Валерий БУРДАКОВ
Член Президиума Академии инженерных наук им. A.M. Прохорова.
Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор.
Ветеран РКК «Энергия» им. С.П. Королёва.

НЕФТЬ КОНЧАЕТСЯ...

Третий Всероссийский форум «ТЭК России в XXI веке» (Москва, Кремль, 21 — 25 марта 2005 г.), организованный Институтом проблем регионального развития, привлёк к себе внимание всех руководящих государственных структур, многих региональных органов исполнительной власти и олигархов. Ведь именно ТЭК они считают единственной и последней надеждой на выживание нашей разорённой и разграбленной страны. Участники форума назвали почти три десятка проблем, требующих немедленного решения. В большинстве — политических и организационно-экономических...

У многих организаторов и участников форума настроение было пессимистическим. Так, руководитель Федерального агентства по энергетике С.А. Оганесян считает, что до 2010 г. ожидать освоения новых нефтяных месторождений в Западной Сибири не следует. Он порекомендовал прежде всего повысить коэффициент нефтеизвлечения хотя бы до канадского уровня — 50 % (у нас он составляет 24 — 35 %). Ресурсы нефти, по его словам, у нас есть — 44 млрд. т, но созданы они в советское время, а сейчас только проедаются.

Широко комментировалось среди участников форума высказывание министра природных ресурсов Ю.П. Трутнева о том, что эксплуатируемые запасы нефти у нас иссякнут в 2015 г. Сам министр был в командировке и на форуме не присутствовал, а его представители высказывались более осторожно: пик нефтедобычи мы, по-видимому, прошли.

Были, разумеется, и другие мнения. Так, председатель и исполнительный секретарь Исполкома СНГ В.Б. Рушайло озвучил «политические», по мнению многих участников форума, цифры: в СНГ нефти хватит на 55 лет. С газом то же самое случится через 77 лет, а с углём — через 717.

Что это значит для космонавтики? Ведь наши космические ракеты потребляют продукты перегонки и синтеза нефти, т.е. керосин и несимметричный диметилгидразин. Если нефть иссякнет пусть даже через 55 лет, то космонавтика может лишиться её значительно раньше — лет через 25, а то и через 20. Известно ли это в нашей отрасли?

Участшжи форума отметили, что цена добычи нефти непрерывно увеличивается, что построенное во времена СССР оборудование достигло верхнего предела износа, что местное население и региональное начальство крайне недовольно их отстранением от собственных богатств.

Большая нагрузка на экологию ещё более увеличивает стоимость добываемого сырья. А главное — приводит к социальной напряжённости. У жителей многих регионов отнимают принадлежащие им богатства недр, ничего не давая взамен, губят при этом природу, лишают возможности охотиться и ловить рыбу, спаивают водкой...

А вот несколько технических показателей: глубина переработки нефти у нас не превышает 69 % (в мире — 90 %), наш авиационный керосин настолько грязен, что даже отечественные авиакомпании предпочитают заправляться где-нибудь в Финляндии, на наших нефтепроводах много пиратства (нефть отводится, из неё отгоняются лёгкие фракции, а затем местная «чёрная» нефть опять направляется «в трубу»), в факелах мы сжигаем большую часть попутного газа, даже качество нашего битума не соответствует мировым стандартам...

СССР к моменту своего «естественного развала» вышел на уровень добычи нефти 625 млн т в год. Сейчас мы добываем 450 и мечтаем выйти в ближайшие 7 лет на уровень 550 млн т в год. Но это — вряд ли: трудноизвлекаемых запасов у нас больше 55 %, подготовленных резервов роста нет, и они не предвидятся. Подсчитано, что для реализации нашей энергетической стратегии нужны инвестиции в размере 2,5 трлн руб.

При этом государство в течение 15 лет якобы затратит всего 255 млн руб., а все остальные средства вложат добывающие частные компании. Только сейчас они не собираются инвестировать в разведку даже при предоставлении инвестору участка недр для добычи нефти в случае, если открытие месторождения произошло благодаря вложению его собственных средств! С момента разведки и обустройства месторождения до реальной добычи нефти обычно проходит не менее 10 лет, частные инвесторы на такие сроки возврата вложенных средств не идут.

Оптимистические прогнозы сводятся к тому, что если экспорт нефти и газа в 2004 г. составлял 27% нашего ВВП, то в 2015 г. он не превысит 20 % даже при реализации заявленных выше инвестиций и увеличении добычи нефти до 500 млн т в год. Но, скорее всего, нефтяное блаженство нашей страны к 2015 г. закончится. С газом то же самое произойдёт к 2025 г. А дальше наступит очередь атомной энергии, пик развития которой придётся на 2030 — 2040 гг., правда, если будет освоена технология захоронения радиоактивных отходов в космосе, поскольку хранилища многих АЭС уже заполнены. Космические технологии захоронения РАО — ключевая для развития нашей атомной энергетики. Она потребуется даже тогда, когда будут построены наземные термоядерные электростанции. Но главное — новые транспортные космические средства позволят постепенно перейти на приоритетную роль солнечной энергетики, когда космические солнечные электростанции (КСЭС) начнут снабжать земных потребителей высококачественной и практически неисчерпаемой, а главное — экологически чистой энергией.

Разумеется, все данные после 2006 г. являются прогнозными. В 2010 г. в нашем энергобалансе будет ещё преобладать нефть, но уже в 2020 г., как это видно из схемы, на первое место выйдет газ. С 2030 по 2040 г. первенство займут уголь и атомная энергия. Но это при условии, что нам удастся решить проблему нехватки ядерного топлива (пока что мы добываем 3, а потребуется 33 тыс.т. в год) и проблему захоронения радиоактивных отходов (РАО). Мы просто обязаны найти путь экономически обоснованного захоронения РАО в космосе. Все современные космические носители для этой цели не подходят!

Превалирование солнечной энергетики, которое, согласно прогнозам, начнётся в 2050 г., может быть основано только лишь на создании сотен КСЭС. Строительство и эксплуатация термоядерных электростанций всё ещё под большим вопросом, хотя поднялась невообразимая шумиха вокруг гелия-3, который «рекомендуют» добывать на Луне. Мне лично кажется, что очередь гелия-3 наступит только после освоения технологии его добычи из солнечного ветра с помощью космических накопительных систем, которые мы с С.П. Королёвым обсуждали ещё в 1964 г.

Наконец, наши главные сегодняшние энергоносители — нефть и газ — не исчезнут, а станут сырьём для изготовления пластиков и других изделий, т.е. из энергобаланса выйдут.

В любом случае потребуются огромные инвестиции в ТЭК, а откуда их взять — неясно. Тем более, что это не только наши проблемы.

ГЛОБАЛЬНЫЙ МАСШТАБ В 1973 г. разразился мировой энергетический кризис. Среднемировая цена на нефть подскочила тогда с 0,01 до 0.08 долл./кг. т.е. выросла в восемь раз! А в 1982 г. она составляла уже 0,25 долл./кг, превысив на период с 1976 по 1986 г. среднемировые цены на зерно (0,08 — 0,11 долл./кг)! Стало выгодным перерабатывать зерно на спирт и заправлять им автотранспорт...

Страсти постепенно улеглись, людей успокоили новыми открытиями, которые вот-вот должны произойти (шельфовые месторождения нефти, управляемый «термояд»...), и жизнь как будто вошла в прежнее русло. Но это только на первый взгляд!

Ведущие западные державы переориентировали свою политику, подчинив её главной проблеме — энергетической. В нашей стране как раз в это время при попустительстве некомпетентных (продажных, запуганных?) руководителей была организована «перестройка», приведшая к развалу СССР и возникновению нового «режима», при котором российская нефть бурным потоком хлынула в западные хранилища.

В мире начались нефтяные войны (Чечня, Ирак и т.д.), появились нефтяные пираты, нефтяные жулики, нефтяные террористы и т.д.

Мировая выработка энергии с 1970 г. ускоренно снижается, в то время как численность населения планеты ускоренно растёт. Пропасть между странами по энергопотреблению увеличивается. Появилась теория «золотого миллиарда»: дескать, на Земле в приличных условиях может существовать только один миллиард людей, а остальные пять с лишним миллиардов должны исчезнуть!

В частности, для России «квоту целесообразной численности» озвучила Маргарет Тетчер: 15 млн человек, одна десятая часть нашего нынешнего населения! А другая сообразительная дама, бывший госсекретарь США Мадлен Олбрайт, заявила, что. пока Сибирь принадлежит исключительно России, справедливости на Земле не будет!

Быстро увеличивается загрязнение среды обитания радиоактивными отходами, которые уже угрожают разрушением генома человека.

Глобальное потепление, в фазу которого вступила Земля, усугубляется сгоранием углеводородного горючего. Увеличение среднегодовой температуры атмосферы неизбежно приведёт к нагреву мирового океана и дополнительному выделению в атмосферу растворённого в воде диоксида углерода. Процесс изменения климата пойдёт лавинообразно, и не когда-то, а уже через 15-20 лет!

Гидроэнергетика достигла своего предела, уничтожив миллионы тонн рыбы, заняв под водохранилища или подтопив ценные пахотные земли, сделала их непригодными для получения другого важного вида энергии — пищевого. Нетрадиционные источники энергии (ветровая, солнечная, приливная, энергия градиентов солёности морской воды, геотермальная), имеют ограниченные масштабы применения.

Так что же. кризис близок и неотвратим? Да, говорят наиболее информированные специалисты, неотвратим, ибо человечество просто в силу своей природы никогда не сможет действовать согласованно в масштабах всей планеты. Только на вооружение люди тратят 800 млрд долл. в год, да на рекламу 200, да на печатание денег и различные манипуляции с ними 400, да на религиозные обряды 500...

Наступит кризис, скорее всего, лет через 20 — 40. Воедино сольются энергетический голод, глобальное потепление, пищевой голод, глобальное загрязнение среды обитания, вооружённое противостояние развивающихся стран с развитыми, разрушение генома человека...

Естественно, выход из создавшегося положения ищут и люди, и страны.

ПОДНИМЕМ ГОЛОВУ! Но выход для России всё же есть. Предлагает его Академия инженерных наук, основанная академиком РАН, нобелевским лауреатом, A.M. Прохоровым.

Этот выход — наши природные и интеллектуальные богатства, нефть, газ и — космонавтика! А конкретно — глубокая (по Д. И. Менделееву) переработка нефти и строительство орбитальных космических солнечных электростанций (КСЭС). Вот что может не только решить на очень длительный период энергетическую проблему страны, но и сплотить российский народ перед лицом грозящей опасности. Осталось только решить проблему эффективной передачи энергии с орбиты на Землю, на специально созданные антенные поля с помощью СВЧ-лучей, и постепенного исчезновения нефти можно будет не опасаться.

Начинать это непростое дело, естественно, необходимо уже сейчас, а то будет упущено время. Причём начинать надо со строительства опытной КСЭС с установленной мощностью на Земле в 5000 кВт. Не надо нарушать традицию, сложившуюся в СССР: все принципиально новые электростанции (Обнинская атомная, Крымская солнечная, Камчатская геотермальная) имели установленную мощность 5000 кВт.

Нужен специализированный завод «Космаш» по типу «Атоммаша», нужно министерство соответствующее создавать — вообще отнестись к проблеме очень серьёзно! Подчинение Федерального космического агентства Министерству промышленности и энергетики ни к чему хорошему не приведёт.

Космическая специфика сложнее атомной, но деться некуда — простая техника уходит в прошлое. Без сложной высокоинтеллектуальной техники человечество просто исчезнет с лица Земли. Не могу поэтому согласиться с решением руководства страны прекратить работы по орбитальному кораблю «Буран» и списать все затраты. Без такого корабля обслуживание КСЭС будет просто невозможным! Другое дело — ракета-носитель «Энергия». Она должна быть заменена на более дешёвое и более эффективное многоразовое средство выведения.

Что же будет представлять собой опытная КСЭС? Все наши «Салюты», «Мир» и даже строящаяся с нашим участием МКС по сравнению с ней будут выглядеть пигмеями. Да и наземные антенные поля для приёма энергии в виде СВЧ-излучения будут внушительными — их диаметр составит не менее 10 км! Строиться они будут в тех районах сибирского Севера, откуда сегодня начинаются нефте— и газопроводы. Только в этом случае истощение невозобновляемых энергоресурсов будет заменено поданной на Землю солнечной энергией, которая в виде электрического тока пойдёт по уже готовым линиям электропередач, в виде водорода и синтетического жидкого топлива — по имеющимся нефте— и газопроводам.

Только строительство сначала десятков, а потом и сотен КСЭС на полярных орбитах сохранит за нашей страной авторитет стратегически выгодного партнёра, продолжающего с большой выгодой для себя поставлять энергоресурсы, цена на которые с каждым годом будет только расти. А солнечная энергия практически неисчерпаема — наше Солнце будет исправно светить ещё, как минимум, пять миллиардов лет!

А где же взять деньги на такое небывалое строительство? Сейчас их может дать только нефть! Но не сырая, а в виде продуктов её глубокой переработки: моторных топлив, попутных газов (тех же гелия и водорода), искусственных волокон и гранул (особенно полиэтилена) и т.д.

Опытная космическая солнечная электростанция установленной мощностью (на Земле) 0,05 ГВт. Общее количество зеркал — 1344 (192 блока по 7 зеркал), масса — 5000 т. габариты — 500х1000 м, стоимость— 1 млрд долл., ресурс — 30 лет, тариф на 2020 г. — 0.76 долл. / кВт х ч, начальная конфигурация — 20 блоков по семь зеркал, 5000 кВт. На рисунке: 1 — буферные аккумуляторы; 2 -передающая антенна; 3 — блок-концентратор с семью параболическими зеркалами диаметром 7 м; 4 — главный рабочий тоннель; 5 — блок искусственной тяжести; 6 — рабочие и производственные отсеки; 7-транспортный корабль «Буран» Четырехступенчатый носитель для КСЭС Стартовая масса 4800 т Стоимость выведения 1 кг ~$ 100 Масса полезного груза на круговой ОИСЗ, Н = 250 км составляет 250 т Наращивание мощности КСЭС: 1 — опытная. 0,05 ГВт, 10 Вт/кг; 2 — промежуточная. 1 ГВт. 20 Вт/кг, 60000т, 1x11 км; 3 — штатная. 5 ГВт, 50 Вт/кг, 100000 т, 5x11 км

При этом не надо забывать, что 68 % нефти из наших подземных кладовых мы уже выбрали, что временной интервал для перехода с нефтяной к космической энергетике очень ограничен (всего 15 — 20 лет!), а поэтому действовать правительству страны следует решительно и бескомпромиссно. Принятие соответствующих законов и постановлений — наиважнейшая задача сегодняшнего дня!

Приобретение навыков эксплуатации опытной КСЭС позволит постепенно увеличивать её мощность вплоть до 5 ГВт. При этом антенна и обслуживающая зона претерпят минимальные изменения — будет добавляться только количество энергоагрегатов. Станции будут работать в автоматическом, полуавтоматическом (посещаемом) и пилотируемом вариантах. Потребуется огромное количество космонавтов.

Дальнейшее увеличение мощности КСЭС представляется сейчас нерациональным. Лучше тиражировать такие КСЭС и размещать их на полярной орбите.

Могут возникнуть два вопроса: почему я предлагаю размещать КСЭС на полярной, а не на геостационарной орбите (ГСО), и использовать солнечные концентраторы, а не солнечные батареи? С геостационарной орбиты наши северные территории, где больше всего нужна энергия, — «не видны». Кроме того, на ГСО расположены информационные спутники, которые будут глушиться боковыми лепестками диаграммы направленности передающих антенн. А солнечные концентраторы и машинные преобразователи уже сегодня позволяют получить КПД «от Солнца до антенны» порядка 40 % при тех же весовых параметрах, что и солнечные батареи при КПД всего 20%. Кроме того, для изготовления солнечных батарей потребуется такое количество сверхчистого кремния и арсенида галлия, которого просто не будет в распоряжении государства. Эта проблема обсуждалась, и не раз, с «хозяином» нашего кремния, академиком А.М. Прохоровым.

Потребность в КСЭС ощущается уже сейчас, и она такова, что в год надо вводить в эксплуатацию по две КСЭС мощностью 5 ГВт. Для этого в идеале (без аварий и сбоев) надо производить в год по 800 пусков носителя с полезным грузом 250 т. И только через 50 лет получим 500 ГВт установленной мощности на Земле, что в сочетании с другими источниками энергии будет достаточно для избежания энергетического кризиса. Но представить сейчас подобные масштабы космической стройки просто невозможно! На деле всё будет значительно скромнее: и стройка каскада КСЭС затянется на сотни лет, и душевое потребление энергии в мире будет уменьшаться. Остаётся позаботиться сначала о России, где энергетическая проблема с помощью КСЭС представляется принципиально решаемой.

Основатель Академии инженерных наук, лауреат Нобелевской премии, A.M. Прохоров (слева) и В.П. Бурдаков.

Наличие даже небольшого количества КСЭС на околоземной орбите позволит связать их с помощью лазерных лучей. Будет возможно эффективно бороться с таким бедствием, как тайфуны, осуществлять другие крупномасштабные проекты (технологические, научные, экологические, обеспечивать глобальную безопасность землян), в частности — повышать урожайность, бороться с терроризмом и военными конфликтами, предотвращать столкновение Земли с метеоритами и т.д. Не секрет, что нефтехранилища, расположенные на поверхности Земли, весьма уязвимы. Что же касается КСЭС и наземных приёмных антенн, то их уязвимость будет на порядок меньше (гореть нечему).

Очень важный вопрос — кто и на чьи средства должен строить космическое энергохозяйство землян? С инженерной точки зрения и на основе имеющегося опыта это может делать только одна страна — Россия. А оплачивать работы и предоставлять ресурсы должен, как нам представляется, весь мир! Но способна ли ООН организовать выполнение проекта? Или все основные расходы должна вновь взять на себя Россия? Это ещё один аргумент в пользу того, что России не избежать лидерства в этом деле.

Но современной России строительство даже опытной КСЭС не по карману. Ведь эта «затея», как говорил академик Б.С. Стечкин, должна быть обеспечена принципиально новым средством выведения — супертяжёлым космическим носителем на базе многоразовых одноступенчатых носителей — МОН, способным выводить на орбиту функционирования КСЭС грузы массой до 250 т по цене не более 100 — 200 долл./кг. Такой носитель в АИН им. A.M. Прохорова прорабатывается, но в Федеральную космическую программу не включен. РФФИ также не поддерживает исследования по созданию больших носителей. Это называется: жить за счёт будущих поколений!

Создание даже опытной КСЭС будет сопряжено со строительством огромного приёмного антенного поля (ректенны) площадью не менее 100 км², что даст не только работу, но и средства к цивилизованному существованию населения в северных районах России, природа которых из-за нефте— и газодобычи существенно пострадала.

Что же касается уже существующей и строящейся инфраструктуры, необходимой для добычи и транспортировки нефти и газа, то её значение сохранится. Вместо нефти и газа из скважин будет извлекаться вода, из воды электролизом за счёт «космического» электричества будет получаться водород, который и пойдёт по существующим трубопроводам в более обжитые районы земного шара. Водородная энергетика, о которой так много говорят в последнее время, сама нуждается в энергетике.

Штатная эксплуатация сотен КСЭС будет сопровождаться строительством ректенн в северных странах, а следовательно, существенным улучшением всех пяти ипостасей существования человечества: энергетической, транспортной, безопасносной, технологической и информационной. Будут по-настоящему, а не вахтовым методом, освоены бескрайние просторы Севера, что существенно улучшит и демографическую ситуацию в нашей стране.

Что же касается менее масштабных, но не менее нужных проектов (освоения Луны, пилотируемых полетов на Марс, на спутник Юпитера Европу, где предполагается разумная жизнь и т.д.), то они будут легко решаться как побочные проблемы.