Своими глазами: как устроена самая большая в мире солнечная печь

Onliner.by отправился во французские Пиренеи, чтобы увидеть одно из самых необычных сооружений в мире — солнечную печь мощностью 1 мегаватт. Это исполинское сооружение находится неподалеку от городка Фон-Ромё-Одейо и привлекает внимание случайных путешественников, проезжающих по высокогорной дороге в Андорру, огромным зеркалом. Его диаметр составляет 54 метра, и этого достаточно для того, чтобы плавить сталь как масло.

Мы приехали в Одейо летним днем. На юго-западе Франции замечательно приживается виноград и вызревают всевозможные фрукты — жарко! Кроме прочего, солнце здесь светит чуть не 300 дней в году, а по количеству ясных дней эти места уступают, пожалуй, только Лазурному берегу. Если же охарактеризовать долину около Одейо с точки зрения физики, то мощность светового излучения здесь составляет 800 ватт на 1 квадратный метр. Восемь мощных лампочек накаливания. Немного? Достаточно, чтобы кусочек базальта растекся лужицей!

Правда, для достижения высоких температур плавления необходимо собрать свет не с одного метра и даже не со ста.

— Солнечная печь в Одейо обладает мощностью 1 мегаватт, и для этого необходимо почти 3 тысячи метров зеркальной поверхности, — рассказывает нам Серж Шовин, смотритель местного музея солнечной энергии. — Причем собрать свет с такой большой поверхности нужно в фокусную точку диаметром со столовую тарелку.

Напротив параболического зеркала установлены гелиостаты — специальные зеркальные плиты. Их 63 штуки со 180 секциями. У каждого гелиостата своя «точка ответственности» — сектор параболы, на который отражается собранный свет. Уже на вогнутом зеркале лучи солнца собираются в точку фокуса — ту самую печь. В зависимости от интенсивности излучения (читай — ясности неба, времени суток и поры года) температуры можно достичь самые разные. В теории — до 3800 градусов по Цельсию, в реальности выходило до 3600.

— Вместе с движением солнца по небу двигаются и гелиостаты, — начинает свою экскурсию Серж Шовин. — Сзади у каждого установлен двигатель, а все вместе они управляются централизованно. Необязательно устанавливать их в идеальную позицию — в зависимости от задач лаборатории градус в точке фокуса можно варьировать.

Солнечную печь в Одейо начали строить в начале 60-х, а в строй ввели уже в 70-х. Долгое время она оставалась единственной в своем роде на планете, однако в 1987-м копию возвели неподалеку от Ташкента. Серж Шовин улыбается: «Да-да, именно копию».

Советская печь, к слову, тоже остается действующей. На ней, правда, проводят не только опыты, но и выполняют некоторые практические задачи. Правда, расположение печи не позволяет достичь таких же высоких температур, как во Франции — в точке фокуса узбекским ученым удается получить менее 3000 градусов.

Параболическое зеркало состоит из 9000 пластинок — фацетов. Каждая из них отполирована, имеет алюминиевое напыление и чуть вогнута для лучшей фокусировки. После постройки здания печи все фацеты были установлены и откалиброваны вручную — на это ушло три года!

Серж Шовин ведет нас на площадку неподалеку от здания печи. Вместе с нами — группа туристов, прибывших в Одейо на автобусе — поток любителей научной экзотики не иссякает. Музейный смотритель собрался наглядно продемонстрировать скрытый потенциал солнечной энергии.

— Мадам и месье, ваше внимание! — Серж хоть и выглядит скорее как ученый, больше похож на актера. — Свет, излучаемый нашей звездой, позволяет мгновенно нагревать материалы, воспламенять и плавить их.

Сотрудник солнечной печи поднимает обычную ветку и размещает ее в большом чане с зеркальной внутренней поверхностью. У Сержа Шовина уходит несколько секунд на поиск точки фокусировки, и палка моментально вспыхивает. Чудеса!

Пока французские бабушки и дедушки ахают и охают, музейщик переходит к отдельно стоящему гелиостату и двигает его ровно так, чтобы отраженные лучи попали в уменьшенную копию параболического зеркала, установленного тут же. Это еще один наглядный эксперимент, показывающий возможности солнца.

— Мадам и месье, сейчас мы будем плавить металл!

Серж Шовин устанавливает в держатель кусочек железа, двигает тисками в поиске точки фокуса и, найдя ее, отходит на небольшое расстояние.

Солнце быстро делает свое дело.

Кусочек железа моментально нагревается, начинает дымить и даже искрить, поддаваясь жарким лучам. Буквально за 10—15 секунд в нем прожигается дырочка размером с монету в 10 евроцентов.

— Вуаля! — ликует Серж.

Пока мы возвращаемся в здание музея, а французские туристы рассаживаются в кинозале для просмотра научного фильма о работе солнечной печи и лаборатории, смотритель рассказывает нам любопытные вещи.

— Чаще всего люди спрашивают, зачем все это нужно, — разводит руками Серж Шовин. — С точки зрения науки возможности солнечной энергии изучены, применены где это возможно в быту. Но существуют задачи, которые по своему масштабу и сложности исполнения требуют установок, подобных этой. Например, как нам смоделировать воздействие солнца на обшивку космического корабля? Или нагрев спускаемой капсулы, возвращающейся с орбиты на Землю?

В специальной тугоплавкой емкости, установленной в точке фокуса солнечной печи, можно воссоздать такие, без преувеличения, неземные условия. Подсчитано, например, что элемент обшивки должен выдерживать температуру в 2500 градусов по Цельсию — и опытным путем это можно проверить здесь, в Одейо.

Смотритель ведет нас по музею, где установлены различные экспонаты — участники многочисленных экспериментов, проведенных в печи. Наше внимание привлекает тормозной карбоновый диск…

— О, эта штука от колеса болида Формулы-1, — кивает Серж. — Ее нагрев в некоторых условиях сопоставим с тем, что мы можем воспроизвести в лаборатории.

Как уже говорилось выше, температурой в точке фокуса можно управлять при помощи гелиостатов. В зависимости от проводимых опытов она варьируется от 1400 до 3500 градусов. Нижний предел необходим для производства водорода в лаборатории, диапазон от 2200 до 3000 — для тестирования различных материалов в условиях экстремального нагрева. Наконец, выше 3000 — область работы с наноматериалами, керамикой и созданием новых материалов.

— Печь в Одейо не выполняет практических задач, — продолжает Серж Шовин. — В отличие от узбекских коллег, мы не зависим от собственной хозяйственной деятельности и занимаемся исключительно наукой. Среди наших заказчиков не только ученые, но и самые разные ведомства, например оборонное.

Мы как раз останавливаемся у керамической капсулы, которая оказывается корпусом корабля-беспилотника.

— Военное министерство построило солнечную печь меньшего диаметра для собственных практических нужд здесь же, в долине у Одейо, — говорит Серж. — Ее можно увидеть с некоторых участков горной дороги. Но за научными экспериментами они все равно обращаются к нам.

Смотритель объясняет, в чем преимущество солнечной энергии перед любой другой в ходе выполнения научных задач.

— Во-первых, солнце светит бесплатно, — загибает он пальцы. — Во-вторых, горный воздух способствует проведению опытов в «чистом» виде — без примесей. В-третьих, солнечный свет позволяет нагревать материалы значительно быстрее, чем любые другие установки, — для некоторых экспериментов это крайне важно.

Любопытно, что печь может работать практически круглый год. По словам Сержа Шовина, оптимальным месяцем для проведения экспериментов является апрель.

— Но если нужно, кусочек металла для туристов солнце расплавит хоть в январе, — улыбается смотритель. — Главное, чтобы небо было ясным и безоблачным.

Одним из неоспоримых преимуществ самого существования этой уникальной лаборатории является полная ее открытость для туристов. Ежегодно сюда приезжает до 80 тысяч человек, и это делает для популяризации науки среди взрослых и детей намного больше, чем школа или университет.

Фон-Ромё-Одейо — типичный пасторальный французский городок. Его главное отличие от тысяч таких же — сосуществование таинства бытовой жизни и науки. На фоне 54-метровой зеркальной параболы — горные молочные коровы. И постоянное жаркое солнце.