Эта разность температур и используется для получения электрической энергии с помощью термоэлементов.
Ученые заметили, что если взять две проволочки из разных металлов и спаять их концы, а затем один из спаев охлаждать, а другой нагревать, то есть создать между спаями разность температур, то по проволочкам пойдет ток.
Это явление уже давно применяется для точного измерения температур. Сравнительно недавно оно нашло и другое практическое применение. Наша промышленность начала выпускать красивые металлические абажуры для керосиновых ламп. В этих абажурах заключены сотни крохотных термоэлементиков, вырабатывающих электрический ток благодаря разнице температур газов горения лампы и окружающего воздуха.
Этот ток невелик, но он уже может использоваться для работы, например радиоприемника. Для этой цели и предназначаются такие «абажуры», используемые в тех сельских местностях, где еще нет электростанций.
Вот такие же батарейки соединенных друг с другом термоэлементов работают в гелиоэлектростанциях, созданных экипажем космического корабля. А вырабатываемая ими электроэнергия — превращенные лучи Солнца — используется для обогрева и освещения корабля и для других нужд. И не страшным становится для астронавтов холод космического пространства!
Возможно, что на походных гелиоэлектростанциях космического корабля будут работать не термоэлементы, а фотоэлементы, непосредственно превращающие энергию солнечных лучей в электрический ток.
Устройство фотоэлементов может быть даже проще, чем термоэлементов. Это просто тонкие медные пластинки, покрытые еще более тонким — не более 0,1 миллиметра — слоем закиси меди. К этому слою прижимается тонкая проволочная сетка. Под влиянием солнечных лучей электроны будут переходить из слоя закиси меди в медь. Между сеткой, лежащей на слое закиси меди, и медной пластинкой возникнет разность потенциалов, а если соединить их проводником, то пойдет электрический ток.
Может быть, из таких вот фотоэлементов, а не из термоэлементов, будут состоять походные электростанции космического корабля.
Если нагреть один из спаев и охладить другой, гальванометр покажет прохождение тока.
Схема работы простейшего фотоэлемента. Под действием солнечных лучей начинается переход электронов из слоя закиси меди 1 в чистую медь 2. Если теперь замкнуть цепь между сеткой 3 и медью, в ней обнаружится электрический ток.
Для поддержания жизнедеятельности своего организма человек должен потреблять в сутки, при условии, что он занимается физическим трудом, около 140 граммов сухого белка, примерно такое же количество жиров, около 400 граммов углеводов, несколько граммов минеральных солей и витаминов. Кроме того, за сутки человек потребляет от 2 до 5 литров воды. Таким образом, суточная норма воды и пищи для каждого члена экипажа космического корабля составляет не менее 3–4 килограммов. К этому надо прибавить еще необходимый для дыхания человека кислород, затраты которого также составят, видимо, около 1 килограмма в сутки.
Пять килограммов в сутки на человека, — это 150-килограммовый месячный запас, то есть несколько тонн, если космический рейс затянется на год. А продолжительность космических рейсов в несколько лет и даже десятков лет вполне вероятна, если только мы не захотим ограничить круг исследуемых человеком планет Луной, Марсом и Венерой. В этом случае необходимые запасы для экспедиции в 10 человек составят десятки и сотни тонн! Космический корабль должен будет везти за собой целые склады продовольствия, цистерны с водой и жидким кислородом для дыхания.
Впрочем, так обстоит дело только при первом взгляде. В действительности лишь для кратковременных полетов, например на Луну и обратно, будет целесообразно брать с собой полный запас продовольствия, воды и кислорода на все время пути. При более продолжительных рейсах будет рациональнее организовать на корабле полный кругооборот всех веществ, необходимых для жизни человека.
Легче всего организовать кругооборот воды. Надо заметить, что человеческий организм выделяет воды даже больше, чем потребляет ее. Вода является одним из окончательных продуктов переработки пищевых веществ в процессе жизнедеятельности организма. Превышение выделения организмом воды по сравнению с потреблением составляет примерно 400 граммов в сутки.
Для очищения отработанной в организме воды проще всего применить обычную дистилляцию. Энергию для испарения воды дадут те же, уже описанные нами, гелиоэлектростанции.
Не больше затруднений вызовет и извлечение избытков воды из воздуха. Ведь при дыхании человек выдыхает воздух, значительно обогащенный влагой. Убедиться в этом легко, подышав на блестящую поверхность холодного зеркала — там сразу же появится крохотное пятнышко из сконденсировавшихся паров воды. В зимнее время влага человеческого дыхания образует толстые налеты инея на внутренней стороне оконных стекол.
Для удаления и извлечения избыточной влаги из воздуха весь воздух космического корабля надо будет систематически прогонять сквозь холодильник, где вода будет конденсироваться. Если обеспечить в этом холодильнике достаточно низкую температуру — ниже 78°, — в нем можно будет осуществлять очистку воздуха и от углекислого газа, который сжижается при этой температуре.
Снова расходы энергии! Теперь уже для работы холодильных устройств!
Нет, работа холодильника не потребует расходования энергии. К услугам экипажа космического корабля будет холод всего мирового пространства. Нужно будет только трубку холодильника вывести за обшивку корабля с затененной стороны и можно будет получить без труда температуру холодильного вещества минус 100, минус 150, минус 200°.
Таким образом решается вопрос с запасами воды и очисткой воздуха в космическом корабле. Сложнее обстоит дело с созданием кругооборота кислорода и продуктов питания.
Когда-то, по предположениям ученых, атмосфера Земли содержала значительно большее количество углекислого газа, чем сейчас. Очистили ее от содержания этого газа растения. Для них он является основным материалом, используемым при построении тканей — стволов, листьев. При этом, поглощая углекислый газ из воздуха, растения усваивают только одну его составную часть — углерод. А кислород возвращают обратно в атмосферу. Гигантские залежи каменного угля, имеющиеся на всех материках, — это и есть углерод, взятый растениями из воздуха.
Жизнедеятельность животных организмов, наоборот, как правило, сопровождается поглощением кислорода и выделением углекислого газа. Углекислый газ образуется и при всех процессах горения — в топках паровозов и котельных ТЭЦ, в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания ив камерах реактивных двигателей. Но зато в солнечные дни, когда яркие лучи Солнца освещают глянцевитую листву растений, в них осуществляется обратный процесс: выделяется кислород и поглощается углекислый газ. Эти два процесса уравновешивают друг друга, содержание углекислого газа в атмосфере Земли остается постоянным.
Схема устройства для очистки воздуха в космическом корабле от избытков углекислого газа и воды. Насос 1 качает холодильный агрегат через спиральную трубку 2, находящуюся в затененной кораблем части космического пространства. Подаваемый вентилятором 3 в шкаф холодильника воздух соприкасается с охлажденной трубкой 4 и на ней в виде инея осаждается углекислый газ и вода. Охлажденный воздух проходит через спиральную трубку 5, находящуюся на освещенной солнцем стороне космического корабля, и нагревается до комнатной температуры.
Этот процесс можно моделировать. В колбу насыпают немного земли и проросшие семена растений, например гороха. Землю в меру увлажняют, отверстие колбы герметически закупоривают и переворачивают вниз горлышком. И этот изолированный в колбе мир ставят на подоконник.
Семена растений в колбе нормально прорастают, развиваются, свежая зелень лепестков заполняет все воздушное пространство колбы. Нет сомнения, что растения там для своего роста так же поглощают из воздуха углекислый газ, как и все растения на Земле. А восстанавливается он за счет жизнедеятельности бактерий, живущих в почве и питающихся опавшими листьями, отмершими частями корневой системы, веток и т. д. В колбе осуществляется полный кругооборот питательных веществ, воды и кислорода.
А почему бы такой кругооборот не осуществить на космическом корабле?
Надо будет только захватить с собой устройства, в которых можно бы было разводить растения. Для осуществления кругооборота кислорода величина этой «космической оранжереи» может быть не очень большой: всего нескольких квадратных метров листвы растений будет достаточно, учитывая повышенную интенсивность солнечных лучей в мировом пространстве, для того чтобы восстанавливать кислород, окисляемый дыханием одного человека.
