Окна в тропосфере
Не так давно я писал о разного рода проектах башенных и купольных солнечно-атмосферных электростанций, работающих за счёт конвекции в атмосфере, вызываемой как нагревом поверхности солнечными лучами, так и испарением воды. Наиболее простой и известный тип таких электростанций называется "solar chimney" или "solar updraft tower", сокращённо SUT.
Ещё раньше была выложена видеозапись с обсуждением одного из вариантов того, что называется "циклонный город" или "циклонная страна".
К сожалению, в силу разных причин, среди которых главные - это недостаточное освещение всей затеи и психологическая инерция - концепт "циклонной страны" среди тех, кто с ним знаком, воспринимается обычно сквозь призму идей атмосферных поселений, летающих городов и тому подобного. Несомненно, у него с ними много общего. Однако в основе "циклонной страны" лежит не образ летающего острова, не города-аэростаты Сарацено и Фуллера. Ключевой образ - это Мировое Дерево (Башня, Гора) - протяжённая по высоте структура, соединяющая разные миры, расположенные друг над другом в единое целое. Образ такой структуры не является принадлежностью исключительно скандинавов с их Иггдрасилем, он встречается по всему миру.
В плане архитектуры это развитие идеи высотного строительства, вертикального города-здания. В плане энергетики - развитие идеи SUT и, шире, утилизации разности потенциалов на разных расстояниях от центра планеты. Да, это та же полая башня, внутри которой создаётся восходящий поток. Только очень большая, а поток очень мощный, сравнимый с тропическим циклоном. Центральная часть "бублика" и есть эта башня, а сам баллон формирует одновременно её стенки и парник-коллектор вокруг неё. Особенность баллона в том, что подъёмная сила создаётся в нём не с помощью подъёмного газа, а частично за счёт обтекания воздухом корпуса и размещённых на нём крыльев, частично - благодаря откачке воздуха, то есть внутри поддерживается вакуум, или по крайней мере воздух сильно разрежен. Этим достигается разгрузка циклопической конструкции, теплоизоляция нагретой изнутри и снаружи башни и жилых отсеков, расположенных на большой высоте, изоляция жилых отсеков и окрестностей от шума циклона (звук не проходит через пустоту), безопасная среда для работы электроники (нет кислорода - нет окисления контактов и пожаров) и беспроводных устройств передачи энергии (нет потерь в атмосфере), а также для сохранения органических материалов (нет кислорода - нет гниения).
Но самое главное заключается в том, что если такой баллон в высоту превосходит толщу тропосферы (8-18 километров), наиболее плотной части атмосферы, то он становится окном в тропосфере для прохождения солнечного света к поверхности Земли и к самой башне. При прохождении через воздух и особенно содержащийся в нём водяной пар в ясную безоблачную погоду теряется около 25% энергии из той, что прошла условную границу атмосферы. А если небо закрыто облаками, то теряется уже около 50% энергии. Большая часть потерь приходится на тропосферу, где сосредоточено 80% воздуха атмосферы и почти весь водяной пар. Таким образом, если пропускать солнечный свет сквозь прозрачный вакуумированный объём, толщиною превосходящий тропосферу, то до поверхности дойдёт на треть, а то и вдвое больше энергии, чем обычно приходит в данной местности за выбранную единицу времени. Это значит, что если установка размещена, например, на широте Байкала, то в год участок акватории под нею будет получать столько же энергии, сколько получал бы, будь он расположен в тропиках. Под установкой возникает участок поверхности, лучше нагретый, чем окружающая местность, и это создаёт постоянно действующий восходящий поток, который стягивает в себя ветер и испарения со всей округи.
Грубые прикидки мощности таких городов-электростанций сделаны на основе известных проектов мощных SUT и формулы тяги трубы. При высоте трубы 10-20 километров и диаметре баллона-коллектора от 20 километров можно рассчитывать на мощности, измеряемые в гигаваттах и десятках гигаватт, что соответствует наиболее мощным ГЭС и АЭС.
В принципе, такие "окна" можно приспособить и для глобального масштаба, размещая два пояса вакуумированных объёмов чуть севернее и южнее экватора, а также вдоль границ полярных атмосферных ячеек. В этих местах нагретый воздух поднимается вверх, как в трубе SUT, только эта труба теперь растянулась в пояс вокруг планеты. В дополнение, на полюсах, а также в субтропиках, где происходит опускание воздушных масс к поверхности, можно разместить пояса устройств, формирующих нисходящие потоки, подобных самоохлаждающимся куполам и энергетическим башням. Эти устройства будут работать как сливные воронки, ускоряющие возвращающие к поверхности того, что форсированно поднялось на экваторе и вокруг полюсов благодаря усиленному прогреву сквозь окна в тропосфере. Всё это позволит взять атмосферную циркуляцию под контроль и запрячь её в энергетическую систему колоссальной мощности. Кроме того, масштабное строительство таких структур приведёт к вытеснению воздуха в промежутки между ними, что во-первых, увеличит толщину наиболее плотной части атмосферы и позволит строить разгруженные подъёмной силой здания ещё более высокими, во-вторых, увеличит перепад температур и давлений между периферийными и центральными частями установок (на периферии оно станет выше), что ещё больше увеличит их мощность.
В архитектурном плане такие города-пояса вокруг планеты, в электроэнергетику которых запряжена вся тропосфера, можно рассматривать как развитие идеи "линейного города" (LCC - "Lean Linear City") знаменитого теоретика аркологий Паоло Солери. Одновременно город, электростанция и транспортная артерия с искусственной речной долиной, контролирующая климат во всей округе. Будет ли это единая структура или конгломерат из множества отдельных установок, в каком порядке и как быстро будут вводить в строй участки этой системы - покажет время.
Ещё раньше была выложена видеозапись с обсуждением одного из вариантов того, что называется "циклонный город" или "циклонная страна".
К сожалению, в силу разных причин, среди которых главные - это недостаточное освещение всей затеи и психологическая инерция - концепт "циклонной страны" среди тех, кто с ним знаком, воспринимается обычно сквозь призму идей атмосферных поселений, летающих городов и тому подобного. Несомненно, у него с ними много общего. Однако в основе "циклонной страны" лежит не образ летающего острова, не города-аэростаты Сарацено и Фуллера. Ключевой образ - это Мировое Дерево (Башня, Гора) - протяжённая по высоте структура, соединяющая разные миры, расположенные друг над другом в единое целое. Образ такой структуры не является принадлежностью исключительно скандинавов с их Иггдрасилем, он встречается по всему миру.
В плане архитектуры это развитие идеи высотного строительства, вертикального города-здания. В плане энергетики - развитие идеи SUT и, шире, утилизации разности потенциалов на разных расстояниях от центра планеты. Да, это та же полая башня, внутри которой создаётся восходящий поток. Только очень большая, а поток очень мощный, сравнимый с тропическим циклоном. Центральная часть "бублика" и есть эта башня, а сам баллон формирует одновременно её стенки и парник-коллектор вокруг неё. Особенность баллона в том, что подъёмная сила создаётся в нём не с помощью подъёмного газа, а частично за счёт обтекания воздухом корпуса и размещённых на нём крыльев, частично - благодаря откачке воздуха, то есть внутри поддерживается вакуум, или по крайней мере воздух сильно разрежен. Этим достигается разгрузка циклопической конструкции, теплоизоляция нагретой изнутри и снаружи башни и жилых отсеков, расположенных на большой высоте, изоляция жилых отсеков и окрестностей от шума циклона (звук не проходит через пустоту), безопасная среда для работы электроники (нет кислорода - нет окисления контактов и пожаров) и беспроводных устройств передачи энергии (нет потерь в атмосфере), а также для сохранения органических материалов (нет кислорода - нет гниения).
Но самое главное заключается в том, что если такой баллон в высоту превосходит толщу тропосферы (8-18 километров), наиболее плотной части атмосферы, то он становится окном в тропосфере для прохождения солнечного света к поверхности Земли и к самой башне. При прохождении через воздух и особенно содержащийся в нём водяной пар в ясную безоблачную погоду теряется около 25% энергии из той, что прошла условную границу атмосферы. А если небо закрыто облаками, то теряется уже около 50% энергии. Большая часть потерь приходится на тропосферу, где сосредоточено 80% воздуха атмосферы и почти весь водяной пар. Таким образом, если пропускать солнечный свет сквозь прозрачный вакуумированный объём, толщиною превосходящий тропосферу, то до поверхности дойдёт на треть, а то и вдвое больше энергии, чем обычно приходит в данной местности за выбранную единицу времени. Это значит, что если установка размещена, например, на широте Байкала, то в год участок акватории под нею будет получать столько же энергии, сколько получал бы, будь он расположен в тропиках. Под установкой возникает участок поверхности, лучше нагретый, чем окружающая местность, и это создаёт постоянно действующий восходящий поток, который стягивает в себя ветер и испарения со всей округи.
Грубые прикидки мощности таких городов-электростанций сделаны на основе известных проектов мощных SUT и формулы тяги трубы. При высоте трубы 10-20 километров и диаметре баллона-коллектора от 20 километров можно рассчитывать на мощности, измеряемые в гигаваттах и десятках гигаватт, что соответствует наиболее мощным ГЭС и АЭС.
В принципе, такие "окна" можно приспособить и для глобального масштаба, размещая два пояса вакуумированных объёмов чуть севернее и южнее экватора, а также вдоль границ полярных атмосферных ячеек. В этих местах нагретый воздух поднимается вверх, как в трубе SUT, только эта труба теперь растянулась в пояс вокруг планеты. В дополнение, на полюсах, а также в субтропиках, где происходит опускание воздушных масс к поверхности, можно разместить пояса устройств, формирующих нисходящие потоки, подобных самоохлаждающимся куполам и энергетическим башням. Эти устройства будут работать как сливные воронки, ускоряющие возвращающие к поверхности того, что форсированно поднялось на экваторе и вокруг полюсов благодаря усиленному прогреву сквозь окна в тропосфере. Всё это позволит взять атмосферную циркуляцию под контроль и запрячь её в энергетическую систему колоссальной мощности. Кроме того, масштабное строительство таких структур приведёт к вытеснению воздуха в промежутки между ними, что во-первых, увеличит толщину наиболее плотной части атмосферы и позволит строить разгруженные подъёмной силой здания ещё более высокими, во-вторых, увеличит перепад температур и давлений между периферийными и центральными частями установок (на периферии оно станет выше), что ещё больше увеличит их мощность.
В архитектурном плане такие города-пояса вокруг планеты, в электроэнергетику которых запряжена вся тропосфера, можно рассматривать как развитие идеи "линейного города" (LCC - "Lean Linear City") знаменитого теоретика аркологий Паоло Солери. Одновременно город, электростанция и транспортная артерия с искусственной речной долиной, контролирующая климат во всей округе. Будет ли это единая структура или конгломерат из множества отдельных установок, в каком порядке и как быстро будут вводить в строй участки этой системы - покажет время.
Click to view