Энергия и цивилизация

Рисунок 5.18. Схемы и вид спереди примечательных реактивных самолетов. «Боинг-707» (1957) был создан на базе самолета-заправщика. «Боинг-737» (1967)

 – самолет, продававшийся и продающийся лучше всего (почти 9000 штук продано на конец 2015 года, и еще 13000 заказано). Сверхзвуковой англо-французский «Конкорд», летавший по нескольким маршрутам в 1976–2003 годах, оказался крайне затратным курьезом. «Боинг-747» (летает с 1969 года) был первым широкофюзеляжным дальним лайнером. Для сравнения приведен нарисованный в масштабе самолет братьев Райт и маршрут их полета 7 декабря 1903 года. Основано на публикациях «Боинг», Aeroapatiale/Bae,Jakab (1990)

Единственным первичным движителем, который мог выдать больше мощности на единицу веса, чем газовая турбина, оказался ракетный двигатель для запуска военных ракет и космических аппаратов. Основатели современной ракетной науки – Константин Циолковский (1857–1935) в России, Герман Оберт (1894–1989) в Германии и Роберт Годдард (1882–1945) в США – совершенно верно предвидели окончательный успех старой идеи ракетного движения, которая с помощью современного инженерного искусства превратилась в самый мощный первичный движитель современности (Hunley 1995; Angelo 2003; Taylor 2009). Быстрый прогресс начался во время Второй мировой войны: в 1942 году работающий на этаноле Фау-2, спроектированный Вернером фон Брауном (1912–1977), достиг тяги на уровне моря в 249 кН (эквивалент около 6,2 МВт, с соотношением масса/мощность 0,15 г/Вт) и скорости 1,7 км/с. Дальность этой ракеты оказалась достаточно большой, чтобы атаковать Великобританию (von Braun and Ordway 1975).

Космическая гонка супердержав началась с запуском первого искусственного спутника Земли, советского «Спутника», в 1957 году, и появились мощные и более точные межконтинентальные баллистические ракеты. 16 июля 1969 года одиннадцать двигателей американской ракеты Saturn С-5 на керосине и водороде (разрабатывал которые Вернер фон Браун) отправили корабль «Аполлон» на Луну. Они работали всего 150 с, и их комбинированная тяга достигла почти 36 МН, эквивалент 2,6 ГВт, при соотношении масса/мощность (включая вес топлива и трех ракет-ускорителей) всего в 0,001 г/Вт (Tate 2009).

6. Цивилизация ископаемого топлива

Контраст очевиден.

Доиндустриальные общества потребляли практически только что преобразованные потоки солнечной энергии, конвертируя пренебрежимо малую долю неистощимого солнечного излучения. Современная цивилизация зависит от извлечения запасов древней энергии, она опирается на источники, которые невозможно восполнить даже за время на порядок большее, чем срок существования нашего вида. Ядерный распад и возобновляемые источники энергии (добавление ветровых генераторов и солнечных батарей к более чем 130-летней истории гидроэнергии, и разработка новых способов превращения фитомассы в топливо) возымели определенный эффект, но к 2015 году ископаемое топливо все еще давало 86 % первичной энергии в мире, всего на 4 % меньше, чем поколение назад, в 1990 году (ВР 2016).

Используя богатые запасы, мы создали общества, которые трансформируют беспрецедентные количества энергии. Эта трансформация повлекла за собой колоссальный прогресс в сельскохозяйственной продуктивности и рост урожайности; ее первыми результатами стали быстрая индустриализация и урбанизация, за ними последовали расширение транспортной сети и увеличение скорости транспорта, а затем еще более впечатляющий рост наших информационных и коммуникационных возможностей. Комбинация этих трендов обеспечила долгие периоды быстрого экономического роста, результатом которого стало настоящее процветание, повышение качества жизни для большинства населения земного шара, и в конечном итоге появление новой, высокоэнергетической сервисной экономики.