Чудеса в плоских зеркалах

Плоское зеркало, изобретенное Альбертом Шолоховым, фокусирует солнечные лучи не хуже параболического рефлектора.
Фото из архива А.Шолохова

Если вам скажут, что можно зажечь костер солнечными лучами, отраженными плоским зеркалом, не спешите крутить пальцем у виска и вспоминать академическую комиссию по борьбе с лженаукой. Плоские зеркала – они тоже бывают разные. Да и лучи имеются в виду не какие-нибудь, а солнечные – это уже много значит┘

Излучаемая Солнцем энергия настолько велика, что даже ее миллиардной доли хватает на освещение и обогрев земного шара. Только за одну минуту на каждый квадратный сантиметр поверхности Земли поступает количество тепла, достаточное для нагревания двух граммов воды на один градус Цельсия.

Космонавтика без солнечной энергии немыслима. Как известно, для энергоснабжения орбитальных станций используются солнечные батареи. Им не требуется никакого топлива, а для увеличения мощности надо только нарастить площадь панелей, похожих на крылья. Однако эффективность солнечных батарей зависит от температуры и со временем падает до нуля. А наращивание площади «крыльев» увеличивает парусность и гасит скорость – ведь на высоте полета орбитальных станций действует остаточная аэродинамика.

Поскольку применение солнечных батарей не решает проблемы космического энергоснабжения, в умах энтузиастов из РКК «Энергия» возникла идея – использовать энергию Солнца более эффективно.

Солнце – источник не только световой, но и тепловой энергии. Солнечные лучи хорошо фокусирует вогнутое зеркало. Как показал еще в начале ХХ века профессор В.К. Цераский, изображение нашего светила в фокусе параболического зеркала диаметром около метра дает температуру, при которой плавится даже вольфрам! Значит, специальный зеркальный концентратор может, нагревая котел с теплоносителем, постоянно обеспечивать орбитальную станцию электроэнергией для оборудования и теплом для экипажа. У зеркальных концентраторов и КПД в два-три раза выше, чем у солнечных батарей, и площадь в несколько раз меньше, а температуры они дают в тысячи градусов, да и время над ними не властно.

Правда, изготовление вогнутого зеркала требует высокой точности оборудования и технологии. И чем больше мощность (а значит, и размеры зеркала), тем сложнее техника его изготовления. А космос накладывает на изделия строгие ограничения по размеру и массе. Так что качественный зеркальный концентратор солнечных лучей – очень дорогое удовольствие. Значит, его надо удешевить. Способ такого удешевления нашел ведущий научный сотрудник Ракетно-космической корпорации «Энергия», кандидат технических наук Альберт Шолохов.

Компетентный работник Государственного оптического института скажет вам, что имеющееся в ГОИ оборудование позволяет изготовить отражающую поверхность параболического зеркала диаметром не более трех метров, что соответствует мощности гелиоустановки примерно в 3 киловатта. А для орбитальной теплоэлектростанции нужна мощность в сотни и тысячи киловатт! Конечно, отражающую поверхность можно делать сборной из нескольких трехметровых параболических зеркал. Но изготовление каждого такого зеркала на базе ГОИ требует больших затрат времени и средств, а сборка крупногабаритного концентратора на орбите выливается в несколько запусков, так как головные обтекатели ракет ограничивают размер полезного груза. И Шолохов решил: зеркало должно быть небольшим и легким, с высоким КПД и большой мощностью, собирающим солнечные лучи «в точку» и «в линию», а главное – плоским!

Изобретатель сознавал, что эти требования кажутся абсурдными. Но он уже «завелся». Забросив задачу «в подсознание», Альберт Всеволодович спокойно занимался текущими работами. И вдруг┘

Шолохов увидел странный сон – перед самым пробуждением, около 5 часов утра. Ему снился космос. Вроде бы естественно, если человек с 1966 года, после окончания Физтеха, работает на космонавтику. Но в этот раз космос был с большой буквы. Потому что в пронизанном звездами пространстве спящий технарь увидел Господа Бога – таким, как на библейских иллюстрациях. Взор Всевышнего был устремлен на светящийся объект, свободно зависший в прозрачной космической тьме. И услышал Альберт голос Господа: «Ну молодцы, мужики, – додумались!», и увидел он в подробностях то самое зеркало – и тут же проснулся.

Времени до проходной «Энергии» хватило, чтобы увиденное в чудесном сне обдумать, мысленно начертить, составить техзадание для цеха и заявку на изобретение. А за рабочим столом все заготовленное начало превращаться в рабочие материалы.

Приходилось вам держать в руке туристский или охотничий стаканчик в сложенном виде? На плоском донышке лежат несколько концентрических колец в виде поясков, нарезанных из пустотелого конуса. Потянули наружное кольцо кверху – получился конический стакан. Наполнили, опрокинули, сложили – и стакан снова превратился в систему кольцевых элементов на плоском основании. Осталось представить, что внутренние стороны колец имеют зеркальные поверхности. Вот и вся модель зеркала Шолохова.

Кольцевые элементы наносятся на металлическом диске резцом токарного или карусельного станка. Чем их больше, тем поверхность зеркала ближе к плоскости. Главное, чтобы внутренние поверхности концентрических колец соответствовали форме исходного отражателя – тогда плоское зеркало будет фокусировать солнечные лучи не хуже параболического рефлектора.

Чтобы эффект был убедительнее, Шолохов максимально упростил конструкцию и технологию изготовления опытного образца. От алюминиевой болванки диаметром менее полуметра отпилили диск сантиметровой толщины, на токарном станке сделали двенадцать концентрических колец, имеющих острую наружную кромку и пологую внутреннюю поверхность. Шлифанули отражающие поверхности наждачной шкуркой, в фокусе самодельного отражателя укрепили клочок ваты и вытащили демонстрационную модель под скупые лучи октябрьского солнца.

С помощью коллег Шолохов сориентировал зеркало нужным образом и предложил собравшимся немного подождать. Под снисходительные усмешки начальства и разноголосые реплики «Это не будет работать!» вата в фокусе отражателя задымилась, вспыхнула и сгорела. Наибольшее впечатление произвел сам факт, что вату зажег алюминиевый диск, обработанный на обычном токарном станке!

Первое зеркало, концентрирующее солнечные лучи «в точку», вдохновило изобретателя на поиски вариантов. Концентратор лучей «в линию» отличается тем, что узкие отражающие поверхности расположены на параллельных прямых полосах параболического сечения, а основанием для зеркала служит прямоугольная пластина. Далее было новое изобретение – концентрирующее устройство, состоящее из множества ячеек прямоугольной формы линейного сечения...

Кстати, давнее прозвище Альберта Шолохова – Двойной Нобель (из-за имени великого физика и фамилии великого писателя).