Эффективно ли солнечное оружие?
Идея использования энергии Солнца в качестве оружия впервые пришла человеку в голову, пожалуй, еще в каменном веке, но впервые ее воплотил не кто иной, как знаменитый Архимед.
Жители Сиракуз, гражданином которых он и являлся, были ему за это благодарны гораздо больше, чем за точное значение числа «пи» и вычисление объема вытесненной жидкости вместе взятые. А дело было так.
В 215 году до н. э. царь Сиракуз Гиерон II в возрасте 90 лет скончался, передав власть своему внуку Гиерониму. В ходе дворцовых интриг тот взял курс на разделение с доселе дружественным Римом и вскоре заключил договор с Карфагеном, который, как известно, должен быть разрушен. Логичным результатом подобной политики стала Вторая Пуническая война карфагенян с римлянами, начавшаяся в 218 году дон. э. В 212 году до н. э. римский полководец Марк Клавдий Марцелл осадил Сиракузы с моря и суши.
60 квинкирем (тяжелых кораблей с пятью рядами весел) подошли к городским стенам на расстояние полета стрелы, и лучники с пращниками начали осыпать защитников своими смертоносными снарядами. Однако город помогал оборонять сам Архимед, пустивший в ход все, что только смог измыслить, — гигантские железные лапы цепляли 45-метровые корабли и опрокидывали их, катапульты метали чудовищные валуны, и самое необычное -с помощью огромного зеркала ученый поджигал римские квинкиремы!
Потеряв несколько кораблей столь необычным образом, Марцелл отвел флот подальше, но и это не помогло — 75-летний Архимед соорудил другое зеркало и продолжал пускать смертоносные солнечные зайчики. Правда, горожанам от этого не стало легче: ученый хоть и сорвал штурм Сиракуз, избавить его от осады не мог, поэтому в конце концов город пал. Сам Архимед был убит простым легионером в мешанине уличного боя.
В Средние века сильный удар по возможности применения зеркал в бою нанес французский философ и математик Рене Декарт, в своей «Диоптрике» убедительно доказавший, что поджечь с помощью солнечных лучей корабль невозможно: «Поскольку Солнце — не световая точка, а диск с видимым угловым поперечником 32, то любая точка зеркала отражает не луч, а конус лучей, пришедших из разных точек солнечного диска, имеющий при вершине угол 32 градуса. Зажигательное зеркало, диаметр которого меньше, чем сотая часть расстояния между ним и местом, где сосредоточиваются солнечные лучи. даже если бы оно было отшлифовано ангелом, не может. нагреть то место больше, чем лучи, излучаемые непосредственно Солнцем».
Восстановил репутацию Архимеда как первого в мире оператора боевого лазера французский натуралист и изобретатель Жорж Луи Бюффон (получивший мировую известность за свой труд «Естественная история»), в 1747 году построивший систему из 128 плоских зеркал. С ее помощью он не только воспламенил просмоленную доску на расстоянии 50 метров,, но и сумел расплавить свинец и серебро.
В конце XX века нашелся человек, решивший еще раз поставить опыт, так сказать, в натуре. На этот раз им оказался греческий инженер-механик Иоанис Сакас. Набрав в ноябре 1973 года 70 помощников, он расставил их на берегу бухты с щитообразными зеркалами размером 91 на 50 сантиметров. По команде Сакаса, помощники несколько раз поднимали зеркала, пытаясь сфокусировать солнечные зайчики на лодке, груженной смолой. Наконец, когда лучи удалось совместить в одной точке, лодка в этом месте задымилась и через три минуты вспыхнула!
Аналогичный опыт (правда, на суше) 30 сентября 2005 года провели студенты и профессора Массачусетского технологического института. Правда, дело пошло не так гладко, как у греков: студенты никак не могли навести в одну точку все 129 квадратных зеркал, закупленных для эксперимента. Вскоре небо затянули облака, и продолжение эксперимента стало невозможным.
Вторая попытка увенчалась полным успехом — на этот раз профессора решили обойтись без растяп-студентов и сделали все сами. С помощью зеркала, дающего крестообразный «зайчика-мишень на макет римского корабля, они поочередно навели в одно место все 129 зеркал, предварительно задрапированных тканью (чтобы свет одного зеркала не мешал наводить другое).
Испытания прошли успешно
Наконец, когда все было сфокусировано, ученые скинули покрывала. Через несколько минут от макета из красного дуба повалил густой дым, а затем на месте фокусировки вспыхнуло пламя. Полюбовавшись на дело рук своих и затушив огонь, ученые обнаружили, что их гигантский солнечный «заяц» прожег доску толщиной 2,54 сантиметра насквозь.
В общем и целом проведенные в разные времена опыты убедительно доказали: Архимед вполне мог для поджога римских квинкирем использовать систему зеркал собственной конструкции.
Блеск и нищета гелиографа
Сегодня прообраз изобретения великого грека применяется исключительно в мирных целях. Сигнальное зеркало (или, по- научному, гелиограф) входит во многие аварийно-спасательные комплекты военных, путешественников и спортсменов. Вспышка гелиографа в солнечный безоблачный день обнаруживается с самолета, летящего на высоте 1-2 километра, с расстояния 20-25, а в некоторых случаях даже до 40 километров! Более того, сигнальным зеркалом можно подавать сигналы даже ночью в полнолуние или в туманной дымке.
Однако военным не дает покоя колоссальная энергия Солнца, по сути, пропадающая зря. Расчеты показывают, что яркость светового сигнального зайчика при угле стояния солнца 90″ составляет без малого семь миллионов свечей, а температура в центре сфокусированного светового потока может достигать нескольких тысяч градусов!
Легко представить, что может сотворить одно подобное зеркало, размещенное на орбите — отразившиеся лучи Солнца легко проплавят не только танковую броню или стенку бункера, но и крышки межконтинентальных ракетных шахт. А группировка таких спутников может сжечь целый город. И это при том, что на затраченную для «выстрела» энергию военные не потратят ни цента — все бесплатно отдаст наше светило.
Безусловно, «боевые зайчики» не являются абсолютным оружием: во-первых, густой дым или туман ослабит их действие, а во-вторых, зачем победителям выжженная и спекшаяся от страшного жара земля побежденных? Но в качестве гигантских прожекторов или нагревателей подобные проекты, пожалуй, имеют более реальное будущее.
Источник
Легенда о «зеркалах Архимеда», которые сожгли римский флот, насколько она правдива?
Вероятно, ни одна древняя история не вызывала столько противоречий, как история греческого изобретателя Архимеда и его солнечного оружия. Используя гигантское зеркало или набор зеркал, он был способен поджечь римские корабли, вторгшиеся в город Сиракузы в 212 году до н. э. Эта история, передаваемая из поколения в поколение, действительно произошла?
Осада Сиракуз
Безумный старик, так называли тогда Архимеда, славился своими необычными, удивительными изобретениями. С каждым последующим нападением на Сиракузы римляне дрожали от страха перед очередными неожиданностями, подстерегавшими их. И идеям Архимеда не было конца.
Валуны, брошенные далеко в море прямо на палубы кораблей, гигантские машины, переворачивающие корабли, стрелы от невидимых лучников – вот лишь некоторые из угрожающих инициатив изобретателя.
Однако настоящий прорыв произошел тогда, когда Архимед построил своего рода шестиугольное зеркало и разместил на достаточном расстоянии от него другие, меньшие параболические зеркала, прикрепленные на петлях к металлическим конструкциям, которыми можно было управлять.
Зеркала отражали солнечные лучи и фокусировали их на корпусах деревянных кораблей, где они разжигали огонь и превращали корабли в пепел. Таким образом, безумный старик удивил римского генерала Марцелла своим необычным изобретением.
Факт или миф?
На протяжении веков подвергалась сомнению правдивость передаваемой из поколения в поколение истории о необычном солнечном оружии, изобретенном Архимедом.
Все знают, что если взять увеличительное стекло и с помощью него сосредоточить солнечные лучи на небольшом куске дерева можно его поджечь. То же самое можно сделать с помощью небольшого параболического зеркала, которое может поглощать солнечные лучи и отражать их на маленькой точке.
Историки предполагают, что Архимед сделал это в большем масштабе с большим зеркалом. В наши дни не вызывает удивления и массовое использование солнечной энергии. В начале 2016 года в Марокко была запущена крупнейшая в мире солнечная электростанция типа CSP, мощность которой составляет 160 МВт (она генерирует достаточно электроэнергии для питания домов миллиона человек).
Установки CSP обычно используют 12-метровые параболические зеркала, которые отражают солнечный свет на трубах, содержащих теплопередающую жидкость (HTF), обычно термическое масло. Это увеличивает температуру жидкости почти до 400°C. Затем HTF используется для нагрева пара в стандартном турбогенераторе.
Некоторые CSP достигают температур более 1000 градусов по Фаренгейту (537 градусов по Цельсию), поэтому легко представить, как Архимед мог использовать что-то подобное для сжигания вражеских кораблей.
Вопрос только в том, действительно ли Архимед в те времена смог создать систему ”горящих » зеркал с помощью инструментов и приборов, которыми он располагал?
В 1973 году греческий ученый д-р Иоаннис Саккас провел эксперимент, в котором он использовал 70 зеркал, размещенных на римском макете корабля.
Каждое зеркало находилось в руке греческого моряка, который должен был направить луч света на деревянную лодку находящуюся на расстоянии 160 футов. Лодка была подожжена довольно быстро, хотя отмечается, что она была покрыта легковоспламеняющейся краской.
Многие ученые подозревают, что Архимед поджег римские корабли не благодаря зеркалам, а разжигая греческий огонь, который в виде нефти, выбрасывался в горшках из катапульт прямо на палубы кораблей.
Учитывая, что зеркала- непрактичный способ поджечь корабль, возможно, стоит взглянуть на точность документов, в которых утверждается, что Архимед действительно использовал зеркала для уничтожения врага.
Может быть, правда совсем иная, чем ее изображают древние предания…
Источник
Кто обуздал энергию солнца и придумал солнечные батареи
Отцом солнечных батарей является Александр Эдмонд Беккерель. Именно он открыл базовый принцип – фотогальванический эффект. Этот термин означает трансформацию энергии Солнца в электричество. Но стоит помнить и о величайшем физике Архимеде, которого можно назвать прапрадедушкой открытия.
Кому мир обязан полезным изобретением
Архимед первым по-настоящему осознал и научился использовать энергию солнца. С помощью системы зеркал он сжег целую флотилию вражеских кораблей, которые осаждали его город Сиракузы.
Французский ученый А. Э. Беккерель в 1839 г. открыл фотоэффект, благодаря экспериментам с электродами и электролитом.
В 1873 Уиллоуби Смит обнаружил чувствительность селена к свету. И открыл фотоэлектрический эффект с КПД 1%. Это значило, что лишь один процент солнечного света был преобразован в электричество.
Свой вклад внес и великий ученый Альберт Эйнштейн. За теорию фотоэффекта он был награжден Нобелевской премией в 1921 году.
Следующим этапом прогресса стало открытие ученых из Америки в 1954 г. Три компании Bell Laboratories Дэрил Чапин, Г.Пирсон и К.С.Фуллер заявили о создании первой солнечной батареи на основе кремния. Они добились КПД 4%, а немного позже довели до 6%.
Эволюция солнечных батарей
Как раз в то время велись активные космические исследования. И всего спустя 4 года солнечные панели впервые начали использовать в космических спутниках. 17 марта 1958 в США был запущен первый спутник на базе солнечных аккумуляторов «Авангард-1», а немного позже 15 мая в СССР – «Спутник-3».
Приборы продолжали совершенствовать. В 70-х удалось добиться КПД в 10%. Но они все еще не годились для использования на Земле из-за сложностей в производстве и дороговизны (цена 1 кг кремния была около $100).
Мир уже осознавал огромный потенциал солнечных АКБ и активные исследования продолжались. Так, в 1985 году КПД кремниевой батареи стал 20-22%.
Стабильное и успешное массовое производство солнечных аккумуляторов удалось наладить только в конце 80-х. И спустя около 10 лет группа ученых из США добилась существенного увеличения эффективности батарей. Был создан особый тип, который характеризовался простотой в производстве, небольшой себестоимостью материалов и экономностью.
Именно в 1989 году мир увидел солнечную батарею на тандемных фотоэлектрических преобразователях, КПД которых было более 30%.
Первая в своем роде масштабная промышленная электростанция была возведена в 1985 г. при СССР в Крыму. Это была, СЭС-5 с пиковой мощностью 5МВт. Для понимания, 5 МВт мощности имел первый ядерный реактор. К сожалению, из-за высокой цены вырабатываемого электричества в середине 90-х ее закрыли.
Конец 1989 года ознаменовался в США открытием 80 МВт солнечной станции от Loose Industries. И в течении следующих 5 лет эта же компания запустила еще несколько подобных СЭС суммарной мощностью на 480 МВт.
Масштабные правительственные программы
- 1990 год – Германия запускает программу «1000 Солнечных крыш».
- 1994 год – Япония активно внедряет кампанию «70000 Солнечных крыш».
- Компания Spectrolab в 2009 году демонстрирует фотоэлемент со способностью преобразовывать энергию Солнца в электричество на 41,6%.
- В 2011 году компания из Калифорнии Solar Junction сумела достичь КПД 43,5%.
- Корпорация Sharp в 2013 году создает фотоэлемент, состоящий из 3-х слоев, на сложной химической базе с 44,4% КПД. А в 2014 Институте им. Фраунгофера создали солнечные батареи с КПД 46%.
- В 2014 году введена в эксплуатацию самая большая на Земле электрическая станция от Солнца – Ivanpah Solar Electric Generating System. Ее площадь 14,24 кв. км, а мощность – 392 МВт. Этого хватит что бы обеспечить больше 140.000 объектов в Калифорнии.
Интересно, что одним из трех совладельцев этой электростанции является компания Google.
Применение в быту и науке
Солнечные батареи используют:
- В электронике. Мобильные телефоны, плееры, фонарики, зарядные устройства PowerBank, калькуляторы, ноутбуки.
- Машиностроение. Электромобили со встроенными аккумуляторами от Солнца на крышах.
- Авиация. Одна из разработок, проект из Швейцарии по созданию самолета, работающего исключительно на энергии солнца – Solar Impulse.
- Обеспечение зданий. В этом случае панели устанавливаются на крышах заводов или жилых домов. Преимущественно в Южной части США, Саудовской Аравии, Израиле, Испании, Индии и прочих.
- В медицине. Ученные из Южной Кореи изобрели подкожную батарею. Супермаленькую батарею могут вживлять под кожу для постоянной работы разных приборов в теле человека. Эта батарея в 15 тоньше волоса человека и площадью около 0,07 кв. см.
Человечество постепенно переходит на использование экологически чистой энергии. И сегодня уже есть проекты в разработке по строительству электростанций, работающих от Солнца, за пределами земной атмосферы.
Источник