2020-10-12
78Жданович Дмитрий, Яровая Марина, Ковалевская Анастасия,
11 «ФМ-3» класс
Но если и катушки, и лазеры применимы только на малые расстояния, то неужели никакого решения вообще нет? В этом случае нас спасут волны. Да, конечно, атмосферные явления и сама атмосфера очень сильно мешает свободному прохождению волн различных длин, но не всем. Волна, длиной в 6-12 см (частота 5-2,45 ГГц), оказывается способна к прохождению большинства препятствий, а соответственно на нее в гораздо меньшей степени влияют погодные условия и наличие материальных вещей на пути. Такие волны относятся к СВЧ- и УВЧ-диапазонам, и в современном мире они находятся почти в каждом доме. На их основе работают микроволновки, спутниковое ТВ, радиолокация, сотовая связь и Wi-Fi. Они действительно способны преодолевать большие расстояния почти без потерь. Так как же их использовать для передачи еще и электричества?
Для того, чтоб даже теоретически сделать подобный фокус нам надо преобразовать ток сначала в волну, а затем опять в ток. С первым этапом никаких проблем нет: стоит только подойти к микроволновке у тебя на кухоньке, когда мама не видит, разобрать и достать оттуда магнетрон. Чтобы знать, что именно вытаскивать, прикрепляем фоточку:
Эта штуковина обладает очень большой мощностью и с помощью изменения потока электронов генерирует высокочастотные микроволны. Чтоб вы понимали, мощность волн, которые используются в микроволновке, равна где-то 800 Вт, а частота – 2450 МГц. Одна микроволновка вырабатывает примерно столько же излучения, как 10 000 Wi-Fi роутеров, 5 000 мобильных телефонов или 30 базовых вышек мобильной связи! И всё это только для того, чтоб нагреть тарелку вместо еды. И от всего этого нас отделяет только двойной защитный экран из стали, хотя его обычно достаточно.
Итак, допустим, ток в волну мы преобразовали. А что дальше? Как вернуть обратно? Тут уже есть два варианта.
Первый заключается в использовании бофой-бофой антенны, созданной из множества маленьких полупроводников, которая будет принимать излучение и преобразовывать его 
в ток. Когда-то такую штуку сделал Уильям Браун в 1964 г. и назвал ее «ректенной». С помощью своего изобретения, он сумел передать СВЧ-пучком мощность в 30 кВт на расстояние в 1,6 км с КПД >80%. Но, несмотря на это, решение проблемы на семёрочку. Всё потому, что для того, чтоб принять действительно большую мощность, из панелей полупроводников надо выстроить боооооольшущую панель. И за счёт всего этого, возникает переизлучение и, следовательно, потери энергии. Но не это самое страшное: проблема в том, что при перегрузке полупроводник просто сгорает. А вместе с ним и соседние. А вместе с ними соседние… И в результате горит вся панель.
Альтернативой является суровое советское решение. Это циклотронный преобразователь энергии и он сурово-советски работает на лампах.
Принцип его работы, как пишут сами изобретатели, довольно прост. Возможно, для них это действительно просто. Электронный поток, вылетает из электронной пушки, пролетает через резонатор с электрическим ВЧ-полем и начинает закручиваться вокруг своей оси. Затем он попадает в область реверса. Здесь энергия вращения преобразуется в энергию продольного движения, которая позволяет электронам преодолеть тормозящий барьер коллектора. Когда же весь поток осядет на поверхности коллектора, можно считать, что мы достигли максимального значения постоянного тока при этой нагрузке ЦПЭ. КПД этой штуки ~70-85%, что весьма неплохо.
Так-с, вроде с преобразованием туда-сюда энергии разобрались. Но что же люди делают с этим знанием, кроме как делятся им в исследовательских работах? О, некоторые поражают своими амбициями. Так, например, был такой ученый, Питер Е. Глэйзер, который ещё в 1968 г. предложил разместить панели солнечных батарей в космосе, а вырабатываемую энергию мощностью 5-10 ГВт направлять на Землю пучком СВЧ-излучения, где уже преобразовывать в переменный и постоянный ток. Тогда проект был не воплощён, но сейчас с современными технологиями можно говорить о КПД порядка 70-75%. При этом если диаметр передающей антенны будет равен 1 км, то наземная ректенна будет примерно 10 км х 13 км (размер будет варьироваться для различных широт). СКЭС с уровнем выходной мощности 5 ГВт будет иметь плотность излучаемой мощности в центре передающей антенны 23 кВт/кв.м., в центре приемной – 230 Вт/кв.м.
Но, как бы заманчиво не звучала идея передачи таким образом энергии, человечеству стоит задуматься над необходимостью ввода таких технологий. Дело в том, что влияние даже СВЧ-излучения на человека не изучено до конца. Но судя по некоторым, честно говоря, не очень хорошим, последствиям слишком близкого соседства с генераторами высоких частот, можно говорить, что с вводом такой штуки для «всеобщего блага» человечество само поможет Земле избавиться от себя безо всякого коронавируса.
