Текст книги "Журнал «Вокруг Света» №01 за 2010 год"
Автор книги: Вокруг Света Журнал
сообщить о нарушении
Текущая страница: 3 (всего у книги 9 страниц)
Курорты, шахты и любовь
По традиции, ставшей теперь правилом, в Солнечной системе установилась своя иерархия названий. Имена спутников связаны с именем планеты, вокруг которой они движутся. А названия форм рельефа должны ассоциироваться с объектом, на котором они расположены, – либо с его названием, либо с его свойствами, например активным вулканизмом или примечательной окраской. Особенно разнообразны и подчас неожиданны темы названий на астероидах. 15 000 из них имеют собственные имена, но подробные карты есть пока лишь для тех пяти, с которыми сближались автоматические станции.
Первым на космических снимках был запечатлен в 1991 году астероид Гаспра. Его открыл в 1916 году русский астроном Григорий Неуймин на Симеизской обсерватории в Крыму . Он присвоил астероиду название курортного поселка, расположенного рядом с обсерваторией. Следуя почину, кратеры на Гаспре теперь получают имена различных курортов – среди них немецкий Баден-Баден, бельгийский Спа, израильский Зоар, но больше всего крымских, соседних с Гаспрой: Алупка, Кацивели, Мисхор и Ялта. В честь первооткрывателя астероида один из его обширных участков назван областью Неуймина.
Если Гаспра – «курортный» астероид, то Матильда – «шахтерский». Это один из самых темных объектов в Солнечной системе, отражающий лишь 3% падающего света. Поэтому кратерам на Матильде дали названия угольных бассейнов земного шара. Здесь можно встретить польский Люблин, сибирский Кузнецк, болгарскую Марицу, французскую Лотарингию, немецкий Ахен . Астероид Эрос – конечно же «любовный», его кратеры названы именами персонажей мифов и легенд, связанных с любовью и эротикой. Парочками расположены здесь кратеры Орфей и Эвридика, Дон Кихот и Дульсинея, Аида и Радамес, Пигмалион и Галатея. Несколько кратеров получили имена реальных личностей. Так, названия Джахан и Махал напоминают об индийском султане XVII века Шах-Джахане и его жене Мумтаз-Махал, для которой султан возвел знаменитый мавзолей Тадж-Махал. Не остались без внимания как вымышленный Дон Жуан, так и вполне реальный итальянский авантюрист Казанова.
В память о венецианке Марине Гамба, которая до 1613 года была гражданской женой Галилео Галилея и родила ему троих детей, назван кратер Гамба. Однако кратера с названием Галилей рядом нет – как уже отмечалось, повторять одно и то же название на разных планетных телах теперь не разрешается. По той же причине на Эросе есть и еще несколько названий, представляющих лишь «половинки» любовных пар. Кратер Каститис назван именем кузнеца из литовского мифа, увлеченного в пучину вод морской богиней Юрате, имя которой носят холмы на Венере. Кратер Автандил назван по имени персонажа поэмы Шота Руставели «Витязь в тигровой шкуре», а его возлюбленная Тинатин также «скрывается» на Венере, где ее именем названа равнина. Весьма уместными на Эросе были бы кратеры Ромео и Джульетта, но эти имена уже использованы на спутниках Урана.
Источники названий для деталий рельефа планет и спутников
Планеты
Меркурий
Видные деятели культуры (литературы, изобразительного искусства, музыки); исследовательские корабли; названия Меркурия на разных языках; радиообсерватории
Венера
Фамилии выдающихся женщин; личные женские имена; богини и героини мифов; названия Венеры на разных языках
Марс
Исследователи Марса; авторы научной фантастики о Марсе; древняя география Средиземноморья; названия Марса на разных языках Спутники Нептуна Протей
Божества и духи, связанные с водой (кроме греческих и римских)
Нерида
Имена нереид – морских божеств из греческих мифов
Тритон
Персонажи, связанные с водой, а также озера, реки и острова в мифах разных народов Спутники Юпитера
Ио
Мифы, связанные с огнем и раздел «Ад» поэмы Данте «Божественная комедия»
Европа
Греческий миф о Европе и кельтские легенды Каллисто
Мифы народов Севера
Ганимед
Мифы древних цивилизаций Ближнего Востока Спутники Сатурна Спутники Урана
Титан
Таинственные местности из мифов; божества мудрости и красоты, а также дождя и ветра; острова и озера земного шара
Оберон
Мужские персонажи пьес Шекспира Япет
Французская героическая эпопея «Песнь о Роланде»
Тефия
Древнегреческая поэма Гомера «Одиссея»
Диона
Древнеримская поэма Вергилия «Энеида»
Рея
Мифы о сотворении мира
Энцелад
Арабские сказки «Тысяча и одна ночь» Ариэль
Добрые, светлые духи из мифов народов мира
Титания
Женские персонажи пьес Шекспира
Умбриэль
Злые, темные духи из мифов разных народов
Мимас
Легенды британских кельтов о короле Артуре и рыцарях Круглого стола
Астероиды
Спутник Земли
Гаспра
Курорты разных стран Матильда
Угольные месторождения земного шара
Итокава
Названия на Земле, связанные с исследованиями космоса Ида
Пещеры и гроты
Эрос
Любовные истории
Луна
Астрономы, особенно исследователи Луны; выдающиеся ученые и путешественники; явления, связанные с погодой; горные хребты на Земле
Фото: NASA/JPL, SSI
Арабские сказки Энцелада
Названия для форм рельефа Энцелада, одного из спутников Сатурна, заимствованы из арабских сказок «Тысяча и одна ночь». Возможно, на астрономов произвела сильное впечатление ослепительная белизна этого спутника, перекликающаяся с обликом залитых солнечным светом средневековых арабских городов. Энцелад – самый яркий объект в нашей планетной системе, отражающий почти 100% падающего на него света, то есть он белее даже свежевыпавшего снега. Средняя температура его поверхности –200 °С. Этот замороженный мир постоянно покрывается свежими слоями водного инея, оседающего на поверхность из гейзерных выбросов вблизи южного полюса. Взмывающие вверх на сотни километров фонтаны воды делают Энцелад, пожалуй, самым удивительным спутником в Солнечной системе. Рельеф его экваториальной области и южного полушария преимущественно равнинный. Но местами его рассекают протяженные линейные структуры, состоящие из десятков узких параллельных борозд и гряд. Эти специфические формы рельефа, названные рытвинами, кроме Энцелада, встречаются только на Ганимеде – крупнейшем из спутников Юпитера. Они возникли при пластичной деформации ледяной коры в зонах ее растяжения. Рытвинам Энцелада даны названия городов, где разворачиваются сюжеты арабских сказок: Самарканд, Багдад, Дамаск, Каир, Александрия и другие. Белоснежная равнина Сарандиб в экваториальной области Энцелада носит одно из древних имен острова Шри-Ланка (Цейлона). Этот остров посетил во время своего шестого плавания Синдбад-мореход. Однако кратер Синдбад находится далеко отсюда, в северной полярной области, рельеф которой более древний, поскольку сюда почти не долетает вода из гигантских гейзеров южного полушария, где отложения их выбросов способствуют непрерывному обновлению облика поверхности. Неподалеку от Синдбада расположены кратеры Шахрияр и Шахразада, названные именами правителя и дочери его визиря, которая в течение 1001 ночи рассказывала ему удивительные сказки. В другой части северного полушария царят Аладдин и Али-Баба – два самых крупных кратера на Энцеладе. Внутри каждого из них возвышается большая ледяная гора – напоминание о воде, которая вырвалась здесь из недр и замерзла.
Шекспировская свита Урана
Уран уникален тем, что его ось вращения лежит практически в плоскости орбиты, и он облетает Солнце, как бы лежа на боку. Из-за этого все 27 его спутников, расположенных в плоскости экватора планеты, движутся перпендикулярно основной плоскости Солнечной системы. Названия спутников Урана тоже выбиваются из общих правил. Первые два спутника обнаружил в 1787 году британский астроном Уильям Гершель, за шесть лет до этого открывший саму планету Уран. Еще два нашел в 1851 году преуспевающий ливерпульский пивовар и выдающийся астроном-любитель Уильям Ласселл. Но ни тот, ни другой не дали имен открытым ими спутникам. Это сделал в 1852-м сын первооткрывателя Урана, один из виднейших астрономов своего времени, Джон Гершель.
Персонажи любовных историй запечатлены на карте Эроса. Форма этого астероида причудлива, поэтому параллели и меридианы тут сильно искривлены. Фото: NASA/JPL/JHUAPL
Названия в системе Урана стали своего рода английским реваншем за отказ международного астрономического сообщества признать предложенное в свое время Уильямом Гершелем имя английского короля Георга в качестве названия новой планеты. В нарушение астрономической традиции, требующей заимствовать наименования из мифологических сюжетов, спутники Урана получили имена персонажей произведений английских литераторов — Шекспира и Попа.
Самый яркий среди спутников, Ариэль, назван в честь доброго, светлого духа воздуха – персонажа, встречающегося в пьесе Шекспира «Буря» и в поэме Попа «Похищение локона». Соседний с ним спутник Умбриэль вдвое темнее – он отражает лишь 20% света. Для него было взято имя злого, темного духа из той же поэмы Попа. Два наиболее крупных из спутников Урана, Титания и Оберон, имеют довольно светлые поверхности, за что эта пара получила имена королевы фей и ее супруга, короля добрых духов, из пьесы Шекспира «Сон в летнюю ночь». Еще более 20 небольших спутников Урана было обнаружено за последние десятилетия. Те, что расположены вблизи планеты, получили наиболее известные женские имена из пьес Шекспира. Среди них – Офелия, Корделия, Джульетта , Дездемона. Для спутников, удаленных от планеты, использованы мужские имена – Калибан, Просперо, Франциско, Купидон и другие.
Шекспировская тема была развита и в названиях деталей рельефа. Кратеры на Титании обрели имена женских персонажей (Гертруда, Джессика, Элинора и др.), а на Обероне – мужских (Отелло, Ромео, Гамлет, Лир, Антоний, Кориолан и др.). Случилось так, что мужские имена на Обероне представлены крупными, заглавными персонажами, а женские на Титании – по большей части служанками, поскольку главные женские имена из пьес Шекспира достались самим спутникам. А вот кратеры на светлом Ариэле и темном Умбриэле получили имена соответственно добрых и злых духов из различных мифологий мира.
Корабли в море искусств
На поверхности ближайшей к Солнцу планеты Меркурий тут и там протянулись десятки слабоизвилистых линий. Каждая из них достигает в длину нескольких сотен километров. Их обнаружили в 1974 году после первой детальной съемки Меркурия с автоматической станции «Маринер-10» и назвали лопастевидными уступами, поскольку на карте они выглядят как линии, состоящие из ряда округлых языков, а поверхность планеты по одну сторону от этой линии лежит на 2–3 километра ниже, чем по другую. На остальных планетах подобных структур нет. Некоторые уступы пересекают кратеры, и в таких местах на снимках хорошо видно, что одна половина кратера смещена, надвинута на другую: уступ словно съедает часть кратера. Похоже, эти структуры возникли при сжатии верхних слоев коры планеты, что могло произойти из-за сжатия радиуса ее остывающего железного ядра, когда поверхность уже была твердой.
В античной мифологии Меркурий считался покровителем путешественников, и поэтому наиболее крупным уступам присвоены имена знаменитых морских судов. Так, уступ Санта-Мария назван в честь корабля Колумба, уступы Мирный и Восток напоминают об экспедиции Беллинсгаузена и Лазарева, открывшей Антарктиду , уступы Индевор и Дискавери носят имена кораблей Кука , а уступ Фрам – корабля Нансена.
В целом же поверхность планеты Меркурий очень похожа на лунную: основной тип рельефа здесь – довольно крупные кратеры диаметром в десятки и сотни километров. Их называют в честь деятелей мировой культуры, внесших особый вклад в литературу, изобразительное искусство, музыку. Ради объективности выбора наименования на Меркурии присваиваются не просто посмертно, но не ранее, чем спустя 50 лет со времени ухода выдающейся личности из активной деятельности. По кратерам разной величины имена размещают в примерном соответствии с вкладом в мировую культуру, хотя такая оценка может быть в какой-то степени спорной. Среди крупнейших кратеров, диаметр которых от 700 до 300 километров: Рембрандт, Бетховен, Достоевский , Толстой, Гёте, Шекспир, Рафаэль, Гомер.
На Меркурии около сотни кратеров с поперечником более 200 километров. Большинство из них очень древние, образовавшиеся в период геологической истории планеты, который называют толстовским по типичному представителю этого семейства, носящему имя русского писателя Льва Толстого. В «толстовцы» на Меркурии попал и Шекспир, хотя Лев Николаевич вряд ли взял бы его в свою компанию, поскольку имел «мнение о произведениях Шекспира, совершенно противоположное тому, которое установилось о нем во всем европейском мире».
В 2011 году на орбиту вокруг Меркурия выйдет американская межпланетная станция «Мессенджер» (MESSENGER). В числе прочих исследований ей предстоит завершить картографирование планеты – «Маринер-10» из-за особенностей своей траектории охватил съемкой менее половины поверхности. Так что рабочей группе МАС по наименованиям на Меркурии предстоит жаркая пора. Есть ли у вас, читатель, идеи о том, какие имена деятелей мировой культуры стоит нанести на карту самой солнечной планеты? Рабочая группа Международного астрономического союза по наименованиям в планетной системе ждет ваших предложений на своем сайте.
Георгий Бурба
На связи, но не на привязи
Сегодня слово «беспроводное» – едва ли не главный символ прогресса в электронике. Но если задача бесконтактной передачи информации в основном решена, то с передачей энергии все оказалось не так просто. А между тем, избавившись от электрических проводов, можно было бы поставлять на Землю из космоса экологически чистую энергию Солнца и экономить миллионы тонн меди на линиях электропередачи. И разумеется, мобильник можно было бы заряжать прямо в кармане, ликвидировав на столе хаос кабелей зарядных устройств. Фото вверху: TOM TSCHIDA/DERC/NASA
Когда речь заходит о беспроводной передаче энергии, необходимо сделать важную оговорку. С точки зрения физики выпущенный из орудия линкора снаряд, который топит другой корабль, тоже переносит на расстояние энергию – кинетическую и химическую. И, заметьте, совсем без проводов! Так что, когда мы говорим о проблеме беспроводной передачи энергии, мы имеем в виду только передачу электроэнергии.
Причем передача эта должна осуществляться достаточно эффективно, чтобы энергию имело смысл использовать в повседневных целях. Человечество уже сотню лет успешно передает электроэнергию на расстояние при помощи радиоволн. Передатчик их излучает, приемник снова переводит в электричество, и мы слушаем, к примеру, джаз. Другое дело, что КПД этой передачи ничтожно мал. Принятой по радио энергии не хватает даже для работы наушников, из-за чего нам приходится регулярно менять батарейки в приемниках. Энергия радиоволн способна донести информацию с границ Солнечной системы, от летящего там зонда «Вояджер», но ей не под силу зажечь даже обыкновенную лампочку.
И наконец, в разговоре о беспроводной передаче энергии выделяются две существенно различные задачи: в одном случае цель в том, чтобы избавиться от надоевших проводов, которые путаются под ногами, а в другом – передать энергию туда, куда тянуть кабель крайне накладно, а то и просто невозможно.
Прожектор передает энергию для пропеллера радиоуправляемой модели самолета (NASA, 2002 год). Но из нескольких киловатт мощности прожектора солнечная батарея принимает и пускает в дело лишь десятки ватт. Год спустя вместо прожектора уже использовался лазер, благодаря чему удалось повысить КПД и сократить размер солнечной батареи. Фото: TOM TSCHIDA/DERC/NASA (х2)
Космические электростанции
Вопрос энергетической безопасности человечества стоит довольно остро. Запасы угля, нефти и даже урана с торием сокращаются. Перспективы термоядерной энергетики пока туманны. Между тем есть прекрасный и совершенно бесплатный термоядерный реактор, рассеивающий энергию направо и налево, – Солнце, и гелиоэнергетика развивается очень бурно. Однако на Земле, где бы ни построить солнечную электростанцию, есть как минимум одна проблема – ночь, а еще облака, пыль и прочие неудобства.
Напрашивается логичный вывод – следует перенести электростанции в космос, где Солнце светит круглые сутки. Например, «подвесить» их на геостационарную орбиту. Первым идею солнечной космической электростанции (СКЭС), поставляющей энергию на Землю, высказал в 1968 году американский ученый чешского происхождения Питер Глейзер, создатель лунного отражателя-дальномера, оставленного на нашем естественном спутнике экспедицией «Аполлон-11». Опубликовав идею в журнале Sciencе, он, как истинный американец, запатентовал свою концепцию. В те годы казалось, что воплощение этой идеи – дело ближайшего будущего. Но срок действия патента давно истек, а престарелый Глейзер только сейчас стал получать обнадеживающие сообщения о возможной реализации своей идеи.
В начале 2009 года американская корпорация Solaren подписала с калифорнийской энергетической компанией контракт о поставке 200 мегаватт электроэнергии космического производства с начала 2016 года. То есть всего через шесть лет фирма, где сейчас работают лишь около десятка человек, обещает не только построить электростанцию на геостационарной орбите, но и обеспечивать энергетические потребности четверти миллиона человек (200 МВт – это примерно пятая часть мощности Нижнекамской ГЭС, которая входит в десятку крупнейших ГЭС в России)! В том же 2009 году шестнадцать японских компаний, включая такого гиганта, как Mitsubishi, подписали соглашение о создании к 2030 году своей космической электростанции мощностью 1 ГВт.
Так что на бумаге (точнее, в Интернете) перспектива выглядит радужной. Но возьмем публикацию 30-летней давности – обзор В.А. Ванке, В.М. Лопухина и В.Л. Саввина «Проблемы солнечных космических электростанций», вышедший в журнале «Успехи физических наук» в 1977 году. О советских проектах в нем не упоминается, обсуждаются американские и японские: «...предполагаемый срок реализации – 90-е годы текущего столетия (эксперименты в космосе к 1985 году, прототип СКЭС к 1992 году, коммерческие экземпляры в 1997 году)». Выходит, ожидаемые сроки внедрения за три десятилетия так и не изменились и по-прежнему убегают за двадцатилетний горизонт. В космической энергетике, как и в термоядерной, научные и инженерные проблемы оказались более серьезными, чем представлялось первоначально. И самый сложный вопрос – доставка энергии на Землю. Ни провода, ни аккумуляторы для этого не годятся. Поэтому именно в контексте проектирования космических электростанций были впервые глубоко изучены проблемы беспроводной передачи энергии при помощи электромагнитных волн. Потери при этом происходят трижды: при переводе электричества в излучение, при прохождении излучения через атмосферу Земли и при обратном преобразовании его в электричество.
Для большинства видов электромагнитных волн земная атмосфера непрозрачна, поэтому широкого выбора у физиков не было. Направленная передача больших потоков энергии на большие расстояния возможна при помощи лазерного луча или пучка радиоволн сверхвысокой частоты (СВЧ). У обоих способов есть серьезные недостатки, причем лазер пока проигрывает соревнование.
Лазеры прямой наводкой
Казалось бы, лазер идеально подходит для передачи энергии на расстояние: он дает когерентный, почти не расходящийся пучок света с большой плотностью энергии, что облегчает прием луча и его преобразование в электричество. Однако именно высокая концентрация энергии делает эту технологию небезопасной. Конечно, не стоит представлять себе бьющий из космоса лазерный луч этакой невидимой (или даже, на оборот, пылающей) энергетической нитью, способной разрезать пополам случайно налетевший на нее самолет. Путь от геостационарной орбиты неблизкий – 36 тысяч километров, и даже идеально сформированный луч, пройдя такое расстояние, будет уже диаметром в пару сотен метров. Греть он будет в десятки раз сильнее полуденного Солнца, но реактивный самолет подвергнется такому облучению лишь на секунду и, скорее всего, выдержит (а вот пассажиры вполне могут получить ожог сетчатки). Иное дело – птица, случайно влетевшая в зону действия луча. Ее судьбе не позавидуешь, как и тем существам, по кому этот луч скользнет при малейшей ошибке в ориентации космической электростанции, например, из-за попадания метеорита или сбоя автоматики.
Но с проблемами безопасности можно было бы справиться, умей лазер эффективно передавать энергию. Не так давно японцы добились преобразования солнечного света в лазерное излучение с довольно приличным КПД – 42%. Существуют и приемники с неплохим КПД, превращающие лазерный свет в электричество. Но, увы, эффективные передатчики и приемники работают в разных спектральных диапазонах и совместно применяться не могут. Добавьте к этому невозможность использования лазерной передачи в пасмурную погоду – и перспективы этой технологии для космической энергетики станут еще более туманными. Зато лазерный канал можно использовать на Земле. Например, в японском Университете Кинки смогли 20 минут питать лазером двигатель мотодельтапланчика с размахом крыла около метра. Аналогичные работы проводились и в NASA.
Прототип космического лифта получает по лазерному лучу около киловатта энергии и с КПД 20% использует ее для подъема по свисающему с вертолета километровому тросу. В ноябре 2009 года на пятых ежегодных гонках космических лифтов этот аппарат, созданный компанией LaserMotive из Сиэтла, преодолел зачетный 900-метровый отрезок за 3 минуты 48 секунд (со средней скоростью 3,95 м/с), вы играв приз 900 000 долларов. Беспроводное питание – принципиальное условие соревнований, проводимых под эгидой Spaceward Foundation и NASA. Фото: /PHOTOLINK (x2
Нежная ректенна
Другой возможный способ доставки энергии на Землю – это радиоволны сверхвысоких частот (СВЧ) в диапазоне от 2,45 до 5,8 ГГц. Они почти не поглощаются атмосферой, не отражаются ионосферой и вдобавок эффективно преобразуются в электричество. Выполняет это преобразование так называемая ректенна – от английских слов rectifying antenna (выпрямляющая антенна). К обычной дипольной антенне размером несколько сантиметров (порядка длины волны излучения) подключают быстродействующий диод Шоттки. Множество таких антенн собирают в решетку, покрывающую достаточно большую площадь, и соединяют между собой, чтобы суммировать выработанный в них электрический ток. Обычный радиоприемник можно сравнить с качелями. Он настраивается на частоту крайне слабого сигнала, чтобы тот, попав строго в резонанс, «раскачал» переменный ток в антенной цепи. Потом этот ток усиливается за счет батареек, и из него извлекают информацию (например, звук или телевизионное изображение).
Лес СВЧ-ректенн. Размах «крыльев» этих небольших диполей сопоставим с длиной волны СВЧ-излучения – несколько сантиметров. Фото: OURTESY JULIAN WORSKETT, YWD LTD., UK
Ректенна, напротив, рассчитана на сильный сигнал. Каждая приходящая электромагнитная волна с силой толкает электроны в диполе то в одну, то в другую сторону. Однако диод обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока и позволяет току, который возникает под воздействием СВЧ-излучения, идти только в одну сторону. Получается пульсирующий постоянный ток, причем в него переходит большая часть энергии излучения. Еще в 1964 году американский физик Уильям Браун на телеканале CBS демонстрировал модель вертолета с такой ректенной. Энергию он получал от микроволнового излучателя на Земле, и ее хватало, чтобы держать аппарат в воздухе. Позднее, изучая проект СКЭС в Лаборатории реактивного движения NASA, Браун смог передать 30 кВт на расстояние в одну милю с КПД 84%. Неясно, правда, имеется ли в виду КПД всей цепочки «электричество – СВЧ – электричество» или только второй ее половины, но результат все равно впечатляет.
Ректенна могла бы стать удачным решением проблемы беспроводной передачи энергии, если бы не одно обстоятельство: полупроводниковые диоды Шоттки – очень нежные элементы и не выдерживают больших потоков энергии. Поэтому для создания мощного канала нужны большие площади ректенн с огромным числом маленьких диполей и диодов. Подсчитано, что для передачи с геостационарной орбиты пяти гигаватт мощности придется строить передатчик в космосе диаметром в 1 километр (!) и приемник на Земле поперечником в 10 километров. Зато при такой площади плотность потока энергии оказывается много меньшей, чем от Солнца, и опасности система не представляет. Вот только не выгоднее ли в таком случае построить обычную солнечную электростанцию, пусть даже она будет простаивать по ночам и в плохую погоду?
Забытая технология
Добыть электричество из космоса – замысел очень привлекательный, так что попытки преобразовать «концентрированные» потоки СВЧ в электроэнергию делались постоянно. Однако первые работы в этой области давали удивительно низкий КПД – менее 0,1%. Удача улыбнулась группе из Физического института им. Лебедева (ФИАН) под руководством Гургена Аскарьяна (см. стр. 74), одного из самых оригинальных и интересных российских физиков.
Экспериментаторы использовали в качестве антенны помещенный в вакуум металлический стержень, вблизи которого с помощью искры или лазера создавалась плазма. Через окно вакуумной камеры подавались короткие, но мощные импульсы СВЧ, порождавшие между стержнем и корпусом камеры электрический ток, от которого даже удалось зажечь лампочку. Фактически роль хрупких диодов Шоттки в эксперименте Аскарьяна играла плазма, окружающая стержень. Она не разрушалась сильными токами, доходившими до 200 ампер и напряжениями до 1500 вольт. «Показана возможность эффективного преобразования энергии радиоволн в энергию тока с КПД > 10%», отмечалось в небольшой заметке, напечатанной в 1979 году в академическом ежемесячнике «Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики», предназначенном для оперативной публикации кратких сообщений о наиболее интересных научных результатах.
В дальнейшем Аскарьян и его коллеги планировали применить этот эффект для того, чтобы с Земли по СВЧ-каналу подзаряжать аккумуляторы спутников, используя в качестве «заправок» существующие наземные станции слежения. Они подсчитали, что это будет выгоднее установки солнечных батарей на борту. Но Советский Союз распался, и проект остался нереализованным. Конечно, результат, полученный группой Аскарьяна, еще нельзя назвать технологией, но обнаруженный неожиданный эффект вполне может лечь в основу будущей системы беспроводной передачи энергии – по ряду параметров он еще никем не превзойден.
Индукционная зарядка
И все же проблемы космических электростанций и летательных аппаратов, «заправляемых» лучом лазера, не касаются непосредственно жизни большинства людей. Иное дело – ноутбуки, мобильники, навигаторы, наладонники, фотоаппараты, видеокамеры и прочие гаджеты, число которых с каждым годом растет. И все их нужно периодически заряжать или постоянно питать энергией. У автора этой статьи на рабочем месте стоит «пилот» на 12 гнезд, и все заняты. Можете себе представить, какой там хаос проводов. «На связи, но не на привязи» – так можно перевести на русский язык девиз нового направления в развитии гаджетов – linked, not tied. Первый шаг в этом направлении сделан давно. Быть может, вы пользовались электрической зубной щеткой с индукционной зарядкой? Почистил зубы – и поставил на базу. Никаких открытых контактов там нет – как-никак прибор ставится в ванной, а щетка тем не менее заряжается. Отгадку стоит поискать в школьном курсе физики: помните, проходили такое явление, как электромагнитная индукция? Ток, идущий по одной катушке (в нашем случае она спрятана в подставке для щетки), порождает переменное магнитное поле, которое вызывает ток в другой катушке, расположенной очень близко, в идеале внутри первой (в самой щетке).
Следующий шаг – это широкая платформа, на которую можно просто положить любой гаджет и оставить заряжаться. В 2002 году такую технологию анонсировала компания Splashpower. Здесь тоже использовалась электромагнитная индукция, с той лишь разницей, что в гаджеты внедрялся чип-индуктор, который, с одной стороны, передавал информацию для настройки платформы именно под нужное устройство, а с другой – служил второй катушкой, принимающей электроэнергию и передающей ее в аккумулятор гаджета. Выход технологии на рынок обещали в 2003–2004 годах. Оказалось, поторопились. В 2008 году компания объявила о банкротстве и вхождении в состав корпорации Fulton Innovation, которая обещает то же самое, причем одной и той же электрической «доской» питать можно будет хоть мобильник, хоть кофеварку. Вовсю рекламируемая технология получила название eCoupled Intelligent Wireless Power.
Оба эти подхода (зарядка для одного прибора или универсальная) хоть и избавят нас от проводов, но не совсем. Да, провод не связывает гаджет с розеткой, но есть провод от розетки к док-станции. А хотелось бы, входя в квартиру, не думать о том, что телефон надо класть на зарядную платформу. Он должен сам начать заряжаться, как только вы откроете дверь. Что же, первые шаги к этому уже сделаны.
Проект космической электростанции компании Solaren включает солнечные батареи общей площадью почти квадратный километр и направленный СВЧ-передатчик (1).
Голубые кольца – импульсы СВЧ-излучения, идущие с орбиты на Землю (2).
Поле приемных ректенн поперечником несколько сотен метров (3).
Потребителям энергия доставляется традиционно – по проводам (4)
Гибрид трансформатора с радиоприемником
В 2006 году команда исследователей во главе с Марином Солячичем из знаменитого Массачусетского технологического института (MIT) предложила новый способ передачи энергии на расстояние, тогда еще только теоретически. История этого изобретения началась с того, что Солячич в шестой раз за месяц был разбужен под утро мобильным телефоном, который именно в это время самого сладкого сна напоминал о том, что его пора заряжать. Надо ли говорить, что каждый раз Солячич оставлял телефон не в спальне, а на кухне. В итоге молодой профессор MIT задумался о том, как научить телефон самостоятельно заботиться о своей зарядке.
Метод назвали резонансным магнитным связыванием (resonant magnetic coupling). Если описать его в двух словах, то можно сказать, что это гибрид трансформатора с радиоприемником. В трансформаторе колебания тока в одной катушке через посредство магнитного поля вызывают вынужденные колебания в другой. Но работает это только на малом расстоянии, стоит немного отодвинуть вторую катушку, как она перестает «подчиняться диктату» первой и получать от нее энергию. В радиоприемнике все наоборот: слабые электромагнитные волны на огромном расстоянии от источника раскачивают колебания в контуре антенны, когда его собственная частота совпадает с частотой волн. Однако большая часть излучения радиостанции при этом впустую рассеивается в окружающем пространстве, так что для передачи энергии этот метод не годится.
