способ обустройства антарктиды

Формула изобретения

Способ обустройства Антарктиды, состоящий в том, что под дневной поверхностью ледяного континента размещают тоннели для железнодорожного и автомобильного транспорта в радиальном и кольцевом направлениях, на поверхности льда, преимущественно в зоне пересечения транспортных направлений, располагают города, размещенные под одной светопрозрачной крышей полусферической формы, в качестве источников электрической и тепловой энергии используют соответственно солнечные, ветровые электростанции и солнечные коллекторы, крышу города изготавливают из двух слоев сотового углепластика с образованием между ними воздушной полости с минимальной влажностью заключенного в полости воздуха и устанавливают на объектах города, по всему периметру нижней поверхности крыши размещают солнечные кольцевые коллекторы, солнечные панели изготавливают с двумя воспринимающими солнце плоскостями и устанавливают на крыше города по замкнутому кольцу, эксплуатационную температуру воздуха в городе назначают из условия сохранения льда в твердомерзлом состоянии, ледяное основание под тепловыделяющими объектами сохраняют путем использования естественной и принудительной вентиляции морозного воздуха в поверхностном многоканальном фундаменте, температурно-влажностный режим в объектах города регулируют с помощью системы климат-контроля, ветрозахватные электростанции башенного типа располагают преимущественно на морском побережье континента и в зонах с наибольшими скоростями ветра, в качестве постоянного источника водоснабжения используют пресные подледные озера, реки и озера сезонного действия и разрабатываемый при проходке тоннелей лед, в ледяном основании автомобильных тоннелей прокладывают световые каналы, а на поверхности тоннелей размещают светоотражающее покрытие.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству транспортных сооружений, городов в условиях экстремально холодного климата, имеет отношение к нетрадиционной энергетике, в частности к строительству ветровых и солнечных электростанций, и может быть использовано при обустройстве континента Антарктида.

В настоящее время на Земле существуют устойчивые тенденции к увеличению катастроф техногенного и природного происхождения. Увеличивается количество наземных и подводных землетрясений, количество лесных пожаров, выбросов в атмосферу продуктов сжигания угля, газа и жидкого топлива и аварий на объектах атомной промышленности. В совокупности эти факторы оказывают негативное влияние на потепление и ухудшение климата. Увеличивается количество ливневых дождей, наводнений, волн цунами и ураганов большой разрушительной силы.

По мнению ученых, в ближайшие годы или десятилетия возможны землетрясения «спящих» супервулканов, в результате извержения которых на планете может наступить глобальное изменение климата и гибель цивилизации. Ученые полагают также, что на Земле не осталось места, где человечество могло бы выжить. При этом отсутствие вблизи Земли похожих на нее по климатическим условиям планет и низкий на сегодняшний день уровень развития техники в различных отраслях не позволяют решить проблему выживания цивилизации в ближайшие сотни и, возможно, тысячи лет.

Цель изобретения состоит в сохранении земной цивилизации при возникновении катастроф техногенного, природного и внеземного происхождения.

Поставленная цель достигается тем, что под дневной поверхностью ледяного континента размещают тоннели для железнодорожного и автомобильного транспорта в радиальном и кольцевом направлениях, на поверхности льда, преимущественно в зоне пересечения транспортных направлений, располагают города под одной светопрозрачной крышей полусферической формы, в качестве источников электрической и тепловой энергии используют солнечные, ветровые электростанции и солнечные коллекторы, крышу города изготавливают их двух слоев сотового углепластика с образованием между ними воздушной полости с минимальной влажностью заключенного в полости воздуха и устанавливают на объектах города, по всему периметру нижней поверхности крыши размещают солнечные кольцевые коллекторы, солнечные панели изготавливают с двумя воспринимающими солнце плоскостями и устанавливают на крыше города по замкнутому кольцу, эксплуатационную температуру воздуха в городе назначают из условия сохранения льда в твердомерзлом состоянии, ледяное основание под тепловыделяющими объектами сохраняют путем использования естественной и принудительной вентиляции морозного воздуха в поверхностном многоканальном фундаменте, температурно-влажный режим в объектах города регулируют с помощью системы климат-контроля, ветрозахватные электростанции башенного типа располагают преимущественно на морском побережье континента и в зонах с наибольшими скоростями ветра, в качестве постоянного источника водоснабжения используют пресные подледные озера, реки и озера сезонного действия и разрабатываемый при проходке тоннелей лед, в ледяном основании автомобильных тоннелей прокладывают световые каналы, а на поверхности тоннелей размещают светоотражающее покрытие.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 в плане показан ледяной континент Антарктида со всеми инженерными сооружениями, фиг.2, 3 в плане и разрезе показан город, фиг.4 в разрезе представлены транспортные сооружения, фиг.5 в плане изображена автоматическая установка для понижения влажности морозного воздуха и на фиг.6, 7 в плане и разрезе показаны поверхностный фундамент под здания, сооружения и система охлаждения для сохранения ледяного основания в мерзлом состоянии.

Континент по окончании строительства всех объектов содержит транспортные тоннели 1, 2 для железнодорожного и автомобильного транспорта, города 3, ветровые и солнечные электростанции 4, 5 и солнечные коллекторы 6.

Тоннели 1, 2 располагают в ледяном массиве ниже дневной поверхности на глубине 8-9 м, поскольку на этой глубине температура льда в течение года остается постоянной. Учитывая круглую форму континента, тоннели размещают в радиальном и кольцевом направлениях, т.е. по схеме московского метро. Для образования и быстрого строительства тоннелей 1, 2 используют существующие горнопроходческие комбайны, скорость проходки которых в сплошных льдах может составлять более 100 м/час. При этом образующийся при проходке тоннелей ледяной «щебень» удаляют из тоннелей на поверхность, используя существующие технологии. Для исключения загрязнения окружающей атмосферы и поверхности ледяного континента в качестве транспортных средств используют поезда и автомобили с электрическим приводом.

После проходки тоннелей 1, 2 выполняют основания 7, 8 для транспортных средств. Для этого приготавливают водно-древесный раствор путем смешивания воды с древесной стружкой и подают раствор по пульпопроводу в тоннели. Затем раствор замораживают. В процессе замораживания раствора в основание 7 вмораживают необработанные антисептическими веществами деревянные шпалы, на которых размещают железнодорожное полотно.

На основание 8 укладывают специальное покрытие, обеспечивающее прочное сцепление с колесами автомобильных транспортных средств. В основании 8 по всей длине его прокладывают световые каналы 9. При этом на поверхности тоннелей 8 закрепляют покрытие с высокой отражательной способностью, что позволяет существенно снизить затраты электроэнергии при эксплуатации тоннелей.

Внутри тоннелей 1, 2 поддерживают постоянную отрицательную температуру, минус 4-5°C, чтобы сохранились ледяное основание и окружающий лед в твердомерзлом состоянии. Отсутствие перепада температур воздуха в тоннелях позволяет использовать стальные рельсы без стыковых соединений, исключить ударные нагрузки на транспорт, снизить шум и увеличить скорость поездов.

По всей длине тоннелей 1, 2 преимущественно на пересечении радиальных и кольцевых линий возводят города под одной светопрозрачной герметичной крышей 10 полусферической формы. Крышу изготавливают из двух оболочек, материалом для которых служит сотовый углепластик, обладающий высокими прочностными и теплоизоляционными характеристиками. В качестве несущих опор под крышу, совмещенную с кровлей, используют размещенные в городе 3 здания 11.

На континентальной территории Антарктиды, кроме прибрежных районов, отсутствуют ветровые и снеговые нагрузки, но при этом существуют в холодный период года низкие температуры воздуха. В летнее время года, когда солнце не опускается за горизонт в течение 6-7 месяцев, существует интенсивная солнечная радиация. Чтобы исключить на крыше постоянное образование слоя льда и конденсата между оболочками, влажность воздуха уменьшают до нуля, а температуру снижают до отрицательной. Для этого используют холодильную установку, которая состоит из компрессора 12, баллонов 13, 14 соответственно с жидким азотом и кислородом.

Воздух из оболочки удаляют компрессором 12 при одновременной подаче в оболочку искусственного воздуха с нулевой влажностью и отрицательной температурой. Искусственный воздух с такими характеристиками получают путем смешения 80% азота и 20% кислорода. Эксплуатационная температура искусственного воздуха в оболочке устанавливается естественным образом путем передачи тепла из города в оболочку. В отдельных районах Антарктиды, где существует возможность выпадения и накапливания снега на крыше города 3, снег удаляют с огромной площади крыши с помощью вертолета практически мгновенно. Объясняется это тем, что снег имеет минимальную влажность и не смерзается с «холодной» крышей города.

Учитывая высокую солнечную радиацию на континенте и направленность солнечных лучей на ледяную поверхность под острым углом - 30-40°C, кривизну крыши 10 принимают неодинаковой. По периметру города 3 нижнюю часть крыши изготавливают с кривизной, которая позволяет воспринимать солнечные лучи практически перпендикулярно поверхности крыши. В этой зоне по периметру крыши располагают солнечные коллекторы 6, в которых вода нагревается до температуры 60-70°C. Коллекторы соединяют между собой вертикальными переточными трубами 15. Нагретая от солнца вода из коллекторов поступает в здание 11 и другим потребителям тепловой энергии под действием гидростатического давления. При этом объем поступающей в город нагретой воды замещают водой холодной в автоматическом режиме.

На поверхности крыши 10 в точке сопряжения неодинаковых криволинейных поверхностей устанавливают по замкнутому кольцу солнечные панели с двумя рабочими плоскостями, которые имеют возможность воспринимать и превращать солнечную энергию в электрическую независимо от расположения Земли относительно солнца. В результате использования двухслойных электрических панелей мощность солнечной электростанции 5 возрастает почти в два раза.

Внутри города эксплуатационную температуру воздуха назначают из условия сохранения льда, который служит основанием зданий, сооружений и транспортных средств, в твердомерзлом состоянии. Такую температуру воздуха назначают в пределах минус 4-5°C. Влажностно-температурный режим воздуха на улицах города регулируют с помощью холодной установки, которая позволяет также создать лечебный воздух путем подачи в город кислорода. Все открытые поверхности ледяного покрова накрывают теплогидроизолирующим материалом.

Здание 11 и все другие тепловыделяющие объекты города устанавливают на поверхностный многоканальный фундамент из плоских элементов 16 с низкой теплопередачей. В качестве несущих элементов используют неантисептированный брус или легкие газобетонные блоки, расположенные в плане в радиальном направлении.

В центре здания 11 и фундамента устанавливают вертикальную трубу 17, нижний конец которой размещают в центре фундамента, а верхний выводят за пределы крыши здания. Фундамент с трубой представляет систему естественной приточно-вытяжной вентиляции здания и одновременно служит устройством для охлаждения незащищенной ледяной поверхности под фундаментом. Кроме этого комбинированная вентиляционная система здания снабжена компрессором 18, с помощью которого выполняют охлаждение льда при возникновении в здании нештатных ситуаций.

На объектах города различного назначения устанавливают эксплуатационную комфортную температуру в 22-25°С, которую регулируют в автоматическом режиме с помощью системы климат-контроля. Город представлен всеми видами спортивных сооружений по летним и зимним видам спорта, в т.ч. бассейнами, трассой для лыжных гонок, водоемами для разведения ценных пород рыб и объектами сельскохозяйственного назначения, где можно выращивать плодовоовощные культуры, растения и деревья для любых климатических условий. В горных районах континента, покрытых снегом, можно развивать все дисциплины горнолыжных видов спорта, поскольку высота гор превышает два километра.

Другим наиболее важным и постоянным источником электрической энергии служит ветер. Потоки воздуха в летний период года направлены на континент с южных морей и, наоборот, в зимнее время - с континента на побережье. Кроме этого в Антарктиде существуют области, где потоки воздуха действуют круглосуточно в течение всего года и с большими скоростями. В этих районах устанавливают ветрозахватные электростанции башенного типа, которые начинают вырабатывать электроэнергию при скорости ветра 0,5-0,7 м/сек. Ветровые электростанции в Антарктиде более эффективны, чем на других континентах, поскольку на континенте нет больших перепадов температур, ураганов и атмосферных осадков в виде дождя и мокрого снега. При этом ветровые станции не оказывают влияния на население, проживающее в закрытых городах.

Таким образом континент Антарктида - это единственное и самое безопасное место на планете для жизни людей, флоры и фауны. Даже такой недостаток, как низкая температура воздуха, является большим преимуществом при освоении Антарктиды. Проведенный анализ климатических условий и существующих источников природной энергии показывает, что задача обустройства, переселения людей, флоры и фауны на континент Антарктида и, следовательно, сохранение земной цивилизации на сотни и тысячи лет является вполне реальной и может быть реализована в течение 8-10 лет. Последнее разрушительное землетрясение в Японии свидетельствует о том, что жизнь людей на этой территории подвергается высокой опасности и в ближайшие десятилетия населению потребуется новая территория, которой может быть Антарктида.

Предварительные расчеты показывают, что в Антарктиде, площадь которой составляет более 30 млн км ², могут комфортно проживать более 1 млрд человек. Для этого необходимо построить 10000 городов с населением в каждом городе в 100 тысяч человек, около 20 тыс км железных дорог, 13 тыс км дорог автомобильных, 15 тыс солнечных и 12 тыс ветрозахватных электростанций. Суммарная стоимость обустройства Антарктиды составит около 30 триллионов USД.