Уникальная солнечная печь в Узбекистане: как устройство помогает создавать сверхлегкие материалы и проводить исследования разработок для космоса

Большая солнечная печь, расположенная в Паркентском районе Ташкентской области Узбекистана, представляет собой уникальный объект, существующий лишь в двух странах мира – Франции и Узбекистане. Сооружение находится на высоте 1100 метров в предгорьях Тянь-Шаня, в экологически чистой горной местности с минимальной облачностью и более чем 280 солнечными днями в году. Строительство печи велось с 1981 по 1987 год, для чего был произведен взрыв и заложен железобетонный фундамент на глубине 30 метров. Печь занимает площадь более 10 гектаров и состоит из трех основных частей: гелиостатного поля, концентратора и технологической башни. Уникальность объекта обусловлена его расположением на монолитной скале, обеспечивающей стабильность конструкции при сейсмической активности, что является редким геологическим условием, передает Bugin Info.

Основное назначение Большой солнечной печи – проведение исследований в области высокотемпературных процессов, включая симуляцию условий ядерного воздействия, тестирование устойчивости материалов для космических аппаратов и разработку сверхчистых и сверхлегких материалов. Печь способна концентрировать солнечное излучение, достигая температур до 2500 °C, что позволяет проводить уникальные эксперименты, недоступные для традиционных источников энергии, таких как плазма или газовые нагреватели.

Одним из приоритетных направлений работы печи является переработка техногенных отходов Алмалыкского горно-металлургического комбината (АГМК). На 2025 год объем накопленных отходов составляет около 2 миллиардов тонн, из которых 25-30 % составляют металлы, включая железо (до 65 %), а также драгоценные и редкоземельные элементы. Традиционные методы переработки таких отходов сложны и энергоемки, так как нагрев происходит постепенно, от поверхности к внутренним слоям материала. В отличие от этого концентрированное солнечное излучение обеспечивает мгновенное и равномерное нагревание всего объема материала, что значительно ускоряет процесс. По оценкам специалистов Института материаловедения Академии наук Узбекистана, использование печи для переработки отходов может позволить извлечь сотни миллионов тонн железа и других металлов, что имеет значительный экономический потенциал. Например, при содержании железа 65 % из 2 миллиардов тонн отходов теоретически можно извлечь до 1,3 миллиарда тонн металла. Это не только способствует решению экологических проблем, связанных с накоплением отходов, но и открывает перспективы для их вторичного использования в промышленности.

Другим важным направлением исследований является разработка материалов для космической отрасли. Институт материаловедения сотрудничает с Всероссийским научно-исследовательским институтом авиационных материалов (ВИАМ). Основная цель – создание и испытание композитных материалов, защищающих обшивку космических аппаратов от высокотемпературного воздействия при входе в плотные слои атмосферы. Температура нагрева обшивки из-за трения о воздух может достигать нескольких тысяч градусов, что требует применения легких, но термически устойчивых композитов. В отличие от плазменных установок, генерирующих температуры свыше 5000 °C и разрушающих структуру материалов, солнечная печь позволяет точно регулировать температуру в диапазоне от 0 до 2500 °C. Это дает возможность моделировать условия полета космических аппаратов, начиная с запуска и заканчивая входом в атмосферу, что повышает точность экспериментов и минимизирует повреждение тестируемых материалов. По данным ВИАМ, использование таких композитов снижает массу обшивки на 15–20 % по сравнению с традиционными материалами, что критически важно для повышения энергоэффективности космических миссий.

Кроме того, Большая солнечная печь используется для исследований в области синтеза искусственных драгоценных камней, таких как алмазы и рубины. Высокотемпературные процессы, обеспечиваемые концентрированным солнечным излучением, позволяют создавать кристаллы с высокой степенью чистоты. На 2025 год объем производства таких материалов остается ограниченным, но потенциал технологии оценивается высоко: по данным Института материаловедения, себестоимость синтетических алмазов может быть снижена на 30-40 % по сравнению с традиционными методами, использующими высокое давление и температуру.

Экономический эффект от работы печи многогранен. Переработка техногенных отходов АГМК может сократить экологическую нагрузку на регион, где ежегодно образуется до 100 миллионов тонн новых отходов. Извлечение металлов, таких как железо, медь и редкоземельные элементы, способно обеспечить сырьем металлургическую и электронную промышленность. Например, мировой спрос на редкоземельные металлы в 2024 году составил около 170 тысяч тонн, и их дефицит на рынке оценивается в 20-25 %. Использование солнечной печи для переработки отходов может частично покрыть этот дефицит, укрепив позиции Узбекистана на международном рынке.

Сотрудничество с российскими институтами, в частности с ВИАМ, также имеет стратегическое значение. Совместные разработки в области космических материалов укрепляют научно-технологический потенциал обеих стран. По данным Роскосмоса, в 2024 году затраты на разработку новых материалов для космических аппаратов составили около 12 миллиардов рублей, из которых 15 % были направлены на международные проекты, включая сотрудничество с Узбекистаном. Тестирование композитов на солнечной печи позволяет сократить расходы на эксперименты на 10-15 % за счет отсутствия необходимости в дорогостоящих плазменных установках.

Технологические преимущества печи связаны с уникальными свойствами солнечного излучения. В отличие от традиционных источников энергии солнечный свет обеспечивает мгновенное проникновение энергии через весь объем материала, что снижает энергопотребление на 20-30 % по сравнению с газовыми или электрическими печами. Кроме того, экологическая чистота технологии минимизирует выбросы углекислого газа, что соответствует глобальным тенденциям декарбонизации. По данным Международного энергетического агентства, в 2024 году мировой объем выбросов CO₂ от промышленных процессов составил 9,2 миллиарда тонн, и технологии, подобные солнечной печи, могут сократить этот показатель на 0,5-1 % при широком внедрении.

Перспективы развития Большой солнечной печи связаны с расширением ее применения. Ведутся исследования по использованию печи для производства водорода путем термического разложения воды, что может стать альтернативой электролизу. По предварительным расчетам, энергоэффективность такого метода на 25 % выше, чем у традиционных технологий, а себестоимость производства водорода может составить 2-3 доллара за килограмм, что конкурентоспособно на мировом рынке. Также планируется разработка новых керамических материалов с улучшенными характеристиками для применения в энергетике и машиностроении.

Ограничения технологии связаны с высокой стоимостью эксплуатации печи и зависимостью от погодных условий. Общие затраты на обслуживание объекта в 2024 году составили около 5 миллионов долларов, из которых 60 % направлено на техническое обслуживание гелиостатов. Для повышения эффективности необходима модернизация системы управления, что требует дополнительных инвестиций в размере 10-15 миллионов долларов. Кроме того, исследования ограничены сезонностью: в зимние месяцы интенсивность солнечного излучения снижается на 20-25 %, что сокращает время работы печи.

Большая солнечная печь в Паркенте представляет собой уникальный научно-технологический объект с широким спектром применений – от переработки промышленных отходов до разработки материалов для космической отрасли. Ее использование способствует решению экологических и экономических задач, а также укреплению международного научного сотрудничества. При условии модернизации и расширения финансирования печь может стать ключевым элементом инновационной инфраструктуры Узбекистана, обеспечивая конкурентоспособность страны в высокотехнологичных отраслях. На 2025 год плановые инвестиции в развитие объекта составляют 20 миллионов долларов, из которых 40 % предоставляются международными партнерами, включая Россию.