Помоги проекту - поделись книгой:
Взгляните на карту. Канал протяженностью 2550 км должен был соединить Обь и Амударью, чтобы ежегодно перебрасывать в нее 27,2 куб. км воды. Это не более 5 % от годового водостока Оби и Иртыша. Чайная ложка из стакана их воды.
Вода течет, как известно, только сверху вниз. А потому проектировщики планировали поднять ее на высоту около 100 м для переброски через Тургайское плато. Для этого предполагалось строительство системы шлюзов и насосных станций мощностью около двух миллионов киловатт, работающих от единой энергосистемы СССР.
Итак, планировалось подать в Центральную Азию 27,2 куб. км воды — вдвое больше, чем сегодня потребляет Россия на хозяйственные и питьевые нужды. Но следует учесть, что она должна была попасть на очень плодородные земли, где можно снимать два урожая в год. За счет этого производство сельскохозяйственной продукции в СССР должно было бы увеличиться в 3, а то и в 5 раз. Неудивительно, что колоссальные затраты на строительство должны были окупиться, как точно просчитали специалисты, всего лишь через 7 лет и 4 месяца.
Отметим, что, как показывает опыт истории, строительство каналов исключительно благотворно действует на жизнь и экономику любой страны. Вот, к примеру, Китай.
Две тысячи лет назад здесь в долинах рек Хуанхэ и Янцзы ценой громадных усилий был построен Великий канал. Если бы не он, возможно, каждый пятый человек на Земле не был бы китайцем…
В XIX веке строительством каналов занялись американцы. Здесь впервые при строительстве каналов началось применение паровых экскаваторов и землечерпалок. Начав с мощной сети каналов общей протяженностью 1500 км в районе Великих озер, они еще прорыли и Панамский канал. И это во многом помогло США стать крупнейшей торговой державой мира.
Огромное количество каналов строили тогда в Европе, особенно в Германии, а итальянский астроном Скиапарелли увидел каналы даже на Марсе…
Так что строительство Сибиро-Аральского канала могло бы решить многие проблемы, но тут в науку вмешалась политика. От проекта отказались.
Сегодня Центральной Азии по-прежнему не хватает воды, и проблемы усугубляются. Китай стал забирать воду из текущего по его территории Черного Иртыша. Его примеру может последовать Казахстан. Афганистан рано или поздно начнет поднимать сельское хозяйство и промышленность (а как им без воды?!) и, конечно, начнет забирать воду из верхнего течения Амударьи, что еще более ухудшит положение Центральной Азии. Так что проблема, как видите, по-прежнему актуальна.
И потому недавнее предложение мэра Москвы Юрия Лужкова выглядит логичным. Изъятие части стока сибирских рек для районов Урала и Центральной Азии позволит, с одной стороны, снизить риск наводнений, которые обходятся стране очень дорого и в связи с глобальным потеплением климата грозят стать чаще и мощнее, с другой же — поможет засушливым районам, где воды не хватает.
Более того, проект может стать довольно прибыльным для страны. Ведь если раньте отдачу от переброски рек планировали получать от прироста урожая, сегодня можно вести речь о прямой продаже излишков воды.
Но это все теория. И пусть Ю.М. Лужков — инженер, известный изобретатель, опытнейший хозяйственник и вообще человек государственный, зададимся все же вопросом: насколько реально, хотя бы в первом приближении, претворить этот эпохальный проект в жизнь?
Вот задачка для 7-го класса средней школы: воду в количестве 1150 м3/с нужно поднять на высоту 100 м, чтобы перебросить через Тургайское плато. Какова же должна быть мощность насосов?
Один кубометр воды весит тонну. Это значит, мы должны поднимать в секунду 1150 т воды. Необходимую для этого мощность найдем по школьной формуле N = m x g x h/t.
Но это мощность идеальная, когда КПД всех механизмов равен 100 %.
Сделаем далее предположение о характере применяемой техники. Пусть воду в каналах поднимают насосы, которые закачивают ее в шлюзовые камеры, необходимые для прохода судов. В этом случае насосы будут распределены по каналу на большой протяженности, и их легче всего питать электричеством. КПД электродвигателя, вращающего насос, и самого насоса примем по 90 %. В действительности они могут быть и выше, но мы с вами опять для надежности берем наихудший вариант. КПД всей насосной установки составит 0,9 x 0,9 = 0,81. Тогда для определения расхода электроэнергии мы должны идеальную мощность разделить на КПД. В итоге получаем 1 400 000 кВт. Эту мощность в принципе можно взять от Единой энергосистемы страны (ЕЭС). Однако нет уверенности, что линии электропередачи в государствах Центральной Азии справятся с такой нагрузкой.
Возможно, для энергообеспечения канала придется специально строить электростанцию и специальную линию электропередачи. Для ее работы потребуется около трех с половиной миллионов тонн угля в год. Поэтому выбор для нее места — дело очень ответственное. Оно должно быть таким, чтобы затраты на доставку топлива и на строительство линии электропередачи получились как можно ниже.
Однако возможны и другие решения. Ведь, в сущности, нам нужна лишь механическая энергия для вращения насосов. Ее могут нам дать газотурбинные установки, созданные на базе авиационных реактивных двигателей. Их уже десятки лет выпускают серийно, и все это время они исправно работают на нефте- и газопроводах.
Газовые турбины, приводящие в действие насосы, могут работать и на природном газе, подаваемом по специальному трубопроводу вдоль канала.
Если применить, например, очень экономичные наземные газотурбинные двигатели НК-37, развивающие по 25–30 тыс. кВт каждый, потребуется около 2,5 млн т природного газа в год. Это совсем не много в масштабах страны — около 1 %.
Эти двигатели очень легки, весят 9,8 т вместе с рамой. Их могут перевозить автомобили и вертолеты. Строительство газотурбинных установок в 15–20 раз дешевле, чем тепловых электростанций. К тому же, в отличие от тепловых электростанций, для охлаждения им не нужна вода. Есть над чем подумать, но ясно: перекачка воды — проблема решаемая. Теперь о способе ее доставки.
В открытом канале вода по дороге частично испаряется и уходит в почву. У трубопровода потерь нет. Кроме того, трубы дают уверенность, что вода дойдет до потребителя без дополнительного загрязнения в пути.
И последнее. Трубопровод можно строить постепенно, пристраивая к нему по мере увеличения потребности в воде дополнительные параллельные линии. В этом случае затраты на строительство первой очереди будут предельно малы. Такой подход позволит, начав с забора из Оби небольшого количества воды, без риска проверить все сомнения экологов.
Так получилось, что мы сложили оду трубопроводу, но многие предпочли бы канал. По нему пойдут транспортные суда и пассажирские теплоходы. Он благотворно изменит климат на многие десятки квадратных километров вокруг. Близ него вырастут города…
Так что вам, дорогие читатели, есть над чем подумать. Мы ждем ваших предложений. Шлите их в Патентное бюро нашего журнала. Победителей ждут специальные призы.
У СОРОКИ НА ХВОСТЕ
ЧУДЕСА «САНТА-КЛАУСА». Ныне на производстве электроники наибольшая доля затрат приходится на сборочные работы. Американские специалисты изобрели устройство, которое в перспективе обещает совершить новую индустриальную революцию. Речь о новейшем принтере с интригующим названием «Санта-Клаус». Пока он способен в буквальном смысле печатать отдельные транзисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Однако в будущем разработчики надеются с его помощью печатать сразу целые электрические схемы, а то и готовые электроприборы, отправив таким образом на свалку истории сборочные конвейеры.
Как сообщает британский журнал «
ДРЕВНИЕ ЗАМЕРЗШИЕ МИКРОБЫ. Американским ученым удалось обнаружить и оживить микроорганизмы, замерзшие на Земле как минимум 2800 лет тому назад. Сбор образцов проводился в Антарктиде в 1996 году на ледяном щите, укрывавшем протянувшееся на 5 километров озеро Вайда. Вода в нем в 7 раз солонее, чем в океане, что позволяет ей не замерзать даже при температуре —10 °C. По мнению ученых, и в самом «подледном» соленом озере присутствует жизнь. Не исключено также, что в подобных льдах на Марсе тоже может присутствовать жизнь или, по крайней мере, должны остаться ее следы.
ТАК ГДЕ ЗИМУЮТ РАКИ? Не только птицы зимой отправляются в теплые края, а летом возвращаются на родину. Оказывается, морские раки-лангусты (в частности, их итальянская разновидность — арагоста), тоже осуществляют сезонные миграции. Лангусты, населяющие воды Персидского залива и западной части Индийского океана, способны отправляться на зимовку за 400 км от летних пастбищ, передвигаясь хвостом вперед по морскому дну.
КОСМОС И ОБЛАКА. Немецкие ученые из Института ядерной физики имени М.Планка обнаружили важное свидетельство связи космических лучей с климатическими явлениями на Земле. В частности, они заметили в нижних слоях земной атмосферы скопления заряженных частиц, образовавшихся под воздействием космической радиации. Эти частицы, в свою очередь, могут стать центрами конденсации и привести к возникновению густых облаков. Сами же облака играют существенную роль в динамике климата. Интенсивность космических лучей, долетающих до Земли, в значительной мере определяется активностью Солнца. Так что, по мнению некоторых исследователей, нынешнее глобальное потепление может в большей мере зависеть от изменения солнечной активности, нежели от количества парниковых газов.
С ПОЛКИ АРХИВАРИУСА
Непростая история простой лампы
Сегодня треть человечества (в основном это Индия и Китай) живет при керосиновых лампах, но остальные — и мы входим в число этих счастливчиков — пользуются электрическим светом. Для всех нас ежегодно производится 15 миллиардов ламп накаливания. Вероятно, это самое массовое изделие на свете. Кто же первый придумал лампу накаливания?
В 1838 году Жобар из Брюсселя предложил получать свет, накаляя током в безвоздушном пространстве тонкую угольную палочку. Через несколько лет идею осуществил его ученик, горный инженер де Шанжи. Попутно, в 1840 году Грове сделал лампу накаливания с платиновой проволокой (рис. 1).
Рис. 1
Были и другие работы. Но все они не имели практической ценности и были забыты. Электричество тогда получали только от гальванических батарей, и стоило оно очень дорого.
С изобретением в 70-е годы динамо-машины электричество резко подешевело, и электрическую лампу начали создавать заново. В 1873 году несколько образцов лампы накаливания с тонкой угольной нитью сделал русский изобретатель Александр Николаевич Лодыгин (рис. 2).
Рис. 2
Его работы, с одной стороны, показали возможность создания такой лампы, а с другой — дали ясно понять, что без серьезных дорогостоящих исследований прогресс в этой области невозможен. Денег на эту работу Лодыгин не нашел. Но его лампы были показаны американскому изобретателю Т.А.Эдисону, и тот взялся за организацию их массового производства, вложив в дело свои деньги (рис. 3).
Рис. 3
Прежде всего, требовалось создать надежную угольную нить, пригодную для массового производства. В лампах Лодыгина она работала всего два часа. Эдисон получил более надежную нить из обугленного волокна бамбука, но она была непригодна для массового производства. Немецкий электротехник Вернер фон Сименс предложил другой способ. Он продавливал через тонкое отверстие раствор хлопка в кислоте и получал нить, которую затем обугливал. Но на ней было множество ямок и трещин, которые при пропускании тока сильно перегревались, а с них начиналось разрушение нити.
Хирам Максим, изобретатель пулемета, тоже некоторое время работал над созданием лампы накаливания. И обнаружил, что при прокаливании угольной нити в светильном газе из него выделяется углерод и садится на самые горячие участки нити.
Чтобы «вылечить» дефекты своих нитей, Сименс воспользовался этим открытием и начал прокаливать их в атмосфере светильного газа. На рисунке 4 изображены подлинные образцы ламп с угольными нитями, сохранившиеся до наших дней.
Рис. 4
Из их колб выкачан воздух, а угольные нити припаяны к кусочкам платиновой проволоки, впаянным в стекло. Этот драгоценный металл применили потому, что при нагревании он расширяется точно так же, как стекло, и в нем не образуется трещин. (Впоследствии платину заменили дешевым сплавом.) Такие лампы, несмотря на дороговизну, покупали охотно. В домах, где раньше господствовали свечи, керосиновые лампы и газовые фонари, стало гораздо светлее, сделался чище воздух. Но к хорошему быстро привыкают.
Вскоре появились нарекания: лампы расходуют много электричества, да и свет у них желтоват…
В 1890 году А.Н.Лодыгин предложил лампу накаливания с нитью из вольфрама — самого тугоплавкого металла. Опыты показали: она вдвое экономичнее и дает ярко-белый свет. Однако денег у Лодыгина по-прежнему нет, и за реализацию идеи вновь берутся западные фирмы.
С появлением вольфрамовой нити развитие лампы накаливания становится уделом все более и более узких специалистов. Это связано с тем, что малейшее улучшение в конструкции как бы умножается на его громадный тираж, и все развитие его складывается из множества крохотных шагов.
Преимущество вольфрама объяснялось прежде всего его способностью длительно выдерживать более высокую температуру, чем углерод. Благодаря этому доля светового излучения в его спектре выше. И потому у ламп с вольфрамовой нитью более высокая отдача света на единицу мощности. Эта величина, напомним, измеряется в люменах на ватт (лм/Вт). А люмен — это единица светового потока, приблизительно равная световому потоку свечи. (В старину, до изобретения электрического счетчика, мощность ламп измеряли в свечах, и «по свечам» платили за их использование. Иногда и сегодня в магазине можно услышать: «Дайте мне стосвечовую лампу». Продавец выдает лампу мощностью в 100 Вт, и ни он, ни покупатель не задумывается, что лампа мощностью в 100 Вт имеет световую отдачу около 16 лм/Вт и дает поток света в 1600 свечей.)
Между прочим, не так уж давно по историческим меркам, всего лишь лет двести назад, освещались только свечами.
Попробуйте себе представить, что какой-нибудь король решил поужинать при свете 1600 свечей. Каким трудным, быть может, невозможным делом это для него было. А нам с вами достаточно щелкнуть выключателем. Так что мы в чем-то богаче королей!
Но вернемся к лампе.
Поначалу вольфрамовая нить имела вид отрезка проволоки, помещенной в вакууме. Но вакуум способствовал быстрому испарению металла и тем ограничивал его температуру. В атмосфере инертного газа температуру вольфрамовой нити можно было значительно увеличить, не опасаясь, что она быстро перегорит. Но газ передает тепло к стенкам лампы. На это уходит дополнительная энергия, а световая отдача уменьшается.
Выход из положения оказался удивительно прост — свернуть нить в спираль. Спираль короче нити, вокруг нее образуется малоподвижный газовый слой, который укутывает ее, словно шуба. Испарение вольфрама на спирали тоже замедляется, испарившиеся частицы вольфрама на ее же витках и оседают. Так что температуру спиральной нити удается увеличить без уменьшения срока ее службы, а с температурой возрастает и световая отдача.
Правда, световая отдача зависит еще и от мощности. У лампы мощностью 25 Вт она равна 7 лм/Вт, а при мощности 100 Вт — достигает 12 лм/Вт у ламп обычных и доходит до 16 лм/Вт у ламп с криптоновым наполнением. Затратив мощность 100 Вт, можно от четырех ламп по 25 Вт получить световой поток 700 люмен или 1600 люмен от одной криптоновой лампы. Чтобы снизить расходы на освещение, достаточно правильно выбрать лампы для люстры…
Резервы эволюционного развития лампы были исчерпаны к началу 60-х годов прошлого века. И тогда появилось революционное решение — в газ, содержащийся в колбе лампы, стали добавлять пары йода. Зачем?
В лампах с йодным циклом, как их назвали, образуются газообразные соединения вольфрама, которые переносят содержащийся в них металл на наиболее нагретые участки нити. В результате она залечивается, как нити в опытах X. Максима, и служит гораздо дольше.
Таким способом удалось получить лампы со световой отдачей 18–20 лм/Вт. Если у обычных ламп колба к концу срока службы заметно темнеет от оседающего на ее стенках вольфрама, то у ламп с йодным циклом она всегда прозрачна. И потому такие лампы оказываются почти вдвое выгоднее обычных. Однако перед глазами у светотехников всегда маячит цифра 425 лм/Вт. Это световая отдача идеальной лампы, которая всю электроэнергию превратила бы в белый свет наилучшего для нашего глаза оттенка. Этот идеал пока не достигнут. Но светотехника идет к нему разными путями.
Например, сегодня вперед вырвались люминесцентные лампы, дающие уже до 100 лм/Вт. Такие же результаты можно получить и от ламп накаливания, устранив их основной недостаток — они более 90 % энергии излучают в форме невидимого теплового излучения. Ученые считают, что это возможно.
Подводим итоги конкурса «Блокмастер», объявленного в «ЮТ» № 12 за 2002 г.
Лучшими признаны работы Татьяны Бескоровайной из Курска (I место), Дмитрия Каюмова из Уфы (II место) и Карины Тур из Троицка Челябинской области (III место).
Высылаем победителям призы — конструкторы «Блок мастер».
А новый приз всем читателям «ЮТ» преподносит сегодня знаменитый Политехнический музей.
Это — входной билет, действительный по 31 декабря 2003 года. Предъявите контролеру журнал, открытый на этой странице, и —
добро пожаловать во все залы музея!
УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ!
Мир без изнанки
Мы живем в двухстороннем мире, привыкли к нему, прекрасно ориентируемся в нем и умеем использовать. Лист бумаги имеет «лицо» и «оборот», труба — внешнюю и внутреннюю поверхности, одно от нас налево, другое — направо…
Между тем в 1858 году немецкий математик и геометр
Поделиться книгой: