Статья АПОКАЛИПСИС.

Статья
АПОКАЛИПСИС.
Главная
БИТВА
ЧИСТЫЙ
ВОЗДУХ.
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. ОСНОВНЫЕ
ПОЛОЖЕНИЯ
2. БИТВА НА ПОВЕРХНОСТИ СУШИ
2.1. Простейший вариант
2.2. Город
2.3. Вокруг города
2.4. Разное
2.5. Итог
3. БИТВА В ВОЗДУХЕ
3.1. Авиация
3.2. Воздухоплавательная техника
3.3. Динамические методы
3.4. Требования к дирижаблю
3.5. Итоги
4. БИТВА НАД ОКЕАНОМ
1. ОСНОВНЫЕ
ЗА
5.ПОЛИТИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ
ПОЛИТИКА
5.1.Реальный вариант
5.2. Наше время
5.3.Направления технической политики
5.4. Вывод
ПРИЛОЖЕНИЕ
Предисловие
1. БИТВА В АТМОСФЕРЕ
2. БИТВА В КОСМОСЕ
2.1. Ближний космос
2.2. Дальний космос
3. ЭКЗОТИКА
3.1. Магнитное поле Земли
3.2. Столкновение планет
ПОЛОЖЕНИЯ.
Планета Земля по форме эллипсоид вращения или геоид, а для расчетной модели
эллипсоида Красовского имеет средний радиус равновеликой сферы RЗ = 6371110 м =
6371,11 км, при площади поверхности эллипсоида SЗ = 5,1 .108 км2 , из них 70,8 % занимает
площадь океанов и морей. Поверхность Земли в целом имеет отрицательный заряд, а
полный заряд Земли QЗ = -5,7 .105 Кл, при этом частицы осадков всех видов несут на себе
электрические заряды. Масса атмосферы Земли равна МАЗ = 5,3. 1018 кг (менее одной
миллионной массы земного шара). Атмосфера на среднем уровне моря имеет плотность С
= 1,2250 кг/м3 при концентрации частиц nС = 25,471 .1024 м-3 . Сразу отметим, что расчетная
масса столба атмосферы площадью 1 м2 равна МАЗ/SЗ = 104 кг/м2 , при этом основная часть
атмосферы сосредоточена в нижних слоях.
Прилегающий к поверхности слой атмосферы - тропосфера - характеризуется уменьшением
температуры и кончается на высоте ~ 7 км на полюсе и ~ 17 км на экваторе, и в этом слое
находится около 95 % массы воздуха. Далее следует слой - стратосфера (где температура
растет) до высоты ~ 50 км, а затем следует мезосфера (где температура падает с высотой) до
высоты ~ 85 км.
Собственно, именно в тропосфере и нижней части стратосферы - до высоты 25...30 км и
будет проходить битва за чистый воздух. Это связано с тем, что на большой высоте давление
и плотность ничтожны, например, на высоте 50 км давление и плотность воздуха в 1000 раз
меньше, чем на поверхности Земли, и здесь сложно иметь длительное время взвесь
микрочастиц высокой концентрации в таком разреженном воздухе. Поэтому на такой высоте
микрочастицы под действием гравитации Земли и солнечного света будут достаточно быстро
и свободно спускаться вниз, к плотным слоям воздуха. Кроме того, лишь малая часть
микрочастиц сможет подняться на такую высоту за счет вулкана (или удара кометы). Поэтому
в худшем случае слой микрочастиц на таких больших высотах лишь будет рассеивать
солнечное излучение, давая эффект облачной погоды для поверхности Земли (после очистки
атмосферы до высоты 25...30 км).
Для очистки атмосферы от взвеси микрочастиц необходимо обеспечить интенсивное
взаимодействие воздуха с очищающими поверхностями.
Естественные очищающие поверхности - это водные пространства (озера, болота, моря,
океаны и т.п.); также к ним относятся препятствия с большой площадью в виде листьев большие массивы лесов, парков и т.п.; и наконец - достаточно условные и малоэффективные
- горы, горные массивы.
Искусственные очищающие поверхности - это широко применяемые в
промышленности пылеулавливающие аппараты самых различных типов, а также различного
рода устройства для очищения воздуха.
Классификация промышленных пылеулавливающих аппаратов (согласно, например
[1]) приведена ниже:
1) механические сухие: гравитационные; инерционные; центробежные;
2)механические сухие фильтрующие: волокнистые...тканевые...зернистые фильтры;
3) электрические однозонные: сухие горизонтальные; сухие вертикальные; мокрые;
4) электрические двухзонные.
Приведем и данные о расходах энергетических ресурсов (электроэнергии и воды) на
очистку 1000 м3 технологических выбросов от пыли (согласно [1]):
Вид пылеулавливающего оборудования
Электроэнергия, кВт
Вода, м3
Электрофильтры сухие
0,5 - 1,0
-Электрофильтры мокрые
0,3 - 0,5
4 -6
Скрубберы Вентури
1 - 4
0,5 - 1,2
Форсуночные скрубберы
0,15- 0,25
3 - 6
Циклоны
0,2 - 0,25
-Батарейные циклон
0,2 - 0,25
-Тканевые фильтры
0,4 - 0,6
-Центробежные скрубберы ВТИ
0,3 - 0,4
0,10-0,14
Пенные аппараты
0,2 - 0,25
0,2 - 0,9
Отметим, что каждый тип аппаратов имеет ориентировочный минимальный размер
частиц, улавливаемых с высокой эффективностью, составляющий для гравитационных
пылеуловителей от 50 до 40 мкм, для центробежных низконапорных - от 40 до 30 мкм, для
центробежных средненапорных - от 25 до 8 мкм; мокрые низконапорные - от 5 до 2 мкм,
мокрые высоконапорные - от 1 до 0,1 мкм; тканевые фильтры - от 1 мкм; электрофильтры - от
1,0 до 0,25 мкм. Таким образом, широкая номенклатура способов очистки и самих
конструкций промышленных пылеуловителей обеспечивает очистку воздуха от пыли в
широком диапазоне параметров пыли и производительности.
Отметим стоящие особняком индивидуальные средства очистки - это известные
различные маски, респираторы для работы в пыльных помещениях.
Искусственные очищающие поверхности можно условно разделить и по высоте
применения: для очистки вблизи поверхности; для очистки на высоту до 1 км; для очистки
больших высот - до 20...30 км.
Другие вспомогательные средства для очистки воздуха будут рассмотрены более
подробно и отдельно в соответствующих разделах.
Заметим, что воздух с большой концентрацией микрочастиц достаточно тяжел и
малоподвижен, поэтому возникает вопрос о движении воздуха, о скорости ветра воздуха со
взвесью микрочастиц. Наиболее вероятно, что такой тяжелый воздух будет практически
неподвижен, по крайней мере, на больших площадях над поверхностью Земли.
Таким образом, возникает проблема организации ветра, движения воздуха на
очищающие поверхности. Кстати, именно скорость такого ветра позволяет оценить
возможное время очистки атмосферы.
Для примера считаем, что имеем большую очищающую поверхность, через которую
прогоняют искусственный ветер из воздуха со взвесью из микрочастиц. Надо прогнать весь
воздух в виде трубки с площадью очищающей поверхности, при этом длина экватора равна
LЭ = 40 тыс. км = 4 .107 м. Отсюда для скорости ветра VВ имеем возможное время очистки:
tОЧ = LЭ / VВ
(1)
и для LЭ = 4 .107 м и VВ = 1 м/с имеем время tОЧ = 4 .107 с = 463 сут = 1,27 года. Таким образом,
для получения времени очистки tОЧ ~ 6 месяцев необходимо на этой трубке воздуха иметь 2
больших очищающих поверхности - например, по одной в Америке и Европе (Африке, Азии)(
заметим, что здесь необходимы согласованные действия разных стран). Другой вариант
уменьшения величины tОЧ заключается в увеличении скорости ветра до VВ = 2 м/с, тогда
получаем необходимую кинетическую энергию воздушной атмосферы:
WАТ
= MАТ. VВ / 2
(2)
здесь МАТ - равна сумме массы чистого воздуха МАЗ плюс масса взвеси микрочастиц, и здесь
для оценки принимаем ~ 30 % концентрацию пыли, тогда масса тяжелого воздуха МАТ =
1,3 . МАЗ = 6,8 . 1018 кг. Тогда необходимая кинетическая энергия искусственного ветра WАТ =
1,4 .1019 Дж, а с учетом запаса (по увеличению концентрации пыли) и на потери имеем WАТ ~
3 .1019 Дж. И эта величина WАТ меньше мировой вырабатываемой электрической энергии, и
много меньше мирового производства энергетических ресурсов с величиной ~ 5 .1020 Дж.
Оценим необходимые затраты другим способом. Массе атмосферы МАЗ при ее
плотности 1,225 кг/м3 соответствует объем VАЗ = 4,3 .1018 м3 (для нормального давления).
Если воспользоваться оценкой энергозатрат для промышленных пылеулавливателей и
принять затраты электроэнергии на уровне 0,2 кВт ч на 1000 м3 технологических выбросов от
пыли (при нормальном давлении), то необходимые затраты электроэнергии на очистку всей
атмосферы составят 0,86 . 1015 кВт ч = 3,1.1021 Дж. Этот уровень электроэнергии немного
превышает уровень мирового энергопотребления, что говорит о том, что необходимо
широкое применение менее энергоемких устройств, чем потребляющие электроэнергию
пылеуловители. Таким образом, мировой и энергетический потенциал позволяет достаточно
быстро - за 6...12 месяцев очистить атмосферу над основной частью площади суши,
обеспечив условия для сохранения природы и ведения сельского хозяйства, а затем в
течение 1...5 лет постепенно очистить и всю атмосферу (даже без учета естественной очистки
за счет дождей, что уменьшает время очистки) над малонаселенной территорией типа
пустынь, тундры, горных массивов.
Отметим важнейшее условие - взаимодействие и согласованность действий хотя бы
нескольких крупных стран в разных концах планеты, на разных континентах, что связано с
тем, что ни страна не может в одиночку справиться с такой проблемой. Причем удар
кометы (метеорита) носит случайный характер, и наверняка страна, на которую придется этот
удар, получит гигантские разрушения, паралич энергетики и всей промышленности, и ей
будет не до борьбы с "тьмой" и
2. БИТВА
НА
очистки атмосферы.
ПОВЕРХНОСТИ
СУШИ.
2.1. Простейший вариант.
Самый простейший и доступный вариант - очищение воздуха на поверхности суши с
помощью автомобильного транспорта, снабженного простейшим фильтром из ткани или
других материалов.
Разумный простейший вариант - грузовик, тягач (без кузова и т.п.), на котором крепят
парус - фильтр в виде рамы, например, шириной ~ 5 м и высотой ~ 10...20 м (3...6 - ти этажный
дом), с закрепленным полотном из ткани и т.п. Такой грузовик с парусом движется по
дорогам, а также по возможности - по бездорожью (поля, пустыня и т.п.). Схема такого
варианта изображена на рис.1.
Рис.1
1 – грузовик
2- рама
3- ребра жесткости
4- фильтр-парус
При своем движении парус захватывает микрочастицы, при этом происходит
укрупнение микрочастиц в крупные. Периодически производят очистку паруса-фильтра с
помощью воды (со стиральным порошком) или мощным пылесосом, или струей воды из
водомета или иным способом.
Для оценки параметров варианта принимаем скорость движения грузовика VГ = 1 м/с
(весьма скромные 3,6 км/час). Тогда в идеале за время tОЧ = 1.6 .107 c = 6 месяцев такой
грузовик пройдет путь SГ = VГ tОЧ, и здесь получаем SГ = 1,6 .107 м = 16 тыс. км. При ширине
паруса ВП = 5 м это соответствует очищению дорожки площадью SД = SГ BП ,и здесь имеем SД
= 8 .107 м . Для площади суши имеем SЗС = 0,3 . SЗ = 1,5 .108 км2 = 1,5 .1014 м2 . Отсюда получаем
требуемое количество грузовиков (тягачей) NГ = SЗС/SД , и для выбранных параметров
имеем NГ ~ 2 . 106. Таким образом, при постоянной круглосуточной работе (со сменными
водителями) примерно 2 миллиона грузовиков очистят зону вблизи поверхности суши за 6
месяцев (идеальный расчетный вариант). Учитывая, что в действительности мировой парк
грузовиков (тягачей) разных типов - многие десятки миллионов штук, то в условиях
мобилизации и полного использования парка грузовиков (жить всем хочется) время очистки
резко сокращается. Конечно, значительная часть (скорее - основная) суши- бездорожье
(поля, пустыни), непроходимые для обычной городской техники, плюс леса, горы и т.п.
Однако для компактных обжитых территорий, городов и стран с развитой сетью дорог,
можно уверенно считать, что для них время очистки составит до 1...2-х недель. Конечно,
после очистки вблизи поверхности возникает разница по плотности между зоной
очищенного воздуха и тяжелым воздухом (со взвесью частиц), поэтому в зону очищенного
воздуха спускается поток микрочастиц из верхних слоев с тяжелым воздухом. Кроме того,
даже при ничтожной скорости ветра на зону очищенного воздуха ползет тяжелый воздух с
неочищенной территории. Поэтому необходимо постоянное патрулирование грузовиков и
очистка времени в течение достаточно длительного времени - 6...12 месяцев (вместо
идеальных 1...2-х недель при однократной очистке).
Заметим, что по бездорожью возможно использование техники с более высокой
проходимостью, типа военной: бронетранспортеры, грузовики повышенной проходимости,
тягачи (даже танки), снабженные такими парусами.
Достоинство такого варианта очистки с помощью грузовиков и паруса-фильтра предельная простота конструкции, доступная любой мастерской или заводу любой страны,
что обеспечивает возможность массового использования такого метода очистки.
2.2. Город.
2.2.1. Принимаем для оценок условно город в виде квадрата 30 х 33,3 км х км, или
площадь SГО = 1000 км2 = 109 м2 (город, где порядка одного миллиона жителей). Тогда
получаем, что масса воздуха над городом:
MВГ=SГО.MАЗ/SЗ
(3)
отсюда имеем MВГ = 1013 кг. И для ветра со скоростью VВ = 2 м/с согласно формуле (2)
получаем для города необходимую кинетическую энергию WАГГ = 2 . 1013 Дж. Реальная
величина, собственно, это работа одного энергоблока электростанции мощностью 1 ГВт в
течение 2 . 104 с ~ 5,5 часа. Таким образом, промышленный город с большим потреблением
электроэнергии вполне способен выделить энергию для эффективной работы
пылеулавливающих установок различных типов.
2.2.2. Для варианта грузовика с парусом, обеспечивающего очищение дорожки
площадью SД = 8 .10 м2 за 6 месяцев, получаем работу 13 грузовиков в течение 6 месяцев, или
до 20 грузовиков с учетом времени на чистку фильтров (регенерацию). Однако реальная
величина количества грузовиков (с грузоподъемностью 1 т и выше) в таком городе сотни
штук и более (вплоть до 1000 штук и более). И при работе до 1000 грузовиков получаем
время очистки до 1 недели. Однако в зону очищенного воздуха постоянно спускается или
даже специально вытесняют тяжелый воздух из верхних слоев атмосферы, поэтому
патрулирование десятками грузовиков с парусами (вместо 1000 в начале) проводят
постоянно в течение многих месяцев.
Отметим, что в условиях города достаточно просто организовать регенерацию
поверхности фильтра-паруса с помощью различных методов, например, периодически
смывать водой слой пыли с поверхности паруса.
2.2.3. В условиях города возможно использование высотных зданий и небоскребов для
установки дополнительных фильтров-парусов. Для этого между крышами соседних зданий
устанавливают длинную штангу (металлическую трубу), на которую вывешивают парус (ткань
и т.п.). При этом высота зданий до 50...100 м, и соответственно, можно получить и высоту
паруса до этой высоты здания, а ширина до 30...100 м, в зависимости от расстояния между
зданиями. И число таких больших парусов-фильтров зависит от числа таких зданий в городе.
Такие паруса снабжают мощными промышленными вентиляторами, устанавливаемыми на
крышах этих высотных зданий, которые направляют воздух на эти паруса, и они
обеспечивают очистку воздуха на уровне до 50...100 м от поверхности суши города.
Отметим главное достоинство тканевых фильтров - возможно использование любых
тканей, как натуральных, так и синтетических. Причем это массовое производство, а запасов
тканей различного назначения вполне хватит на множество любых парусов.
2.2.4. Однако для промышленно развитых городов наиболее интересный вариант срочное изготовление и установка мощных промышленных пылеулавливающих аппаратов,
устанавливаемых на территории города - на крышах зданий, небоскребов, холмах в городе
и т.п. Оценим параметры таких систем: для площади города SГО = 109 м2 и высоте очищаемого
слоя до 100 м имеем объем очищаемого воздуха на уровне ~ 1011 м3
Заметим, что существует большое количество различных типов циклонов с различными
параметрами производительности. Отметим, например, циклон СК-ЦН-34БП-3600 с расходом
воздуха до 9,2 .104 м3 /ч при массе 10,3 т, при скорости газа до 2,5 м/с. Это и монстр среди
батарейных циклонов БЦ РН-150-2-24-20, имеющего расход по газу до 2,8 .105 м3/ч, при массе
аппарата 70 т. Из других типов аппаратов отметим газопромыватели типа ПВПР- 80, с
производительностью по газу до 9 .104 м3/ч при массе 13 т; отметим и газопромыватель типа
КМП-8,0 с расходом газа до 1,4 .105 м3/ч при массе 10,5 т. Отметим и скрубберы Вентури,
например, типа ГВПВ-0,140-400, имеющие расход до 8,4 .104 м3/ч при массе 1200 кг. Также
имеются и мощные промышленные пылеулавливающие установки с использованием
электрофильтров, причем это серийное производство, а такие установки - самые массовые
среди пылеулавливающих аппаратов, отметим, например, крупный аппарат УГ3-4-265 имеет
активную высоту электродов 12,0 м и активную длину поля 3,95 м при общей площади
осаждения до 36900 м2 . Имеются и многочисленные промышленные фильтры на основе
тканевых материалов (с регенерацией фильтров, для длительной работы) - например,
мощный фильтр ФВГ-Т-6,4, обеспечивающий производительность очистки до 8 .104 м3/ч,
также отметим и монстра - рукавный фильтр типа ФРО-24000-3, имеющий габариты 36,4 х 21
х 22,6 м х м хм, при поверхности фильтрации более 24000 м2 и массе в сотни тонн,
применяющийся для удаления пыли из грязного воздуха с производительностью более 5 .105
м3 /ч. Таким образом, современная промышленность имеет необходимые конструкции для
очистки воздуха от пыли. И разница лишь в количестве такой техники, сейчас используемой
лишь для очистки промышленных загрязнений, а в варианте с тяжелым воздухом
необходимо будет очищать весь объем атмосферы над городом.
Для варианта аппарата с производительностью ~ 105 м3 /ч за одни сутки объем
очищаемого воздуха составит 2,4 .106 м3 /сут на один аппарат, тогда необходима работа
одного аппарата в течении ~ 4 .104 суток для очистки объема в 1011 м3 над городом, или
работа до 1000 штук аппаратов в течении 40 суток для очистки воздуха в слое до 100 м над
городом. Оценим энергетические затраты, и принимаем высокий уровень энергозатрат в 1
кВт ч на очистку воздуха 1000 м3 от пыли (для многих типов аппаратов этот уровень ниже в
2-5 раз) и для очистки объема воздуха ~ 1011 м3 получаем энергозатраты ~ 108 кВт ч, что
соответствует необходимой потребляемой электрической мощности до 100 МВт = 0,1 ГВт в
течение 40 суток, то есть, реальный уровень энергопотребления. Таким образом, главный
момент - возможные деловые качества руководства города, в том числе и по быстрой
организации
производства таких пылеулавливающих аппаратов, с последующей
установкой на территории города и их интенсивной эксплуатацией.
Заметим, что такой способ очистки воздуха уступает по эффективности варианту
грузовиков с парусами-фильтрами, однако грузовики позволяют быстро очистить воздух
лишь в узком слое воздуха на поверхности (плюс загрязнение воздуха выхлопными газами), а
пылеулавливающие аппараты можно установить на высоте крыш зданий, небоскребов, на
вышках телебашен, на холмах и т.п. точках на высоте до 50...100 м, что обеспечивает быструю
очистку воздуха в слое толщиной до 100 м.
2.2.5. Отметим и существующие возможности мощных пылеулавливающих аппаратов
на промышленных предприятиях, которые в условиях кризиса можно использовать и для
очистки тяжелого воздуха (со взвесью микрочастиц) атмосферы вместо промышленных
отходов производства. Существенны и возможности мощных вентиляционных систем на
промышленных предприятиях, которые необходимо снабдить дополнительно сменными
фильтрами, а также необходимо переключить эти системы на всасывание воздуха из
атмосферы (с помощью дополнительных воздуховодов и т.п.), а после очистки такой воздух
идет в атмосферу. Такие мощные системы вполне способны очистить воздух на территории
своих предприятий и даже около них. Также, вполне можно изготовить для таких мощных и
тяжелых (стационарных) систем воздуховоды (из тонкой жести) длиной в сотни метров
(уложенных на поверхности) для всасывания тяжелого воздуха вдали от этой системы
очистки.
2.2.6. Обязательно обратим внимание и на сотни тысяч вентиляторов, пылесосов и
кондиционеров, имеющихся в крупном городе. Кажется, такая мелочь, как бытовой пылесос,
однако дело в количестве. Например, 200 тысяч пылесосов дают очистку ~ 2000 м3 /с, и за
время ~ 106 с = 11,5 сут получаем 2 .109 м3 , что в 2 раза больше расчетной площади города SГО
= 109 м2 , то есть пылесосы очищают слой толщиной ~ 2 м по площади города. Вспомним и
про десятки тысяч кондиционеров. Поэтому жильцы практически каждого дома с помощью
пылесосов и кондиционеров способны очистить воздух вокруг своих домов и поддерживать
его чистым в слое 5...10 м от стен своего дома.
2.2.7. Исключительно важное значение имеет использование воды, естественного
очистителя воздуха от микрочастиц. Для этого необходимо обеспечить высокую влажность
воздуха (100 % влажности), и поэтому необходимо периодически поливать территорию
города. Интересный вариант - организация распыления дождя с вершины - крыши высотных
зданий и небоскребов и т.п. высоких мест в городе.
Отличный вариант - создание искусственного тумана. Для этого ночью на площади
города, на улицы или в водоемы, в фонтаны необходимо лить горячую воду, кипяток, при
испарении которых создается зона искусственного тумана высотой в десятки...сотни метров.
И после охлаждения этой воды тумана на поверхность выпадает вода (роса) с захваченными
микрочастицами. Любопытный вариант - сочетание тумана и вентилятора, который гонит
этот туман вверх, увеличивая высоту подъема частиц горячей воды.
2.2.8. Большое значение для города имеет использование вертолетов в качестве
мощных вентиляторов для воздуха. Например, вертолет зависает на высоте и винтами (как
вентилятор) направляет поток тяжелого воздуха на естественные очищающие поверхности на поверхность реки (моря), городского озера или на лесопарки с деревьями. При этом
вертолет постепенно поднимается с высоты 200...300 м до высоты 1...2 км.
Отличный вариант - сочетание искусственного тумана и вертолетов. При этом на
поверхности организуют озеро (болото) из горячей воды, а на высоте 1...2 км зависают
вертолеты, которые своими винтами направляют поток тяжелого воздуха в область
искусственного тумана. Такой вариант обеспечивает быструю очистку воздуха в зоне высотой
до 1 км. При этом для города требуется порядка 10...20 вертолетов. Интересно
использование и горячей воды, образующейся при технологическом процессе на ТЭЦ
(теплоэлектростанциях) в виде озера, в сочетании с вертолетом.
Естественно, спуск микрочастиц из верхних слоев атмосферы снова загрязняет
очищенную зону, поэтому необходимо повторять периодически такие операции, 5...20 раз.
2.2.9. Обратим внимание на фабричные трубы (особенно заброшенные). Такие
капитальные трубы высотой 100...200 м и внутренним диаметром 2...10 м вполне подходят
для организации всасывания тяжелого воздуха. Для этого в основании трубы устанавливают
мощные вытяжные вентиляторы (можно - несколько штук), которые отсасывают воздух из
трубы, образуя разрежение внутри трубы, куда и всасывается тяжелый воздух. И после
выхода из трубы тяжелый воздух поступает в очищающую систему (обычные сменные
фильтры - пленки, вихревой и т.п. способы).
Для диаметра трубы, например, 4 м и скорости всасывания до 5 м/с получаем объем
всасываемого воздуха до 60 м3/с, и за время работы tОЧ = 2,6 . 106 с = 1 месяц получаем
объем всасываемого и очищаемого воздуха составит до 1,5 .108 м3. Таким образом, вокруг
такой трубы образуется очищенный слой воздуха толщиной в сотни метров (от высоты трубы
до 200...500 м) и диаметром до тысяч метров. Отметим, что для тяжелого воздуха с объемом
до 60 м3/с и массой до 100 кг идеальная кинетическая энергия такого воздуха до 1,25 .103
Дж/с, и учетом несовершенства процессов и конструкций, требуемая мощность вентилятора
на уровне 10... 50 кВт, что полностью реально.
Интересен вариант, когда к уже имеющемуся стационарному мощному вентилятору
(насосу) на каком-либо производстве, срочно делают временную металлическую трубу
(диаметром 2...4 м) высотой 100...200 м (устанавливают с помощью вертолета и иными
способами), которую используют для последующей очистки воздуха.
И десятки таких труб по городу внесут серьезный вклад в очистку воздуха над городом
на высоте 100...500 м.
2.3. Вокруг города.
2.3.1. Возможен вариант использования развитой сети железных дорог. Для этого
используют электровозы, которые постоянно, один за одним, движутся по
железнодорожным путям, создавая ветер, волну движения тяжелого воздуха в сторону
лесных полос вдоль дорог. При этом именно листья деревьев лесополос задерживают
микрочастицы пыли. А периодически пускают противопожарные поезда с запасами воды,
которые поливают эти лесополосы водой, смывая пыль с листьев деревьев, очищая их для
последующего захвата пыли от электропоездов. Такая технология обеспечивает возможность
использования железной дороги и в условиях "тьмы", а главное - очищать воздух вблизи
дорог.
Заметим, что жесткие ограничения по высоте контактных проводов и расстоянию
между двумя путями дороги не позволяют использовать паруса-фильтры при движении
электровозов. И лишь при использовании тепловозов (на неэлектрофицированных дорогах)
возможна установка высоких парусов-фильтров с использованием для очистки воздуха (как
для грузовика с парусом). Интересный вариант - установка мощных промышленных
пылеулавливающих аппаратов на платформы с подведением электроэнергии от контактных
проводов. И при движении электровозов с такими аппаратами происходит очищение воздуха
в зоне вокруг дороги (с небольшим участием лесополос), именно эти аппараты будут иметь
решающее значение.
Отметим, что такие способы достаточно ограничены по области использования, носят
вспомогательный характер, однако надо использовать все достижения и возможности
цивилизации, в том числе и такие способы.
2.3.2. В аэропортах могут активно использоваться самолеты с двигателями ТВД, при
этом винты ТВД направляют тяжелый воздух на окружающие аэропорт лесные насаждения,
участки деревьев, а в случае их отсутствия - на паруса-фильтры, полотнища, устанавливаемые
около аэропорта (например, на грузовиках). Это обеспечит быструю очистку воздуха в слое
около поверхности в аэропорту.
2.3.3. Для интенсивного перекачивания тяжелого воздуха применимы самые
различные физические принципы, в том числе и достаточно экзотические. В частности, около
многих крупных городов имеются криогенные заводы, поэтому из любопытства оценим пути
их возможного использования. Типичные криогенные жидкости - жидкие азот, кислород или
воздух (с температурой на уровне 700 К = - 2000 С).
Простейший вариант использования криогенной жидкости - быстро вылить большое
количество жидкого воздуха (азота, кислорода) на большую поляну в лесу или на берегу
озера, реки (пруда). При этом резко снижается давление воздуха атмосферы в месте разлива
криогенной жидкости, и здесь из-за низкого давления воздуха частицы пыли вынуждены
падать вниз к поверхности. Однако главное в том, что возникает разность давлений, и в эту
область устремляется более плотный воздух, и в результате возникает сильный ветер в
области естественного очистителя (лес, река, озеро и т.п.). И чем больше вылито криогенной
жидкости (цистерна, вагон и т.п.), тем сильнее эффект и сильнее ветер, что способствует
очищению тяжелого воздуха в лесу или водой.
Очень интересный вариант - связка из горячего источника и холодного источника.
Например, в одном месте нагревают воздух (сжигают топливо, льют горячую воду -кипяток и
т.п.), а на расстоянии 1...5 км в другом месте выливают большое количество криогенной
жидкости (как рассмотрено выше). При этом получаем большой перепад давления и в
результате - сильный ветер от горячего источника к холодной области воздуха. Оптимальный
вариант - расположение горячего и холодного источников на разных берегах реки, озера и
т.п. Заметим, что в этом случае выражение "пусть сильнее грянет буря" будет прекрасным
пожеланием для людей.
Такое использование криогенной жидкости достаточно эффективно для очистки
воздуха, хотя и смотрится экзотично по сравнению с традиционными пылеулавливающими
аппаратами, однако здесь главное - использовать все возможности промышленности.
2.4. Разное.
Безусловно, в борьбе с пылью применимы и другие способы, которые предоставляет
современная наука, в частности, с использованием физических полей или частиц.
Например, можно использовать тот факт, что частицы пыли - диэлектрики, и они
электризуются в электрическом поле. Тогда с помощью электронных пушек и ускорителей на
поверхности Земли можно создать сильное местное электрическое поле, которое будет
воздействовать на частицы пыли и притягивать их.
Например, можно на привязном аэростате поместить отражающую решетку (антенну),
а под ней на поверхности поместить источник электромагнитных волн, при этом возникает
стоячее электромагнитное поле, воздействующее на частицы пыли.
Например, облучение тяжелого воздуха потоком электронов и ионов для получения
частиц с разными зарядами и их слипания в более крупные частицы, падающие вниз.
Например, применение химических реагентов для стимулирования слипания
микрочастиц и падение таких укрупненных частиц вниз, к поверхности.
Возможности науки достаточно велики и позволяют предложить различные методы
воздействия на тяжелый воздух, и они могут использоваться в борьбе за чистый воздух.
Правда, вряд ли они будут основными, но в борьбе все методы применимы, и если есть
необходимые установки, то и их необходимо использовать.
2.5. Итог.
Безусловно, что нет одного идеального способа, и необходимо сочетание различных
способов. Также очевидно, что применение различных методов очистки и их сочетание,
использование энергетических возможностей города и его промышленного потенциала,
обеспечивает возможность очистки воздуха атмосферы над городом и вокруг него до высоты
500...1000 м в течение 1...3 месяцев. При этом выбор основных методов очистки конкретного
города определяется его конкретными промышленными предприятиями, и их
производственными возможностями по выпуску тех или иных изделий. Подчеркнем, что
города, расположенные на берегах рек, морей и океанов, при активном использовании воды
имеют отличные шансы выжить.
Фактически здесь главным является психологический фактор, готовность людей
настойчиво трудиться, спасая свои жизни, или произойдет паника и деградация города.
Кроме того, важным фактором является - кто во главе города (и области)? - волевой
энергичный человек (со сплоченной деловой командой) или трусливый сброд, который
убежит и
спрячется в убежища в надежде пережить там 10 лет (и более) и выйти в мир с
чистым воздухом.
3. БИТВА
В
ВОЗДУХЕ
НАД
СУШЕЙ.
3.1. Авиация.
Удаление взвеси микрочастиц пыли в верхних слоях атмосферы до высоты 5...10 км
является условием появления нормального солнечного освещения на поверхности Земли и
возврата к почти нормальной жизни природы Земли. Конечно, здесь возможен вариант
пассивного ожидания постепенного спуска микрочастиц в зону очищенного воздуха вблизи
поверхности. Однако это может длиться очень долго - вплоть до многих-многих лет, что
плохо скажется на природе и сельском хозяйстве, а это недопустимо. Поэтому для быстрой
очистки верхних слоев необходимо осуществить дополнительные меры.
Заметим, что в условиях тяжелого воздуха, с большой концентрацией микрочастиц,
практически невозможно осуществлять длительное время полеты на реактивных двигателях
с использованием воздуха в качестве основного рабочего тела двигателей. Поэтому
допустимы длительные полеты лишь самолетов с использованием турбовинтовых
двигателей (ТВД), с их относительно небольшим расходом воздуха и небольшой скоростью
полета. Также допустимы полеты вертолетов. Однако аэродинамика полета самолетов и
вертолетов достаточно сложна и не допускает больших вольностей в обращении с ними,
поэтому, например, невозможно прикрепить пылеулавливающий аппарат или фильтр-парус
к самолету или вертолету и осуществлять полеты с таким парусом.
Реально использование двигателей ТВД и вертолетов в качестве мощных
вентиляторов. При этом вертолеты могут зависать в воздухе на высоте до 1...2 км, и своими
винтами гнать тяжелый воздух в необходимом направлении (на воду, на лес, на туман и т.п.).
Однако в силу отчаянной ситуации вполне возможно использование и реактивных
самолетов, пусть и максимум для нескольких полетов, после которых двигатели будут
изношены и списаны (это лучше, чем "списать" человечество). Здесь для военных
истребителей интересны сверхзвуковые полеты, с образованием мощной ударной волны и
направлением потока тяжелого воздуха к естественному очистителю. Однако для городов
такие полеты нежелательны (вылет стекол из окон и т.п.), поэтому сверхзвуковые полеты
совершают над относительно безлюдными местами - водохранилища, реки, озера, леса
вблизи городов, а сами полеты совершают на высоте 2...10 км (ниже - вертолеты ).
Для транспортной авиации оптимально использование самолетов для доставки
емкостей (в грузовом отсеке) с водой на высоту 5...10 км и распыление воды в качестве
дождя. При этом такой искусственный дождь частично очищает тяжелый воздух, причем
оптимально распылять этот дождь над лесными участками для очистки листьев деревьев от
микрочастиц и последующего использования этих очищенных листьев для захвата других
микрочастиц.
Любопытный вариант, на первый взгляд - даже смешной и странный (но ведь надо
использовать все, что есть на складах цивилизации) - это массовое использование
парашютов. Сам материал парашютов - плотный, практически готовый фильтр, причем
имеем многообразие типов парашютов, вплоть до мощных десантных парашютов для спуска
тяжелой техники. А количество парашютов достигает в мире многих миллионов штук, а
возможно и больше (кто их считал). Проблема их использования - желательно вместо людей
и техники использовать муляжи и простейшие механизмы для автоматического раскрытия
парашютов при спуске. Тогда логичный вариант - транспортные самолеты осуществляют
массовый старт и подъем на высоту 5...10 км, а затем с этой высоты осуществляют массовый
сброс парашютов всех типов, например, тысячи парашютов на каждый город или около
города. При этом каждый парашют оказывает давление на тяжелый воздух, смещая
микрочастицы в зону очищенного воздуха вблизи поверхности и одновременно поверхность
парашюта захватывает микрочастицы как фильтр. И одновременное воздействие тысяч
парашютов оказывает серьезное влияние на атмосферу при спуске парашютов и очищая
достаточно большой объем воздуха с высоты спуска или смещая воздух к поверхности
Земли. Затем, после спуска парашютов их собирают и очищают от захваченных частиц, а
после подготовки снова осуществляют массовый сброс парашютов, и так до окончания
ресурса самолетов.
3.2. Воздухоплавательная техника.
3.2.1. Как ни странно, в условиях тяжелого воздуха наиболее оптимальна полузабытая
и одновременно - перспективная техника в виде дирижаблей и аэростатов, Относительно
малая скорость становится преимуществом при полете в тяжелом воздухе, причем нет и
использования воздуха в качестве рабочего тела двигателя (для дирижаблей расход воздуха
минимален, можно поставить фильтр для очистки), что обеспечивает длительное
пребывание в воздухе.
В истории воздухоплавания известны многие конструкции дирижаблей и аэростатов,
когда-то изготовленные и летавшие в воздухе, есть и проекты перспективных конструкций. И
в случае необходимости производство таких достаточно простых конструкций может быть
организовано.
Из многочисленных конструкций вспомним лишь некоторые. Например, в США начала
30-х годов построили два больших дирижабля (жесткого типа), наполненные гелием, и эти
дирижабли ("Акрон", "Мекон") при объеме в 184000 м3 имели грузоподъемность по 80 т, а 8
двигателей по 560 л. с. сообщали скорость до 130 км/час. В послевоенное время были
разработаны проекты дирижаблей: в Англии - с полезной нагрузкой 480 т, а в США - на 400 т.
В СССР был разработан проект дирижабля (из стеклопластика) с объемом 220000 м 3 (длина
-180 м, диаметр -54 м), со скоростью до 200 км/ч и полезной нагрузкой 90 т. Касаясь
аэростатов, вспомним, что в 70-е годы 20 века запущено порядка 5000 высотных аэростатов,
которые достигли высоты до 36 км, а максимум высоты -45 км. Отметим, что NASA в 90-е
годы эксплуатировала для своих целей высотные аэростаты, поднимающие приборы массой
3,6 т на высоту 37 км, при объеме оболочки аэростатов до 1,1 млн.м3. Еще одно направление
- привязные аэростаты, которые достигают высоты до 5...6 км, и с 1971 года в США построено
34 аэростата с объемом до 13000 м3. Касаясь современных проектов, отметим проект
высотной аэростатической платформы "Беркут", доставляемой дирижаблем "Беркут" на
рабочую высоту полета платформы до 21 км, а сам дирижабль имеет длину 204 м, диаметр
миделя 51 м при объеме оболочки 273000 м3 , с возможной крейсерской скоростью полета
до 40 м/с.
3.2.2. Для очистки воздуха наиболее простой вариант - привязные аэростаты, с
высотой подъема до 5 км, а начальная высота использования - 500...1000 м (ниже - очистка
другими способами).
Использование аэростатов возможно в нескольких вариантах. Первый вариант использование аэростата в качестве носителя пылеулавливающего аппарата. Второй вариант
- использование аэростата в качестве носителя мощного вентилятора для организации
движения тяжелого воздуха в сторону естественного очистителя. Третий вариант использование аэростата в качестве носителя пленки-фильтра для захвата микрочастиц. В
принципе возможны и другие варианты использования аэростата.
Для примера рассмотрим привязной аэростат объемом 10000 м3, тогда на высоте 5 км
потенциальная подъемная сила АГ ~ 7400 кг, из них ~ 4000 кг - доля полезной нагрузки, а
остальное - масса оболочки аэростата, система крепления троса и сам трос (масса различных
узлов конструкции). Такой аэростат может иметь разную геометрию, например, в виде
цилиндра с радиусом 10 м и высотой 32 м, а ко дну крепится гондола с полезной нагрузкой и
гондола экипажа ( для осмотра и ремонта конструкций ремонтниками).
3.2.3. Для варианта с пылеулавливающими аппаратами их размещение на аэростатах
резко ограничивает количество используемых типов таких аппаратов. Так, невозможен
подвод воды к аэростату, поэтому нельзя устанавливать аппараты, использующие
улавливание пыли мокрым способом (водой). Возникают и большие сомнения по
возможности передачи на аэростат высоковольтного напряжения для питания
электрофильтров (сухих). И реальны лишь инерционные пылеулавливатели, прежде всего циклоны и батарейные циклоны разных типов. Ограничение по массе уменьшает и
возможную производительность применяемых аппаратов. Так, на аэростат устанавливают
циклон СК-ЦН-34БП-2200 с производительностью 34200 м3/ч при массе 3130 кг (хотя есть
циклон с 92000 м3/ч с большой массой). Имеются и другие малые типоразмеры таких
аппаратов, имеющие свои достоинства и недостатки. Конечно, теоретически при
необходимости можно заменить стальные конструкции аппаратов на более легкие титановые, алюминиевые и т.п., уменьшая массу аппаратов, однако делать это специально
никто не будет.
Реальная оценка существующей техники позволяет считать, что на аэростат можно
установить пылеулавливающий аппарат с массой до 4 т и расходом очищаемого газа до
20000...45000 м3/ч. Заметим, что потребляемая циклонами энергия имеет уровень 0,2-0,25
кВт ч на 1000 м3 газа, тогда подводимая к аэростату электроэнергия на уровне 4...10 кВт, что
полностью реально (медные провода и т.п.).
Для варианта города с SГО = 109 м2 и высотой очищаемого слоя 1-5 км очищаемый объем
.
12 3
3
~ 4 10 м . Тогда для аппарата с производительностью ~ 40000 м /ч трудоемкость очищения
атмосферы составит 108 ч = 1,1 .104 лет. Таким образом, для очистки атмосферы над городом
на высоте от 1 км до 5 км необходимо иметь ~ 10000 штук аэростатов с пылеулавливающими
аппаратами и их работу в течение 1 года. Заметим, что этот вариант сложно назвать
оптимальным для очистки атмосферы.
3.2.4. Другой вариант использования аэростата предполагает подъем на высоту 1...5 км
мощного вентилятора, который направляет поток воздуха к поверхности Земли. Схема такого
варианта приведена на рис. 2. Здесь такой вентилятор (насос) служит для перекачки
тяжелого воздуха ближе к поверхности Земли, где осуществляют эффективную очистку
воздуха многочисленные наземные аппараты и установки.
Рис.2
1 - аэростат;
2 - кожух;
3 -вентилятор;
Здесь оптимальна форма аэростата в виде цилиндрической трубы (кольцо), в центре
которой закреплен блок вентилятора. Такой блок включает кожух, в котором вентилятор
ускоряет воздух, и на выходе из кожуха получаем поток тяжелого воздуха со скоростью
10...30 м/с, направленный в сторону поверхности Земли. Такой кожух имеет радиус 10...30 м
при длине 5...10 м при толщине стенки 1...2 мм. Для легких высокопрочных материалов типа
алюминиевые или титановые сплавы, углепластики и т.п. материалы, например, для радиуса
10 м и длине 5 м, толщине стенки 1 мм имеем массу кожуха 1...1,5 т, и с учетом узла
крепления вентилятора к кожуху и массы самого вентилятора, масса такого блока до 3...4 т.
Для радиуса кожуха 10 м и скорости 10 м/с перекачиваемый объем воздуха ~ 3000 м3/с, и за
время работы 1,5 .107 с = 6 мес. получаем объем воздуха ~ 4,5 .1010 м3. Таким образом, для
варианта города с SГО достаточно ~ 90 аэростатов с вентиляторами, чтобы за 6 месяцев
сместить объем тяжелого воздуха с высоты 1...5 км ближе к поверхности Земли. И это вполне
разумное количество аэростатов, которое можно изготовить.
Отметим, что для объема воздуха до 3000 м3/с и массе тяжелого воздуха до 4000 кг/с
для скорости потока 10 м/с кинетическая энергия этого потока 2 .105 Дж/с, таким образом,
учитывая эффективность передачи кинетической энергии винта к воздуху, мощность
вентилятора от 300 кВт и более, и увеличивается для получения скорости потока воздуха
более 10 м/с (вплоть до 30 м/с, с увеличением мощности), Подчеркнем, что вполне реальная
величина для вентилятора, однако для такого уровня мощности оптимально использовать
двигатель вентилятора на основе сгорания топлива типа керосина (двигатель вертолета, ТВД,
мощный дизель грузовика и т.п.). Конечно, теоретически передать такую электрическую
мощность на аэростат можно, но практически очень сложно.
Подчеркнем, что такие аэростаты оптимально располагать над естественными
очистителями (пылепоглотителями) типа реки, озера (пруд), болото, леса и т.п. При этом
направленный поток тяжелого воздуха воздействует (толкает) на нижние слои в направлении
этих очистителей. И чем выше скорость потока, тем больше давление скоростного напора
потока на нижние слои атмосферы, больше дальнобойность такого потока.
3.2.5. Возможный вариант использования аэростата - крепление фильтра-паруса к
аэростату и общий подъем на высоту 1...5 км с медленным движением в атмосфере и
собиранием пыли (воздушный аналог грузовика с фильтром-парусом), при этом собираемая
фильтром пыль удаляется на поверхность Земли. Заметим, что существует большое
количество тканевых фильтров, в том числе и весьма крупных, с массой в сотни тонн, что
позволяет по аналогии оценить параметры подобных систем.
Принимаем площадь фильтра-паруса SФ= 1000 м2. Возможны различные варианты
геометрии паруса. Простейший вариант - плоский парус в виде прямоугольника, например,
33,3 х 30 м х м, тогда при массе толстых фильтровальных тканей до 0,5 - 0,95 кг/м2 (например,
двухслойная ткань лавсан толщиной плотна 2,6 мм и т.п.) масса паруса до 1000 кг, с учетом
массы каркаса и элементов крепления полотна. Другой вариант - в виде цилиндра,
например, с высотой 33,3 м и диаметром 30 м, при этом цилиндрический парус имеет
большую площадь, чем плоский парус, поэтому масса такого цилиндра 2000...2500 кг.
Однако цилиндрический парус имеет и ряд преимуществ по сравнению с плоским парусом.
Для обоих вариантов главной проблемой является избавление от захваченной пыли.
Например, для плоского паруса с массой 1000 кг при захвате парусом пыли массой более
3000 кг начинается вынужденный спуск аэростата, так как допустимая масса полезной
нагрузки аэростата ~ 4000 кг (для базового варианта аэростата с объемом 10000 м3 ) на высоте
5 км, поэтому имеется ограничение по массе захваченной пыли на один парус. И здесь
простейший вариант - после заполнения пылью такой "грязный" фильтр по тросу спускают на
поверхность Земли, а на его место устанавливают (с помощью экипажа) свежий фильтр, при
этом на аэростате устанавливают сразу два фильтра, чтобы не терять время на подъем
свежего фильтра с поверхности после удаления "грязного" фильтра. И после установки
свежего фильтра "грязный" фильтр спускают на поверхность, а затем с поверхности
поднимают новый свежий фильтр. И такой цикл повторяют многократно, многие тысячи раз
за многие месяцы работы, то есть это трудоемкая работа. В принципе, это реальный и
работоспособный вариант для малых высот 1...2 км, где для аэростата, вместо 4000 кг на
высоте 5 км, будет полезная нагрузка до 7000...8000 кг, что уменьшает мучения экипажа по
замене фильтров.
Однако современная техника имеет способы по регенерации тканевых фильтров, в
частности:
1) встряхивание фильтрующих элементов: механическое, аэродинамическое (путем
пульсации газа), воздействием звуковых колебаний и т.п.
2) обратная продувка фильтрующих элементов воздухом (струйная локальная продувка
плоского элемента и др.). Возможно и сочетание методов регенерации.
Таким образом, оптимальный вариант фильтра-паруса -периодическое удаление пыли
из объема фильтра и спуск только пыли на поверхность Земли.
Заметим, что для варианта плоского паруса проблема регенерации такой большой
поверхности является весьма сложной. И более простым вариантом фильтра оказывается
цилиндрический фильтр-парус, схема которого изображена на рис. 3.
Рис.3
1 - аэростат; 2 - каркас фильтра; 3 - зона регенерации;
4 - регенерирующее устройство;
5 - отводная труба для пыли; 6 - трос;
Здесь цилиндрический фильтр медленно вращается (до 1 об/мин) относительно оси
цилиндра, при этом имеется ограниченная по объему зона регенерации фильтра (ширина
зоны 0,5 - 1 м), в которой осуществляют воздействие на поверхность фильтра и стряхивают
пыль из фильтра, при этом пыль попадает в трубу для отвода пыли на поверхность. И в
ограниченном объеме зоны возможно эффективное использование способов регенерации
тканевых фильтров, причем и конструкция регенерирующего устройства будет относительно
проста и аналогична известным. Таким образом, имеем массу фильтра 2000...2500 кг, массу
регенерирующего устройства 1000...1500 кг, остальное - другие элементы конструкции.
Например, при диаметре отводной трубы для пыли 0,2 м при толщине стенки 0,1 мм из
полиэтиленовой трубки и т.п. легких материалов (здесь нет силовой нагрузки на стенки
трубы от пыли) масса такой трубы порядка 0,1 кг/м, и для высоты 1 км масса отводной трубы
всего порядка 100 кг.
Оценим производительность такого аэростата. Для цилиндрического фильтра с SФ
=1000 м2 и скоростью VФ = 1 м/с имеем очищаемый объем атмосферы 1000 м3/с, а за время
1,5 .107 с = 6 мес. объем очищаемого воздуха 1,5 .1010 м3. Тогда для очистки воздуха над
городом с SГО = 109 м2 на высоте от 1 км до 5 км необходимое число таких аэростатов с
объемом 10000 м3 составит до 270 штук. Заметим, что аэростаты с цилиндрическими
фильтрами более производительны, чем аэростаты с пылеулавливающими аппаратами,
однако здесь необходима отработка конструкции регенерирующего устройства (из легких
высокопрочных сплавов), обеспечивающего очистку от пыли тканевой фильтр.
Обратим внимание, что масса всех 270 аэростатов имеет полезную нагрузку до 1000 т,
то есть при желании и возможности вместо этих сотен малых аэростатов можно использовать
3...10 штук больших аэростатов или дирижаблей с большой грузоподъемностью. Главный
итог -с помощью аэростатов реально очистить воздух над городом на высоте до 5 км в
течение 6...12 месяцев, при этом необходимый уровень техники вполне реален для
современной промышленности развитых стран.
3.3. Динамические методы.
В условиях борьбы за выживание вполне допустимы любые средства воздействия на
тяжелый воздух с целью ускорения процесса очистки от пыли (пусть и достаточно спорные). К
таким специфическим методам относятся динамические методы, включающие взрывы
различных типов для воздействия на тяжелый воздух с целью его направления на
естественные очистители или к поверхности Земли в зону очищенного воздуха с большим
количеством пылеочистительной техники. Здесь при взрыве возникает ударная волна
(ветер), движущая тяжелый воздух в необходимую сторону.
Заметим, что согласно оценке в п.2.2 масса всей атмосферы над городом ~ 1013 кг при
площади SГО и для значительного воздействия необходимая общая мощность всех взрывов
на уровне 1013 Дж (скорость ветра до 1 м/с). Для обычного ВВ (взрывчатого вещества) типа
тротил энергия взрыва ~ 4 .106 Дж на 1 кг, тогда получаем необходимую общую массу ВВ на
уровне 2,5 .106 кг = 2,5 .103 т, или 2,5 кт.
Предельный вариант - взрыв мощнейших бомб типа вакуумных, с мощностью до 1 кт (в
тротиловом эквиваленте). Интересный вариант - взрыв вакуумной бомбы над водной
поверхностью большого озера, широкой реки или вблизи берега в море, с испарением
значительной массы воды и ее выбросом в атмосферу, с возможностью образования в
атмосфере воздушного вихря большой мощности (типа малого торнадо). Другой вариант взрыв вакуумной бомбы с мощностью в 1 кт на высоте 10...20 км, и это дает смещение вниз
практически всей атмосферы над городом.
Однако нет необходимости и обязанности сдвигать сразу всю атмосферу над городом.
Вполне достаточно постепенно смещать отдельные области тяжелого воздуха с высоты вниз.
И для такого варианта вполне применимы и обычные химические ВВ. Причем здесь не нужен
стальной корпус и т.п. военные премудрости, а достаточно обычного корпуса (хоть
деревянная бочка или пластмассовый ящик), куда помещают различные ВВ (лучше -в
твердом состоянии, можно и жидкости) и детонатор. И при взрыве образующиеся газы с
большой температурой и давлением расширяются в пространстве (в виде сферы),
воздействуя на тяжелый воздух и смещая часть его объема вниз к поверхности Земли (а
другие части - вокруг сферы - вверх и вбок).
Интересен вариант одновременного подъема 5...10 высотных аэростатов на высоту
10...25 км, с массой ВВ по 5 т на каждом аэростате, и затем осуществляют дистанционный
взрыв одновременно всех зарядов. При этом общая мощность ВВ до 25...50 т, то есть
смещаемая область тяжелого воздуха составит сотни метров в диаметре. И для получения
уровня ВВ в 2,5 .103 т необходимое число взрывов по 5 т составит 500, то есть реально для
современной техники. Подчеркнем важную особенность таких аэростатов с ВВ - они
однократного использования, гибнущие при взрыве, причем и сам полет достаточно
короткий (нет никакого длительного дрейфа или зависания на высоте). Поэтому для таких
аэростатов лучший вариант - использование водорода вместо дорогого и редкого гелия.
Использование дешевого водорода (с практически неограниченными возможностями
производства) делает очень перспективным динамический метод.
Другой вариант - полет транспортного самолета на максимально возможной высоте, со
сбросом парашютов с емкостями с ВВ на этой высоте, их спуск на заданную высоту и
одновременный взрыв ВВ на парашютах. Это традиционный способ доставки грузов, и здесь
единственное ограничение - самолет должен успеть удалиться на безопасное расстояние от
зоны взрыва. В зависимости от грузоподъемности транспортного самолета можно сбросить
до 10...100 т парашютов с ВВ.
Вариант отчаяния - старт военных твердотопливных ракет и их подъем на высоту 20...30
км, где осуществляют подрыв ракет, при этом в каждой ракете от нескольких тонн до
десятков тонн топлива, фактически ВВ.
Таким образом, при динамическом способе необходимо организовать серии взрывов
обычных ВВ над различными районами территории города, а главное - вокруг города. При
этом для города допустимы только высотные взрывы, чтобы уменьшить проблему
воздействия ударных волн на жизнь города. А для территории вокруг города эта проблема
упрощается, и чем дальше от города, тем больше мощность взрывов и ниже высота
организации серии взрывов ВВ, вплоть до высоты до 1 км.
Заметим, что для суши с относительно малочисленным населением (сельская
местность и т.п.) или большими водными пространствами далеко от города, становится
большой проблемой развертывание системы привязных аэростатов или системы
пылеулавливающих аппаратов - нет мощных источников электроэнергии для питания
систем, нет инфраструктуры для эксплуатации таких систем и т.п. Поэтому здесь проще
организовать серии взрывов ВВ с высоты 20...25 км и до высоты 1 км (с помощью
транспортных самолетов или высотных аэростатов), с направлением потока тяжелого воздуха
на естественные очистители - воду или леса.
Отметим, что для общей массы тяжелого воздуха атмосферы над сушей МАТ = 6,8.1018
кг необходимый уровень энергии взрывов ВВ порядка 1019 Дж, что соответствует массе
тротилового эквивалента порядка 2,5 .109 т = 2,5 .106 кт = 2,5 .103 Мт. Весьма солидная цифра!
Заметим, что ВВ широко применяются военными, а также используют в горнорудной
промышленности и других отраслях (в меньших объемах), и мировые запасы ВВ весьма
значительны - многие десятки миллионов тонн, составляя значительную часть от требуемой
мощности взрывов. Учитывая, что нет смысла использовать ВВ над территориями с
пустынями или горами, можно считать, что полностью реально использование взрывов ВВ
для очистки атмосферы городов и вокруг них, включая земли для сельского хозяйства.
Возникает вопрос о возможности использования термоядерных взрывов над сушей сразу 5 Мт мощности взрыва. Однако их использование возможно лишь над
малонаселенными землями типа пустынь, а ударная волна и другие типы энергии от взрыва
над пустыней способны лишь дополнительно выбросить в атмосферу массу песка, что просто
недопустимо. А территории суши с озерами и реками плотно заселены, и там взрывать такую
бомбу недопустимо, так как мертвые радиоактивные земли не нужны.
Таким образом, динамический способ в виде высотных взрывов обычных ВВ или
вакуумных бомб - оптимальный и реальный способ быстрого смещения тяжелого воздуха с
высоты до поверхности Земли в зону с естественными очистителями или в зону очищенного
воздуха с массой пылеудаляющей техники.
3.4. Требования к дирижаблю.
Интересный вариант - использование дирижаблей для очистки воздуха на высоте 5...20
км. Такой дирижабль, например - типа "Беркут" имеет диаметр миделя 51 м, длина
дирижабля - 204 м, при объеме оболочки 273000 м3 . Энергетические возможности
дирижабля позволяют достичь крейсерской скорости движения 40 м/с (в чистом воздухе).
Объем оболочки соответствует полезной нагрузке до 80...100 т для высоты до 10 км.
Итак, имеем площадь миделя SМИ = 2000 м2, и при скорости движения VДИ = 40 м/с
получаем идеальный захватываемый объем тяжелого воздуха WТЯ = 8 .104 м3/с, и это есть
идеальный потенциальный объем очищаемого воздуха в секунду. Для времени очистки tОЧ =
1,6 .107 с получаем потенциальный объем очищенного воздуха до 1,28 .1012 м3, что для
площади города SГО = 109 м2 это соответствует очистке слоя толщиной 1280 м. Таким образом,
для очистки слоя атмосферы в диапазоне 5...10 км необходима в идеальном варианте
непрерывная работа 5 дирижаблей над городом в течение 5...6 месяцев.
Главная проблема - отсутствие реальных устройств по очистке воздуха с такой высокой
производительностью - до 8 .104 м3/с, что в сотни раз больше производительности мощных
пылеулавливающих аппаратов. Кроме того, для такой большой высоты резко усложняется
проблема удаления пыли с дирижабля, так как здесь невозможна труба, как у аэростата.
Конечно, в традиционном варианте можно заполнить пылью какую-нибудь емкость, а затем
сбросить емкость с дирижабля (десантный парашют, для варианта тяжелой военной
техники). Однако учитывая объемы удаляемой пыли, подъемной силы дирижабля не хватит
для такого количества емкостей и парашютов при длительной работе.
Конечно, здесь возможен простейший вариант (как для привязных аэростатов) использование дирижабля в качестве носителя мощного вентилятора (винта), который
направляет поток тяжелого воздуха к поверхности.
Наиболее интересный вариант - вихревое разделение набегающего тяжелого воздуха
на два потока: первый поток - относительно чистый воздух, до 90 % от объема воздуха, с
удалением 80...95 % от массы пыли, и второй поток - воздух (до 10 % от объема набегающего
воздуха) с очень высокой концентрацией частиц пыли, до 200...300 % концентрации вместо
принимаемой расчетной концентрации 30 %. И такой очень тяжелый поток воздуха
направляют вниз в виде сконцентрированного потока с малой площадью сечения. А на
высоте остается относительно чистый воздух, с остаточной концентрацией пыли 1...5 %, что
мало влияет на прохождение солнечного излучения, будет "дымка" и ладно, вполне
допустимо. Конструктивно и физически - это очень большой циклон, на основе инерционного
разделения пыли и воздуха, без наличия емкостей для сбора пыли и парашютов и ряда иных
конструкций.
Заметим, что здесь нет отличных результатов по очистке воздуха, как у наземных
пылеулавливающих аппаратов, просто это разумный компромисс, соответствующий
современному уровню техники. Однако здесь полный простор для творчества, и если удастся
предложить более совершенный вариант такой мощнейшей установки, то это будет отлично.
Схема работы предлагаемой установки и дирижабля приведена на рис. 4.
Рис.4
1 - дирижабль; 2 - двигательная установка; 3 - вихревая установка; 4 - энергетическая
установка; 5 - разгоняющее устройство; 6 - поток тяжелого воздуха; 7 - поток чистого
воздуха; 8 - поток сконцентрированный (очень тяжелый воздух);
Для рассматриваемого примера дирижабля имеем сконцентрированный поток (очень
тяжелый воздух) с объемом ~ 0,1.WТЯ = 8 .10 м3/с, и к нему добавляется масса микрочастиц
пыли всего потока тяжелого воздуха. Для силового равновесия блока вихревой установки
оптимально соблюдать равенство количества движения истекающих потоков: чистого
воздуха со скоростью VЧИ и сконцентрированного потока со скоростью VСП. Тогда, опуская
промежуточные выкладки, получаем 0,9 .VЧИ = 0,4 .VСП. Динамика движения воздуха в
вихревой установке достаточно сложна, однако для грубой установки принимаем VЧИ = VДИ =
40 м/с, тогда получаем скорость VСП = 90 м/с. Таким образом, в разгоняющем устройстве
необходимо ускорить сконцентрированный поток до скорости VСП ~ 90 м/с, и для высоты 10
км с ее плотностью воздуха это соответствует подводу энергии к вихревой установке 45...55
МВт. Такая мощность соответствует мощной тепловой установке, с расходом до 1... 1,5 кг/с
топлива при сгорании в воздухе. Отсюда при запасе топлива на уровне 50 т имеем
длительность работы установки до 10 часов, после чего необходимо пополнить запасы
топлива на дирижабле, то есть - необходима периодическая дозаправка.
Логично для дозаправки дирижаблей использовать дополнительный дирижабль в
качестве танкера. При грузоподъемности до 100 т - типа дирижабля "Беркут", на борту только
топливо, никаких установок, этого хватит для дозаправки 2-х дирижаблей, затем танкер
спускается и забирает новые заполненные емкости (2 штуки по 50 т), потом снова
поднимается на высоту и снабжает топливом следующие дирижабли. Заметим, что в
условиях работы над городом с относительно малой площадью SГО (при неподвижном
тяжелом воздухе) цикл спуск - забор емкости с топливом - подъем и передача емкости,
достаточно мал по времени, и одного дирижабля-танкера хватит для снабжения топливом
всех 5 дирижаблей с вихревыми установками и разгоняющими устройствами.
Не вдаваясь в технические детали, заметим, что разгоняющее устройство для
сконцентрированного потока может быть различных конструкций. Это и мощный вентилятор,
пропеллер, это и винт мощного ТВД, это и вариант авиационного газотурбинного двигателя
(одноконтурного, с относительно малым ресурсом) с компрессором и турбиной, с
истечением через сопло, а также и другие конструкции.
При этом работа дирижаблей осуществляется последовательно, сначала на
максимальной высоте - на уровне 10 км, затем дирижабли постепенно спускаются, с шагом
50 м (это диаметр миделя) до высоты уровня 5 км (до зоны работы аэростатов, вертолетов).
Касаясь глобальной оценки, отметим, что для всей площади суши Земли (~ 1,5 .108 км2 )
получаем величину числа дирижаблей до 6,5 .105 штук, тогда требуемый объем газа гелия
оболочек составляет до 1,77 .105 млн. м3. Заметим, что мировая добыча гелия на уровне 50
млн. м3, что соответствует заполнению оболочек до 180 дирижаблей типа "Беркут", то есть в
реальности в случае необходимости и направления всего добываемого объема гелия на
строительство дирижаблей за один год можно создать 150...180 дирижаблей. Однако с
учетом запасов гелия у некоторых государств, вполне реально создать флот из 300... 500
дирижаблей (были бы оболочки) типа "Беркут". Это будет эффективно только в том случае,
если предварительно будет создана конструкция с вихревыми установками и разгоняющими
устройствами; или хотя бы в создании хорошей конструкции вентиляторной установки для
простейшего варианта использования дирижабля в качестве носителя вентилятора.
Принципиально такой флот дирижаблей (300...500 штук) способен за 5...6 месяцев очистить
атмосферу на высоте от 5 км до 10 км над практически всеми крупными городами развитых
стран на Земле, а потом принять активное участие в длительной работе по очистке
атмосферы вокруг городов и над сельскохозяйственными землями над остальной частью
суши.
3.5. Итоги.
Подводя итоги возможностей очистки атмосферы над сушей, подчеркнем, что на
поверхности суши Земли возможные методы очистки полностью эффективны при их
сочетании и массовом применении.
В условиях малоподвижного тяжелого воздуха реально быстрое очищение в городе
слоя атмосферы у поверхности Земли с высотой до 100 м за время до 7...10 суток. Эти
методы очистки:
- грузовики с фильтрами - парусами;
- использование высотных зданий, холмов и гор в городе для установки на них парусов фильтров, а также пылеулавливающих аппаратов;
- срочное изготовление и массовая установка различных типов существующих конструкций
пылеулавливающих аппаратов;
- использование вентиляторов, пылесосов и кондиционеров, как бытовых, так и мощных
промышленных на предприятиях;
- создание влажной атмосферы в городе, в том числе искусственного тумана;
- всасывание тяжелого воздуха через высокие трубы и очистка этого воздуха;
- использование поездов с пылеулавливающими устройствами;
- криогенные жидкости и другие физические способы;
Эти методы очень эффективны для очищения тяжелого воздуха в поверхностном слое
толщиной до 100 м, и более того - за счет использования возвышенностей и труб работают и
для очистки воздуха в слое до 500...1000 м. А для направления тяжелого воздуха из верхних
слоев атмосферы, с высоты 1...5 км, вниз к поверхности в зону очищенного воздуха (с
многочисленными пылеулавливающими устройствами всех типов) или для его
непосредственной очистки на высоте применимы:
- использование винтов вертолетов в качестве вентилятора;
- использование привязных аэростатов различных конструкций (включая фильтры);
- динамические методы, включающие высотные взрывы различных типов веществ;
- другие способы, типа сверхзвуковых полетов или использование парашютов.
Безусловно, возможны и другие методы воздействия на тяжелый воздух. Однако и
приведенные методы позволяют оценить возможности очистки "тьмы" атмосферы. В
частности, естественный спуск микрочастиц пыли может продолжаться многие-многие годы,
поэтому необходимо искусственное смещение тяжелого воздуха с высоты, и именно этот
процесс является наиболее длительным. При этом благодаря вышеприведенным методам в
зависимости от эффективности (производительности) созданной системы достаточно
реально получить время очистки до 1 месяца для слоя с высотой до 1 км для города, и время
2...6 месяцев при очистке слоя с высотой до 5 км. Наиболее сложно организовать работу на
высоте 5...10 км (и выше - при необходимости), так как здесь оптимально использование
дирижаблей со специальным оборудованием, которого сейчас нет и его надо создавать. А
сейчас практически применимы лишь динамические методы, имеющие большие
ограничения по применению в условиях города. В случае создания необходимых
дирижаблей (и флота из сотен штук) очистка слоя на высоте 5...10 км над городами (на 1
город - 6 штук дирижаблей) может занять порядка 5...6 месяцев. Заметим, что все это время
проводится работа по периодической очистке слоя воздуха у поверхности Земли от
смещаемых туда с высоты микрочастиц пыли.
Таким образом, при появлении атмосферы тяжелого воздуха в первую очередь
проводят очистку слоя воздуха над городами и вокруг них, что требует 1...6 месяцев, затем
следует этап очистки воздуха над сельскохозяйственными землями и лесами, с временем до
10...24 месяцев. И в последнюю очередь идет этап очистки воздуха над малонаселенными
участками суши в виде пустынь, тундры, горных массивов, вплоть до нескольких лет.
Итак, существующий уровень техники вполне позволяет очистить атмосферу над сушей
от микрочастиц пыли, очистить "тьму", вопрос лишь в эффективности организации работы и
предусмотрительном создании необходимых установок.
4. БИТВА
НАД
ОКЕАНОМ.
Очистка воздуха от микрочастиц пыли над океаном потенциально самая сложная
задача, так как площадь океанов составляет ~ 70 % от общей поверхности Земли. Причем в
океанах нет возможности организовать массовую очистку, так как там нет больших городов с
их промышленными потенциалами и людскими ресурсами (человечество - это сухопутная
цивилизация). Можно использовать морские суда, но их число невелико для таких
площадей. И здесь вполне возможен пассивный вариант, когда береговая защита очищает
тяжелый воздух, наползающий на берег суши со стороны океана или моря. Поэтому в таком
варианте очистка воздуха над океанами может занять многие годы.
Береговая защита опирается на города (порты) и поселки на берегах морей и
океанов, и использует те же методы, что и города на суше - грузовики с фильтрами,
привязные аэростаты, динамические методы и т.д.
Оптимальный вариант - привязной аэростат крепится на морском судне, на котором
устанавливают электрогенератор (если его нет), подающий энергию на мощный вентилятор,
гонящий тяжелый воздух на естественный очиститель - поверхность моря (океана). Число
таких аэростатов на суднах может достигать десятков - сотен штук для каждого крупного
порта, так как можно использовать любые судна - рыболовецкие, танкеры, баржи,
пассажирские (на которых обязательно есть мощные электрогенераторы), военные и т.д., и
ограничение скорее по наличию числа аэростатов и мощных вентиляторов. Эти судна с
аэростатами устанавливают вдоль береговой линии на расстоянии 1...10 км от берега, с
шагом между ними до 10 км. И это передовой рубеж защиты от тяжелого воздуха (до высоты
1...5 км), наползающего на берег.
Для больших высот - дирижабли или динамические методы (для высоты 5...15 км). А
для слоя вблизи поверхности Земли отличный вариант - использование искусственного
тумана, образующегося при испарении горячей воды в холодном воздухе.
Отличный вариант - использование сочетания привязного аэростата и искусственного
тумана. Здесь на морском судне закреплен аэростат с вентилятором, и одновременно
мощная энергетическая установка судна используется для нагрева забираемой из моря
холодной воды до высокой температуры - кипяток, вплоть до пара, которая затем
сбрасывается в холодную воду. Например, с носа судна насос качает холодную воду, а
кипяток сбрасывают с кормы судна. Учитывая достаточно малую теплопроводность воды,
вполне реально иметь 2 зоны - холодной воды (на носу судна) и горячей воды (на корме
судна). При этом испарение кипятка - горячей воды в холодном воздухе образует
искусственный туман, высотой до 10...100 м, очищающий воздух от микрочастиц пыли. А
вентилятор аэростата гонит воздух сверху на зону этого тумана, и при медленном движении
такого судна будет образовываться полоса очищенного воздуха высотой до аэростата
(производительность аналогична аэростату для города на суше).
Вдали от берега применим и варварский способ получения искусственного тумана. Для
этого на поверхность океана (моря) тонким слоем разливают нефтепродукты (керосин, мазут
и т.п.), а затем поджигают, при этом высокая температура при горении (до 1000... 2000 К)
вызывает и нагрев морской воды, вплоть до получения кипятка и пара, который поднимается
вверх, на высоту до 100 м (и более), образуя туман. Например, средний танкер на 100 тысяч
тонн нефтепродуктов выливает эту массу на воду, и после ее сгорания получаем кипяток в
поверхностном слое с массой до 10 млн. тонн (энергия горения составит до 4 .1015 Дж, для
удельной теплоты ~ 40 МДж/кг). Такой искусственный туман очистит от микрочастиц пыли
объем воздуха в ~ 2,5 .1010 м3 (при условии равенства массы кипятка воды и микрочастиц с 30
% концентрацией), и например, при толщине слоя тумана в 25 м это соответствует площади
очистки до 1000 км2 (это площадь города SГО ). Достоинства такова способа - наличие всех
элементов для реализации в больших промышленных масштабах и быстрая очистка воздуха
в слое вблизи поверхности на больших площадях. Недостаток - это варварский способ с точки
зрения экологии и организации процесса горения. Заметим, что для общей площади океанов
.
8
2
. 13
~ 3,5 10 км общая масса сжигаемых нефтепродуктов составит до 35000 млн. тонн (3,5 10
кг), что просто нереально. Поэтому этот способ не может стать основным для очистки
океанов, однако в качестве вспомогательного способа в отдельных местах (например, у
берегов нефтедобывающих стран) вполне применим и допустим.
Большие площади океанов заставляют все-таки оценить возможность использования
мощных взрывов на основе термоядерных зарядов. Для относительно умеренной мощности
взрыва в 1 Мт (в тротиловом эквиваленте) выделяемая энергия до 4 .1015 Дж. И эта энергия
обрушивается на атмосферу. Например, для сильного воздействия при средней скорости
движения атмосферы при взрыве на уровне ~ 10 м/с (сильный ветер) это соответствует
смещению и ускорению массы тяжелого воздуха до ~ 8 .1013 кг, или столба атмосферы
высотой до 25...30 км и площадью до 7000 км2, или радиус воздействия до 47 км (для
военных целей здесь радиус поражения 4... 10 км), и это будет зона сильного воздействия
на атмосферу. А для слабого воздействия достаточна скорость движения до 2 м/с (слабый
ветер), что увеличивает до 25 раз массу смещаемого тяжелого воздуха, и тогда площадь зоны
слабого воздействия растет до 25 раз, а радиус круга этой зоны до 235 км.
Таким образом, оптимально такие термоядерные взрывы проводить в атмосфере на
высоте 20...35 км над океаном. При этом ударная волна направляет тяжелый воздух вниз на
водную поверхность океана, в радиусе 50...200 км от места взрыва. Причем 10-20% энергии
взрыва выделяется в виде электромагнитного излучения, которое нагревает (под местом
взрыва) поверхностный слой воды с образованием столбов пара (искусственный туман),
мощных волн (цунами), которые также интенсивно очищают слой тяжелого воздуха над
поверхностью океана, а главное - взаимодействующие с потоком смещаемого ударной
волной столба воздуха от места взрыва. Впрочем, здесь физика взаимодействия достаточна
сложна.
Интересный вариант - использование дополнительно в качестве естественных
очистителей (помимо воды) лесных массивов. Оптимальные точки - леса у реки Амазонка
(Бразилия), леса в Сибири и Дальнем Востоке (Россия), джунгли Юго-Восточной Азии
(Вьетнам) и т.п. Тогда взрывы проводят на расстоянии 100...150 км от побережья и над
океаном (морем), что дает достаточно сильный ветер (и цунами) от движущегося на леса
потока тяжелого воздуха, но и гарантирует от воспламенения и радиационного заражения
леса.
Заметим, что для общей площади океанов при необходимости обеспечения слабого
воздействия на атмосферу (над океанами) требуется ~ 2000 взрывов термоядерных зарядов
мощностью по 1 Мт (1 мегатонна). Однако такого количества зарядов у военных всех стран
просто нет. Поэтому и этот способ не может быть основным, однако в качестве
вспомогательного способа в отдельных местах вполне применим (10...50 взрывов по всем
мировым океанам, особенно у лесных массивов).
Возвращаясь к физическим способам, напомним, что сейчас именно океаны, особенно
теплые течения, являются источником дождей, именно над ними формируются циклоны,
облака. А именно дождь является прекрасным очистителем от микрочастиц пыли. Поэтому
оптимальный способ очистки - найти кучевые облака, насыщенные влагой, и вызвать,
спровоцировать дождь с помощью химических реагентов, уже известных и применяемых для
таких целей (углекислота и т.п.).
Подчеркнем, что ключевой элемент очистки атмосферы над океаном - сохранение
теплых течений в океане с их испарением воды и формированием дождевых облаков.
Поэтому основная задача - очистить атмосферу именно над теплыми течениями, чтобы к ним
поступало солнечное излучение (для подогрева). И для этого применимы любые способы
очистки - мягкие: с использованием аэростатов и дирижаблей, включая направление
крупных морских судов с привязными аэростатами и искусственным туманом именно по
теплому течению. Здесь применимы и жесткие способы: горение слоя нефтепродуктов по
теплому течению, взрывы аэростатов с ВВ или даже взрыв термоядерного заряда. Именно
теплое течение позволяет постепенно формировать дождевые облака и при их медленном
движении в сторону от течения в этих облаках формируют условия для выпадения дождя,
например, с помощью распыления с дирижаблей (в условиях тяжелого воздуха они
надежнее самолетов) необходимых химических реагентов. И так постепенно, шаг за шагом,
вокруг теплого течения расширяется область чистого воздуха, что в свою очередь
увеличивает и площадь воды для ее испарения при нагреве солнечным излучением, что
постепенно увеличивает количество влаги в дождевых облаках для последующей очистки
новых площадей атмосферы океана.
Таким образом, у человечества нет необходимых ресурсов для прямой очистки всего
объема атмосферы над океанами - нет ни городов в океанах с их промышленными
потенциалами, нет даже энергетических ресурсов, будь то нефтепродукты для горения с
образованием искусственного тумана, нет необходимого числа и термоядерных зарядов.
Поэтому единственный реальный вариант - сформировать условия для запуска процесса
самоочищения атмосферы над океаном, используя в качестве ключевого элемента теплые
течения для формирования циклонов. Для этого люди очищают атмосферу над теплыми
течениями и на начальном этапе стимулируют выпадение дождя распылением химических
реагентов. В дальнейшем океан очищается самостоятельно за счет образования циклонов
над теплыми течениями и выпадения дождей над океаном, и именно этот процесс станет
главным для атмосферы океанов. Подчеркнем, что человечеству безразлично, за какое
время очистится вся атмосфера над океанами - за годы или десятилетия. У человечества
ресурсы лишь для очистки атмосферы над сушей, береговой защиты и ограниченного
воздействия на области океана, оптимально - с теплыми течениями. Конечно, это мощные
ресурсы, но это все-таки ограниченные ресурсы, такова реальность.
5.
ПОЛИТИКА
И
ТЕХНИЧЕСКАЯ
ПОЛИТИКА.
Безусловно, большинство политиков живет сегодняшним днем, в лучшем случае - от
выборов до выборов, и их никак не интересуют потенциальные проблемы где-то там, в
будущем. Еще часть политиков уверены в себе, в своей власти, уверены в том, что они
организуют для себя и близких людей убежища (станут "подпольщиками"), в которых они
отсидятся 10...20 лет (или даже больше), а затем эти "подпольщики" выйдут на поверхность и
начнут новую "с нуля" жизнь человечества, и этот вариант обычно отражают в книгах и кино.
Однако это будет далеко не так в реальной жизни.
5.1. Реальный вариант.
Да, в результате активизации и извержения многих вулканов происходит глобальное
мощное запыление атмосферы (в результате падения метеорита или внутренних процессов в
мантии Земли). Итог - паника, погромы, катастрофы, и в целом человеческая цивилизация
гибнет. А влиятельные политики, миллиардеры, крупные военные чины со своими близкими
и обслуживающим окружением прячутся в многочисленных убежищах (с многолетними
запасами продовольствия) в надежде переждать 10...20 лет и выйти на поверхность, когда
запыленность упадет в силу естественных причин. Вполне понятный и абсолютно реальный
вариант - вероятность 99 % для современных политиков.
Однако дальше в реальной жизни идут большие-большие отклонения от
оптимистического варианта выживания "подпольщиков".
Обычно говорят о том, что люди - это цари природы, доминируют на суше планеты
Земля. Однако при этом просто забывают, что господствующее положение в природе имеет
именно человеческая цивилизация, подчеркнем - ц и в и л и з а ц и я ! Господствующее
положение обеспечивают миллиарды людей, живущих в городах и работающих на
предприятиях промышленности, или работающих в сельском хозяйстве.
Однако природа Земли состоит из множества видов животных (человек - тоже
животное, просто более разумное). И в условиях катастрофы, развала человеческой
цивилизации главным становится приспосабливаемость видов к изменившимся условиям
среды, а вот в этом человек (изнеженный цивилизацией) отнюдь не относится к лидерам.
В переводе на бытовой язык это соответствует следующему реальному варианту
событий. Например, где-то около города Лондона в поместье живет миллиардер, который
заботливо устроил себе прекрасное убежище с отличными запасами продовольствия.
Прошло сколько-то лет, и Лондон стал городом руин, никаких банков и банковских счетов. А
вот и небо очистилось, и счастливый миллиардер - "подпольщик" вылез на солнечный свет, и
тут его ждут неприятные сюрпризы. Человечества нет (практически все - умерли), но зато
счастливого "подпольщика" ожидают полчища крыс, для которых "подпольщик" будет
желанным гостем и прекрасным блюдом, причем от крыс не откупишься золотом. Именно
крысы будут хозяевами на руинах человеческой цивилизации. Достаточно высокий разум,
уступающий лишь человеческому, причем живущие обычно в подземельях, в темноте, с
отличным ночным зрением, и для них "тьма" от запыленности атмосферы не имеет
значения. Причем крысы имеют отличное обоняние и они всеядны, и для них и сам человек -
пища, и отходы пищи от человека - тоже пища, и сейчас их сотни тысяч штук в каждом
крупном городе. Как вид крысы прекрасно организованы в стаи (семьи), с взаимовыручкой и
одновременно - слабого съедят по мере необходимости (настоящие либералы в природе).
Более того, миллиарды человеческих тел - прекрасная еда для крыс, и ей они будут
обеспечены на многие годы "тьмы".
Подчеркнем, что в условиях "тьмы", плохой освещенности из-за запыления
преимущество получают животные с отличными зрением и обонянием (особенно - ночные
охотники), будь то стаи крыс или стаи волков или стаи одичавших собак, которых будет
множество - все сотни миллионов домашних собак, которых люди перестанут кормить и
выкинут на улицу (если пожалеют своих любимцев и не решатся их убить), есть и другие
виды - и все враги людей в борьбе за выживание!
Заметим, что убежища обычно представляют в виде идеальных герметичных
конструкций, однако в реальности любое большое убежище (на сотни - тысячи человек)
имеет выходы на поверхность - это и вентиляционные каналы для всасывания и очистки
фильтрами воздуха (в убежище объем воздуха весьма ограничен), это и каналы для отвода
отходов жизнедеятельности (канализация) и т.п. Поэтому реальный вариант событий прост и
примитивен. Например, всесильный президент или премьер-министр наслаждаются жизнью
в подземном убежище вместе с близкими и окружением. Но в один день благодаря
прекрасному обонянию (а человеческое убежище так пахнет) в эти каналы проникают крысы,
а они очень любят грызть провода, и в убежище начинаются большие проблемы - гаснет свет
в тех или иных помещениях, выходит из строя оборудование, а чинить все сложнее (ресурсы,
запасы техники весьма ограничены, ведь главное - продовольствие) . А потом и естественный
финал - в каналы проникают полчища крыс и в темноте начинается охота и битва. Все будет
как в красивом голливудском кино - президент с прибором ночного видения на глазах
стреляет из автомата по крысам, выпрыгивающим из вентиляционных каналов, из
канализации, крысы падают, многие из мертвые, но часть из них лишь ранены и они бегут к
человеку, и в конце концов часть из них достигает человека, затем следует дикий крик и
радостные визги, и все ... Итог абсолютно предсказуем - всесильные президент или
премьер-министр вместе с остальными людьми будут просто съедены крысами. Что ж,
вполне логичный и предсказуемый итог безмозглой политики президентов и
премьер-министров.
Собственно, уничтожение "подпольщиков" в их больших убежищах естественно в
борьбе видов за выживание. И так будет с большинством убежищ на суше, с малыми
исключениями для убежищ где-нибудь высоко в горах или на острове среди моря (океана),
где "подпольщики" все-таки смогут уничтожить малое количество крыс на острове. Однако
города и районы вокруг них станут территориями господства крыс. Конечно, невозможно
предсказать, будут ли стаи крыс совершать походы в горы для уничтожения остатков
человечества, или они станут воспринимать людей как богов с Олимпа (как люди в греческих
мифах), позволив им исчезнуть естественным путем (болезни, ограниченный запас
медикаментов при отсутствии их источников пополнения, деградация образования и т.п.).
Подчеркнем, что в результате катастрофы вполне реально полное крушение
человеческой цивилизации (с доеданием остатков человечества в лице "подпольщиков") и
замена на новый господствующий вид (вероятность 99%, что это будут крысы). В истории
Земли периодически бывают периоды потепления и похолодания, иногда падают и крупные
космические тела с мощным влиянием на климат. Например, ледниковый период вывел на
вершину мамонтов, которые исчезли при потеплении; вспомним, что человечество
вытеснило конкурентов - неандертальцев; вспомним, что по мнению многих - человечество
по счету 4...5 цивилизация на Земле. Наконец, это исчезновение цивилизации динозавров
60...65 млн. лет назад (наиболее вероятно - от "тьмы" при падении метеорита); это и
всемирный поток на Земле многие-многие тысячелетия назад, с исчезновением многих
видов и т.п. Что ж, это называется борьбой видов в природе за выживание, и побеждает
сильнейший вид, наиболее приспособленный к новым условиям природной среды (пусть и
на относительно короткое время, достаточного для уничтожения вида). Закон естественного
отбора - в чистом виде, и ничего более, просто закон природы.
Заметим, что это будет проходить при полном нейтралитете богов или внеземных
цивилизаций, так как с их точки зрения это жесткий экзамен для человечества на зрелость и
организованность как вида (выживем как вид - будет контакт и взаимодействие, не выживем
- туда и дорога слабому виду). Собственно, почему они должны помогать трусливому сброду,
виду - не способному даже в целях выживания организоваться для защиты, хотя все
технические возможности имеются. И в случае гибели человечества для них это будет
концом слабой цивилизации, концом неудачного эксперимента на Земле. И даже если все
церкви в мире будут заполнены людьми, молящими богов о спасении - не поможет! А
отдельные группы выживших людей, "подпольщиков", просто не смогут противостоять массе
победившего вида, новой господствующей цивилизации, Печально, но факт.
Итак, человечество может остаться господствующим видом только в случае выживания
большой части человечества, хотя бы на уровне 0,1...1 млрд. человек, и сохранения основной
части промышленности (особенно - медицинской отрасли).
5.2. Наше время.
Подчеркнем, что автор выше в п.5.1 не пытается запугать политиков, просто так и
будет, и это самый реальный вариант развития событий. Однако автор понимает и
инертность мышления политиков, и если они верят, что они спасутся, став "подпольщиками"
в убежищах, то их бесполезно убеждать в обратном (согласно русской пословице "хоть кол
на голове теши", все равно не поймет и не согласится). Поэтому автор надеется лишь на
остатки здравого смысла будущих "подпольщиков", что на всякий случай они предпримут
действия по созданию систем для будущей очистки атмосферы.
Заметим, что помимо гипотетической будущей угрозы, перед политиками встает
задача и в настоящем времени по возможной очистке атмосферы. Эту задачу ставит
извержение вулканов, например, типа известного исландского вулкана весной 2010 года,
парализовавшего воздушное сообщение над Европой. Ведь достаточно было бы 2
дирижабля типа "Беркут" и несколько привязных аэростатов на морских суднах,
размещенных вблизи вулкана, чтобы очистить воздух от вулканической пыли и избавиться от
паралича воздушного сообщения. Несомненно, такие локальные (местные) загрязнения
воздуха будут возникать достаточно часто, и с ними надо как-то бороться. И такая проблема
способна заинтересовать всех политиков в проведении работ по созданию реальных
конструкций и структур по организации такой защиты. Собственно, именно такие локальные
загрязнения будут реальным полигоном для отработки конструкций и методов очистки
грязного тяжелого воздуха, с потенциальной возможностью их широкого применения в
условиях глобальной катастрофы.
Более того, после отработки таких конструкций и их успешного применения для
очистки локального загрязнения воздуха (около какого-либо вулкана) резко уменьшится
число политиков, желающих стать "подпольщиками", с тяжелой жизнью на руинах
человеческой цивилизации и сомнительными шансами победить полчища крыс. Для многих
политиков психологически более разумным и логичным будет организация массового
движения по очистке атмосферы, используя готовые конструкции и методы на основе
современной мощной промышленности.
5.3. Направления технической политики.
Первоочередная задача - в проведении комплекса опытно-конструкторских работ
(ОКР) по созданию реальных конструкций, отработке технологии их изготовления и
проведение испытаний, в частности:
- различные варианты привязных аэростатов и устройств очищающих систем, получаемые
параметры и их сравнение, возможности массового изготовления;
- создание многоцелевого дирижабля типа "Беркут", с возможными конструкциями для
очистки воздуха, создание циклонной установки с энергосистемой, с их испытаниями;
- грузовик с фильтром-парусом, в частности, определить оптимальные материалы и
конструкцию их крепления, параметры возможной производительности;
- динамические методы на основе обычных химических ВВ, в частности, доставка на
аэростате зарядов на высоту и дистанционное взрывание на большом расстоянии, по
команде с поверхности Земли; также было бы интересно взорвать вакуумную бомбу на
большой высоте (над морем) и посмотреть физические процессы.
Для организации такой работы необходима организационная структура в рамках
национальных министерств (например, по чрезвычайным ситуациям), например, создается
отдел по организации заказов на ОКР, с последующим анализом результатов ОКР и
определением необходимых дальнейших действий.
Безусловно, необходимо ориентироваться на максимально возможное использование
уже существующих устройств. Например, для привязных аэростатов есть возможность
использовать метеорологические аэростаты, однако в результате ОКР будут определены
необходимые добавочные элементы конструкции, которые позволят вместо приборов
подвесить вентилятор с электрическим кабелем. Также есть и конструкции большинства
необходимых систем - вентиляторы, автономные электрические генераторы, электрические
кабеля и т.п. Однако все это надо скомплектовать в единое целое, определить оптимальные
параметры конструкции и получаемые при испытаниях параметры (на чистом воздухе, с
моделированием на тяжелый воздух). И конечно, это лучше делать спокойно,
в условиях
мирной жизни.
И такие ОКР проводятся по всем возможным устройствам для очистки атмосферы.
Подчеркнем, что это необходимо сделать, так как есть большая разница между
потенциальными возможностями и реальностью. Например, мировая добыча гелия (главный
газ для заполнения оболочек аэростатов и дирижаблей) составляет порядка 50 млн. м 3 в год,
что достаточно для заполнения до 5000 штук аэростатов с объемом 10000 м3. Причем у
некоторых государств есть запасы гелия, то есть в случае мобилизации и использования всех
запасов гелия можно сделать десятки-сотни тысяч аэростатов плюс сотни дирижаблей,
обеспечивающих очистку атмосферы над сушей. Однако если не будут предварительно
определены все элементы конструкций, то в момент кризиса (катастрофы) придется делать
эту работу судорожно и в спешке, и для сложных конструкций типа дирижабля "Беркут"
вполне может не хватить времени на такую ОКР (особенно на циклон), и в результате их
потенциальная возможность их просто не будет использована в реальности. И конечно,
такие ОКР лучше делать спокойно и качественно (и быстро) в условиях мирной жизни.
В результате таких ОКР будет получен массив данных, с определением конкретных
марок существующих технических устройств, их количество (изготовители, годовой выпуск), а
также документация на оригинальные узлы и детали, которые необходимо будет изготовить
для обеспечения работы технических устройств, их технические параметры.
Следующий шаг - создание подразделений, которые будут заниматься эксплуатацией
таких устройств в условиях кризиса. Точнее, эти подразделения в мирное время минимальны
(скорее, это подготовка кадров, специалистов), а в условиях кризиса в случае мобилизации
эти подразделения многократно увеличивают штат и становятся главными при борьбе за
чистый воздух. А в мирное время эти подразделения запускают метеорологические
аэростаты, иногда проводят учения с привязными аэростатами. Другие подразделения в
мирное время эксплуатируют многоцелевой дирижабль типа "Беркут", осуществляя полеты
с разными целями, будь то доставка на большую высоту аэростатической платформы, или
использование в качестве пожарных для доставки воды (до 100 т) к месту пожара и т.п.
работы. Однако при этом на складах этих подразделений будут лежать оригинальные узлы и
конструкции, позволяющие быстро переоборудовать метеорологические аэростаты в
привязные аэростаты, с вентиляторами и электрическими кабелями, подключенными к
автономному электрогенератору. А на других складах будет лежать оборудование,
используемое для очистки при использовании дирижаблей. И так делают для каждого
способа очистки. Причем хранение лишь оригинальных узлов и конструкций резко снижает
объемы складов и затраты на их хранение. А сами подразделения вполне окупают себя за
счет запусков аэростатов, дирижаблей и т.п. услуг. Безусловно, достаточно сложная задача по
определению ведомственной принадлежности этих подразделений. Для авиации эти
аэростаты и дирижабли давно пройденный этап развития, для военных они просто
неинтересны. Поэтому остается министерство по чрезвычайным ситуациям, или создание
отдельного комитета по воздухоплаванию. Впрочем, именно этот вопрос полностью зависит
от политиков (пусть у них голова и болит).
Таким образом, вполне реально за 2...4 года провести ОКР по созданию таких систем
очистки, а затем создать и подразделения по эксплуатации этих систем.
5.4. Вывод.
Заметим, что между потенциальными возможностями и реальностью весьма большая
разница. Однако в случае политической воли и предусмотрительного проведения ОКР, а
затем создания запасов оригинальных узлов и конструкций, такие страны получают высокую
вероятность спасения своих народом после природного кризиса. К странам с большим
потенциалом по промышленным возможностям, высокому уровню технологий и людским
ресурсам относятся большинство промышленно развитых стран, таких, как Европейский Союз
(отличные потенциальные шансы на выживание), Япония (если не смоет цунами), США,
Китай и ряд других стран.
Подчеркнем, что современный уровень техники гарантирует создание необходимых
технических устройств для проведения очистки атмосферы. Вопрос лишь в возможности
организации человеческой цивилизации, ее способности адекватно ответить (организовать
сопротивление) на прямую угрозу катастрофы и уничтожения человечества.
П Р И Л О Ж Е Н И Е.
Предисловие.
Коротко рассмотрим некоторые варианты борьбы с астероидами и кометами (далее
иноземные тела - ИТ). Среди различных вариантов борьбы с ИТ преобладают космические
варианты, связанные с выводом на орбиту Земли различных космических аппаратов (далее КА), которые затем доставляют на ИТ какие-либо устройства на воздействия на ИТ. К ним
относят и ядерные заряды с последующим их взрывом, это и доставка двигателей на ИТ,
которые при их работе изменят траекторию движения ИТ; это и доставка на поверхность ИТ
различных веществ для изменения отражения поверхности (альбедо) ИТ и изменения силы
воздействия от солнечного излучения, что приводит к изменению траектории движения ИТ;
это и организация прямого столкновения КА с ИТ с выделением энергии столкновения
(большое кинетическое оружие) и т.п. Однако все эти проекты сейчас практически нереальны
в связи с убогим уровнем ракетной и космической техники, прежде всего - для вывода на
орбиту крупных и тяжелых КА.
К сожалению, созданная в конце 80-х годов мощная система "Буран-Энергия",
позволявшая выводить на орбиту до 100 т полезной нагрузки, была уничтожена
совместными усилиями президентов СССР (М. Горбачев) и России (Б. Ельцин). А
последующая деградация российской космической отрасли уже не позволяет сейчас снова
изготовить такую систему. Сейчас нет мощных ракет и у других стран мира. И даже США вряд
ли смогут быстро восстановить мощную систему "Аполлон - Сатурн-5". И реальный уровень
выводимых на орбиту грузов 5...15 т, что явно недостаточно для организации экспедиции к
ИТ, тем более - на основе существующих химических ракетных двигателей. А создание
заново такой мощной системы требует большого времени, до 10 -15 лет, не говоря уж о
соответствующих затратах. Более того, такие ИТ с высокой скоростью полета требуют и
аналогичного уровня скорости и маневренности у КА, что просто недостижимо для
современных химических двигателей, особенно в случае необходимости перехвата ИТ за 7...
15 суток до столкновения с Землей (для варианта позднего обнаружения ИТ).
Таким образом, вариант осуществления экспедиции на КА к ИТ для его уничтожения
далеко от Земли практически неосуществим в ближайшие десятилетия, особенно для
варианта позднего обнаружения ИТ.
Подчеркнем, что идеальный вариант - смещение траектории движения ИТ с уходом от
столкновения с Землей. Однако этот идеал весьма трудно осуществить, поэтому главной
задачей борьбы с ИТ является недопущение сверхмощного концентрированного удара ИТ на
поверхность суши или на дно океана Земли. Именно такой концентрированный удар
способен вызвать разлом тектонической плиты или катастрофическое воздействие на дно
океана (с гигантскими цунами, пробуждением сотен мощных вулканов и прочими
проблемами).
Меньшее зло - достижение поверхности Земли роя мелких осколков ИТ в виде
огненного дождя на достаточно большой поверхности Земли. Иначе, лучше иметь 10000
осколков по 100 т, чем иметь один концентрированный удар от ИТ массой 10 6 т = 1 млн. тонн.
При этом последствия от дождя осколков (даже при одинаковой общей массе с крупным
начальным ИТ) будут намного меньше (да - пожары, да -небольшие землетрясения, это
можно пережить), чем в случае сверхмощного концентрированного удара.
Таким образом, возникает задача уничтожения крупного ИТ с получением дождя
мелких осколков с помощью наземной и околоземной техники.
1. БИТВА
В
АТМОСФЕРЕ.
К сожалению, сейчас наиболее реальный способ борьбы с ИТ - это термоядерные
взрывы в земной атмосфере. Главная задача - не допустить концентрированного удара ИТ. И
здесь возникает выбор между гибелью человечества и радиоактивным загрязнением части
среды, и что здесь является меньшим злом. Подчеркнем, что человечество проводило
испытания термоядерных бомб, и спокойно их пережило.
Для реализации такого способа оптимально использование 2...5 одновременных
термоядерных взрывов вокруг ИТ, с образованием ударных волн термоядерной плазмы
высоких плотности и температуры, с высоким давлением. При этом получаем мощнейший
поток давления и энергии термоядерной плазмы взрыва и нагретого воздуха, вызывающие
разлом ИТ на осколки. Причем здесь имеем взаимодействие ударных волн от движения
самого ИТ в атмосфере и ударных волн термоядерных взрывов.
Отметим, что для ИТ с массой МИТ = 4 млн. тонн и VИТ = 20 км/с имеем кинетическую
энергию WИТ = 8 .1017 Дж (~ 200 Мт в тротиловом эквиваленте), поэтому для эффективного
воздействия на ИТ необходим общий уровень от всех взрывов от 10 Мт. Отметим, что
мощности 10 Мт соответствует энергия взрыва до 4 .1016 Дж, что достаточно для прямого
испарения в пар вещества ИТ типа воды с массой ~ 1 млн. тонн (из 4 млн. т для ИТ) и вполне
достаточно для развала крупного ИТ.
Здесь систему взрывов производят на высоте 1...7 км, при оптимальной высоте 1...3 км,
что соответствует атмосфере с высокой плотностью, позволяя увеличить эффект ударной
волны от взрывов за счет нагрева до высокой температуры воздуха, также атмосфера после
взрыва превращается в область высокого давления (имеем горящую плотную атмосферу),
влияющую на движение осколков ИТ. Для организации такой системы в ожидаемый район
падения ИТ на высоту 1...7 км выводят порядка 10 дирижаблей небольшой
грузоподъемности, достаточной для размещения по одной термоядерной бомбе по 1 Мт. Эти
дирижабли должны иметь мощные двигатели, обеспечивающие их относительно быстрое
перемещение в случае маневрирования по мере все более точного определения траектории
падения ИТ. Сами дирижабли могут находиться и на одной высоте (оптимально 1... 3 км) или
на разных высотах, что дает более сложный профиль ударной воздушной волны при взрывах.
При этом дирижабли располагают на расстоянии 2...10 км друг от друга на площади с
диаметром до 100 км, а главное требование - одновременный взрыв всех бомб, иначе поток
энергии от преждевременно взорванной бомбы испарит другие ближайшие дирижабли.
Общий взрыв осуществляют при приближении ударной волны от ИТ на расстояние до 1 км к
какому-либо дирижаблю. Такие дирижабли должны иметь надежную автоматическую
систему управления (многократное дублирование) для их управления с поверхности Земли, и
это вполне понятно, так как человек на таких дирижаблях на последней стадии полета смертник, никаких
шансов на выживание. Такие дирижабли с экипажами могут
находиться в предполагаемом районе недели, с их постепенной корректировкой положения,
а после появления ИТ вблизи Земли эти дирижабли переводят на автоматическую систему
управления и экипажи эвакуируют (например, легкими самолетами). Система дирижаблей
очень эффективна в случае ожидаемого района падения ИТ в области океана или больших по
площади морей, так как дирижабли могут находиться в воздухе многие недели в любом
районе над поверхностью Земли (в отличие от самолетов с их ограниченными
возможностями).
Однако наиболее простой вариант - использование стратегических бомбардировщиков
(в общем случае - тяжелых транспортных самолетов), барражирующих в ожидаемом районе
падения ИТ на высоте 3...8 км, в том числе с дозаправкой топливом в воздухе. При этом
каждый самолет несет по одной термоядерной бомбе мощностью 1...5 Мт. А система из этих
самолетов образует "коробочку" (как и для системы дирижаблей), согласно рис. 5.
Рис. 5.:
1 - дирижабли или самолеты;
2 - падающее тело:
Здесь самолеты атакуют с 4-х сторон ИТ с одновременным взрывом (при достижении
одного из самолетов ударной волны от ИТ) 4-х термоядерных бомб на расстоянии от 1 км до
5 км от ИТ, образуя мощнейшую пространственную ударную волну (систему волн) на ИТ,
круша его структуру на рой мелких осколков. Мощность каждой бомбы определяется
ожидаемой массой ИТ, и для ИТ с диаметром до 100 м достаточно мощности по 1 Мт, а для
ИТ с диаметром до 1000 м необходима мощность по 5 Мт. Подчеркнем, что ИТ - это все-таки
природные тела, и даже каменные глыбы ИТ - это все-таки не танковая броня, и мощные
ударные волны вполне разрушат крупный каменный астероид, не говоря уж о ледяных
глыбах любой массы. Здесь в режиме ожидания самолеты барражируют по кругу и при
появлении ИТ вдали (в сотнях километров) от самолетов экипаж самолета быстро покидает
самолет, направив его на автопилоте к ИТ (наведение с помощью теплового прицела и т.п.).
Для повышения надежности уничтожения ИТ такие группировки по 4 - 5 самолетов
барражируют в 2 - 3 районах на расстоянии порядка 300...500 км друг от друга.
Единственное требование к этим группировкам самолетов - их районы барражирования не
должны проходить над крупными городами, точнее, быть над малонаселенными
территориями, будь то леса, пустыни, поля, горы и т.п.
Такой способ борьбы с ИТ вполне обеспечивает эффективное дробление крупных ИТ на
рой мелких осколков, с выпадением огненного дождя на площади с диаметром в десятки
километров, образуя здесь выжженную пустыню, а также возможное выпадение
радиоактивных осадков, но человечество это спокойно это переживет (гуманитарная помощь
пострадавшим районам, строительство и т.п. действия).
Возможен и вариант атаки ИТ межконтинентальными баллистическими ракетами на
высоте 50...200 км от поверхности Земли. Заметим, что и здесь оптимально использование
"коробочки" из 3 - 4 взрывов термоядерных бомб на этих ракетах. Однако для таких ракет
достаточно сложно организовать такую систему, да еще с одновременным взрывом, поэтому
достаточно и серии одиночных термоядерных взрывов на траектории движения ИТ с целью
его дробления. Правда, для таких тяжелых ракет сложно попасть и в район ИТ, так как они
имеют ограниченные возможности по маневрированию в пространстве и нет систем
прицеливания по космическим целям (им сейчас это просто не нужно), поэтому сейчас это
скорее потенциальная возможность удара по ИТ, и нужна модернизация этих ракет для
получения такой возможности полета.
Такие способы требуют международного сотрудничества с целью обеспечения защиты
всей поверхности Земли, будь то территория океана, необитаемого острова или любой
страны, в том числе и относительно слаборазвитой в области вооружений. Поэтому
необходимо международное сотрудничество (лучше - под эгидой ООН), в том числе в рамках
международной организации, объединяющей усилия стран, имеющих термоядерные бомбы,
со странами, понимающими необходимость защиты планеты от ИТ. В идеале - необходим
международный договор, подписанный странами ООН, и обязательно - всеми странами,
имеющими термоядерное оружие.
2. БИТВА В КОСМОСЕ.
2.1. Ближний космос.
Коротко рассмотрим некоторые возможные технические идеи.
Борьба с ИТ в ближнем космосе проводится с помощью системы космических
аппаратов (КА), располагаемых на орбите вокруг Земли на высоте 300...1000 км.
Подчеркнем, что космическая техника - весьма дорога, и поэтому бессмысленно
создавать специально космическую технику для борьбы с ИТ, которая может понадобиться
через десятки лет. Поэтому сейчас речь идет только о космической технике двойного
назначения, где главным служит использование КА в обычной работе, однако в случае
необходимости такие КА станут оружием против ИТ.
Оптимальный вариант - создание группировки из 3...10 многоразовых
межорбитальных грузовых кораблей, или сокращенно - межорбитальных буксиров (МОБ).
Эти МОБ в обычное время используют для транспортировки грузов - КА на высокие орбиты
(вплоть до стационарной орбиты) или иных операций. Причем эти МОБ должен иметь
высокое ускорение и большую маневренность на орбите, пусть и на ограниченное время, что
позволит достаточно быстро направить МОБ на приближающееся ИТ, когда астрономические
наблюдения позволят с высокой вероятностью (от 50% и выше) определить возможность
столкновения ИТ с Землей.
Эти требования сразу исключают МОБ с убогими ЭРД, имеющими ускорение на
уровне 1 мм/с2=10-3 м/с2, позволяющие осуществить перелет МОБ на высокую орбиту за
100...140 сут.
Однако это вряд ли могут быть и химические двигатели, которые
обеспечивают большие силы тяги и ускорение, однако имеют достаточно низкий удельный
импульс. Таким образом, из уже существующих двигателей оптимальным вариантом будет
советско-российский ядерный ракетный двигатель (ЯРД), уже доведенный до стадии
испытаний. Тогда оптимальный вариант МОБ - с использованием ЯРД, который в обычной
работе обслуживает потребности космонавтики. Однако должен быть предусмотрен и
режим взрыва реактора ЯРД, который служит для воздействия на ИТ при столкновении с ним
МОБ с ЯРД. Еще одно дополнительное требование - высокопрочная оболочка корпуса (в
виде конуса, как у ракет), по крайней мере - в одном направлении.
Отметим фактор физического принципа относительности движения. Иначе, при
лобовом столкновении ИТ с МОБ можно считать, что ИТ движется со скоростью ~ 20 км/с, а
можно утверждать, что это именно МОБ со скоростью ~ 20 км/с падает на ИТ. И для массы
МОБ в 20 т = 2 .104 кг это соответствует выделению кинетической энергии в 4 .1012 Дж, что по
энергии соответствует взрыву 1000 т тротила (1 кт). Причем МОБ - это и небольшое по
габаритам тело из высокопрочных материалов (фактически - аналог бронебойного снаряда),
и прочность конструкции МОБ значительно выше даже по сравнению с каменными глыбами
ИТ, не говоря уж о ледяных или газовых телах ИТ. Поэтому при столкновении (оптимально лобовом) получаем весьма концентрированный удар по небольшой площади поверхности
ИТ, с глубоким проникновением МОБ внутрь тела ИТ.
Оценим необходимые параметры атаки МОБ на ИТ. Рассмотрим ИТ в виде шара с
диаметром 200 м изо льда и массой МИТ = 4 млн. тонн. Для воды необходимая энергия для
плавления и нагрева для пара с температурой до ~ 200 С = 473 К составляет W1 ~ 3,2 .106
Дж/кг, тогда энергия 4 .1012 Дж соответствует нагреву льда с массой ~ 1300 т. Тогда на пути в
теле ИТ "снаряда" в виде МОБ образуется область высокого давления из нагретого пара с
массой ~ 6,5 т пара воды на 1 м длины пути МОБ (для диаметра ИТ в 200 м) и по всей длине
по ИТ. Таким образом, на пути МОБ в теле ИТ возникает область внутреннего давления пара
ИТ, которая разорвет изнутри ИТ. А добавка мощного ядерного взрыва от реактора ЯРД на
МОБ, с мощностью взрыва до 10...100 кт окончательно разорвет ИТ на отдельные куски
малых размеров.
Безусловно, возможен и вариант экстренной доставки с Земли на МОБ термоядерных
бомб мощностью 1...5 Мт, оснастив ими до 5 штук МОБ. Это делается только в случае, когда
приближающееся ИТ относится к крупным телам с диаметром 500 м и более. При этом эту
группу МОБ направляют к ожидаемой траектории ИТ для организации лобового
столкновения одного из них с ИТ и получения мощного термоядерного взрыва, а затем
получившиеся крупные осколки ИТ атакуют другие МОБ с организацией взрывов на этих
осколках.
Отметим, что при лобовом столкновении с ИТ большое значение имеет масса КА,
например, масса в 100 т дает выделение энергии до 5 кт (аналогично атомному взрыву
малой мощности). В связи в этим интересна возможность использования космического
мусора. Дело в том, что одним из ближайших и вынужденных направлений в космической
технике является чистка околоземного пространства от мусора - остатков ракет и
отслуживших КА, и этого мусора стало очевидно слишком много. И в планах работ
предлагается собирать этот мусор и отправлять в атмосферу Земли, где этот мусор будет
сгорать. Однако здесь предлагается собирать этот мусор и отправлять его наверх, на высокую
орбиту, 500...1000 км, где этот мусор помещают внутрь цилиндрического корпуса
(диаметром 5...6 м), с усиленным конусом на одной стороне цилиндра. Причем сбор
мусора и его отправку на высокую орбиту осуществляют с помощью МОБ с ЯРД (мирное
использование в обычное время). При этом на высокой орбите получают мусорный КА
(цилиндр, внутри которого закреплен мусор) с массой до 100 т, а в дальнейшем - и до 2...5
мусорных КА на разных орбитах (с разным наклонением), и высокая орбита обеспечит их
длительное существование - до сотен лет. Кстати, после вывода из эксплуатации и
международной космической станции (МКС) оптимально и эту МКС поднять на высокую
орбиту, используя в качестве мусорного КА, или, что намного интереснее - в качестве
туристического центра. Иначе - все вышедшие из эксплуатации КА отправлять на высокую
орбиту и комплектовать из них мусорные КА с массой порядка 100 т.
При необходимости астрономы определяют ожидаемую траекторию движения ИТ,
после чего определяют и мусорный КА, который по своей орбите оптимален для
столкновения с ИТ. Для этого к мусорному КА направляют ближайшие МОБ с ЯРД,
состыковывают их, затем мусорный КА с помощью МОБ (1...3 штук) направляют к месту
столкновения с ИТ. При этом получаем мощный концентрированный механический удар со
стороны мусорного КА, и учитывая прочность ударного конуса цилиндра малого диаметра,
до 5...6 м (фактически это аналог бронебойного снаряда), получаем область высокого
давления и выделения энергии до 5 кт, разрывающие тело ИТ. А затем в эту область
вторгаются и МОБ с ЯРД (1...3 штуки), которые наносят дополнительные удары по крупным
осколкам ИТ, а главное - осуществляют ядерные взрывы своих реакторов ЯРД. Конечно, в
случае необходимости для атаки крупных ИТ на МОБ устанавливают и термоядерные бомбы.
Таким образом, система из МОБ с ЯРД вполне обеспечит и нормальную работу по
транспортировке КА на высокие орбиты, по сбору мусора в околоземном пространстве и
будет служить для предварительного ускорения межпланетных КА, и решения других задач.
Однако в случае необходимости такие МОБ с ЯРД станут и защитой для Земли от
столкновения с ИТ, определяя рубеж защиты в 500...1000 км от Земли. Именно такая техника
двойного назначения наиболее оптимальна для современного уровня космической техники.
2.2. Дальний космос.
Безусловно, существует целый ряд проектов посылки КА к ИТ в дальнем космосе, на
расстоянии в сотни тысяч - миллионы километров от Земли для их встречи и организации
различных видов воздействия на ИТ, и в принципе это достаточно реально (особенно, если
ИТ ожидаемо за годы до встречи). Однако автор (ну-да, еретик) все-таки со скептицизмом
относится к таким проектам, учитывая скорость ИТ до 20...40 км/с и низкий уровень скорости
ползущих КА, то есть весьма вероятна ошибка в организации (автоматической для КА, из-за
сбоев и т.п. ошибок) траектории КА на больших расстояниях от Земли, а исправить ошибку и
догнать ИТ невозможно. В принципе иметь такие проекты надо, но рискованно и глупо
опираться только на них.
Возникает вопрос о воздействии на ИТ на больших расстояниях. Учитывая жалкое и
убогое состояние космического двигателестроения, не способного создать КА на уровень
скорости ИТ и при необходимости догнать и перегнать это ИТ, нет смысла ориентироваться
только на высокорисковый вариант с КА.
Необходимы физические методы воздействия на ИТ.
Известен проект создания солнечной космической электростанции (КСЭС) на
стационарной орбите (высота до 36000 км) на уровень мощности 1 ГВт и передача энергии на
поверхность Земли, при этом масса КСЭС порядка 25000 тонн. Автор (ну-да, еретик) со
скептицизмом относится к этому проекту, считая бессмысленным создание такого монстра
из-за мощности, достижимой с меньшими затратами на Земле другими возможными
способами (солнечные электростанции в пустынях, и т. п.).
Однако быстрейшее создание космической электростанции на уровень 100 МВт и
больше является обязательным шагом в развитии космической техники. Такая мощная
электростанция на основе ядерных реакторов (например, 4 блока по 25 МВт) имеет массу ~
200 т, или КСЭС на высоте 3000...4000 км на 100 МВт и массой ~ 2000 т.
Причем ядерная электростанция на 100 МВт имеет целый ряд возможных применений в
космической технике. Это и источник энергопитания двигателей межпланетных КА,
это и источник энергопитания для получения мощных плазменных потоков и их воздействия
на магнитное поле ускоряемых межпланетных КА (способ ускорения КА внешним потоком
плазмы от космической станции на околоземной орбите) и т.п.
Здесь автор имеет в виду другой проект - использование такого энергопитания для
получения антивещества (антипротонов и позитронов), включающую систему ускорителей
(согласно [5]). Оценка такой системы ускорителей дает массу ~ 100 т, и общая масса такой
системы с электростанцией на уровне 300...350 т. При этом обычная работа такой системы
ускорителей дает поток релятивистских частиц (РЧ) для последующего получения в мишенях
античастиц и их накопления и удержания.
Однако в случае чрезвычайных обстоятельств эта система ускорителей вместо
мишеней направляет поток релятивистских частиц (смеси протонов и электронов) на ИТ,
причем на дальнем расстоянии от Земли.
Рассмотрим ИТ в виде шара с диаметром 200 м изо льда (воды) с массой МИТ = 4 млн.
тонн. Для воды Н2О необходимая энергия для плавления, кипения и нагрева до пара с
температурой ~ 200 С = 473 К составляет W1 ~ 3,2 .106 Дж/кг. Тогда мощность РЧ WРЧ = 100
МВт при средней эффективности  ~ 0,65 = 65% (  от 95% вблизи Земли и до 20...30%
вдали от Земли, в среднем 
~ 60 - 65%) обеспечивает нагрев льда с массой до 20 кг/с, то
есть происходит переход льда в пар и его испарение с поверхности ИТ. Таким образом, под
воздействием потока РЧ и времени воздействия ~ 106 с = 12,5 сут (примерно с расстояния
20 млн. км от Земли) имеем общую массу испаряемого вещества в виде водяного пара в 2
~
.107 кг = 0,02 млн. тонн (из общей массы 4 млн. т). При этом с высокой вероятностью
происходит дробление тела ИТ из-за внутренних напряжений при нагреве. Отметим и другой
фактор: так истекающий с поверхности водяной пар - это примитивный реактивный
двигатель, и для скорости истечения пара ~ 200 м/с для массы ~ 20 кг/с получаем силу
тяги на ИТ ~ 4 .103 Н, причем эта сила однозначно замедляет ИТ. Для выбранных
параметров получаем замедляющее среднее ускорение ~ 10-6 м/с2 и за время 106 с
замедление скорости ИТ на ~ 1 м/с дает опоздание ИТ на 500 км или на ~ 25 сек к
ожидавшемуся месту столкновения ИТ с Землей, и за это время Земля улетит на ~ 750 км от
такого места столкновения, что повышает вероятность ухода Земли из-под удара ИТ.
Вполне понятно, что одновременное применение нескольких потоков РЧ полностью
ликвидирует угрозу со стороны ИТ за счет разрушения ИТ на мелкие осколки из-за
внутренних напряжений и испарения значительной части массы с замедлением ИТ.
Безусловно, такие мощные ядерные электростанции с системой ускорителей в случае
крайней необходимости можно использовать в ближнем космосе для лобового
столкновения с крупным ИТ, имеющим диаметр до 5...10 км. При этом энергия столкновения
300 т станции соответствует взрыву до 15 кт, плюс взрыв мощного ядерного реактора с
мощностью взрыва до 10 Мт.
Однако в более далекой перспективе проблема крупных ИТ (до 10 км) полностью
решится за счет реализации известных проектов. Например, накопление антивещества за
3...6 месяцев работы электростанции на 100 МВт и системой ускорителей позволит создать
бомбу, при взрыве которой разнесет на куски крупное ИТ. Также отметим и
проект
релятивистского аккумулятора энергии, на уровень 1015 ...1016 Дж, на базе использования
ядерной электростанции 100 МВт и более, при этом в случае направления такого
аккумулятора энергии на ИТ взрыв разнесет на куски крупное ИТ.
3.
ЭКЗОТИКА
Коротко рассмотрим экзотические угрозы планете Земля и возможности
противодействия эти угрозам.
3.1. Магнитное поле Земли.
Одна из потенциальных угроз жизни на Земле - процесс падения величины магнитного
поля, вплоть до полного исчезновения в процессе смены магнитных полюсов Земли.
Заметим, что после смены магнитных полюсов жизнь на Земле постепенно вернется к норме
(эта смена происходит не первый раз в истории планеты). Однако возможен период
нестабильности, когда слабое или отсутствующее магнитное поле никак не мешает
бомбардировке поверхности Земли потоками высокоэнергетических частиц типа солнечной
плазме или космических лучей. И эти процессы приведут к очень неприятным последствиям
для жизни на поверхности суши Земли. А это человечеству надо?
Главный вопрос - время периода нестабильности, и если это время составит часы-сутки недели, то проблемы просто нет. За это короткое время особого вреда природе не будет
нанесено, да - будут "раны" и повреждения, но природа со временем эти "раны" залечит. А
основная часть человечества спокойно отсидится в пещерах, бомбоубежищах, тоннелях
метрополитенов, подвалах зданий и т.п.
Однако для варианта, когда время нестабильности составит многие годы и даже
столетия (как философствуют пессимисты), это будет проблемой для природы и самого
человечества. И здесь придется людям шевелиться, создавая защитные магнитные системы
для природы и человечества. Отсюда вполне логичный вопрос - возможно ли создание
искусственного магнитного поля системой магнитов на поверхности суши Земли?
Площадь поверхности Земли SЗ = 5,1 .108 км2, из них площадь суши SЗС = 1,6 .108 км2
(остальное - океаны и моря). Для оценки принимаем защищаемую площадь суши SЗС =
1,5
.108 км2 = 1,5 .1014 м2, остальное - не защищается (часть гор, пустыней и т.п.). Магнитное поле
Земли имеет напряженность поля НМЗ ~ 50 А/м (у магнитных полюсов), что соответствует
плотности энергии однородного магнитного поля (энергия в единице объема)
wМ= 1,57
.10-3
Дж/м3 .
Отметим, что мировое производство электроэнергии за 1 год WЭ на уровне 1020 Дж,
что соответствует мощности до 3000 ГВт. Безусловно, здесь возникает вопрос об
используемых материалах для создания магнитного поля.
Для сверхпроводящих материалов имеем длительное время хранения (вплоть до
многих лет) электроэнергии в магнитах, при этом эта энергия практически полностью
переходит в энергию постоянного магнитного поля. Тогда для сверхпроводящих магнитов
получаем идеальную плотность энергии искусственного магнитного поля:
qМИ = WЭ/ SЗС
(3.1)
и для WЭ = 1020 Дж и SЗС = 1,5 .1014 м2 имеем qМИ = 6,7 .105 Дж/м2. Отсюда получаем
идеальную теоретическую высоту hПИ однородного поля с НМЗ = 50 А/м равной:
hПИ = qМИ /wМ
(3.2)
и для qМИ = 6,7 .105 Дж/м2 и wМ= 1,57 .10-3 Дж/м3 получаем hПИ ~ 4 .108 м = 4 .105 км, что
даже больше в несколько раз радиуса магнитосферы Земли. Таким образом, для варианта со
сверхпроводящими магнитами даже 10 % вырабатываемой электроэнергии вполне хватит
для создания искусственного постоянного магнитного поля, по своей энергии эквивалентного
земному магнитному полю.
Однако это в теории, а в реальности есть большие проблемы. Для оценки возьмем
проект большого диффузора с радиусом магнита (кольца) до 1 км и полем НМ = 104 А/м, где
напряженность ~ 50 А/м достигается на расстоянии ~ 5,8 км от оси диффузора (проект автора
для лунной базы). И такое магнитное поле диффузора толщиной в десятки километров
практически исключает попадание солнечной плазмы в радиусе защиты до 20...30 км и
защищаемой площадью до 1200 км2. При этом такой магнит имеет
источник
.
3
электропитания до 50 кВт и массе сверхпроводника до 22,5 10 кг, при общей массе магнита
до 80 т. Поэтому для суши с SЗС необходимо до 1,2 .105 таких магнитов, с общей массой
сверхпроводящих материалов до 2,5 млн. тонн, а такого количества этих материалов просто
нет, так как объем производства сверхпроводящих материалов достаточно малый, и этого
производства хватит лишь для защиты нескольких мегаполисов.
Поэтому основным в силу наличия массового производства становится использование
магнитов с медными и алюминиевыми проводами. Однако для таких проводов основная
часть электрической энергии переходит в тепловую из-за электрического сопротивления
проводов. И поэтому необходим постоянный подвод электроэнергии, что на многие порядки
снижает возможности получения магнитного поля. Например, минимальный уровень
энергии магнитного поля соответствует мощности 3 .1012 Вт, тогда используя зависимости
(3.1) и (3.2), получаем qМИ = 2 .10-2 Дж/м2 , и для wМ= 1,57 .10-3 Дж/м3 имеем hПИ ~ 12
м, что очевидно мало для нормальной магнитной защиты.
Таким образом, главным становится использование ферромагнитных сердечников в
таких магнитах, используя магнитную проницаемость 10...1000 для разных ферромагнитных
материалов. Это позволяет на порядки увеличить магнитное поле при тех же затратах
энергии, и соответственно увеличить высоту магнитного поля до уровня 1...20 км, что
нормально для магнитной защиты. Отметим, что реальная величина поля до 50 А/м у
магнитных полюсов, а на экваторе - до 27 А/м, причем на высоте над поверхностью суши
земное магнитное поле также значительно падает, поэтому идеальная высота hПИ ~ 5...10 км с
энергией для расчетного поля 50 А/м достаточно близко приближается по энергии к
современному земному магнитному полю. К счастью, современная электротехника широко
использует ферромагнитные материалы в электрических машинах, поэтому производство
таких материалов составляет миллионы тонн в год. Более того, в случае необходимости
можно использовать и относительно слабые ферромагнитные материалы типа
автомобильных сталей. Подчеркнем, что масштабность задачи и энергий требует и
масштабных решений.
Например, использование магнитных гор из магнитных аномалий, из которых сейчас и
добывают железную руду. Здесь вокруг горы прокладывают электрический кабель с
возможностью протекания тока в 500 - 900 А (как в существующих линиях электропередач).
При этом намагничивание ферромагнитного материала горы обеспечивает получение
магнитного поля до 0,1 Тл в таком своеобразном магните, и в сочетании с большим
диаметром горы - до 1- 2 км получаем магнитную защиту суши с диаметром до 50...100 км
вокруг горы.
Для обычной равнины необходимо изготавливать соленоиды с ферромагнитными
сердечниками. При этом масштабность задачи - изготовление соленоидов с диаметром в
сотни-тысячи метров - требует простейшей конструкции сердечников. Конечно, здесь
возможен и вариант тщательного изготовления сердечника с оптимизацией конструкции для
получения поля до уровня 1 - 2 Тл. Однако наиболее прост вариант с минимальной
трудоемкостью - для получения сердечника просто кладут в кучу все подряд - пластины,
трубы и т.п. изделия из электротехнической стали и даже просто обычное железо. И эту кучу
с диаметром до 1 км (и более) просто обматывают электрическими кабелями, с
возможностью протекания в них тока в 500 - 900 А. Такой простейший ферромагнитный
сердечник позволяет получить магнитное поле до 0,1 ...1 Тл и радиусом защиты в сотни
километров.
Отсюда следует даже забавный вариант создания магнитной защиты. Вокруг свалок
автомобильной техники (в основе - это сталь) прокладывают кабель и пропускают
электрический ток. При этом такой забавный соленоид вполне способен обеспечить
магнитную защиту в радиусе до 10 км вокруг этой свалки.
Таким образом, имеем систему множества магнитных полей, которая сливается в
общую магнитную защиту обитаемой суши. При этом падающие потоки солнечной плазмы и
частиц этой общей магнитной защитой сбрасываются в незащищаемые территории суши
(пустыни, горы и т.п.) или в океаны и моря. К сожалению, человечество - это сухопутная
цивилизация, которая не может защитить территории океанов и морей. В лучшем случае
возможна лишь защита прибрежной зоны у берегов, это достаточно печально, но такова
реальность. Однако заметим, что толща воды является прекрасной защитой от частиц,
поэтому основная часть глубоководных видов (рыбы и т.п.) выживет и без наличия
магнитной защиты.
Итак, уровень производства электрической энергии человечеством в сочетании с
уровнем производства электротехнических материалов (сверхпроводников, ферромагнитных
материалов, электрических кабелей) позволяет полностью обеспечить магнитную защиту
практически всех городов (где есть мощное энергопотребление) и основной части суши. Это
гарантирует сохранение основной части природы и возможность длительной работы
сельскохозяйственного производства в условиях отсутствия естественного магнитного поля
Земли. Вопрос лишь в политической воле и организации столь масштабной работы.
3.2. Столкновение планет.
Коротко рассмотрим весьма экзотический вариант - необходимость ухода Земли от
столкновения с другими планетами (в качестве гимнастики для умственного развития), и
возможные способы осуществления этого бегства. Для ухода Земли от столкновения
необходимо ускорить или замедлить движение Земли по орбите вокруг Солнца.
Масса Земли МЗ = 6 .1024 кг, а принимаемое необходимое смещение планеты SСМ = 105
км = 108 м. Считаем, что астрономы точно определили высокую вероятность (более 70%)
столкновения Земли с другой планетой, поэтому необходимо ускориться и сместиться на
величину SСМ, а время ускорения tУ = 108 с ~ 1250 сут ~ 3,5 года, тогда получаем величину
ускорения a =2.10-8 м/с2. При этом за время tУ круговая скорость Земли изменится на
величину VСМ = a . tУ = 2 м/с, то есть для спасения Земли необходимо изменить круговую
скорость Земли всего на 2 м/с при средней скорости движения планеты по орбите вокруг
Солнца ~ 29,76 км/с. Естественный вопрос - достижимо ли такое изменение скорости Земли?
Отметим, что сила тяги на Землю должна составить RЗ = a . MЗ = 1,2 .1017 Н. Фантастическая
величина для современной техники!
Рассмотрим вариант гигантской системы плазменных электрореактивных двигателей,
создающих гигантские потоки плазмы, истекающие с поверхности Земли со скоростью VПЛ=
100 км/с. Тогда для получения величины RЗ необходим ежесекундный расход рабочего
тела m1 = 1,2 . 1012 кг/с, и за время tУ общий расход рабочего тела МПЛ = 1,2 . 1020 кг, что в ~ 20
раз больше массы воздуха атмосферы - лучшего рабочего тела для таких двигателей. Причем
секундная мощность такой системы двигателей WДВ ~ 6 .1021 Дж, что на порядок больше
годового энергопотребления земной цивилизации. Значит, использование более высокой
скорости VПЛ > 100 км/с позволяет снизить расход рабочего тела - воздуха атмосферы,
приближаясь к массе воздуха атмосферы, однако при этом возрастает и необходимая
мощность системы реактивных двигателей, становясь на многие порядки выше
современного уровня энергетики человечества. Таким образом, типовое решение за счет
создания гигантской системы реактивных двигателей известных типов с их реактивной силой
тяги не позволяет сместить Землю на необходимое смещение величиной SСМ.
Значит, создаваемые двигательные системы не должны использовать реактивные
двигатели известных типов, а быть ориентированы на двигатели с замкнутым циклом
рабочего тела. Однако и здесь энергопотребление двигателей чудовищно, так, для варианта
двигателя с дозвуковой струей имеем мощность до 1 МВт на силу тяги до 1000 Н, тогда для
получения величины RЗ необходимая мощность (секундная) двигателей до 1020 Вт, что на
уровне годового энергопотребления человечества.
Более перспективным направлением являются двигатели, использующие
взаимодействие полей с физическим вакуумом. Для этого используют многофазные
активаторы Леонова, являющиеся сложной системой магнитных и электрических полей.
Грубая оценка дает величину до 105 Н на мощность 107 Вт, а в идеале - до 106 - 107 Н.
Принимая оптимистическую оценку (с учетом развития и отработки такой техники): 10 7 Н на
107 Вт, получаем необходимую мощность на уровне 1017 Вт, что на 3...4 порядка больше
мощности энергопотребления человечества. Заметим, что характеристики такого способа
резко улучшаются при использовании сверхпроводящих систем, в которых энергия
магнитного поля сохраняется длительное время. Отметим, что перспективно использование
в качестве источника полей релятивистского аккумулятора энергии, в котором энергия полей
сохраняется в течение 1 - 2-х лет, что уменьшает необходимую запасаемую энергию до
уровня 1018 Дж, что делает реальным этот способ. При этом система релятивистских колец (с
мощнейшими полями) эффективно взаимодействует с физическим вакуумом, обеспечивая
необходимые параметры движения Земли. Однако сам способ пока еще спорен с точки
зрения традиционной (университетской) физики.
Подчеркнем, что главное - это изменение траектории движения Земли, поэтому
прирост скорости Земли возможен в любом направлении. Заметим, что космический
масштаб проблемы требует и соответствующих дерзких научно-технических решений.
По закону всемирного тяготения сила гравитационного взаимодействия между Землей
и Солнцем составляет F12 = 3,5 . 1022 Н, при этом ускорение свободного падения Земли на
Солнце составляет ~ 6 .10-3 м/с2, что намного больше, чем требуемая сила
RЗ = 1,2 . 1017 Н
и ускорение до 2 . 10-8 м/с2 . Отсюда возникает теоретическая возможность смещения
траектории Земли за счет уменьшения гравитационного взаимодействия Земли с Солнцем.
Для этого необходимо создание антигравитационного экрана, экранизирующего
гравитационное поле Земли. Подчеркнем, что сейчас физика и техника обеспечивают
экранирование от электрического, магнитного и электромагнитного полей. И если гравитация
- физическое поле (с этим согласна даже традиционная физика), то и создание
антигравитационного экрана физически возможно, просто сейчас не хватает каких-то знаний
и понимания тонкостей, которые позволят решить эту проблему (также, как появились
экраны для других полей по мере развития техники). Заметим, что сейчас начинают
появляться различные идеи и исследования по созданию антигравитационных устройств. И в
случае создания антигравитационного экрана станет вполне реальным размещение такого
экрана на орбите вокруг Земли, при этом обеспечат изменение орбиты Земли в случае
опасности со стороны блуждающей планеты.
Рассматривая экзотические варианты ускорения Земли, обратим внимание на тот факт,
что Земля - твердое тело (примерно шар, с сушей и океанами) плюс воздушная оболочка
атмосферы, которая удерживается гравитационным полем Земли. Однако нет твердой и
жесткой связи между твердым шаром и газовой оболочкой, а это позволяет в первом
приближении рассматривать их как два тела, взаимодействующие друг с другом. Для
примера напомним про Марс, где твердое тело не смогло удержать атмосферу - газовую
оболочку после природной катастрофы. Рассмотрим схему такого способа воздействия на
Землю.
Здесь имеем большие площади солнечных отражателей, направляющих основную часть
солнечного излучения (падающего на Землю) в зону нагрева - область атмосферы по
движению Земли. При этом в зоне нагрева атмосферы возникает зона повышенного
атмосферного давления РЗН, которая воздействует на поверхность шара с силой RЗН, и
одновременно солнечный отражатель уменьшает (отражает) солнечный поток с
противоположной стороны шара Земли, образуя зону холода с пониженным давлением РЗХ и
силой воздействия этой зоны RЗХ. При этом разность давлений зон нагрева и холода (РЗН РЗХ ) создает силу на шар - твердое тело Земли (напомним, воздушная оболочка - другое
независимое тело). Конечно, и сейчас атмосфера Земли имеет градиент давления
атмосферы, который носит случайный характер ( в целом), и приводит к нулевому балансу
воздействия на шар Земли. Таким образом, необходимо создать целенаправленную разницу
давлений атмосферы со стороны зон нагрева и холода на шар, которая будет создавать в
целом силу RЗ = RЗН - RЗХ и замедлять (или ускорять) движение шара. Оценим параметры
способа. Площадь поверхности Земли SЗ = 5,1 . 1014 м2, а зону нагрева принимаем равной 1/7
части поверхности, например, SЗН = 0,6 .1014 м2, тогда для получения силы тяги RЗ= 1,2 .1017 Н
необходимо стабильное поддержание разницы давления в 2 .103 Н/м2 (и равно 15 мм рт. ст.),
что составляет 2% от среднего атмосферного давления в 0,1 МПа = 1 ата = 750 мм рт. ст.
Отметим, что сейчас случайный перепад областей атмосферы от 720 до 770 мм рт. ст., или до
50 мм рт. ст. Таким образом, требуемый перепад давления в ~ 15 мм рт. ст. вполне
соответствует параметрам атмосферы. При этом мощные солнечные излучатели должны
направлять в зону нагрева до 10...20% от полного солнечного излучения, на уровне 2...4 , 1016
Вт. Заметим, что дополнительно увеличить эффективность можно с помощью земной
промышленности, с помощью местных зон нагрева или охлаждения.
Еще один экзотический вариант - каким-либо способом преобразовать скорость
кругового движения Земли в 29,76 км/с в силу или энергию, которая замедлить эту скорость
на VСМ = 2 м/с, однако как это сделать - пока непонятно.
Таким образом, можно сделать следующие выводы:
-- современные типы двигателей и уровень земной энергетики не позволяют сместить
орбиту движения Земли и избежать столкновения с крупными небесными телами типа
блуждающих планет;
-- для серьезного воздействия на движение Земли необходимо создание новых видов
научно-технических изделий, таких, как антигравитационные экраны, устройства
взаимодействия с физическим вакуумом, мощные источники запасаемой энергии
длительного хранения на основе разных физических принципов, например, релятивистские
аккумуляторы энергии;
-- для возможности создания масштабных конструкций в космосе на орбите вокруг Земли,
например, системы солнечных отражателей, необходимо создание новой системы вывода
грузов на орбиту, так как существующие ракеты принципиально не способны обеспечить
грузопоток в тысячи тонн и более.