Правда, тут нас будет подстерегать еще одно осложнение. Если потребляемая мощность электростанций возрастет на порядок, то следует ожидать повышения температуры поверхности на величину около одного градуса Цельсия. Но это осложнение только напоминает нам о том, что проблема роста народонаселения грозит нам еще и опасностью нарушения теплового баланса Земли.
Другим, возможно, перспективным, путем решения энергетической проблемы может оказаться создание орбитальных солнечных электростанций.
Уже сейчас получен опыт длительной эксплуатации солнечных батарей в условиях космоса. Для орбитальных солнечных электростанций можно было бы использовать пленочные солнечные батареи с массой порядка 3–4 килограммов на киловатт.
Солнечные орбитальные электростанции представляются пригодными для снабжения Земли электроэнергией. Полученную от солнечных батарей электроэнергию можно преобразовать в радиоизлучение и с помощью остронаправленной антенны орбитальной электростанции в виде узкого пучка лучей передавать на приемную антенну, расположенную на поверхности Земли. Принятое на Земле радиоизлучение можно снова преобразовать в электроэнергию и направить потребителям. Чтобы орбитальные электростанции имели непрерывную и кратчайшую связь с наземными приемными станциями, было бы целесообразно размещать их на геостационарной орбите. Сама идея создания орбитальных солнечных электростанций появилась еще в конце семидесятых годов, когда инженеры, работавшие в космической технике, начали искать возможности орбитальных сооружений для решения насущных проблем человечества. Но проработки показали, что это далеко не простое дело.
Главное на пути к созданию солнечных орбитальных электростанций научиться строить на орбите гигантские и одновременно легкие конструкции. Начинать можно, например, со сборки ажурной панели-блока размером, например, 100 на 100 метров. А затем, постепенно соединяя между собой такие блоки, наращивать площадь конструкции до десятков квадратных километров. С панели площадью 100 квадратных километров можно было бы снять мощность до 10 миллионов киловатт. Для передачи энергии на Землю на такой орбитальной электростанции потребуется антенна площадью около квадратного километра. Наземная приемная антенна будет при этом иметь диаметр порядка нескольких километров. Скорее всего, окажется целесообразным не только сборку, но и изготовление элементов блоков-панелей вести на орбите. То есть доставлять туда, скажем, рулоны металлической ленты, там ее резать и изготовлять из нее стержни, из которых собирать потом ферменные конструкции панелей (конечно, могут быть найдены и другие технологии изготовления и сборки панелей). И уже на эти панели натягивать пленочные солнечные батареи. С учетом массы самой пленки, фирменных панелей и других элементов конструкции, масса солнечной электростанции могла бы составить примерно 4–5 килограммов на киловатт ее мощности.
Сложнейшей частью задачи создания солнечных орбитальных электростанций является доставка на орбиту материалов для ее строительства. Масса станции мощностью 10 миллионов киловатт может составить около 50 тысяч тонн, и соответственно масса 100 таких станций составит порядка 5 миллионов тонн. Для решения задачи доставки на орбиту такого количества материалов с приемлемой стоимостью потребуется создать совершенно новые многоразовые ракеты-носители. С одной стороны, это должны быть достаточно большие машины, способные выводить на орбиту полезный груз массой, скажем, порядка 500 тонн, с тем чтобы за один-два года (при темпе их запусков 10–50 в год) можно было бы доставлять строительные материалы одной станции на орбиту и с такой скоростью вести строительство. С другой стороны, для рентабельности этого предприятия необходимо, чтобы стоимость выведения на таком носителе была бы не больше 100 долларов за доставку на орбиту килограмма полезного груза. Если сравнить эту величину со стоимостью доставки на орбиту с помощью современных одноразовых ракет (порядка 5000 долларов за килограмм), становится очевидной вся сложность решения этой задачи. Нужно снизить стоимость доставки на два порядка. Но эта задача не безнадежная. Мне она представляется решаемой.
Киловатт мощности орбитальной электростанции мог бы при этом стоить около двух-трех тысяч долларов (при условии эффективного решения транспортной проблемы). Это примерно в полтора раза дороже, чем у атомных станций, в два раза дороже, чем у гидроэлектростанций, и в три-четыре раза дороже, чем у тепловых электростанций. Однако орбитальные электростанции не расходуют природных ресурсов, и через несколько лет эксплуатации они могут оказаться рентабельнее и тепловых, и атомных. А главное, эти станции будут экологически чистыми.
Ориентация гигантских ферменных панелей на Солнце представляется также вполне решаемой задачей. Ведь практически придется вращать панель со скоростью равной одному обороту в год.
Для строительства электростанции на орбите возникнет необходимость создать специализированное производство. Потребуются строители. Им понадобятся жилища — орбитальные станции. Конечно, все производство должно быть максимально стандартизировано и автоматизировано. Строительство должны будут вести, в основном, роботы. Поэтому людей там должно быть немного. Работать на орбите они могут, сажем, не более года за одну «командировку» и, следовательно, искусственная тяжесть на строительных станциях не понадобится.
Есть, конечно, и много других проблем на пути создания солнечных орбитальных электростанций: преобразование гигантских мощностей электроэнергии в радиоизлучение, бортовая направленная антенна с диаметром порядка километра, средства приема мощного потока радиоизлучения и его обратного преобразования в электроэнергию и так далее. Но все эти проблемы лежат в области реального.
Идеи космических электростанций привлекают потому, что они могут внести существенный вклад в решение одной из самых сложных задач, стоящих перед человечеством, — задачи создания экологически чистой энергетики.
С идеей создания солнечных электростанций и других больших конструкций (например, гигантских радиотелескопов) связана задача создания космических роботов. Это актуальная задача современной космической техники. Опыт работы космонавтов на орбите в открытом пространстве показывает опасность этих работ и крайне ограниченные возможности человека, закованного в доспехи выходного космического скафандра. Даже изготовленные из мягких тканей и резиновой тонкой гермооболочки элементы выходного скафандра превращаются в жесткую конструкцию вследствие перепада между внутренним давлением в скафандре и внешним вакуумом, составляющего 0,3–0,4 атмосферы. Постоянная необходимость специальной фиксации и страховки, скованность движений человека, одетого в скафандр, резко снижают производительность, эффективность его работы в открытом пространстве. В то же время опыт показывает необходимость расширения работ вне герметичных отсеков станций и кораблей. Обслуживание самих орбитальных станций, их ремонт и профилактика, обслуживание автоматических космических аппаратов и пилотируемых кораблей на орбите, строительство больших конструкций, платформ спутников связи, больших орбитальных станций, больших астрофизических инструментов, антенн радиотелескопов и прочего невозможны без выполнения сложных и объемных работ в открытом пространстве. Общий объем этих работ представляется довольно большим, он явно не под силу одетым в скафандры космонавтам.
Отсюда и задача создания робота для выполнения работ в открытом пространстве. Каким он должен быть? Внешне он представляется пяти- или шестилапым существом. Вернее, двух- или трехруким и трехногим: одна или две «руки» работают, а одна или две держат запасной инструмент или подготовленную к установке деталь или прибор. Назначение «ног» — фиксация робота на внешних элементах конструкции обслуживаемого аппарата или строящегося объекта. Желательно иметь три «ноги», чтобы силовые моменты не нагружали конструкцию «ног».
Можно представить два типа роботов: телеуправляемые и автономные. Телеуправляемый робот управляется человеком-оператором или даже бригадой операторов, расположенных внутри орбитальной станции или даже на Земле. Для управления операторам нужно иметь стереоскопическое изображение места работы или места фиксации, причем в различном масштабе. Это означает, что робот должен иметь несколько пар телевизионных камер, снабженных трансфокаторами, направление визирования которых может меняться, и линии связи, обеспечивающие передачу изображений операторам по двум телевизионным каналам. На рабочем месте операторов должны быть достаточно мощные средства, строящие перед оператором стереоскопическое изображение динамичной картины в темпе приема. В случае, если выбирается управление с Земли, должна обеспечиваться широкополосная (два телевизионных канала) линия связи по цепочке: робот орбитальная станция — спутник-ретранслятор — наземный пункт связи с ретранслятором — центр управления, где располагаются пульты управления операторов. Обеспечение таких линий связи вполне реально, но очень громоздко. Поэтому можно представить, что на каком-то этапе предпочтение может быть отдано более простому варианту использования в качестве операторов космонавтов, находящихся непосредственно на борту станции.