергоспутника с двумя приемны-
ми ректеннами площадью по 200 км2 каждая, потребуется на по-
верхности Земли отчуждать (т. е. освобождать от присутствия лю-
дей и животных), по самой скромной оценке, до 18 000 км2.
Очевидно, что обе рассматриваемые системы обладают сравни-
тельно невысокой эффективностью, если их сравнивать, например,
с наземной атомной энергостанцией, не говоря уже об ожидаемой
эффективности термоядерной энергоустановки. Но при этом не
следует забывать, что тепловое засорение атмосферы, а также эко-
логическая несовместимость, свойственные ядерным энергоустанов-
кам, затрудняют .их широкое развитие на поверхности Земли, что и
вынуждает рассматривать более приемлемую альтернативу: вынос
первичных ядерных энергоисточников с поверхности Земли в кос-
мическое пространство.
Процесс генерации энергии энергоспутником включает три сту-
пени преобразования энергии (электричество — микроволновое
излучение — электричество), в то время как система Энергосолет-
ТЫ функционирует при единственном преобразовании (солнечного
света в электроэнергию на наземной силовой энергостанции). При
этом наименее эффективная операция в многоступенчатом преоб-
разовании энергии — перевод первичной солнечной энергии в элект-
ричество— на энергопроизводящем ИСЗ выполняется в космосе.
Обе эти его особенности делают энергоспутник значительно более
165
сложным и тяжелым по сравнению с элементарным отражателем
каковым, по сути, является Энергосолетта. Правда, с другой сто-
роны, выброс тепла в наземную окружающую среду в случае энер.
госпутника составляет всего 1/6 от выброса тепла при функциони-
ровании системы Энергосолетты.
Масса, приходящаяся на единицу мощности энергоспутника,
очень велика: от 6 500 т до 8 500 т на 1 ГВт выходной мощности
на поверхности Земли. Если принять для Энергосолетты коэффи-
циент использования рефлекторов 0,087 (значение этого коэффи-
циента поясняется в табл. 6), эффективность передачи энергии че-
рез атмосферу 0,71, средний показатель облачности 0,7, эффектив-
ность преобразования энергии солнечного света на земной поверх-
ности в электроэнергию 0,15, удельную массу зеркала рефлектора
50 т/км2, то при плотности солнечной энергии в космосе 1,35 ГВт
на квадратный километр, суммарная удельная масса рефлектора
Энергосолетты на 1 ГВт мощности будет порядка 5 700 т. Разуме-
ется, эта цифра справедлива лишь для случая, когда Энергосолет-
та обслуживает единственную наземную солнечно-силовую элект-
ростанцию. Если их будет две и более, то масса Энергосолетты на
единицу «наземной мощности» упадет до 2850 т/ГВт и ниже. По-
скольку Энергосолетта может функционировать на орбитах ниже
геостационарной, она может одними и теми же рефлекторами об-
служивать различные наземные энергостанции. Поэтому в эколо-
гическом отношении система Энергосолетты будет значительно
превосходить ИСЗ-генератор энергии. Несмотря на это, повышение
степени использования рефлекторов — особенно в случае обслужи-
вания единственной наземной энергостанции — должно оставаться
одной из важных целей. В этом смысле весьма многообещающей
можно считать новую концепцию ретрофлексии (с целью повысить
уровень солнечного светового потока в дневное время).
Энергосолетта обладает явными преимуществами перед спут-
никовым генератором энергии в отношении капитальных затрат и
начала поступления доходов (возврата капиталовложений). Тех-
нологический риск, связанный с развитием рефлекторов, много
меньше того, который связывается даже с простейшим энергоспут-
ником. Рефлектор можно сравнительно легко разделить на отдель-
ные части, оптимальные по размерам (как в транспортном, так и в
конструктивном отношении). Подобная операция в нужной степени
с энергоспутником практически невыполнима. В лице Лунетты
Энергосолетта имеет весьма полезного предшественника, который
обеспечит заблаговременное решение многих проблем и приблизит
момент начала экономической отдачи Энергосолетты. Сравнитель-
но с энергоспутником стоимость эксплуатации Энергосолетты бу-
дет относительно невысокой, не говоря уже о том, что сам процесс
обслуживания рефлекторов будет сравнительно несложной зада-
чей. Рефлекторы окажутся более приспособленными к транспорти-
ровке на окололунную опорную орбиту (как показано выше, транс
портировка может организовываться как «плавание» под солнеч-*
ным парусом — роль паруса играет сам рефлектор).
166
В заключение следует отметить, что обе рассмотренные концеп-
и светового, и микроволнового силового луча для передачи
иВеОгии из космоса на поверхность Земли — заслуживают интен-
э“ „ых дальнейших исследований. Энергосолетта сегодня представ-
Сяется особенно многообещающей, но не исключено, что в конце
ЛоНцов наиболее рациональной окажется смесь обеих рассмотрен-
ных систем. Если учесть к тому же многообещающие возможности,
связанные с развитием управляемых термоядерных реакторов, как
и разных других методов генерации (и аккумуляции) энергии, рас-
смотренных выше, можно сделать вывод, что космос и энергия в
самом деле образуют мощную и работоспособную комбинацию.
Можно ожидать, что это сочетание принесет человечеству новую
дру — Эру изобильной и дешевой энергии.
Открытый мир Земли и космоса уже стал реальностью. Благо-
даря творческому гению человечества он может принимать все но-
вые формы. Весь вопрос в том, окажется ли человечество способ-
ным воспользоваться открывающимися перед ним новыми возмож-
ностями.
7
ГЛАВА
ИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ
ЛУНЫ
7.1.	ЛУННЫЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЦЕНТР .
Концепция экзоиндустриализации в качестве одной из перспектив-
ных программ включает использование индустриального потенциа-
ла Луны.
Конечно, Луна еще долго будет объектом и чисто научного ин-
тереса. Это и наглядная модель геологического прошлого Земли*,
и близкая к идеалу база астрономических исследований, и отлич-
ный испытательный полигон для космической техники. Не исклю-
чено, что со временем Луна станет заправочной станцией для меж-
планетных кораблей, а быть может, и главным межзвездным кос-
мопортом Земли.
Но куда важнее то, что Луна — кладезь всевозможных ресур-
сов. Как уже было сказано, на Земле все четче проявляются суро-
вые энергетические и экологические ограничения. Поэтому челове-
честву пора искать энергетические и вещественные резервы в кос-
мосе— даже независимо от того, как быстро окупятся капитало-
вложения. Нужно заранее вкладывать средства в области, которые
обеспечат дальнейшее развитие земной техники и технологии, и
Луна в этом смысле занимает совершенно исключительное место.
Но к тому же лунная индустрия вовсе не будет убыточной. Специ-
фические условия на Луне позволяют организовать производство
на базе радикально новой технологии, применение которой на Зем-
ле вовсе исключено. Эта технология столь нова, столь необычна и
сулит такую революцию в производственной сфере, что ее значение
без какого-либо преувеличения можно сравнить с изобретением
колеса.
Использование Луны должно основываться не только на вы-
сокой технической эффективности и экономичности всех операций,
но и на высоком уровне экологической автономии. Конечно, опре-
деленных материалов, в том числе воды и кислорода, в свободном
виде на Луне нет. Поэтому первоочередной задачей станет созда-
ние технологии их получения в лунных условиях. Анализы лунных
* Такая точка зрения вытекает из одной гипотезы о происхождении планет
Солнечной системы. Но возможны и другие модели происхождения Луны, ие свя-
занные с историей Земли (прим, перев.).
168
„унтов показали, что на Луне достаточно кислорода, содержаще-
гося в связанном виде в окислах металлов и кремния. Всюду, где
опускались земные космические аппараты, Луна покрыта реголи-
том — зернистой обломочной породой, возникшей в результате бом-
бардировки лунной поверхности метеоритами. Встречаются два
различных типа породы: вулканическая, сходная с земными базаль-
тами (по-видимому, из таких пород сложены все лунные моря),
и осадочно-метеоритная, напоминающие земные брекчии. Встреча-
ется и так называемый «крип»— порода, обогащенная калием, фос-
фором и редкоземельными элементами. В условиях земной поверх-
ности многие наиболее широко потребляемые металлы требуют
большого расхода энергии в процессе их извлечения и очистки.
В первую очередь, к ним относится алюминий. То же самое харак-
терно для титана и магния. На Луне получение этих металлов об-
легчится благодаря глубокому вакууму на ее поверхности. В зем-
ных условиях — на дне воздушного океана — искусственное соз-
дание вакуума пока что обходится весьма недешево.
Как было показано, наиболее энергоемкую и «грязную» часть-
земной индустрии весьма желательно убрать с поверхности Земли
в космос. В том числе и на Луну- Здесь может быть создан авто-
номный, независимый (или почти независимый) от Земли индустри-
альный комплекс, который со временем сможет обеспечить метал-
лами, кислородом и многими видами промышленной продукции не
только свои собственные, лунные базы, но и Землю, а также ее
орбитальные предприятия и космические поселения.
Лунный индустриальный комплекс должен включать три взаи-
мосвязанных компонента: индустриальную зону на поверхности
Луны, производственные установки на селеноцентрических орбитах
и транспортную систему. С созданием лунного индустриального
центра будет сделан заметный шаг на пути организации экзоин-
Дустриальной Земной системы. Если земная технология развива-
лась под влиянием многих ограничений, а некоторые ее приемы
считаются необходимыми лишь в силу того, что на поверхности
Земли доступны только вполне определенные материалы и процес-
сы, то химия и физика лунной промышленной технологии будет
развиваться на принципиально иных основах. Высокий вакуум и
отсутствие биосферы позволяют применить на Луне новые техно-
логические идеи и весьма мощные электроисточники.
Вместе с тем, производственные установки на поверхности Лу-
ны должны размещаться в пределах определенной локальной зо-
ны, четко ограниченной от других районов лунной поверхности,
которые должны оставаться неизменными. Это необходимо как
Для дальнейшего исследования самой Луны, так и для размещения
Различного астрономического и астрофизического оборудования.
Сказанное особенно важно для оборотной стороны Луны.
Как известно, начало нашего века ознаменовалось бурным раз-
вИтием астрономии: строились все более грандиозные телескопы,
Р°сла разрешающая способность инструментов... Но очень скоро
астрономы убедились в невозможности использовать возросшие
7	2694	1б£>
1
способности своей аппаратуры в наземных условиях. Из-за неод-
нородности земной атмосферы (вертикальные конвективные дви-
жения воздуха, горизонтальные струйные течения, вызывающие
флюктуации плотности атмосферы и др.) изображение небесного
объекта в телескопе дрожит и размывается. Создалась парадок-
сальная ситуация: зеркала больших телескопов, перед которыми
проходит много атмосферных неоднородностей, дают подчас даже
худшее изображение, чем сравнительно небольшие инструменты.
«Бегство в горы», где воздух прозрачней и неоднородностей мень-
ше, несколько улучшает дело, но не настолько, как хотелось бы,
поскольку высота земных гор относительно невелика. При попыт-
ках проникнуть в ультрафиолетовую и инфракрасную части спект-
ра астрономия столкнулась с еще более жесткими ограничениями,
которые несет земная атмосфера: почти весь огромный инфракрас-
ный диапазон заполнен полосами поглощения воды и углекислоты,
а ультрафиолетовый участок обрезается полосами поглощения
озона, кислорода и азота. Выход один — монтировать астрономи-
ческие инструменты вне атмосферы. Можно — на орбите. Но поче-
му бы их не переселить на Луну? Ведь там найдется, и из чего
монтировать — не придется буквально все возить с поверхности
Земли, как это неизбежно в случае околоземной орбитальной стан-
ции. «Даровой» вакуум может оказать благоприятное воздействие
и на темпы развития ядерной физики. Так что и для фундаменталь-
ных наук может оказаться полезным создание автономного лунно-
го производственного центра.
7.2.	ОБЩАЯ ПРОГРАММА
ИНДУСТРИАЛИЗАЦИИ ЛУНЫ	V
Индустриализацию Луны следует рассматривать как необходимый
элемент общего развития земной техносферы, который способен
обеспечить достижение трех главных целей: распространение сырь-
евой базы земной индустрии за пределы зависимости исключитель-
но от земных ресурсов; поддержание непрерывного технологичес-
кого, индустриального и экономического роста без дополнительно-]
го загрязнения земной окружающей среды; использование специ-1
фики лунных природных условий для организации на новых прин-j
пипах производства продуктов, необходимых на Земле и на разви-|
вающихся внеземных объектах.	'	;]
На рис. 56 приведена схема, иллюстрирующая особенности вы-
воза продукции лунного индустриального комплекса. Продуктами,
предназначенными специально для Земли, будут чистые металлы
и сплавы, полуфабрикаты и конечные изделия из металлов и крем-
ния (ситаллы, силиконы или кремнийорганика). Лунная производ-
ственная база может быть первой полностью экзоиндустиальной
подсистемой, включающей все фазы индустриального метаболизма
и все продукты в пределах ресурсных лимитов лунной природы.
Кроме создания изобилия металлов — этой основы, исходных мате
риалов для всей земной цивилизации,'—-лунный индустриальный
170
рис. 56. Схема вывоза
продукции лунного ин-
дустриального комплек-
са (Андроселл — искусст-»
венный планетоид иа
геллоцеитрической орби-
те)
(Андроселл'',
// '
V /
/
/V
/ W/Л- конечные про-
дукты (olopyPo-
Вани е, кон струн-
ищи и т.п)
I I- очищенные
материалы,
полуфабрикаты
комплекс внесет определенный вклад и в развитие сельского хозяй-
ства, освобождая сельскохозяйственные территории от шахт, карь-
еров, свалок промышленных отходов. В более отдаленной перспек-
тиве лунный комплекс сможет также производить химические и би-
охимические продукты.
В целом вклады лунной индустрии могут быть совершенно уни-
кальными. Конечно, в соответствующих специфических областях
следует провести сравнение лунной программы с другими альтер-
нативными проектами (например, с такими, как рассмотренная
ранее Солетта — экологическая подсистема). Чтобы индустриа-
лизация Луны стала экологически жизнеспособной концепцией,
очевидно, необходимо в первое десятилетие XXI в. обеспечить на-
чальный объем продукции лунного центра порядка 60—100 Мт в
год лунных металлов и их чистых фракций. Технический риск реа-
лизации лунной программы можно минимизировать с помощью
рациональной стратегии строительства лунного центра. Индустриа-
лизация Луны — это длительный процесс, в ходе которого должен
соблюдаться определенный баланс между капитальными вложени-
ями и возвратом капитала. Необходимо усилить благоприятное со-
циальное воздействие лунной программы — путем сохранения на-
земных ресурсов, флоры и фауны, а также сельскохозяйственных
угодий — при непрерывном возрастании уровня жизни, повышении
Квалификации и активности трудоспособного населения. Быть
может, ближайшие результаты лунной программы окажутся менее
заметными, чем у других экзоиндустриальных программ, но в более
отдаленной перспективе ожидаемые результаты реализации лунной
программы следует оценить довольно высоко.
Прикидочная экономическая оценка программы индустриализа-
пии Луны (сделанная, разумеется, при определенных допущениях)
показывает, что начальные капиталовложения в период между
2000-м и 2010-м годом достигнут 60—70 миллиардов долларов.
Вообще-то подсчитывать доходы и расходы, которые произойдут
в отдаленном будущем, нелегко. Деньги, которые необходимо ис-
тратить сегодня, как бы дороже тех, что будут расходоваться черед
7*
171
20—30 лет. При идеальной реализации лунной программы нужны
ежегодные вклады в 3—4 миллиарда долларов. Несмотря на всю
внушительность этих цифр, они никак не могут казаться чрезмер-
ными, если вспомнить, что на совокупность программ, обеспечив-
ших полеты «Апполонов», истрачено более 25 млрд. долл. К тому
же все расчеты по лунной программе выполнены так, как будто
она реализуется изолированно. На самом деле она будет пересе-
каться, взаимодействовать и в определенной мере объединяться с
другими космическими программами (околоземных заводов, спут-
ников-ретрансляторов и генераторов энергии для Земли и др.).
Программа индустриализации Луны способна благотворно влиять
на развитие всей земной техносферы.
7.3.	СЛАГАЕМЫЕ ЛУННОЙ ИНДУСТРИИ
Главный компонент лунного индустриального комплекса — поверх-
ностная производственная зона — включает несколько секторов:
сырьевой, энергетический, производственный; кроме того, необхо-
дима система жизнеобеспечения для персонала центра, числен-
ность которого определяется исходя из того, что на каждую тыся-
чу тонн в год добытых и очищенных металлов требуется работа
трех человек, а на тысячу тонн в год конечной продукции потребу^
<ется от 6 до 7 человек.	J
Старт развитию лунной индустрии даст наземный персонал, коЙ
торый создаст первоначальную энергетическую базу, кибернетичесЧ
кие системы (информационные и исполнительные устройства, теЦ
леуправляемые полуавтоматы и роботы, жизнеобеспечивающую
аппаратуру и т. п.), а также транспортные средства для доставки
всего этого первоначального оборудования и людей с Земли на по-
верхность Луны. Возможно, первоначальное строительство на Луне
будет полностью поручено роботам и телеуправляемым устройст-
вам (управлять которыми мог бы, например, экипаж околоземной
космической станции на ГСО).
7.3.1.	СЕКТОР СЫРЬЯ
На земле некоторые металлы сконцентрированы в рудах, где и? 
больше, чем в окружающих скальных породах, в сотни и даже дф
сятки тысяч раз; правда, это относится к очень небольшой дол<
земного запаса металлов. В скудных рудах неферромагнитных мф
галлов относительное содержание колеблется в диапазоне от одч
кого атома металла на сто атомов породы до одного атома на
20 000 атомов породы. В фоновых породах и обычных земных
грунтах содержание металла может быть от одной десятитысячной
(например, для меди) до одной миллионной (для кадмия). Оса-
дочные породы с высокой концентрацией металлов не смогут дол-
го удовлетворять непрерывно растущие потребности современной
индустрии. Если будут открыты новые принципы, позволяющие
извлекать металлы из очень бедных руд (вплоть до рядовых
скальных пород), станет доступным огромный резерв металлов.
172
Однако, высокие энергетические потребности и большое количест-
Бо отходов — неизбежные спутники использования бедных метал-
лических руд. Опасность растущего тяжелого загрязнения земной
окружающей среды делает «металлургию бедных руд» на поверх-
ности Земли практически совершенно бесперспективной.
В земных океанах и морях руд нет (за исключением сравни-
тельно небольшого количества конкреций), а металлы и другие
вещества здесь содержатся в виде растворов, при средней концент-
рации до 3,5% твердых веществ. Если будут изобретены подходя-
щие химические методы, из морской воды в принципе можно из-
влекать определенные металлы путем выведения их в осадок. По
£ути, образование металлических конкреций на дне моря и есть
такой процесс; но темпы его развития слишком медленны, чтобы
иметь промышленное значение (человечество может за десятки
лет использовать все морские отложения, которые образовались в
течение миллионов лет). А в отсутствие эффективного и экономич-
ного метода быстрой селективной минерализации из морской воды
вместе с желаемым веществом в осадок будет выпадать множество
других элементов. Океан — почти недифференцированное геологи-
ческое тело: чтобы извлечь из него 1 т цинка (для чего придется
переработать около 100 000 000 т морской воды), волей — неволей
придется попутно получить около 300 т бария, 17 т лития, 0,19 т
ванадия и много других веществ (не говоря уже о горах соли). При
этом самое сложное—разделить все эти вещества после их сов-
местного выпадения в осадок. В этом отношении руда удобнее мор-
ской воды.
Анализ лунных грунтов свидетельствует, что они как бы зани-
мают промежуточное положение между земными литосферой и гид-
росферой: лунную кору можно считать океаном из окиси кремния,
в котором растворены другие элементы. (Разумеется, на Луне тоже
есть местные концентрации металлов, но они, вероятно, все же
весьма далеки от тех рудных «изюмин», которые вкраплены в зем-
ную литосферу.) Содержание наиболее важных окислов в лунных
грунтах показано в табл. 10. Следовательно, самый приемлемый
способ добычи металлов на Луне — извлечение их плавлением.
Таблица 10
Состав лунных грунтов
Химическая формула составляющего 		_		Содержание в породах (% по массе) по данным экспедиций				
	„Аполлон-11*, морской базальт	„Луна-20“, габбро- анорзиг	„Аполлон-15*, анорзит	Аполлон-14*, норит	„Аполлон-12*, дацит
S1O2	40,5	42,4	44,1	50	61
А120з	9,7	20,2	35,5	20	12
FeO	19,0	6,4	0,2	7,7	10
TiO2	11,4	0,4	—	1.3	1,2
CaO	9,6	18,6	19,7	11	6,3
MgO	8,0	12,2	0,1	8	6
Na2O	0,53	0,40	0,34	0,63	0,69
_KzO 		0,16	0,52	—	0,53	2,0
173
УД REE-редкоземельные элементы
tuuU •- также индустриально важнее
* ^-высокого потребления^треЗует много энергии
*-требует много энергии (при произЗодстбе')
Рис. 57. Сравнительные таблицы наличия элементов на Земле (а) и Луне (б):
О—почти нет; 1—по объему имеется менее 0,0001%; 2—имеется менее 0,01%; 3—имеется мёи<
1%; 4—имеется более 1%
(А, может быть, и газификацией. Не исключено, что подобная плаз
менная металлургия когда-нибудь будет применяться и нг
Земле.)
Этот метод можно комбинировать с различными химическими
воздействиями. Таким путем можно извлекать широкий спектр ме-
таллов— примерно пропорционально их содержанию в коре Луны
(с учетом также и их «энергоемкости», т. е. энергозатрат при их
извлечении и очистке). Наиболее важными продуктами лунной ме-^
таллургии, по-видимому, станут титан, алюминий, железо и молиб- 
ден; будут добываться и редкие в условиях Земли металлы, а так- 
же те, добыча которых на поверхности нашей родной планеты по ’
тем или иным причинам нежелательна.
Чтобы представить себе более детально состав продукции лун^
ной индустрии, полезно сравнить Луну и Землю по содержаний)
химических элементов. На рис. 57 в упрощенном виде изображена
Периодическая система элементов Менделеева, на которой отмече-
ны «уровни изобилия» веществ в земной коре (а) и на Луне (б).'
Анализ рис. 58 показывает следующее. Если на Земле имеются в:
изобилии водород, азот, кислород, натрий, магний, алюминий,'
кремний, кальций, хром, марганец, железо, то и на Луне (за ис-j
ключением водорода) этих элементов, по крайней мере, больше,
чем других. Их содержание в лунных грунтах доходит до _о дно го ।
объемного процента и выше.	'	J
174
Очистка
и хранение
газов
о/
и другие
газы
Конденсация
и хранение
Воды
Пары
Воды
^Пробурен-
ный и заби-
тый (после,
закладки
заряда)
первичный
канал
Первичная
каверна
С02
Вторичная
каверна
Я3+'др лунная
। порода
Н20+металлы
Отделение, очист- Отделение,
ка, конденсация, очистка, конденса-
хранение ция, хранение
ЯЗ+СН4+ лунная
। порода
Нг0+С02+кардй-
Вы металлов
+ металлы
+ другие веще-
ства
ЯЗ+лунная порода
другие газы
+металлы
+о кислы
С02'
HCN
(?3+NH-+CH4+лун-
ная порода
I
H2O+CO2+HCN
+карбиды металлов
+цианиды
+металпы
едругие Вещест-
- Восстановленные (раскисленные) металлические руды


S)
Рис. 58. Схемы «взрывной» технологии иа Луне
Основное отличие лунных пород от земных — малое содержа-
ние калия, натрия и летучих элементов. Но зато в них очень много
титана и железа, которые недаром называются «хлебом современ-
ной индустрии». Впрочем, для нее сегодня важны не только желе-
зо или алюминий, но и такие элементы, которых на Земле не так
Уж много: медь, никель, цирконий, вольфрам, золото, свинец, уран.
На Луне есть все эти металлы, хотя и в меньших количествах, чем
Железо и алюминий. Не обделена Луна и редкоземельными элемен-
тами, столь необходимыми электронике.
7.3.2.	ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СЕКТОР
Процессы плавления и газификации лунных пород — энергетически
"апряженные методы, поскольку здесь происходит радикальное из-
175
менение состояния вещества. С точки зрения окружающей сред|
на Луне нет сложных проблем, а решающее значение приобретаю’
доступность, изобилие и экономичность источников энергии.
Энергия потребна преимущественно в форме тепла и электри-
чества. Заманчиво в течение долгого лунного дня использовать
солнечную энергию. Однако сооружение больших рефлекторов ц
солнечных батарей, а также преобразующих устройств — даже соз-
даваемых из легкодоступных местных материалов — может при
вести к заметному удорожанию энергии (а это, в свою очередь,
способно поставить под сомнение экономическую конкурентоспо-
собность лунной индустрии). Для «запуска» процесса индустриа-
лизации Луны все равно потребуется иной энергоисточник.
Таким новым энергоисточником, притом .как будто специальна
приспособленным к специфике лунной окружающей среды, могу;
стать ядерные заряды. (Надо думать,
человечество не захочет
пользовать ядерные боеголовки по прямому назначению.) Перед
другими (ныне известными и доступными) источниками энергии
ядерные заряды имеют одно бесспорное преимущество: у них наи-
большая концентрация энергии на единицу массы; поэтому их
транспортировка с Земли на Луну потребует наименьших затрат
по'сравнению со всеми другими типами энергоисточников. (В даль-
нейшем лунная индустрия, по-видимому, сможет перейти на пол-
ную автономию, организовав производство ядерных зарядов из лун-
ных материалов.)
Если производить взрывы термоядерных или атомных зарядов
на достаточной глубине, в толщине лунных пород, можно быть уве-
ренными, что поверхностная природная среда Луны нимало не по-
страдает. (Нужно принять во внимание, что поверхность Луны к
тому же «приучена» естественным порядком к непрерывной метео-
ритной бомбардировке, абсолютно не смягчаемой атмосферной
броней — ввиду ее отсутствия.)
' Энергия, выделяемая при ядерном взрыве, будет аккумулиро-
ваться перегретым газом, который далее может использоваться как
теплоноситель для нагрева каких-либо рабочих жидкостей (рабо-
чего тела тепловой машины); пар, полученный в теплообменнике
(а быть может, и сам первичный газ), пойдет затем через турбины,
вращающие электрогенераторы или непосредственно приводящие
в движение рабочие механизмы. В лунных условиях — при малой
тяжести и высоком вакууме — может оказаться удобным и эконо-
мически выгодным «запасать» также механическую энергию за счет
раскрутки специальных больших маховиков, обладающих огром-
ными моментами инерции и способных поэтому длительно сохра-^
нять свое вращение.	'
Подлунный взрыв освободит колоссальное количество кислоро-
да: ведь его содержание в лунных породах доходит до 40% (см.
табл. 10). Этот кислород можно использовать как окислитель во
вторичных энергоустановках. (При условии, разумеется, что будет
найден какой-либо подходящий — физический или химический, а
может быть, и биологический — способ производства на Луне жид-
176
olO или сжижаемого горючего. Этот способ должен быть эконо-
мичным и обеспечивать массовый выпуск горючего.)
Важно подчеркнуть следующее. Если удалять кислород из
в3рь!вной каверны достаточно быстро, в окружающих каверну при=
рОдных лунных породах будут образовываться богатые металли-
ческие руды. То, что на Земле занимало целые геологические эпохи
в десятки и сотни миллионов лет, на Луне благодаря мирному при-
Менеиию ядерных зарядов будет происходить за считанные милли-
секунды. В условиях Земли такая технология не сможет найти
применения — из-за опасности засорения природной среды, повреж-
дения всевозможных сооружений, нанесения ущерба земной флоре
и фауне. Луна же как будто специально создана для развития на
ней взрывной технологии.
Таким образом, благодаря принципиально новому технологи-
ческому фактору энергетический сектор лунной индустрии тесно
смыкается с ее сырьевым сектором. Об этом новом технологичес-
ком факторе следует поговорить более подробно.
7.3.3.	ПОДЛУННЫЕ ВЗРЫВНЫЕ ПРОЦЕССЫ
Результаты подземных ядерных взрывов известны. (Напомним, что
все они проводились на специальных полигонах, вдали от густона-
селенных районов.) Учитывая более рыхлую по сравнению с зем-
ными породами структуру лунного грунта, легко понять, что заряд
мощностью в одну килотонну (это очень небольшой, маломощный
заряд) раздробит около 330 000 т лунной породы и образует кавер-
ну объемом в несколько десятков тысяч кубических метров. По
крайней мере, около 10% породы полностью испарится. Кремний
и металлы быстро сконденсируются, но так как они будут находить-
ся в весьма чистой кислородной среде, они начнут интенсивно
оеокисляться. Если весьма осторожно принять, что с учетом всех
потерь только 30% испарившейся породы придется на кислород, то
мы получим следующие цифры: заряд с общей массой (т. е. со
всеми контрольными, запальными и другими устройствами) менее
100 кг может «произвести» до 10 000 т кислорода.
Чтобы предотвратить интенсивное реокисление металлов и крем-
ния, кислород нужно удалить из взрывной каверны так быстро, как
это только возможно. С этой целью можно использовать пробурен-
ный заранее канал, идущий с поверхности Луны до размещенной
На нужной глубине начальной полости, в которую закладывается
ядерный заряд. Между начальной полостью и нижним концом кана-
ла оставляется перемычка точно расчетной толщины. При взрыве
эта перемычка мгновенно разрушается и горячий кислород по ка-
налу устремится вверх. Над верхним устьем канала должны быть
заранее сооружены приемно-очистные сооружения и емкости для
•Хранения кислорода — как это показано на рис. 58,а. (Первичный
Канал, используемый для образования начальной полости и за-
кладки в нее заряда, может быть тщательно забит; либо он будет
Использоваться как рассмотренный выше канал для отсоса из ка-
177
верны кислорода; во втором случае у его нижнего устья должна
.быть создана упомянутая расчетная перемычка.) Космический хо-
лод, особенно легко доступный в течение длительной лунной ночи,
существенно облегчит сжижение и хранение сжиженного кислоро-
да (а также и других газов, которые образуются в каверне в ре-
зультате ядерного взрыва и которые можно легко будет отделить
от кислорода).
Имеется еще одна — притом очень полезная—возможность?
быстро поглотить освобождающийся при взрыве кислород. Доста-,
точно наполнить каверну водородом. (На первых порах он будет,.?
очевидно, доставляться с Земли.) Нетрудно догадаться, что в ре-'
зультате каверна заполнится водой.
Практически эту процедуру придется выполнять в два этапа.
Первый — это подготовка начальной полости, установка ядерного
заряда и взрыв. Второй — наполнение образовавшейся каверны во-
дородом, установка вторичного заряда и повторный взрыв: после
него как раз и выделится тот кислород, который вступит в реакцию
с водородом и образует воду.
Однако повторный взрыв в каверне, образованной первым
взрывом, окажется значительно менее эффективным: первый взрыв
расширит начальную полость более чем в тысячу раз; поэтому —
если мощность вторичного заряда будет та же, что и у первого, —
результирующее давление после второго взрыва окажется в тысячу
раз меньше, чем после первичного взрыва. Соответственно меньше
выделится кислорода. Следовательно, придется либо увеличить
мощность вторичного заряда (в ту же тысячу раз), либо... выпол-
нить повторный взрыв в специальной начальной полости расчетно-
ю объема. Эта отдельная начальная полость разместится по сосед-
ству с первой каверной (рис. 58,6). Перемычка между кавернами
при взрыве разрушится и горячий кислород устремится в первую^
каверну, где все уже будет готово к его приему. Если на т«Я
10 000 т кислорода, которые образуются при взрыве ядерного заряя
да мощностью в 1 кт, в первой каверне запасти 1400 т водородаЯ
образуется около 11 000 т воды. Таким путем может быть в целомЦ
решена проблема воды для лунной индустрии и сопровождающих
ее поселений *.
«Взрывная технология» может использоваться не только для
получения воды, но и других необходимых веществ: карбидов, циа-
нидов и пр. Эти вещества послужат основой для органического
синтеза. Принципиальная схема организации этой линии взрывной
технологии показана на рис. 58,а. Такой подход в принципе спосо- :
бен радикально решить задачу получения на Луне всех необходи-J
мых индустриальных и биологических материалов. Методика эта |
должна быть достаточно экономной и пригодной для самых широ- 1
комасштабных операций. Быть может, в быстрорастущей семье |
наук появится новая дисциплина — «взрывная физическая химия». |
* Разумеется, придется к тому же как-то справиться с проблемой химической 1
и физической очистки этой воды от радиоактивных загрязнений (прим, перев.). 1
178	1
Развитие технологии всегда было обусловлено уровнем достижи-
мых температур. До знакомства с огнем доступными материалами
для людей были лишь камни и кости, а единственной операцией —
«холодная шлифовка». В пламени костра (температура порядка
700—800° С) родилась новая технология — начался бронзовый век.
Но пока не были придуманы керамика для тиглей и плавильная
печь (температура 1400—1500°С), не могло быть и речи не только
о железе, но даже и о стекле. Без преувеличения можно сказать:
.история нашей цивилизации — это развитие техники. А-возможно-
сти техники — это прежде всего возможности технологии, которые,
в. свою очередь, теснейшим образом зависят от «температурного
потенциала» индустрии.
Благодаря ядерной энергии уровень доступных температур по-
высился на несколько порядков (как и другой немаловажный
технологический фактор — давление). Но в рамках традиционной
металлургии нелегко придумать, как использовать колоссальные
возможности ядерного взрыва. И, пожалуй, единственный приемле-
мый путь — выпустить сокрушающую мощь атомного пламени в
глубине коренных пород. Но по возможности — не на Земле-
Таким образом, рассматриваемая конценпция глубже и шире,
чем простое увеличение рудных ресурсов. По сути, ядерные взрыв-
ные процессы — принципиально новая ступень в развитии техноло-
гии. Выиграет не одна металлургия: высокие температуры и дав-
ления нужны и химии. А также и физике. Конечно, сейчас — до
приобретения практического опыта в этой области — можно спо-
рить, пойдут ли на деле те реакции, которые в итоге должны при-
вести к синтезу соединений, показанных на рис. 58,а. Но игра стоит
свеч. И быть может, будущее откроет такие возможности подлун-
ных взрывов, какие мы пока просто не в силах представить...
7.3.4.	ЕСТЕСТВЕННЫЕ ЛУННЫЕ РУДЫ
Взрывные процессы вовсе не являются для Луны чем то органи-
чески чужеродным. Напротив, в естественных условиях они идут на
ней постоянно. Когда в лунную поверхность с космической ско-
ростью вонзается метеорит, происходит самый настоящий взрыв
(хотя и бесшумный: из-за отсутствия атмосферы на Луне не будут
слышны ни грохот взрывов, и какие-либо производственные шумы;
вероятно, в этом есть свои удобства). Удар крупного камня раз-
мерами с рядовой земной булыжник, при его скорости в несколько
Десятков километров в секунду (а для метеоритов — такие скорости
не редкость) по производимому эффекту вполне эквивалентен
Ядерному взрыву мощностью во много килотонн. Так что взрывы
Для Луны — дело обычное (хотя и происходят пока что только на
ее поверхности). На рис. 59 показаны результаты одного из таких
Давних взрывов, сфотографированные с борта командного модуля
Американского космического корабля «Аполлон-15». Подобные
Особые точки на теле Луны интересны не только для науки, но и
Для будущей лунной индустрии: именно в таких районах возможна
179
?ис. 59. Участок лунной поверхности, где упал метеорит (фотография с борта <Апол*
лона-15»)
повышенная концентрация природных лунных руд. Ведь концент-
рированное выделение тепла — за счет перехода кинетической
энергии метеорита в теплоту при его ударе о лунную поверхность—
приведет ’к диффузии' освободившихся газов в глубь лунного грун-
та, в результате чего произойдет локальная деоксидация поверх-
ностных слоев породы. Таким путем могут образоваться естествен-
ные лунные руды. Поэтому районы падения метеоритов на поверх-
ности Луны будут одними из первоочередных объектов исследова-
ний последующих лунных экспедиций.	j
7.3.5.	ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ СЕКТОР	'	1
Отработанные каверны (после извлечения из них всех полезных
веществ) могут использоваться как готовые помещения для мон-
тажа производственных установок, развертывания складов, орга- .
низации жилых отсеков и т. п. Таким образом, взрывная техноло-gj
гия обеспечит не только удовлетворение энергетических потреб-Я
ностей и добычу всевозможного сырья, но и строительные работыЯ
на Луне.	*
В отработанных и специальным образом оборудованных кавер-
нах будут размещаться все компоненты поверхностной зоны лунно- I!
го индустриального комплекса. Основные строительные и произ- г
водственные материалы — кислород, металлы, кремний и его сое- I
180
динения — будут местного происхождения. С Земли же на первых
порах придется возить продукты питания, одежду для людей, а
также водород (скорее всего, в виде каких-либо гидридов). Со вре-
менем за счет развития оранжерейного растениеводства (на основе
гидропоники, с использованием удобрений местного происхожде-
ния) Луна приобретет собственную базу для развития автономной’
пищевой и легкой индустрии.
Главной отраслью лунной тяжелой индустрии, как уже было-
сказано, станет металлургия. Продукция лунного производственно-
го центра будет включать также металлокерамику, волокнистые'
и кристаллические композитные материалы, ситаллы, силиконы
(кремнийорганические соединения), медикаменты, специальные
оптические и другие стекла, особо чистые и редкие на Земле ве-
щества, порошкообразные строительные материалы. Лунная про-
мышленность займется также изготовлением элементов электрони-
ки, агрегатов и металлоконструкций для окололунных и околозем-
ных орбитальных заводов и станций. Возможно, она будет произ-
водить даже драгоценности (точнее, исходные материалы для их
изготовления). Все это схематически показано на рис. 60.
Возникает резонный вопрос: а не помешают ли товарообмену
громадные расстояния между Землей и Луной? Очевидно, что »
решении данной проблемы немалую роль сыграет совершенствова-
ние транспортных систем. Конечно, транспортные расходы никогда
не удастся свести к нулю, хотя к началу следующего тысячелетия
они наверняка существенно снизятся благодаря интенсивному раз-
Рис. 60. Схема продукции лунной индустрии
181
витию многоразовых аэрокосмических аппаратов, обеспечивающих
высокую экономичность наиболее сложного и дорогого участка вы-
ведения: с поверхности Земли на опорную круговую околоземную
орбиту, откуда — уже вне сопротивления земной атмосферы и при
малом влиянии земной гравитации — смогут легко стартовать тран-
спортные корабли малой тяги с электроракетными или ядерно-га-
зофазными силовыми установками, обладающими гораздо более
высокими значениями удельного импульса по сравнению с хими-
ческими ракетными двигателями большой тяги, которые необходи-
мы для старта с поверхности Земли.
Но важно иметь в виду и следующие соображения. Многие ве-
щества (не говоря уж о конечных изделиях) сами стоят так дорого,
что их доставка издалека остается целесообразной практически
три любых транспортных расходах (имеется, конечно, в виду, что
'транспортные расходы для подобных веществ и изделий составят
лишь небольшую долю суммарных расходов на создание объектов).
Например, килограмм радия стоит более 20 млн. долл., килограмм
бриллиантов (не ниже 3 карат массой и высокого качества) стоит
14 мл. долл.*. Даже такой сугубо технический материал, как мо-
нокристаллический кремний (широко используемый ныне в радио-
электронике), обходится в 1300 долл, за килограмм. Поэтому вы-
воз продукции лунного производственного центра на Землю (а тем
более на искусственные космические объекты типа Андроселла и
Астрополиса, лишенные собственной сырьевой базы) никогда не
будет убыточным.
Технология металлообработки на Луне, вероятно, превзойдет
земную: даровой глубокий вакуум позволит широко применять по-
рошковую и испарительную металлургию, использовать в масшта-
бах, невозможных на Земле, лазерную и электроннолучевую техни-
ку для обработки металлов, строительных материалов и других
веществ.
В отличие от земной, лунная природа будет малочувствительна
к загрязняющему воздействию индустрии. Безжизненная, безвод-
ная, безатмосферная Луна, не менее 4 млрд, лет подверженная
воздействию полного спектра ничем не смягченного солнечного из-
лучения не будет столь болезненно реагировать на промышленные

отходы, которые на Земле уже в наши дни. становятся настоящим
бичом для всей земной природы.
Но все же развитие лунной индустрии должно сопровождаться
строгим соблюдением одного непременного условия: не нарушать
неприкосновенность наиболее ранимого фактора лунной природы—
глубокого вакуума на ее поверхности. Поэтому те огромные коли-



чества кислорода, которые будут освобождаться
при извлечении


металлов из лунных пород (так например, при добыче 2 Мт редких
металлов выделится около 0,8 Мт кислорода), поначалу придется
хранить— быть может, в виде воды — в подземных емкостях, раз-
мещенных глубоко под поверхностью Луны. Хранить до тех пор,
* Все цены приведены по американским даииым иа 1975 г.
182
пока на Луне не вырастут большие поселения (селенополисы) а
не появятся лунные предприятия с многочисленным персоналом и
жилыми помещениями (астрополисы) на окололунных и околозем-
ных орбитах, где кислород потребуется для дыхания и в качестве
топливного компонента (не только в ракетных и других двигателях*
но и, пожалуй, даже в первую очередь — в топливных элементах,,
обеспечивающих функционирование вторичных энергоустановок на\
автономных подвижных средствах).
Взаимодействие и разделение сфер производства между поверх-
ностным индустриальным районом и производственными установ-
ками на селеноцентрических орбитах представить сегодня в дета-
лях еще трудно. Но очевидно, что основой для подобного разделе- ,
ния послужит технологический принцип: производственные процес-
сы и операции, которые лучше протекают в условиях воздействия
гравитации (хотя и меньшей, чем на Земле), будут отнесены к
компетенции поверхностной части лунного комплекса, а те линии
производства, которые требуют невесомости (к ним относятся, на-
пример, производство пенокерамики и пенометаллов, отливка ме-
таллических шариков для подшипников, получение крупных моно-
кристаллов для электроники и оптики, производство иммуноглобу-
лина и других специальных медикаментов и т. п.), будут разверты-
ваться на окололунных орбитальных станциях. Не исключено, что
производство некоторых изделий будет включать операции, выпол-
няемые и в поверхностном промышленном центре, и на орбиталь-
ных производственных установках. Поэтому особое значение при-
обретает экономичность и эффективность функционирования транс-
портных средств, способных обеспечить перевозку грузов как меж-
ду компонентами лунного индустриального комплекса, так и к пот-_.
рабителям его продукции на Земле и на искусственных космичес-
ких объектах.
7.4.	ЛУННАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА
Организация транспортных операций в пределах поверхностного
производственного района здесь детально не рассматривается, по-
скольку при этом не встретятся какие-либо сложные проблемы;
основу «внутренней» транспортной системы, по-видимому, составит
разветвленная сеть трубопроводов, соединяющих все производст-
венные и жилые помещения (которые, как было показано, будут
организовываться в полостях под поверхностью Луны). Транспор-
тировка легких грузов в пределах этой сети может осуществляться
с помощью пневмо- или гидропривода. Для людей и крупногаба-
ритных грузов могут быть пробиты туннели, обеспечивающие дви-
жение вагонов с электромеханическим приводом.
Основное внимание целесообразно уделить системе транспор-
тировки грузов с Луны на Землю и на космические объекты ис-
кусственного происхождения. Эта «внешняя» транспортная систе- '
ма. для упрощения будет именоваться просто «лунной транспорт-
ной системой».
183
7.4.1.	ВОЗМОЖНЫЕ АЛЬТЕРНАТИВЫ
В принципе существуют две основные альтернативы при органи-Я
зации лунной транспортной системы: первая — использовать тради-’Т
донные космические корабли с ракетными двигателями; вторая—
построить электромагнитные ускорители, запускающие на нужныеЦ
траектории полета «пассивные» (т- е. лишенные бортовых разгон- ч
'ных двигателей) грузовые или пассажирские космические аппара-Д|
•_ты. Вторая альтернатива привлекательнее —прежде всего потому,
что она позволит существенно снизить расход ракетного топлива.
А как было показано, местные лунные ресурсы позволяют добы-
вать в изобилии кислород, но не обеспечивают получение в нужных
количествах дешевого жидкого (или ожижаемого) горючего, необ-
ходимого для ракетных двигателей. Разумеется, могут использо-
ваться транспортные корабли (фрахтеры) на ядерной тяге, причелм
экономически наиболее ценными здесь представляются силовые усЦ|
тановки с газофазными ядерными реакторами. Могут применяться
также импульсные ядерные двигатели, особенно подходящие для 1
транспортировки крупногабаритных тяжелых грузов, поскольку
удельные характеристики (и прежде всего, удельный импульс)
импульсного ядерного двигателя улучшаются с увеличением разме-
ров летательного аппарата.
Для запуска транспортных кораблей с поверхности Луны на
селеноцентрические орбиты или траектории полета к другим небес-
ным объектам в принципе можно использовать и технику ядерно-
го взрыва. Эта идея естественно приходит на ум в связи с описан-
ными ранее подлунными ядерно-взрывными процессами. Комбини-
ровать запуск транспортных космических аппаратов с подлунными
ядерными взрывами можно двумя путями: 1) горючий кислород,
порожденный взрывом, используется для нагрева водяного пара,
который затем раскручивает маховое колесо, приводящее в движе-
ние электрогенераторы; электроэнергия обеспечивает функциони-
рование электромагнитных ускорителей. Для сокращения такую
систему можно назвать ядерно-электромагнитным ускорителем
(ЯЭУ); 2) горючий кислород, образующийся при подлунном взры-
ве, непосредственно используется для разгона транспортных косми- ;
ческих кораблей, заранее размещенных в ускорительных трубах,
направленных таким образом, чтобы после вылета из ствола по- ’
добного «пушечного ускорителя» космический аппарат вышел на '
нужную переходную траекторию — полета к Земле или перехода 3
на селеноцентрическую орбиту. Такую систему можно условно наз- J
вать ядсрно-вулканическим ускорителем (ЯВУ).	j
Как видно, при обоих способах ядерные взрывные процессы,
кроме их прямого технологического и строительного применения,
используются также и для достижения добавочных целей, что мо- •
жет существенно повысить их экономическую эффективность. Срав- ।
некие двух способов показывает следующее. Ядерно-вулканический |
ускоритель способен разгонять более тяжелые грузы и требует I
меньшего аппаратурного оснащения, чем ядерно-электромагнитный !
ускоритель. Максимальная величина ускорения в ЯВУ также бу- ]
184
дет большей, чем в ЯЭУ. Но это уже, скорее, недостаток: придется
специально позаботиться о мерах для снижения максимальной ве-
личины ускорения в ЯВУ до уровня, допустимого по выносливости
человека и по прочности наиболее чувствительной продукции лун-
ного индустриального комплекса. Наиболее радикальные меры —
увеличение длины разгонного ствола и управление газовым пото-
ком в стволе (что, естественно, усложнит и удорожит транспорт-
ные операции с помощью ядерно-вулканического ускорителя). На-
до думать, что ЯВУ — слишком «грубая» система для транспорти-
ровки таких изделий, как сверхлегкие элементы больших конст-
рукций, предназначенных для искусственных космических объектов-
Но у ЯВУ есть и более серьезный недостаток: истекающие из раз-
гонных стволов газы будут нарушать вакуум на поверхности Луны.
Если не принять никаких мер, в очень короткий срок (порядка де-
сятилетия, а то и нескольких лет — учитывая потребный высокий
темп запусков транспортных кораблей с изделиями лунной про-
мышленности) на Луне может образоваться заметная атмосфера,
все уплотняющаяся по мере применения ЯВУ. А это усложнит, а то
и вовсе разрушит условия для производства на Луне ряда важных
специфических изделий и для научных работ в лунных обсервато-
риях. Выброс горячего кислорода на поверхность Луны особенно
нежелателен: ведь кислород — газ, далеко не инертный. Еще один
недостаток ядерно-вулканического ускорителя — необходимость
строгой синхронизации моментов запуска транспортных кораблей
с выполнением подлунных взрывных работ. Наконец, ЯВУ может
в принципе применяться только на поверхности Луны, а на орби-
тальных компонентах лунного индустриального комплекса придет-
ся использовать какой-то другой метод ускорения транспортных
кораблей.
Метод ядерно-электромагнитного ускорения более «чистый»,
более изощренный и, вероятно, более дорогой, чем ЯВУ. Его при-
менение потребует весьма экономичных источников электроэнер-
гии. Избыточное тепло, получаемое от ядерно-взрывных процессов,
будет вынужденно излучаться в космос в качестве термических
отбросов. Но зато электромагнитное ускорение (при наличии ис-
точников электроэнергии) может применяться и на орбитальной
станции, а не только на самой Луне. Величина ускорения при ис-
пользовании ЯЭУ будет ниже, чем при ЯВУ, а регулировка ускоре-
ния — за счет длины разгонной дистанции много проще. Исходя из
сказанного, можно заключить, что по совокупности всех рассмот-
ренных свойств ядерно-электромагнитный ускоритель несомненно
предпочтительнее.
Чтобы сделать систему теплопередачи в ядерно-электромагнит-
иом ускорителе достаточно простой, горячий кислород можно про-
пускать через трубы, проходящие внутри емкости, содержащей
воду (таким образом организуется определенная разновидность
трубчатого водогазового теплообменника). Было бы еще экономич-
нее просто выпускать горячий кислород в воду через отверстия
в Днище резервуара и позволять ему проходить сквозь толщу воды
185
в виде пузырей. Но это нежелательно вследствие того, что пары
воды, насыщенные горячим кислородом, вызовут сильную Корро-
зию лопаток турбин и других элементов системы.
После выхода из трубчатого теплообменника кислород- может
улавливаться и ожижаться точно так же, как это делалось при
одноцелевом (технологическом) использовании ядерных взрывных
процессов. Строго говоря, при двухцелевом использовании ядерно-
го взрыва ожижение кислорода даже облегчится, поскольку его
теплосодержание уменьшится после нагрева воды.
Применение электромагнитных систем для запуска различных
объектов с поверхности Луны рассматривалось и раньше. Концеп-
ция использования электромагнитных ускорителей на орбиталь-
ных станциях предлагается автором данной -работы впервые.
7.4.2.	ЛУНАТРОН И ОРБИТРОН
Космический корабль, приводимый в движение линейным электро-
магнитным ускорителем, может быть разогнан на поверхности Лу-
ны до скоростей, достаточных для выхода на селеноцентрическую
орбиту или траекторию межпланетного перелета. В 1962 г. Вильям
Эшер, работавший тогда в НАСА, в Центре космических полетов
им. Маршалла исследовал подобную систему и присвоил ей назва-
ние «Лунатрон». Исследуя возможность применения подобной сис-
темы на борту -орбитальной станции, автор данной работы для наз-
вания орбитального электромагнитного ускорителя предложил дру-
гое слово «Орбитрон». А объединенной системе, включающей взаи-
мосвязанные в функциональном отношении и поверхностные, и ор-
битальные ускорители, было дано имя «Астрон».
Имея в виду величину скорости, которая должна быть достиг-
нута на космическом ускорителе, легко прийти к выводу, что здесь
не обойтись без использования магнитной левитации разгоняемого
объекта. Идея магнитной левитации впервые была предложена
французским инженером Эмилем Бэчиле еще в 1912 г.
Итак, для создания электромагнитного ускорителя требуются
две вещи: магнитная левитация и электромагнитная тяга. Исполь-
зование сверхпроводимости позволит получить необходимый уро-
вень индуцированной левитации при невысокой потребляемой мощ-
ности. Для иллюстрации возможностей сверхпроводимости можно
привести такой пример. При нормальных условиях медный провод
диаметром около 1,5 мм имеет ограничение по допустимой силе
тока порядка 10 А. Провод того же диаметра из общепринятого
сегодня сверхпроводящего материала (например, из сплава нио-
бий—олово) при температуре жидкого гелия (4,2 К, т. е. всего на
4,2° выше абсолютного нуля) может безнаказанно проводить в
пятьсот раз больший ток, т- е. ток до 5 000 А. В космической окру-
жающей среде сверхпроводимость на больших объектах может
быть достигнута более легким путем, чем на Земле. Можно утвер-
ждать, что генерировать магнитное поле с нужной напряженно-
стью не будет слишком трудно. В условиях Луны аппарат с пас-
186
сажи,рами сможет двигаться и при давлении порядка 70 кПа
(0,7 кгс/см2). Для создания такого давления нужно магнитное по-
ле в 3,4 кГс (с каждой стороны аппарата), а это всего вдвое боль-
ше, чем у игрушечного магнита.
Рассмотрим движение аппарата поверх токопроводящих рель-
сов за счет магнитного привода. Течение тока в рельсах создает
подобие магнитного отталкивания аппарата, снабженного электро-
магнитами. Электрическое сопротивление в проводнике действует
подобно магнитному сопротивлению. Таким образом, в случае ког-
да проводник неидеальный (т. е. не сверхпроводник), помимо маг-
нитной подъемной силы имеется магнитное сопротивление. Это
сопротивление может быть преодолено какой-либо движущей силой
(тягой). Однако если и магниты на аппарате и рельсы будут сверх-
проводниками, сопротивление упадет практически до нуля и ника-
кой тяги для его преодоления не потребуется. (Потребность в тяге
останется для преодоления инерции самого разгоняемого аппара-
та.) Наиболее подходящим устройством для создания тяги пред-
ставляется линейный синхронный двигатель, который, грубо гово-
ря, генерирует бегущую магнитную волну, толкающую
разгоняемый аппарат вперед. Здесь можно провести приблизитель-
ную аналогию с доской для серфинга, которая толкается вперед
бегущим к берегу водяным валом, если эту доску необходимым
образом поместить на подходящий склон волны. Чтобы миними-
зировать массу присоединенных силовых контуров («петель»), че-
рез которые магнитное поле генерирует бегущую волну («водяной
вал» по вышеприведенной аналогии), а также и массу магнитов
на разгоняемом аппарате (который аналогичен в рассмотренной
иллюстрации доске для серфинга), система в целом должна функ-
ционировать при температурах сверхпроводимости. В реальном
процессе разгона движущаяся сила возникает благодаря разнице
между скоростью бегущей магнитной волны и скоростью аппарата
(так называемое «линейное проскальзывание»). Величина движу-
щей силы ограничена тем обстоятельством, что по мере роста ли-
нейного проскальзывания эффективность передачи энергии от дви-
гателя к разгоняемому аппарату падает. Поскольку скорость ап-
парата растет, должна расти и скорость бегущей магнитной вол-
ны—-чтобы поддерживать разгон аппарата при оптимальной
величине проскальзывания. Увеличение скорости бегущей волны
Достигается путем изменения частоты переменного тока в линейном
синхронном двигателе или за счет прогрессивного изменения вели-
чины интервала между индукционными катушками (силовыми пет-
лями), в -которых генерируется бегущая магнитная волна.
Тремя главными элементами разгонной системы являются: ис-
точник энергии, преобразователь энергии, рельсовый путь и тележ-
Ка-носитель (несущая разгоняемый аппарат). Роль этой тележ-
ки может играть и сам космический аппарат, если вся необходимая
сверхпроводящая аппаратура будет установлена на его борту;
естественно, что такой космический аппарат должен быть рассчи-
тан на многократное применение. После схода такого многоразо-
187
вого корабля с ускорителя никаких дополнительных работ на ус-
корителе не требуется. В случае применения тележки-носителя,
после старта с нее космического корабля, она тормозится электро-
динамическим способом (при этом кинетическая энергия тележки
превращается обратно в электроэнергию, которая может запасать-
ся какими-либо аккумуляторами) и возвращается к стартовому
концу ускорителя для последующего использования. Поскольку на
тележке-носителе смонтировано дорогостоящее оборудование (дат-
чики, сверхпроводниковые цепи, холодильные системы и пр.) она
также должна быть многоразовой. Таким образом, необходимо
выбрать: либо монтировать все необходимое оборудование на бор-
ту каждого транспортного космического корабля, либо построить
дополнительный участок рельсового пути, необходимый для тормо-
жения тележки-носителя.
Очевидно, что вместо единичного корабля (или тележки) мож-
но разгонять сцепку («поезд») из нескольких объектов. Это может
быть поезд из небольших транспортных кораблей, запускаемых
совместно, или сцепка тележек-носителей, каждая из которых не-
сет один транспортный корабль. В последнем случае по достижении
сцепкой необходимой скорости все космические корабли одновре-
менно отделятся от тележек.
Рельсовый путь оборудуется силовыми петлями и другой аппа-
ратурой, необходимой для разгона и направления тележек. Специ-
альная силовая энергостанция обеспечивает разгонную систему
необходимой энергией, а кибернетическое оборудование поддержи-
вает заданные режимы по частоте, напряжению и силе тока. В за-
висимости от расчетного ускорения, массы и конечной скорости
разгоняемого объекта, потребная мощность системы может менять-
ся в пределах от сотен до нескольких тысяч МВт. Если принять,
в качестве примера, что расчетное ускорение равно g (9,81 м/с2),
масса тележки-носителя (или поезда транспортных кораблей)
100 т, а потребная конечная скорость разгона 1700 м/с (это мини-
мальная начальная скорость, необходимая для выхода на низкую
селеноцентрическую орбиту), получим, что требуемая в конце раз-
гона мощность составит 1670 МВт. При коэффициенте полезного
действия тяговой системы в 65% * потребная мощность силовой
электростанции должна быть не менее 2570 МВт. При этом дли-
на рельсового пути ускорителя составит 144,5 км. Если использу-
ются тележки-носители, длина рельсового пути должна быть
удвоена.
Эти цифры свидетельствуют, что упомянутые преимущества
транспортной системы Астрон достанутся не даром. Энергетические
потребности такой системы могут быть удовлетворены только за
счет большой внеземной энергостанции. Большой интерес представ-
* При скорости порядка 300 м/с коэффициент полезного действия лежит в
диапазоне 0,5 ... 0,8 и зависит от длины сверхпроводниковых контуров, длины
активного пути (снабжаемого энергией) и величины силы тока. Большой ток в
сверхпроводниковых петлях (300 000—500 000 А), размещенных на тележке, сни-
жает потребный ток в проводниках разгонного пути и повышает КПД двигателя.
188
ляют в этом смысле маховые колеса, которые хорошо приспособ-
лены к развитию больших начальных мощностей при ускорении
разгоняемых объектов, когда силовая энергостанция приближает-
ся к выдаче своей полной расчетной мощности, а также к приему
возвращаемой энергии при торможении тележки-носителя. Как
показано, длина разгонного пути велика, конечные скорости объ-
ектов тоже. Для осуществления принципа магнитной левитации
нужно решить одну принципиальную проблему: обеспечение дина-
мической устойчивости разгоняемого объекта при больших ско-
ростях движения. Рельсовый путь должен быть чрезвычайно глад-
ким и прямым. Неизбежные отклонения рельсов от оси пути дол-
жны контролироваться лазерной аппаратурой с целью обнаружения
и устранения имеющихся чрезмерных искривлений. Современные
лазерные системы контроля способны обнаруживать отклонения
или неровности менее 0,7 мм на 1 км пути. Чтобы обеспечить ста-
тическую установку частей рельсового пути с точностью до одного
миллиметра на километр, конструкция пути должна органически
включать специальные датчики, распределенные вдоль рельсов и
способные взаимодействовать с высокочастотными лазерными уста-
новочными системами.
В случае Лунатрона реактивная сила, создающаяся при переда-
че тягового усилия тележке-носителю, поглощается массой Луны.
Но каждый электромагнитный запуск с Орбитрона будет заметно
деформировать его орбиту. К счастью, начальная скорость косми-
ческого корабля при его запуске с окололунной круговой орбиты на
переходную траекторию полета к Земле примерно на 910 м/с
меньше, чем начальная скорость, потребная для выведения объекта
с поверхности Луны на селеноцентрическую орбиту. Благодаря
этому длина разгонного пути на Орбитроне может быть уменьше-
на по сравнению с Лунатроном на 29% (при одинаковом в обоих
случаях расчетном ускорении). Тем не менее, если масса станции—
Орбитрона в 10 раз превосходит массу ускоряемого объекта; стан-
ция после запуска объекта окажется заторможенной на 91 м/с,
вследствие чего Орбитрон перейдет с круговой орбиты на эллипти-
ческую (аполуний которой касается старой орбиты). При использо-
вании тележки-носителя замедление Орбитрона будет уменьшено
(за счет последующего торможения тележки относительно Орбит-
рона). Однако, если масса тележки-носителя составляет, скажем,
10% от суммарной разгоняемой массы, то уменьшение замедления
станции составит всего около 9 м/с (т. е- на 82 м/с Орбитрон за-’
тормозится на своей орбите и в этом случае). Следовательно, з
принципе необходим какой-либо контрускоритель. Им может быть
Дополнительный рельсовый путь, на котором одновременно с раз-
гоном транспортного корабля в противоположном направлении
разгоняется другой объект. Если масса этого объекта равна массе
транспортного корабля, длина основного и дополнительного рельсо-
вого пути будут одинаковыми. Но возможно и другое решение.—
с однорельсовым (точнее, «однопутевым») ускорителем. Эта кон-
цепция рассматривается ниже.
189
В заключение следует отметить, что создание системы типа
Лстрон связано с необходимостью решения ряда сложных проблем
по разработке внеземных конструкций. Устройство таких систем
обойдется достаточно дорого. Но будучи однажды построены, они
обеспечат высокую экономичность каждого запуска и сохранение
наземных топливных ресурсов. Правда, экономическая эффектив-
ность таких транспортных систем обеспечивается только при ин-
тенсивном производстве, определяющем поддержание устойчивого
грузооборота между Землей и Луной. Но ведь в этом и заключа-
ется конечная цель индустриализации Луны.
7.4.3.	АСТРОН
В Орбитроне разгонные рельсы могут использоваться как контрус-
коритель, обеспечивая таким образом достижение обеих целей (за-
пуска транспортного корабля и коррекции орбиты ускорителя).
Это проиллюстрировано на рис. 61.
В процессе разгона транспортного космического корабля, пред-
назначенного для полета с полезной нагрузкой к Земле, реактив-
ная сила замедляет Орбитрон, что вынуждает его перейти на
эллиптическую орбиту. После старта транспортного корабля раз-
гонные рельсы разворачиваются на 180° и выполняется разгон ка-
кого-либо груза в противоположном направлении. Эта операция
производится в тот момент, когда Орбитрон в его движении по
эллиптической орбите оказывается в нужной точке'—аполунии-
Если произведение массы разгоняемого груза на величину ускоре-
ния равно аналогичному произведению для ушедшего к Земле
транспортного космического корабля, штатная круговая селено-
центрическая орбита станции — Орбитрона окажется восстановлен-
ной. Вторичный груз будет ускоряться против движения Орбитро-
на по его орбите. Поэтому относительно Луны вторичный груз за-
тормозится достаточно, чтобы сойти с эллиптической промежуточ-
ной орбиты и упасть на поверхность Луны.
1	7	8
Рис. 61. Схема запуска объектов транспортной системой Астрой:
а С Лунатроиа на Орбитрон; б—запуск первичной нагрузки с Орбитрона к Земле;
в—Орбитрон на эллиптической орбите развернут на 180°. Запуск в Аполунии вторичной наг-
рузки возвращает Орбитрон на круговую орбиту; г—орбитрон возвращен в позицию транс-
земного запуска (/—Лунатрон*. 2—Орбитрон; 3—выход иа орбиту; 4—первичная нагрузка на
траектории полета к Земле; 5—Орбитрон перешел на эллиптическую орбиту; 6—Орбитрон
вернулся на круговую орбиту; 7—аполуний; 8—вторичная нагрузка на траектории полета к
Луне; 9—перелуний
190
1
Таким образом, если вторичную нагрузку сформировать из
материалов, полезных для поверхностной индустриальной зоны на
Луне, запуск вторичной нагрузки будет целесообразным и в эко-
номическом отношении. Лунатрон может доставлять на Орбитрон
лунные породы, которые будут обрабатываться на орбитальных
установках лунного индустриального комплекса, а отходы этих
процессов вместе <. изделиями, предназначаемыми для поверхност-
ных установок на Луне, будут использоваться на Орбитроне для
формирования вторичной нагрузки. С другой стороны, ввоз продук-
тов с Земли на Луну можно включить в формирование этой вто-
ричной нагрузки, направив грузопоток земных товаров через Ор-
битрон. В данном случае земные изделия должны компоноваться
с химическими тяговыми системами, которые обеспечат их мягкую
посадку на поверхность Луны. В дальнейшем эти химические тяго-
вые системы (или, по крайней мере, их наиболее дорогие элемен-
ты) могут возвращаться на селеноцентрическую орбиту для пов-
торного использования. При посадке вторичной нагрузки на по-
верхность Луны топлива потребуется значительно меньше, чем в
случае расчетной штатной посадки земных кораблей, поскольку
значительная часть замедления обеспечивается Орбитроном в про-
цессе выведения вторичной нагрузки на крутую траекторию спуска.
Необходимо соблюдать и второе условие: запуск вторичной нагруз-
ки должен выполняться в моменты, когда Орбитрон находится в
таком положении относительно поверхностного индустриального
района, что обеспечивается прилунение вторичного груза в преде-
лах этого района, поскольку транспортировка грузов по поверхно-
сти Луны наверняка обойдется дороже и потребует больших потерь,
времени. Если же в качестве вторичной нагрузки будут использо-
ваться отходы обработки лунных пород, то их можно сбрасывать и
вне пределов индустриального поверхностного района, но, разуме-
ется, только на специально выделенные для этого полигоны.
ГЛАЗА
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ
ОЦЕНКА
КАПИТАЛЬНЫХ ЗАТРАТ
Чтобы сформировать предварительную шкалу оценок для сравне-
ния неповторяющихся (капитальных) затрат на ряд субродовых
программ (в разделе «Критерии эффективности программы» этому
соответствует критерий 8 для субродовых программ), необходимо
оценить довольно много различных подпрограмм и вспомогатель-
ных программ. Целесообразно рассмотреть всего 46 частных про-
ектов (стр. 193). На стоимостных диаграммах частные проекты
обозначены цифрами, соответствующими порядковому номеру про-
екта в этом перечне.
Естественно, что при стоимостной оценке этих программ не из-
бежать противоречий. Действительно, эти программы будут под-
вержены изменениям по мере уточнения всех необходимых исход-
ных данных. Но введение немедленных корректив, отражающих
эти изменения, потребует превосходного понимания действитель-
ности. В будущем можно рассчитывать на более детальную дефи-
ницию рассматриваемых программ, а также на более конкретные
предложения и решения — как относительно самостоятельного про-
должения определенных программ, так и относительно целесооб-
разности объединения каких-то других программ.
Если считать приводимые величины затрат определенным мате-
риалом для первоначального обсуждения, то они могут послу-
жить целям систематизации расчетов; но они, разумеется, недоста-
точно надежны, чтобы принимать их за реальные стоимости тех
или иных проектов *. Не следует думать, что уточненные данные
окажутся более высокими, чем приведенные здесь. Во всяком слу-
чае, эти данные делают возможным первый оценочный расчет.
На стоимостных диаграммах ординаты выражены в миллиардах
долларов, приведенных к уровню цен 1975 г. Для большей ясности
главная диаграмма разделена на две части: выше оси абсцисс (оси
натурального — календарного — времени) помещены затраты на
производственные установки, ниже—-на транспортные- системы.
В верхней части каждой схемы помещена диаграмма для суммар-
* Это надо понимать в том смысле, что приведенные цифры способны пра-
вильно отразить соотношение затрат на те или иные программы, но не дают на-
дежного отражения абсолютных значений затрат (прим, перев.).
192
ных затрат. В случае лунной программы на второй позиции показа-
на итоговая (кумулятивная) сумма затрат.
Каждая диаграмма рассчитана для отдельной программы, так
что эффект снижения затрат за счет взаимодействия частных про-
грамм не учтен. Анализ схем показывает, что ежегодное потребное
финансирование для любой отдельной программы не превосходит
'5 млрд. долл, (в ценах 1975 г.). Даже при удвоении этой цифры
ежегодные затраты на реализацию предложенных решений оста-
нутся сравнительно скромными.
Перечень частных проектов
1.	«Шаттл» — «Спейслэб» — промежуточный буксир — старто-
вая ступень.
2.	Развитие буксира.
3.	Расширение станции «Спейслэб» (малая космическая стан-
ция) .
4.	Завод на околоземной орбите.
5.	Транспортный космический корабль большой грузоподъем-
ности.
6.	Полностью многоразовый «Шаттл» (с возвращаемой первой
ступенью многократного применения).
7.	Ступень с солнечно-электроракетной тяговой системой.
8.	Пилотируемый буксир.
9.	Опорные платформы — станции на геостационарной орбите.
10.	Платформа на геостационарной орбите для систем телеуп-
равления.
11.	Модульная космическая станция.
12.	Развитие модульной космической станции.
13.	Сборный комплекс на околоземной орбите.
14.	Развитие сборного комплекса.
15.	Орбитальная станция на ГСО.
16.	Сборный орбитальный комплекс на ГСО.
17.	ИСЗ — ретранслятор энергии.
18.	Трансмиссионная спутниковая система.
19.	Электромагнитная силовая станция.
20.	Развитие установки-ретранслятора энергии.
21.	Развитие трансмиссионной системы.
22.	Энергопроизводящий ИСЗ на геостационарной орбите.
23.	Энерготрансляционная система (энергопроизводящий ИСЗ
наПСО плюс ИСЗ — ретрансляторы энергии).
24.	Лунетта.
25.	Развитие Лунетты.
26.	Развитие станции на ГСО.
27.	Развитие орбитального комплекса на ГСО.
28.	Развитие транспортного космического корабля большой
грузоподъемности.
29.	Четырехступенчатый аэрокосмический фрахтер.
30.	Развитие аэрокосмического фрахтера.
31.	Взаимодействие аэрокосмического фрахтера с наземными
производственными установками.
193
32.	Модернизация «Шаттла».
33.	Силовая энергостанция на ГСО.
34.	Орбитрон на ГСО.
35.	Развитие Орбитрона на ГСО.
36.	Транспортный модуль для Орбитрона.
37.	Электроракетная ступень для перелетов с ГСО на около-
земную орбиту.
38.	Космическая база на селеноцентрической орбите.
39.	Лунный Орбитрон.
40.	Первый образец лунной базы.
41.	Лунная орбитальная фабрика.
42.	Космические индустриальные установки лунного комплекса.
43-	База на Луне.	л
44.	Лунные производственные предприятия.
45.	Лунатрон.
46.	Индустриальная зона на поверхности Луны.
8.1.	ИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ КОСМОСА.
ОКОЛОЗЕМНАЯ ОРБИТА
Основной график на рис. 62 показывает функциональные системы
(выше оси времени). Транспортные системы показаны ниже оси
времени. Ординаты выражены в миллиардах долларов уровня цен
1975 г. Величины на схеме вверху показывают, что к моменту на-
млрд. долл.
0
1
2
1991 г. г.
3 L
млрд. долл.
Рис. 62. График расходов при создании орбитальных установок
(вверх от оси времени) и транспортных систем {ниже оси вре-
мени):
1—«Шаттл»—«Спейслэб» и другие элементы; 2—межорбнталь-
ный буксир; 3—развитие станции «Спейслэб»; 4—фабрика на|
околоземной орбите; 5—тяжелый транспортный корабль; 6—
МТКК (с крылатой первой ступенью)	d
194
чала отдачи (получения прибыли) индустриализация околоземной
орбиты требует регулярных вложений около 1 млрд. долл, еже-
годно в период между 1981 и 1992 гг., (с учетом инфляции).
8.2.	ГЕОСТАЦИОНАРНАЯ ОРБИТА
На этой схеме (рис. 63) сопоставляются затраты на развертыва-
ние определенных частных программ по освоению геостационарной
орбиты. При рассмотрении проекта №9 (по списку на стр. 193)
приняты во внимание только две функции опорных платформ на
ГСО: передача информации и наблюдение поверхности Земли.
Принято, что другие функции при необходимости могут быть до-
бавлены без существенного увеличения общих затрат. Платформа
для телеопераций (проект № 10) рассматривается в варианте,
включающем один инструментальный модуль и два обитаемых мо-
дуля с системой жизнеобеспечения для экипажа в 6 человек.
Надо полагать, что возможности «Шаттла» промежуточного бук-
сира (проект № 2 на предыдущей схеме) и солнечно-электроракет-
ной ступени (проект № 7) ускоряет освоение геосинхронной орбиты
для реализации рассматриваемых функций. Соответственно на гра-
фике вверху (см. рис. 63) показан относительно короткий период
интенсивных расходов в середине 80-х годов.
8.3.	ОКОЛОЗЕМНАЯ ОРБИТА И ГЕОСТАЦИОНАРНАЯ
ОРБИТА. ОРБИТАЛЬНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ
И ТЕЛЕОПЕРАЦИИ
Если программы, рассмотренные на двух предыдущих схемах,
скомбинировать, получится картина, показанная на рис. 64. В ре-
зультате будут иметь место относительно устойчивые затраты ь
1,5—2 млрд. долл, ежегодно между 1981 и 1987 гг. В дальнейшем
они снижаются примерно до 1 млрд. долл, к 1991 году.
млрд. долл,
т г
Рис. 63. График затрат иа частные програм-
мы по освоению ГСО:
-_1 I	|7|
15	80
J—U
85
IbJ L
90
7—солнечно-электроракетная ступень; 8—пи-
лотируемый межорбитальный буксир; 9—орби-
тальная платформа для установки ретрансля-
ционного оборудования и аппаратуры для
наблюдения за Землей; 10—платформа для
95 телеуправления
8 V®'
9
7577 '^79^ 7
8 85^^87	8g' ~gf	^1993Г. Г.
млрд, долл
195
8.4. ИСЗ —РЕТРАНСЛЯТОР ЭНЕРГИИ
Рассматривая эту программу как отдельную, т. е. как не интегриру-
ющуюся с программами, исследуемыми на предыдущих схемах,
необходимо принять во внимание 15 основных проектов (1, 2, 4, 5,
7, 8, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 и 19).
Маленький суммарный график на рис. 65 показывает, что эта
программа приводит к пику в финансировании порядка 3 млрд,
долл- в середине 80-х годов.
8.5. ГЕНЕРАЦИЯ ЭНЕРГИИ 8 КОСМОСЕ
Программа создания энергопроизводящей станции в приземном
космосе, как и все ранее рассмотренные, оценивается отдельно от
других. Эта программа имеет особенно большое количество вари-
антов. Кумулятивные общие расходы около 55 млрд. долл, не вклю-
чают проект № 1. Уровень финасирования составит около 4 млрд,
долл., в год для периода с 1985 до 1991 г. (см. рис. 66), считая, что
первый образец обеспечит к 1995—97 гг. начальный уровень произ-
водимой мощности от 5 до 7 ГВт.
8.6. ЛУННЫЙ космос
Индустриализация Луны также рассмотрена как сепаратная про-
грамма, не интегрированная с другими главными программами. Эта
программа, пожалуй, является самой амбициозной, самой сложной
и наиболее новой в концептуальном отношении из всех рассмотрен-
ных программ. Ее оценка показана на рис. 67.
196
млрд. долл.
Рис. 65. График расходов иа создание
ИСЗ-ретраислятора анергии (см. список
проектов на стр. 193>
JL
Млрд долл
Млрд. долл.
5 Космические
J установки
5+ 2 в
16+27
п
22 или 23
30
29+8
расходов на создание станции
1
Рнс. 65. График
по генерации энергии в околоземном космиче-
ском пространстве (список проектов на стр.
3
1993 гг.
193)
Транспоргпнь/£,
системы
90 93 95
87
91
£•
7L
Млрд. долл.
197


35
3
a
2
99 2001
70
50
30
10
5Г
О-
2/
gt-----
75	79 83 87 91 95
91
31
29
2
.7L
Рис. 67. График расходов по индустриализа-
ции Луны (список проектов на стр. 193):
а—транспортные системы; б—космические ус-
тановки; в—интегральные (кумулятивные) за-
траты; а—орбитальная станция иа полярной
селеноцентрической орбите; д—посадочные
лунные ступени
1Ь 95 ' ' 2001
gi—п_____--	_____
95 97 99 2001ГГ

Заводы на околоземной орбите учтены здесь как поставщики
оборудования для лунных операций в первоначальный период, Оче-
видно, что производительность этих предприятий! может быть легко
увеличена для удовлетворения потребностей и земных потребите-
лей. Но поскольку эта часть программы околоземных заводов не
является частью программы индустриализации Луны, затраты на
эту работу заводов на ОЗО в схему затрат на лунную программу
не включены.
Тот же подход применен при рассмотрении орбитальной сило-
вой энергостанции. Она оценена как интегральная часть системы
Лунатрон — Орбитрон, а не как энергоспутник, обслуживающий
Землю. Подобная станция должна иметь величину генерируемой
мощности в диапазоне многих МВт.
Практически околоземный орбитальный завод, производящий
оборудование для индустриализации Луны, будет, вне всяких сом-
нений, обслуживать также и наземный рынок. Энергостанция на
геостационарной орбите также будет использоваться для снабже-
ния Земли энергией с помощью необходимых передающих и акку-
мулирующих устройств. Широкие возможности аэрокосмического
фрахтера, спроектированного для участия в индустриализации Лу-
ны, могут использоваться и при реализации таких программ, как
«Космический свет», что снизит транспортные расходы на
Лунетту, ИСЗ-ретранслятор энергии, ИСЗ-генератор энергии, за-
воды на околоземной орбите и др.
С этой точки зрения, стоимость всех главных программ, обсуж-
даемых выше, должна быть уменьшена, учитывая взаимное учас-
тие отдельных проектов в реализации друг друга.
Программа индустриализации Луны могла бы осуществляться
как некая объединяющая и перекрывающая другие программы —
она может рассматриваться как мощный ствол, вокруг которого
будут группироваться конценпции заводов на околоземных орби-
тах, ИСЗ-ретрансляторов и генераторов энергии, Лунетты, Астро-
полиса и других главных ветвей.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие .....................................................:	3
Предисловие автора ..................................... .........	6
Глава 1. ФОРМУЛИРОВКА ПРОБЛЕМЫ ..................................... 7
1.1.	Основные альтернативы.....................................  7
1.2.	Сеть космической индустрии ...........	8
1.3.	Экзоиндустриализация и материальная культура............... 9
1.4.	Возможные разногласия......................................12
1.5.	Краткие итоги по формулировке проблемы.....................12
Глава 2. ПЕРСПЕКТИВЫ ЭКЗОИНДУСТРИАЛИЗАЦИИ ....	15
2.1.	Космос и эволюция производительности...................... 16
2.2.	Космос и окружающая среда................................. 17
2.3.	Некоторые следствия экзоиндустриализации...................18
2.4.	Экзоиндустриализация и контуры обозримого будущего .	20
2.5.	Экзоиндустрия и новые начинания в космосе..................25
Глава 3. ПЕРВЫЕ ИТОГИ .	.	.............................28
3.1.	Время решений ............................................ 28
, 3.2. Первоначальные капиталовложения............................29
3.3.	Контуры экономического выигрыша .... l ...	.	30
3.4.	Подготовка программы освоения околоземного космоса ...	35
3.5.	Максимизация эффективности программы «Шаттл» ....	36
3.6.	Доставка объектов на ГСО...................................38
3.7.	Аэрокосмический грузовой корабль......................  .	39
3.8.	Области использования АКФ.............................41
3.9.	Узловые моменты.......................................42
Глава 4. ПРОГРАММЫ .................................................44
4.1.	Обзор общеродовых программ............................44
4.2.	Критерии эффективности программ.......................48
4.3.	Сенсорная информация..................................51
4.4.	Орбитальная станция как экзоиндустриальное предприятие .	.	52
4.5.	Телеуправление наземными системами	из космоса ......	58
4.6.	Астрополис (город в космосе)..........................59
4.7.	Андроселл (искусственный планетоид)	........	61
Глава 5. СВЕТ ИЗ КОСМОСА............................................66
5.1.	Общеродовая программа«Космический свет»....................66
5.2.	Общие цели программы.......................................69
5.3.	Общие характеристики осветительных космических систем .	.	72
5.4.	Лунетта ...................................................39
5.4.1.	Общие требования.....................................89
5.4.2.	Экономические аспекты	Лунетты.......................104
5.4.3.	Уменьшение площади светового пятна в фокальной плоскости
Лунетты....................................................108
199
5.5.	Солетта...................................................
5.5.1.	Энергосолетта ......................................
5.5.2.	Биосолетта .	.............................
5.5.3.	Экономические аспекты Биосолетты и Энергосолетты
5.6.	«Двухзвездная экология» '.................................
Глава 6. ЭНЕРГИЯ ИЗ КОСМОСА.........................................1,71	11
6.1.	Электроэнергетика и космос.................................  151	Ц
6.2.	Трансляция энергии через космос..............................154	|
6.3.	Термоядерная энергия в космосе.............................  153	|
6.4.	Энергопроизводящий спутник .................................160
6.5.	Сравнение Энергосолетты и энергопроизводящего	спутника	.	.	164	|
Глава 7. ИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ ЛУНЫ .	.	.	.	.	.	.	.	168	' '|
7.1.	Лунный производственный центр .	. ....................168	Д
7.2.	Общая программа индустриализации Луны.....................170	f
7.3.	Слагаемые лунной индустрии................................172	4
7.3.1.	Сектор сырья...........................................172	;
7.3.2.	Энергетический сектор..................................175	!
7.3.3.	Подлунные взрывные процессы............................177	г
7.3.4.	Естественные лунные руды...............................179	1
7.3.5.	Производственный сектор...............................180
7.4.	Лунная транспортная система	...............................183	*
7.4.1.	Возможные альтернативы.................................184	j
7.4.2	Лунатрон и Орбитрон....................................186
7.4.3.	Астрой.................................................190	।
Глава 8. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА КАПИТАЛЬНЫХ ЗАТРАТ 192
8.1.	Индустриализация космоса. Околоземная орбита................194
8.2.	Геостационарная орбита.......................................195	|
8.3.	Околоземная орбита и геостационарная орбита. Орбитальные наб-	j1’
людения и телеоперации.......................................195
8.4.	ИСЗ — ретранслятор энергии	..............................196
8.5.	Генерация энергии в космосе	.	 196
8.6.	Лунный космос ..............................................196
ИБ № 1879	t
Краффт А. Эрике	'
БУДУЩЕЕ
КОСМИЧЕСКОЙ
ИНДУСТРИИ
Редактор Л. И. Фрид
Технические редакторы Л. Т. Зубко,
Н. В. Тп.чофеенко
Корректоры О. Е. Мишина, А. М. Усачева
Переплет художника С. Н. Орлова
Сдано в набор lo.08.79.
Подписано в печать 29.10.79.
Формат 60Х9Э'/1б
Бумага типографская № 2
Гарнитура литературная
Печать высокая
Усл. печ. л. 12,5 Уч.-изд. л. 14,25
Тираж 2100 экз. Заказ 2694 Цена 95 к
Издательство «Машиностроение», 107885,
Москва, ГСП-6, 1-й Басманный пер., 3
Московская типография № 8
Союзполиграфпрома
при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии
н книжной торговли.
Хохловский пер., 3.