«То, что сделано в Паркенте, поражает самое изощренное воображение. Архитектору Виктору Захарову и его коллегам удалось спроектировать комплекс, который по единству и целостности формы и содержания можно считать непревзойденным. Словесный портрет, каким бы детальным он ни был, не сможет заменить огромного впечатления от вида грандиозных сооружений комплекса с фантастическими формами, воздвигнутого на древней земле Узбекистана», — так описывал в журнале «Архитектура СССР» впечатления от гелиокомплекса «Солнце» космонавт Владимир Джанибеков. Уникальное сооружение, возведенное в горах неподалеку от Ташкента, стало одной из последних грандиозных строек советской эпохи. Зачем построили солнечную печь, что она может делать и как ее используют сегодня — в нашем репортаже.
Наследники Архимеда
От Ташкента до Паркента всего 40 километров, хотя Институт Солнца (так его называют в обиходе, официально это Физико-технический институт НПО «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан) находится за Паркентом в поселке, который так и называется — Солнце. Огромный гелиоконцентратор стоит на высоте 1100 метров — и его видно еще на подъезде к населенному пункту, а последний участок пути — крутой серпантин с резкими поворотами. От них (а еще от окружающих видов) захватывает дух.
Первое, о чем сообщат любому посетителю института, — в мире всего два подобных комплекса. Еще один функционирует в Фон-Ромё-Одейо в Восточных Пиренеях во Франции. Это самая крупная солнечная печь в мире, открытая в 1970 году. Ее гелиоконцентратор диаметром 54 метра может генерировать мощность около 1 мегаватта. Узбекский объект сопоставим по мощности. Для чего они нужны?
По легенде, Архимед использовал подобную технологию для того, чтобы поджечь неприятельские корабли. Во время Второй Пунической войны римский флот атаковал Сиракузы, но ученый не сплоховал, а несколькими зеркалами сфокусировал солнечные лучи на деревянных кораблях и поджег их. Скорее всего, это невозможно в боевых условиях, но сам принцип рабочий.
Солнечная печь состоит из трех основных элементов. Поле гелиостатов — параболических зеркал, чья задача уловить солнечные лучи и направить их на концентратор. Концентратор фокусирует эту энергию в небольшую точку. Ну и сама печь, где происходит основное действие: помещенные в нее вещества разогреваются до 3,5–4 тысяч градусов. Благодаря такой температуре возможно получить уникальные материалы без примесей.
Пусть всегда будет солнце
Строительство комплекса в Узбекистане началось в 1981 году. На выбор места повлиял целый ряд факторов. Во-первых, в Узбекистане были необходимые научные кадры — Физико-технический институт в Ташкенте, основанный в 1943 году, был первым в Средней Азии институтом физического профиля. Его директор академик Садык Азимов, будучи уверенным в перспективности использования возобновляемых источников энергии, стал инициатором строительства солнечной печи. Во-вторых, в предгорьях Тянь-Шаня природа создала идеальные условия для функционирования установки: 250–270 солнечных дней в году и чистая разреженная атмосфера. В-третьих, весь комплекс стоит на скальном основании, а значит, ему не страшны землетрясения. Для гелиостатов необходима точная настройка, поэтому даже незначительные подземные толчки могут повлиять на работоспособность всей печи.
Поле гелиостатов состоит из 62 установок общей площадью более 3 тысяч квадратных метров. Гелиостаты установлены на пологом склоне в шахматном порядке — чтобы не затенять друг друга. Каждый из них площадью 7,5 х 6,5 метра состоит из 195 фацет — плоских отражательных элементов. Гелиостаты в автоматическом режим поворачиваются так, чтобы обеспечить необходимое отражение для создания заданной температуры в печи. Для этого перед каждым установлен датчик, который корректирует положение устройства в зависимости от положения солнца.
Самая выдающаяся часть комплекса — гелиоконцентратор — состоит из 10700 зеркал, организованных в блоки по 50 зеркал в каждом. Да, иногда их надо менять и мыть. Благо, погодные условия почти идеальны, поэтому им мало что угрожает. Но при необходимости используются лестницы и подъемники, а весь процесс занимает несколько дней. С обратной стороны концентратор покрыт солнцезащитными панелями — они нужны, чтобы металлические конструкции не перегревались и не деформировались.
На высоте шестого этажа в концентраторе находится пирометрическая лаборатория, из которой управляют работой печи. Чтобы попасть в нее, в комплексе установлен грузопассажирский лифт. Правда, во время нашего посещения он не работал, так что пришлось подниматься по лестнице.
Отраженный свет фокусируется на отверстие диаметром 40 сантиметров в технологической башне, которая стоит на расстоянии 18 метров от концентратора — таково его фокусное расстояние. Для охлаждения башни во время работы печи по ней постоянно циркулирует вода.
Строительство комплекса закончилось в 1987 году, а уже спустя короткое время партийные чиновники обрушились с критикой как идеи проекта, так и траты ресурсов на него. Академик Азимов умер от разрыва сердца прямо во время разгромного партийного доклада.
Новые технологии в новой стране
Почти сразу после завершения строительства комплекса Советский Союз прекратил существование. В независимом Узбекистане гелиокомплекс не только не был заброшен, но и успешно функционировал. Разумеется, в том числе благодаря тому, что уникальная установка позволяла выполнять заказы организаций со всего мира и тем самым зарабатывать деньги для своего существования.
Помимо того, что в печи можно получать беспримесные материалы, в ней можно моделировать различные условия. Это значит, что установка подходит для испытания новых материалов в условиях космоса или других планет. На базе нескольких лабораторий Физико-технического института в 1993 году был создан Институт материаловедения, который как раз и занимается разработкой и испытанием новых материалов в уникальных условиях.
Гелиокомплекс — популярная туристическая локация неподалеку от Ташкента. Любой желающий может за небольшую сумму попасть на территорию. Правда, как сетует наш экскурсовод, едут сюда не чтобы узнать о передовых разработках, а чтобы сделать захватывающие селфи на фоне пиков Тянь-Шаня.
На территории не только рассказывают про науку, но и показывают, как работает концентратор. Можно закипятить чайник, сфокусировав энергию солнца, и даже поджечь палку по методу Архимеда. Чайник закипает спустя пару минут, а палка начинает дымиться почти мгновенно. После этого легенда о кораблях уже не выглядит такой уж невероятной.
Но все же комплекс — это не инстаграм-площадка, а научное учреждение, которое разрабатывает новые материалы. Здесь создают огнеупорную керамику, выдерживающую очень высокую температуру, — например, ее применяют для изоляторов высоковольтных линий и облицовки космических аппаратов. Благодаря уникальной технологии она получается легкой и прочной. Сейчас Институт материаловедения исследует получение в печи фуллеренов, углеродных нанотрубок и технологий получения водорода для чистой энергетики.
Даже без учета научной значимости, комплекс — огромное во всех смыслах достижение инженерной мысли человека.
