Друг или враг?
Шрифт:
Отсюда вытекает одна из сложнейших и, наверное, вечных проблем организации научных работ и оценки их результатов — распределение финансов, кадров и других общественных ресурсов между фундаментальными и прикладными исследованиями. Баланс между изучением абстрактных проблем, не обещающих быстрого практического результата, и выгодными, важными прикладными работами найти очень не просто. В конце тридцатых годов острой критике со стороны некоторых ученых и ответственных работников подвергались, например, исследования в области… физики атомного ядра. Прикладное значение этой области знаний было тогда просто непонятно.
Как же в духе всего сказанного относиться к «чистой» науке? «Чистой», то есть якобы вовсе оторванной от практики, науки просто не существует, как не существует и прикладных исследований, вовсе не связанных с теоретическими знаниями. Сложность, многократное
Чтобы отличить науку от лженауки, избежать перекосов в оценках некомпетентных, а то и просто невежественных решений, нужно прежде всего подходить к каждой научной проблеме научно. Нужно научное знание о самой науке. И такое знание активно разрабатывается на протяжении последних двадцати лет. Называется оно науковедением.
Глава 4. Власть над Землей
Электрический мир
Если верить легендам, Архимед был особенно горд открытием закона рычага, дававшего возможность малыми силами совершать большую работу. Но, если разобраться, без источника энергии и это изобретение давало не так уж много. Водяные двигатели, использовавшие энергию падающей воды, резко подняли энерговооруженность людей. Мощные и компактные универсальные паровые двигатели и турбины, двигатели внутреннего сгорания «впрягли» в повозку технического прогресса миллионы «лошадей». Но только с изобретением электрического двигателя и генератора электрического тока энергетика обрела наконец свойства и характеристики, обеспечивающие реальную власть человека над Землей. Электрификация стала не только символом, но и важнейшим направлением научно-технического прогресса.
Электричество — единственный вид энергии, который люди научились производить в огромных количествах, концентрировать, передавать на большие расстояния, распределять между крупными и мелкими потребителями, легко преобразовывать в другие формы энергии. Оно — универсальный энергоноситель, позволяющий включить в структуру топливно-энергетического хозяйства, составляющего основы экономики, практически любой источник энергии, лишь бы это было рентабельным, экономически выгодным.
Выделяя в истории техники и общества отдельные периоды, историки всех времен любили оперировать понятием «век». Может быть, этому положили начало предания о якобы бывшем некогда золотом веке в истории человечества. Может быть, пальма первенства принадлежит археологам, первыми определившим целую эпоху как век. Это они выделили в древнейшей истории человечества каменный век, а затем — медный, бронзовый и железный, на самом деле измерявшиеся тысячелетиями. В XIX веке, когда впервые было по-настоящему понято определяющее значение энергии, заговорили о веке пара. А с последней четверти XIX столетия получило широкое хождение понятие «электрический век». Если следовать этой логике, он продолжается и сегодня. Можно сделать только одну, правда существенную, поправку и говорить уже не о веке, хоть и превышающем столетие, но все же имеющем временные границы, начало и конец, а о «электрическом мире», начало которому положили первые практические применения научных знаний о магнитных полях и электрических токах.
Магнетизм и электричество как природные явления были известны человеку с древних времен. Первая научная теория магнетизма принадлежит Уильяму Гилберту. Около 1660 года Отто Герике построил машину для получения статического электричества, что дало возможность уже проводить эксперименты. В 1745 году Питер ван Мушенбрук изобрел лейденскую банку. Но начало широким экспериментам с постоянным электрическим током положило изобретение Алессандро Вольта, создавшего в 1800 году, по словам другого ученого той эпохи Доменика Араго, «самый замечательный прибор, когда-либо изобретенный людьми, не исключая телескопа и паровой машины». Речь идет о знаменитом вольтовом столбе, долгое время бывшем единственно пригодным для практического применения источником тока. Двадцать лет спустя Ганс Эрстед обнаруживает действие электрического тока на магнитную стрелку, а еще десятью годами позже Майкл Фарадей формулирует закон электромагнитной индукции. 1834 год вошел в историю как год создания первого пригодного для практики электрического двигателя, изобретенного Борисом Якоби. Его коллега по Петербургской академии наук Эмиль Ленц вывел один из фундаментальных законов электромеханики — принцип обратимости генераторного и двигательного режима электрических машин. Целая плеяда ученых и инженеров реализует этот закон в технических конструкциях. Развитие электротехники идет так быстро, что уже в 1867 году один из ее основоположников Вернер Сименс имел основания заявить: «Современной технике предоставляются теперь все возможности, чтобы доступными и дешевыми средствами выработать ток неограниченной силы и получать его всюду, где имеется в распоряжении механическая сила. Этот факт во многих областях будет иметь существенное значение».
Первый Международный электротехнический конгресс в Париже (1881 г.) уже продемонстрировал большое влияние новой отрасли науки и техники на промышленность. «…В действительности это колоссальная революция, — писал Ф. Энгельс Э. Бернштейну в 1883 году. — Паровая машина научила нас превращать тепло в механическое движение, но использование электричества откроет нам путь к тому, чтобы превращать все виды энергии — теплоту, механическое движение, электричество, магнетизм, свет — одну в другую и обратно и применять их в промышленности. Круг завершен».
Так началась электротехническая революция. Вряд ли имеет смысл подробно описывать ее дальнейшее развитие. Электричество стало буквально вездесущим. В быту, в промышленности, на транспорте, в системах обработки и передачи информации, в автоматике. Обратим особое внимание читателя только на одну из новейших областей науки и техники — электрофизико-химические методы обработки материалов. Здесь электричество не только выполняет ставшую для него традиционной роль энергоносителя, но и само непосредственно участвует в технологическом процессе формообразования деталей.
Неудивительно, что производство электроэнергии во всех промышленно развитых странах мира опережает по темпам и рост национального дохода, и общее энергопотребление. Например, в СССР потребление энергии возрастает примерно на 12 процентов в год, в Японии — на 15 процентов. При этом доля первичных энергоресурсов, используемых на выработку электричества, начиная с 1950 года увеличилась с 14 до 50 процентов.
Основной поставщик электроэнергии — мощные и сверхмощные генераторы, вращаемые паровыми и гидравлическими турбинами. Они вырабатывают самое дешевое электричество в огромных количествах. Крупнейший в мире двухполюсный турбогенератор имеет мощность 1200 мегаватт. Одна машина вырабатывает электричества столько же, сколько вырабатывали 2/3 всех электростанций, строительство которых предусматривалось Государственным планом электрификации России в течение пятнадцати лет. Эта рекордная машина, успешно работающая на Костромской ГРЭС, — шедевр сложнейшей работы ученых, конструкторов, производственников.
Но рост мощности генераторов тока влечет за собой увеличение выделения тепла, а это — потери энергии. Проблема охлаждения обмоток генераторов стала препятствием на пути увеличения их эффективности. И как всегда, когда оказываются бессильными опыт и здравый смысл, на помощь приходит научное знание. Необычный для электротехники результат дает применение эффекта сверхпроводимости, еще совсем недавно считавшегося весьма экзотическим явлением, не имеющим особого практического значения.
Применение сверхпроводящих обмоток в электрических машинах позволяет в 2–3 раза уменьшить массу агрегата при коэффициенте полезного действия до 95,5 процента. Первые в истории промышленные криогенные генераторы — машины Будущего — уже построены в Ленинграде.
Но у сверхпроводимости, достигавшейся только при температуре жидкого гелия, есть смертельный враг — тепло. Поэтому проводники из сплава ниобия и титана в медной матрице помещаются в криостат, ведь поток тепла всего лишь в один ватт (столько тепла излучает лампочка карманного фонарика) способен испарить около 1,5 литра жидкого гелия в час. Криостат — своеобразный холодильник, вращающийся с частотой 3 тысячи оборотов в минуту, в который подается жидкий гелий и удаляется гелиевый газ, — конструкция не из простеньких. Поэтому понятно, с каким энтузиазмом встретили энергетики известие об открытии эффекта сверхпроводимости при значительно более высокой температуре. Высокотемпературная проводимость изучается сегодня в лабораториях всех экономически развитых стран мира. Рассказ об увлекательнейших и удивительнейших перспективах, открывшихся в 1987 году перед электротехникой, заслуживает отдельной книги. Уже в ближайшие годы в энергетике будет совершен новый революционный рывок вперед по дороге НТР.