ЧТО ТАКОЕ КЭС?
Каждый школьник знает, что такое ГЭС, АЭС, ТЭС. Но вот аббревиатуру КЭС многие встретят впервые. А ведь это тоже электростанция, только, в отличие от известных, КЭС будет работать в космосе. Зачем строить станцию на орбите, если на Земле еще немало места?
На этот счет у Кирилла Рябухи, члена объединения Так выглядит макет космической электростанции Кирилла Рябухи, космического моделирования Центра технического творчества учащейся молодежи из г. Курска, есть ответ.
Бурное развитие промышленности и быстрый рост населения Земли в прошлом веке привели к увеличению потребления топлива. Ежегодно в котлах электростанций, в двигателях и печах сжигается свыше 20х109 тонн условного топлива. И количество тепловой энергии, выбрасываемой в атмосферу, уже приближается к количеству энергии, падающей на Землю от Солнца. А при этом образуется углекислый газ, и его все больше и больше. Усиливается так называемый «парниковый» эффект. И если не вмешаться в процесс, к концу нового столетия средняя температура на Земле поднимется еще на 3 °C, что может привести к катастрофическим изменениям климата на Земле.
Ограничить рост промышленного производства и транспорта — задача вряд ли выполнимая, ведь и слаборазвитые страны хотят подняться в своем развитии до уровня стран высокоразвитых. А потому человечество уже сегодня должно выработать стратегию своего развития на Земле и в космосе. Конечно, большая часть промышленности должна остаться на Земле, а вот производство энергии было бы выгодно разместить в космосе. Конечно, возить туда нефть, газ и уголь никто не будет. Туда выгоднее переместить атомные, а в будущем и термоядерные энергетические установки. Найдут, конечно, применение там и станции солнечные.
Кирилл Рябуха считает, что атомные и солнечные станции нужно объединить в одном комплексе, и тогда они будут дополнять друг друга, производя энергию непрерывно и в больших количествах. Он даже придумал название своему комплексу — «Гелиос».
А теперь познакомимся с конструкцией КЭС юного изобретателя. Приемное зеркало солнечной энергии диаметром 70 м обеспечивает постоянную мощность 450 кВт. В фокусе солнечной печи установлен теплообменник. Через него также пропущен первый контур ядерной установки. Нагретое в теплообменнике рабочее вещество (аргон) направляется в турбину и далее на лазер. Турбинный отсек находится в основном модуле. Для устранения крутящих моментов две турбины вращаются встречно. Передача энергии на земную приемную станцию производится лучом мощного лазера.
Взаимодействие всех систем на «Гелиосе» обеспечивает высокоорганизованная система связи. Комплекс оборудован двумя передающими антеннами, системами индивидуального наведения для связи внутри его и с Землей. Мощные компьютеры обеспечат сбор и обработку информации, поступающей с Земли, с других космических комплексов и технологических установок. Основные параметры управляющих систем дублированы. Особое внимание уделено системе ориентации. Коррекция положения комплекса в пространстве производится системой газовых рулей, а радиосистем — механическими и индивидуальными системами наведения. Необходимый уровень защиты обслуживающего персонала обеспечивает система безопасности, включающая несколько уровней. Так, жилой отсек и отсек управления обеспечены повышенной радиационной и противопожарной защитой. Вычислительный комплекс обеспечивает управление этими системами в автоматическом режиме, в том числе при нарушении герметичности отдельных отсеков.
При аварийной ситуации отсеки заполняются аргоном после того, как персонал наденет скафандры либо автоматизированная система убедится, что людей в отсеках нет. Самое серьезное внимание уделено защите комплекса от несанкционированного использования лазера для разрушения объектов на Земле. С этой целью в системе управления зашит неразрушаемый алгоритм управления, включающий ориентацию лазера. В случае захвата комплекса террористами или возникновения малейшей опасности несанкционированного использования взрываются наиболее важные энергетические системы. Система жизнеобеспечения — стандартная, она состоит из комплекса регенерации воздуха и питьевой воды. Продукты питания периодически доставляются с Земли транспортными кораблями.
Так выглядит макет космической электростанции Кирилла Рябухи.
СОЕДИНИТЬ НЕСОВМЕСТИМОЕ
Этой проблемой вот уже второй год занимается Виталий Тетера, член кружка юных изобретателей из г. Сосновый Бор. И вот что у него получилось. ДВС — двигатель внутреннего сгорания. ППМ — поршневая паровая машина. Оба эти двигателя существуют отдельно уже не один десяток лет и доведены практически до совершенства. Правда, были в разных странах робкие попытки объединить их в один блок, но практического выхода они не имели. И это понятно, ведь ДВС работает на органическом топливе, а ППМ — на пару. Гибрид получался громоздким, а главное — малоэффективным.
Виталий Тетера получает заслуженные награды.
С попыток разобраться в сути вопроса и начал свою исследовательскую работу Виталий. Сначала досконально разобрался в мере рассматривается четырехцилиндровый вариант, состоящий из двух цилиндров ДВС и двух цилиндров ППМ.
Цилиндры сгорания 1, 2 и цилиндры паровой машины 3, 4 соединены через шатуны с коленчатым валом 5. На цилиндрах обозначены клапаны: а — ввода топливной смеси, б — выхода выхлопных газов, в — ввода выхлопных газов в паровой цилиндр, г — впрыска воды ид — выхода отработанного пара. Установка включает также систему питания ДВС 6, конденсатор 7, фильтр очистки воды 8 и водяной насос 9. Элементы установки соединены линиями: 10 — от системы питания ДВС к цилиндрам 1 и 2; 11 — от водяного насоса 9 к цилиндрам 3 и 4; 12 — от цилиндров 3 и 4 к конденсатору 7; 13 — от цилиндра 1 к цилиндру 3 и от цилиндра 2 к цилиндру 4; 14 — от конденсатора 7 к фильтру 8; 15 — от фильтра 8 к водяному насосу 9 и 16 — выброс газов в атмосферу.
Рассмотрим сначала пары цилиндров 1 и 3. Рабочий ход в цилиндре проворачивает коленчатый вал на пол-оборота.
По его завершению открывается клапан «б», а на цилиндре 3 — клапан «в». Выхлопные газы из первого цилиндра перепускаются в цилиндр 3. Затем при открытии клапана «а» всасывается топливная смесь. Одновременно с этим в цилиндре 3 происходит сжатие выхлопных газов и повышение их температуры. В следующем такте в цилиндре 1 происходит сжатие топливной смеси. В цилиндре 3 при закрытых клапанах «в» и «д» через клапан «г» впрыскивается вода, и клапан «г» закрывается. Капельки воды мгновенно испаряются, и образовавшийся пар толкает поршень — происходит рабочий ход в цилиндре паровой машины. Цилиндры 2 и 4 работают аналогично.