Сколль. Холод и мгла

– Друзья, продолжаю знакомить вас с цифровыми платформами. Сегодня, заключительное выступление. Все, кто захочет, могут поучаствовать в специализированных конференциях.

Итак, наши платформы используют микро сервисно-ориентированную архитектуру. Все приложения работают, как набор сервисов, каждый из которых функционирует в собственном процессе и коммуницирует с остальными. Микро-сервисы быстро вводятся в эксплуатацию, быстро развёртываются и быстро масштабируются независимо от остальных систем, устойчивы к сбоям. Непосредственным развитием системы, а именно, разработкой стандартов, используемых при построении, исключении дублирования, организации ведения репозитория компонентов программного кода, определением онтологии мета и мастерданных занимается управление программирования при ЦИК, эксплуатацией и внедрением ОЦУ, стратегическим развитием – ВКС.

Мы разработали оригинальный цикл управления: Оценка – Подход – Анализ – Действие – Автоматизация – Инновации. Циклы производства корректирует координатор, специалисты ОЦУ и команда проекта. Цикл разворачивается сверху вниз, охватывая производство, однако, основной поток директивных указаний идёт от ОЦУ сверху вниз, а ему на встречу, восходит поток корректировок от исполнителей. К внедрению каждого цикла привлекаются профильные специалисты по планированию, координатор и его команда. Подобный алгоритмический подход поддерживает постоянное совершенствование производственных процессов путём взаимодействия с ЦИК и управлением тестирования платформ.

В системах «Платон», «Птолемей» и «Прометей» реализована двухконтурная безденежная система оперативного внутреннего учёта.

– Про деньги попрошу подробней. Это что-то новенькое!

– Боюсь не успею.

– В двух слова хотя бы.

– Это не так просто, но я попробую. Проблема денег в том, что они никогда, подчёркиваю, никогда, точно не соответствуют наличными ресурсам, необходимым для производства того или иного товара. Правительства всегда деньги печатают с запасом, а как следствие неизбежна инфляция. Какой толк от валюты, если у вас нет соответствующих специалистов, станков или запасов энергии. В сложных производствах деньги всегда отходят на второй план.

Внутренний учёт корпорации ведётся не в рублях или валюте, а в «сгораемых» планово-учётных единицах или «частицах учёта» (ЧУ), автоматически генерируемых облачным приложением распределительного реестра «Чатл». Приложение построено на основе блокчейна Hyperledger Fabric с открытым исходным кодом, который имеет возможность неограниченного наращивания корпоративной сети, развёртывания и исполнения цепочек поставок, генерации внутренних и внешних смарт-контрактов (компьютерный алгоритм, предназначенный для формирования, контроля и предоставления информации о владении, условиях производства и хранения объектов и товаров). В перспективе, перейдем на собственные системы распределённого реестра.

При проведении блокчейн-операций создаются отдельные блоки последовательной цепочки цифровых данных. Для их шифрования используются криптографические цифровые ключи, аутентифицированные сетью. Блоки практически невозможно изменить или подменить. Любой документ, требующий независимой верификации или подтверждения, можно вставить в цепочку. Модуль интегрирован с облачными и локальными приложениями платформ корпорации и обеспечивает защищённый обмен данными, проведение доверенных транзакций как внутри кластеров корпорации, так и со сторонними поставщиками, банками и другими партнерами. По сравнению с аналогичной системой от IBM мы уже достигли пятикратного увеличения скорости интеграции с прикладными облачными приложениями и трёхкратного увеличения скорости транзакций.

Мы привязали ЧУ к количеству товаров и сырья на складах, потенциальным (свободным) станко-, человеко- и киловатт часам, производительности компьютеров и ряду других параметров. Ресурсные параметры жёстко дифференцированы. К примеру, станко-часы на недорогом фрезерном станке и те же часы на гибридном обрабатывающем центре имеют разную стоимость в ЧУ, как, впрочем, и человеко-часы, которых у нас сорок пять категорий. ЧУ генерируются системой автоматически, одновременно с проектом производства. Благодаря им ЦИК получает развёрнутую во времени и пространстве объективную информацию по себестоимости как производства, так и конечного изделия. Каждый ЧУ в зависимости от оцениваемого ресурса имеет свой цвет. Создаётся база данных цен (в учётных единицах) деталей, машино-комплектов и процессов, что позволяет на порядок сократить объёмы аналитических, аудиторских и финансово-организационных расчётов, детализировать оперативный и производственный планы.

Второй тип внутренней валюты представлен «токенами», обеспеченными собственной продукцией, запасами сырья и мультивалютными резервами. Токены служат для расчёта с живыми сотрудниками корпорации.

Что ещё можно сказать? Бюджет, слава богу, позволяет привлекать лучших специалистов, обеспечивать их жильём и транспортом. Система контроля качества работ показала себя отлично и с высокой вероятностью отсеивает карьеристов и лентяев. Помимо премий, грамот и зарплат реализована (на основе того же блокчейн) балльная система поощрений за изобретения и рационализаторские предложения. Все проекты корпорации разделены по срокам, приоритету и включают в себя возможность как ограниченной, так и полномасштабной реализации.

Быстрой реализации наших проектов способствует система постоянного мониторинга производства, научная организация труда, непрерывное обучение и совершенствование персонала с разработкой программ обучения, рациональное копирование технологий. То, что мы можем купить и внедрить, мы покупаем. Если технология дорогая или держатель не продаёт её, не раскрывает ноу-хау, то мы разрабатываем направление самостоятельно, или кхм… Находим другие решения. Время у нас еще есть. Не устали?

– Нормально.

– Тогда идём дальше. Петр Алексеевич Спинцев возглавляет группу теплотехников. Давайте его послушаем.

– Добрый день, коллеги! Или ночь, мы же на орбите, – пошутил он. – Один из ключевых контуров жизнеобеспечения нашего подземного царства система теплообмена. В организме любого живого существа непрерывно выделяется тепло, которое должно отводиться в окружающую среду, иначе организм перегреется и погибнет. Светодиоды, топливные элементы, живые организмы и промышленные установки выделяют тераватты энергии, с утилизацией которой массив кварцита не справится. Если не предусмотреть дополнительных мер, то температура в тоннелях быстро выйдет за оптимальный температурный коридор. Теплообмен на планете обеспечивает смена дня и ночи, ветра, перенос тепла между массами воды и грунта. По своим свойствам массив кварцитов напоминает вакуум.

Малая теплоёмкость кварца создает проблемы, решать которые будут три изолированные друг от друга контура теплообмена с промежуточными теплоносителями. Каждый контур включает автономные кластеры. Кластеры «тёплого» яруса имеют воздушные и водяные каналы для теплоносителей и служат для перераспределения тепла между фитотронами, зоотронами и бассейнами проекта «Биосфера» и промзонами в пределах восемнадцати, двадцати семи градусов. В контуре установлена гигро-регулируемая система пассивной вентиляции, вихревые кондиционеры, цеолитовые и водяные аккумуляторы тепла или холода, создающие области естественной циркуляции.

Второй контур водяной. Он отвечает за обмен между тёплым и холодным ярусом. Холодную воду прокачивают через радиаторы воздух-вода, вода-вода, пассивные аккумуляторы или трубы в стенах. Далее по трубам тёплая вода перекачивается на промежуточный уровень, примерно семьсот метров, а оттуда ещё выше, на холодный ярус «Ковчега», где проходит через чугунные радиаторы в гипсовой толще и остывает. Внедрение тепловых насосов и малых турбин, вырабатывающих энергию при сливе, экономит до семидесяти процентов энергии на циркуляцию. Семьсот метров – семьдесят атмосфер. Очень высокое давление означает высокую скорость теплообмена и кратное сокращение насосов.

Теплоносителем третьего контура будет пропан, циркулирующий под давлением в сто атмосфер. Газ будет переносить низкие температуры к складам, в жилые и производственные зоны. При нормальном давлении теплоёмкость пропана в пять раз превосходит воздух, а в сжатом виде он всего в восемь раз уступает воде сохраняя все достоинства газа.

Радиаторы из криогенного чугуна будут уложены на глубине одного метра от поверхности, а трубы, в верхней части контура, изготовлены из криогенной стали. Система полноценно заработает в режиме обратного теплового насоса при падении температуры до минус сорока двух градусов, тогда газ будет конденсироваться, сжижаться и в таком состоянии стекать по трубам в теплообменники нижних ярусов. Для охлаждения криогенных цистерн с продуктами будет построен контур с азотным теплоносителем.

По предварительным расчётам система теплообмена обойдётся дороже, чем транспортная система и проходка тоннелей вместе взятые!

– Ого!

– Клапаны, насосы, кварцевые лампы для обеззараживания, температурные демпферы, датчики газов, температур и давления, вентиляторы, рекуператоры, фильтры, радиаторы, тысячи и тысячи километров труб – дорогое удовольствие!

Глава 9. Да будет Свет!

– Рад снова видеть вас, друзья! Продолжаем знакомство с миром «Свартальвхейма». На этот раз мы выслушаем доклад доктора химических и физико-математических наук Перова Сергея Сергеевича, который доступно нам объяснит, зачем нам нужна столь основательная система теплообмена. Сергей Сергеевич, прошу.

– Здравствуйте, коллеги! Признаться, не верю я в катастрофу, но привык доверять профессионалу и не буду лезть в тему, где понимаю не более, чем свинья в апельсинах. Тем более Андрея я знаю уже давно. Мой бывший студент всё-таки, и не самый худший. До последнего момента я работал начальником отдела роста института кристаллографии имени Шубникова и светодиоды дело всей моей жизни.

Фотосинтез – ключевой процесс, который происходит в каждом растении и обеспечивает весь цикл оборота питательных веществ. Спектр, воспринимаемый растениями, наглядно показан на рисунке, – Сергей Сергеевич указал на экран. – Энергетическая эффективность света в листе определяется кривой McCree 1972. Хлорофилл поглощает максимум солнечного света в синей и красной части спектра. В свою очередь, зелёная составляющая практически полностью отражается растениями, что и неудивительно.

Цвет любого предмета, воспринимаемого человеческим глазом, не что иное, как отражённая часть солнечного света. Растения отличаются составом хлорофилла, а значит, максимум поглощения в красной зоне спектра тоже может быть разным. Одним видам растений достаточно облучения в шесть сот шестьдесят нанометров, а другие прекрасно растут под воздействием лучей инфракрасного диапазона. Изобретение фитосветодиодов, работающих в фитоактивном спектре частот, значительно увеличивает эффективность фотосинтеза.

В нашей лаборатории разработан белый фитосветодиод, обеспечивающий оптимальное освещение для наилучшего роста растений со световым потоком триста люменов на ватт, что в тридцать раз эффективней лампы накаливания. Такие лампы потребляют в шесть раз меньше электричества, чем натриевые, а срок службы некоторых лабораторных образцов достигает ста двадцати тысяч часов – тринадцать с половиной лет непрерывной работы! Светодиоды практически не излучают тепла, что позволяет размещать их в непосредственной близости от листьев, всхожесть семян увеличивается на двадцать процентов, рассада на девяносто процентов быстрее набирает биомассу, на такую же величину замедляется скорость роста в высоту, но в то же время увеличивается масса, прирост корневой системы, количество хлорофилла возрастает вдвое, а цветение начинается раньше на неделю. Помимо спектра, на урожайность влияет тепловой режим и продолжительность светового дня.

При безоблачной погоде поток солнечной энергии, достигающий земной поверхности в полдень, находится в интервале от 700 до 1300 Вт/м2 в зависимости от широты, долготы, высоты над уровнем моря и от времени года. Чем южней находится растение, тем больше света ему требуется. Большинству культур хватает тринадцатичасового светового дня, но у некоторых потребность в свете может быть больше, поэтому в теплицах для каждого вида растений индивидуально подбирается количество и тип ламп, определяется их высота.

Сама по себе мощность, измеряемая в ваттах, – общая характеристика. Вот возьмём лампу накаливания мощностью сто ватт. Из них, семьдесят тратятся на нагревание окружающего пространства, большая часть энергии излучается в невидимом для глаза диапазоне, оставшиеся тридцать ватт, тот свет, который мы видим.

Обычная освещённость летом в средних широтах в полдень семнадцать тысяч люменов, в море на глубине пятидесяти метров двадцать, а в безлунную ночь всего две тысячных люмена. Растениям для развития требуется световой поток от тысячи до двенадцати тысяч люменов. Соответственно, чем больше люменов на ватт, тем меньше мы тратим энергии на освещение. Чем выше уровень освящения, тем активней рост растений. Уровень мощности для питания диодов в современных теплицах составляет от 20 до 100 Вт/м2. Однако нам не нужна досветка, нам потребуется полностью искусственное освещение и здесь у нас начинаются совсем нехорошие цифры в триста и четыреста ватт на метр квадратный. Если взять наши лучшие светодиоды и среднюю температуру в плане облучения светом разных растений, то на квадратный метр потребуется 220 Ватт. Ирина любезно рассказала нам про полезный объём фитотрона, но не про площадь освещения.

– Четыреста квадратных метров для полного обеспечения человека растительной пищей, семьсот тридцать – аква- и зоотроны и тысяча двести на полноценный вариант, включающий весь цикл – тут же отреагировала Ирина.

– Примем за базу второй вариант, полноценный, – вставил я слово.

– Хорошо, Андрей. Разберём этот вариант. Мощность всех светодиодов сто сорок четыре киловатта. Ну хорошо, с учётом того, что не все светодиоды работают круглые сутки – сто двадцать. Два миллиона человек – двести сорок миллионов киловатт на освещение, что больше, чем мощность всех электростанций России, – шум в зале.

– Кхм. Основная технология производства – выращивание светодиодов с квантовыми точками, с комбинацией металлорганических и органических материалов на кремниевой подложке, – Сергей Сергеевич достал из портфеля и выложил на стол внушительных размеров папку. – Здесь планы НИОКР и развития необходимых производств для того, чтобы не вылететь в трубу с такими объёмами, – пояснил профессор. – Необходимо организовать сквозной цикл производства начиная от кремния. Печи бесхлорного получения солнечного кремния, карботермия в потоке синтез газа, установки получения тетрафторида, кремния, роста кристаллов диаметром пятьсот миллиметров, газовой эпитаксии, производство радиаторов и люминофоров, определяющих светоотдачу и скорость старения излучателя, драйверы для питания светодиодов в конце концов.

Ты многое упустил, Андрей! – он повернулся ко мне. – Потребуются ведь не только промышленные и фитодиоды для растений, крайне желательно освоить технологии производства гибких экранов OLED и больших экранов, набираемых из диодов с квантовыми точками технологии QNED и Mini-LED. Сенсорная депривация, страшная вещь! Представляете, что будет с людьми через год, через два, три после пребывания в замкнутом пространстве? Даже в тюрьме есть прогулки, а тут ничего не будет. Депрессии, провал иммунитета, самоубийства. Виртуальная реальность на больших мониторах и шлемы VR в качестве медицинского инструмента позволят генерировать виртуальное естественное окружение – бескрайние пространства полей, моря, океаны, Швейцарские Альпы, да всё, что угодно!

Мои группы собрали перспективные отечественные разработки, производство которых мы рекомендуем организовать, уникальная катодолюминесцентная лампа, разработанная в МФТУ, работает по принципу ЭЛТ телевизора, не теряет яркость и не боится перегрева, а её цена в два раза дешевле светодиодов. В Томском университете разработаны технологии третьего поколения OLED (органические светодиоды) на основе бис-карбазолилфталонитрила, позволяющие печатать функциональные слои в одном технологическом процессе. По деньгам, на порядок дешевле традиционной «трехслойной» технологии. OLED для шнуров и широких лент заменят светодиоды в жилых зонах и складах. В перспективе организовать лаборатории по светоизлучающим белкам с КПД до восьмидесяти пяти процентов, по объёмным голограммам. Обязательно нужна группа для синтеза перовскитов методов СВС синтеза, они в пять раз дешевле светодиодов. Интересна тема светоизлучающих кристаллических нанотрубок, яркость которых превышает в двести раз современные источники света.

– Сергей Сергеевич, мы эти системы обсудим отдельно.

Он кивнул в ответ и продолжил:

– Остро необходима система искусственного солнца типа итальянской CoeLux. Знаете, несложная конструкция создает просто потрясающий эффект. Солнечное окно можно смонтировать на потолке в спальне, чтобы каждое утро, просыпаясь, взбадривать себя лучами солнца. Или в ванной комнате, чтобы принимать ванну с ощущением, будто вы находитесь где-нибудь на пляже в Испании. Когда я в первый раз её увидел, то был абсолютно уверен в том, что перед мной настоящее окно, из которого на стол попадают солнечные лучи.

– Знаю я эту систему, – выкрикнул со своего места Тимур. – Стоит у меня в офисе. Профессор, а вас не смущает, что цена солнечного окна за десять тысяч бакинских?

– Да бросьте! Если будет финансирование, то мы её раз в пятьдесят снизим. Поручу работу паре толковых аспирантов. Заменим подвижную оптическую систему, которая создает ощущение расстояния между «небом» и «солнцем», поработаем с материалами, рассеивающими свет и имитирующими небосвод. Сделаем всё ещё лучше, добавим Луну и свет звёзд.

– Свет Луны крайне необходим многим животным и растениям во время развития, – добавил басом мужчина с бородой.

– Вот-вот, Андрей, если серьезно походить к вопросу, необходимо организовать производство ксеноновых ламп для освещения больших залов, а также, люминофорной керамики.

– Сергей Сергеевич, вы тут столько всего предложили, голова кругом идёт. Что у нас по деньгам?

– Бюджетный вариант – пять миллиардов двести миллионов, полноценный – двенадцать миллиардов и минимум две тысячи исследователей!

– Ну что же. Благодарю вас! Дмитрий, поднимайтесь на трибуну, ваша очередь, – я подал знак полноватому мужчине в очках.

– Бронин Дмитрий. Кандидат химических наук. Институт высокотемпературной химии, лаборатория твердооксидных топливных элементов, – представился он. – Проект «Свартальфахейм» энергетически чрезвычайно затратен. По самым скромным оценкам на каждого человека потребуется сто семьдесят КВт установленных мощностей. Выработка за год составит запредельные 1 490 Мвт*часов, что в двести двадцать пять раз выше годового потребления электроэнергии на человека в России. Цена киловатт-часа генерируемых мощностей ключевой параметр, и по этому параметру наши метановые, твердооксидные топливные элементы вне конкуренции. При условии организации полного цикла производства, цена киловатта составит всего сорок долларов, против тысячи у считающейся очень «дешевой» газовой турбины. Срок службы электролита и катодов составил двадцать шесть тысяч пятьсот часов. В отличие от традиционных технологий, топливный элемент преобразует химическую энергию водорода в электрическую в процессе электрохимической реакции, напрямую. КПД топливных элементов в нашей разработке составляет восемьдесят пять процентов, из которых на электричество приходится шестьдесят два процента, а на тепло двадцать три. Отсутствие термодинамического ограничения коэффициента использования энергии делает их более эффективным, чем двигатели внутреннего сгорания и снимает ограничения цикла Карно.

Твердотельные оксидные топливные элементы, употребляемые в проекте, отличаются простотой конструкцией и позволяют использовать «грязное», неочищенное топливо, такое как природный газ, метан, пропан, биогаз или синтез-газ. Анод, катод и электролит изготовлены из смесей оксида циркония, оксида иттрия и бария, оксида церия-гадолиния. Все элементы выполняются в виде плоских плат, методом отливки, что позволяет автоматизировать производство. При подаче к аноду метана происходит его прямое окисление кислородом. На катоде образуются ионы кислорода, которые мигрируют через пористую кристаллическую решетку на анод, где взаимодействуют с ионами водорода, образуя воду и углекислый газ, попутно высвобождая свободные электроны. В батарее топливных ячеек вырабатывается неустойчивый постоянный ток, который отличается низким напряжением и большой силой. Для преобразования его в переменный ток, используется полупроводниковый преобразователь напряжения. Кроме этого, в состав блока входят ионисторы медь-графит, управляющие устройства и схемы защитной блокировки, позволяющие отключать топливный элемент в случае различных сбоев. Мощность типовых элементов от 1 кВт до 2 МВт. Из кубометра природного газа можно извлечь 6 кВт*часов электрической энергии и две с половиной тепловой. В нашей лаборатории есть и твёрдоокисные элементы с прямым окислением сероводорода и получение серной кислоты.

– Минуту, это что же получается, что у вашего топливного элемента цена киловатт*часа девяносто копеек? – оживился Тимур.

– С покупным газом где-то так.

– Если доведёте до ума, такие элементы будут улетать, как горячие пирожки.

– С таким-то финансированием обязательно доведём! Не сомневайтесь.

– Благодарю за доклад, Дмитрий, – я вновь взял слово. – Добавлю пару слов по теме энергетики. Топливный элемент потребляет кислород, что не есть хорошо. Параллельно мы будем развивать петротермальную энергетику, использующую теплоту горных пород.

Антон Игоревич предложил тепловой цикл с силиконовой жидкостью в качестве теплоносителя. При закачке жидкости насосами в глубинные скважины по системе труб, она нагревается там до двухсот сорока градусов, а затем на верхнем уровне попадает в теплообменники, где отдаёт тепло воде. Пар поступает в компактную турбину типа «ПТГ 800». Лицензию на производство мы купили, а производить её будет наш сосед – Калужский турбинный завод. С областью нам здорово повезло – заводы и технопарки кругом, на них до половины требуемых нам деталей возможно производить.

В дальней перспективе станем работать не с турбинами, а с двигателями Стирлинга и термоэлементами Зеебека. Подобные элементы за счёт разницы температур создают электрический потенциал, и чем она, разница, больше, тем больше вырабатываемый ток, а тепла и холода у нас в избытке. В прошлом году американские исследователи открыли новое формирование из соединений тантала, сурьмы и железа, которое вырабатывает двенадцать ватт электричества на сто ватт тепла. Очень неплохой результат, и главное, есть куда расти. Ещё один перспективный материал – сульфид самария. Он у нас станет основой для целого ряда датчиков – давления, температур, газов. Есть у него одно уникальное свойство: при нагреве до двухсот пятидесяти градусов концентрация носителей заряда скачкообразно увеличивается, и происходит перенос заряда из области образца с большей концентрацией дефектных ионов в зону с меньшей концентрацией.

– Так ему что, охлаждение не требуется? – спросили из атриума.

– Верно подмечено. Термовольтаический эффект. КПД такого элемента в районе двенадцати процентов, но автор клятвенно обещает поднять до двадцати двух. К сожалению, цена киловатта заоблачная. Правда есть перспективы с гораздо более дешёвыми элементами на основе железа и оксида цинка, легированными медью, но у таких КПД ощутимо ниже.

– У меня вопрос по энергетике, – поднялся Тимур.

– Слушаю.

– На одного человека для выработки энергии требуется двести пятьдесят тысяч кубометров газа в год, на все население «Свартальфахейма» пятьсот миллиародов. Ничего, что это побольше, чем добыча Газпрома? Или я чего-то не понимаю?

– С газом вопрос решаемый.

– Андрей Владимирович, – обратился ко мне Тимур, – раз уж я отвечаю за финансовую часть, разрешите пару слов. Докладчики нарисовали удивительные, можно сказать фантастические перспективы. Но лишь скромный аудитор и не привык доверять наполеоновским планам. Смета начальных затрат по проектам превышает двадцать два миллиарда долларов, что много раз перекрывает имеющиеся резервы. Какие-то Нью-Васюки. Ей богу!

– Дорогой Тимур Эдуардович! Вы забываете про то, какой прекрасный подарок таит в себе этот неказистый кварц! – я вывел на экраны керн кварца и посмотрел на него с благоговением. – Дмитрий в своём докладе не зря подробно рассказал нам про химический состав. А теперь давайте-ка подсчитаем, что подарит нам два миллиарда сто миллионов тонн этого минерала! Железа в нём немного, всего тридцать килограмм на тонну. Смешная цифра даже для бедной руды, но на огромный объём породы феррума набегает шестьдесят три миллиона тонн. При рыночной цене…