Космос — землянам - Георгий Береговой

Перед обескураженными специалистами лежали совсем не шарики и даже не горошины, а бесформенные, хотя и округлые, кусочки металла. Их поверхность удручала еще больше: она вся была покрыта хаотически расположенными волокнами. «Какой-то еж-уродец», — прокомментировал В. Жолобов. Как показал анализ, внутренняя структура образца в результате переплава на орбите тоже сильно изменилась: нарушилось равномерное распределение компонентов по объему, образовались отличающиеся по составу иглообразные кристаллики и т. д. Попробовали в лаборатории подобрать условия плавки, при которых получились бы сходные структуры — ничего не вышло. Добавлю, что и в эксперименте «Универсальная печь», проведенном в совместном советско-американском полете «Союз» — «Аполлон», было обнаружено аналогичное ухудшение однородности сплава. Объяснения столь странному итогу космической плавки ученые пока не находят — нужны дальнейшие исследования. В общем, атака в лоб себя не оправдала, значит, нужна планомерная, упорная осада.

В конце концов, лично я не сомневаюсь в том, что космическое производство идеальных шариков будет налажено. Да еще каких — полых. О таких шариках, к примеру, для подшипников, на которых вращаются роторные винты вертолетов, давно мечтают авиационные инженеры. Сейчас полые шарики сваривают из двух половинок, но шов остается слабым местом. А если сделать их из сплошного куска металла, то подшипники станут в пять-восемь раз долговечнее. Так считает академик Б. Патон.

В принципе космическую технологию изготовления подобных шариков можно представить следующим образом. Внутрь жидкой капли металла под давлением впрыскивают газ. После ввода шприца отверстие затягивается, пузырь под действием сил поверхностного натяжения занимает центральное положение, образуя шар. Расплав затвердевает, и газ оказывается замурованным. Вот и готов полый шар. Он гораздо прочнее сплошного: под нагрузкой он упруго деформируется, форма и целостность его не нарушаются.

Расчеты показывают, что в космосе можно из жидких металлов выдувать не только небольшие пустотелые шарики, но и огромные тонкостенные оболочки. Да если дать в руки конструкторов такую возможность, то, наверное, строительство больших орбитальных станций будет выглядеть совсем не так, как это представляют сегодня.

Скажем, несколько оболочек, пока они еще жидкие, объединяют в подобие гигантской пены. Когда она затвердеет, то получится единое целое, без швов и стыковочных узлов. Отдельные ячейки останется лишь превратить в помещения станции, разместив в них соответствующее оборудование.

Накладывая пленки из жидких металлов на каркас любой конфигурации, можно изготавливать на орбите конструкции бесконечно разнообразных форм. Как знать, не они ли станут основой космической архитектуры будущего?

Однако давайте теперь, поговорив о «воздушных замках» из металлизированной пены, спустимся на Землю. Между прочим, здесь пеноматериалы уже давно не фантастика. Например, пенобетон. Его производят сейчас в значительных количествах и все шире используют в строительстве. Еще бы, он не уступает железобетону по прочности, но вдвое легче. Кроме того, пенобетон обладает высокими теплоизоляционными качествами. Вот вам подтверждение того, насколько необычными свойствами наделены твердые пористые материалы, даже когда у них далеко не идеальная внутренняя структура.

А если воспользоваться условиями космоса, где устойчиво существуют жидкие пены из любых материалов? Ведь это все равно что открыть дверь в мир совершенно невероятных материалов. Например, стальной брусок, изготовленный в невесомости и на 87–88 процентов наполненный газом, будет плавать в воде, как дерево. Крыло самолета из подобного материала получит свойства нержавеющей стали и плотность алюминия. И это только за счет того, что в невесомости пузырьки газа в расплаве металла не всплывут и не осядут, так как нет гравитационного притяжения Земли, а равномерно распределятся в его толще.

Инженеры-технологи уже прикидывают подходящие способы изготовления пеноматериалов в космосе. В одном из вариантов предлагают расплавленный металл и газ подавать в вакуумную камеру одновременно. Другой метод посложнее, он требует перемешивания по мере подачи газа. Правда, технологи опасаются, что при этом пузырьки газа начнут сливаться, ухудшая тем самым качество материала. Еще один способ предусматривает введение газа в металл под высоким давлением и быструю подачу смеси в вакуумную камеру. Резкое падение давления вызовет появление пузырьков, которые равномерно вспучат жидкость, подобно тому как это происходит, когда открывают бутылки с шампанским.

Так обстоит дело с пеноматериалами, в которых успешно сочетаются столь непохожие друг на друга газ и твердое вещество. А если взять сплавы, где составляющие взаимно растворимы? Казалось бы, невесомость не в состоянии улучшить процесс их получения. Ведь главное здесь — непрерывное перемешивание. Именно оно способствует лучшему растворению одного расплава в другом. Однако при изготовлении сплавов из компонентов, существенно отличающихся своей плотностью, возникают немалые трудности. Стоит прекратить перемешивание, как при охлаждении жидкости расслаиваются. Механические, электрические и многие другие качества сплава резко ухудшаются. В итоге на Земле не удается получить отдельных сплавов с нужными свойствами.

Вот, например, так называемый ТН — сплав, состоящий из титана и никеля. Установлено, что он наделен… памятью. Если проволоке или листу из этого сплава придать какую-то форму, а затем, охладив, смять или сплющить, то при нагревании до прежней температуры искореженный кусок обретает первоначальную форму, как бы «вспоминает» ее. Нетрудно вообразить заманчивые перспективы использования такого рода материалов. Скажем, в космос или под воду доставляются в компактном виде конструкции и сооружения, а уже на месте они принимают заданные им размеры и формы.

Свойство своеобразной «памяти» обнаруживают и некоторые другие сплавы — золото с кадмием, медь с алюминием, марганец с медью. Список этот быстро растет. Да вот беда, на пути производства «памятливых» сплавов в земных условиях встают большие трудности. Составляющие их компоненты сильно различаются между собой. Никель, например, вдвое тяжелее титана. Академик А. Белов, возглавляющий Всесоюзный институт легких сплавов, сетует: «Самое трудное здесь — технология. Очень тонки, капризны режимы изготовления подобных сплавов». А вдруг в невесомости эти режимы окажутся не столь капризными? Или сами сплавы преподнесут металловедам еще более неожиданные эффекты. Во всяком случае, уверен, что эксперименты с этими замечательными материалами обязательно появятся в программе будущих полетов орбитальных научных станций.

Примеров того, что может космос в области создания новых материалов и чего ждут от него технологи, я мог бы привести множество. Но возникает резонный вопрос: насколько реальны все эти ожидания и надежды? Ведь даже отдельные имеющиеся удачи в получении на орбите новых материалов обходятся слишком дорого. Конечно, космические сплавы и кристаллы, а некоторые из них уже используются в действующих опытных установках и приборах, стоят пока недешево. Но эта первоначальная дороговизна не смущает технологов. Достаточно, например, напомнить о том, как промышленность осваивала алюминий. Еще в прошлом веке этот серебристый металл, добываемый из глинозема, который, что называется, «валяется под ногами», считался драгоценным: так велики были трудности его производства. Однако прошло время, появилась в достатке относительно дешевая электроэнергия, родилась технология выплавки алюминия методом электролиза. И вот результат — алюминиевая посуда стоит сегодня в любой кухне.

Сейчас специалисты считают, что уже на современном уровне развития космонавтики пора осваивать производство на орбите отдельных уникальных изделий. Предполагается, что через 10–15 лет оно станет вполне рентабельным.

Рассматривается, например, возможность изготовления в космосе кристаллов граната, применяемых в элементах памяти ЭВМ для улучшения их характеристик. По мнению зарубежных специалистов, потребности в этих кристаллах на 80-е годы оцениваются стоимостью более одного миллиарда долларов. Если часть из них покрывать за счет космического производства, то это составит весомую экономию. Особого внимания заслуживает организация производства на орбите некоторых новых сверхпроводящих сплавов с повышенной критической температурой или оптического стекла для мощных лазеров. Только за счет этого удалось бы буквально преобразить целые отрасли техники.

Думаю, к концу нашего столетия космическая индустрия будет развернута в самых широких масштабах. Если немного пофантазировать, то нетрудно себе представить целые заводы на дальних орбитах вокруг Земли — заводы необыкновенные! Это будут предприятия без крыш и полов, раскинувшиеся на немалых пространствах — этакий «рой» летящих по орбите промышленных установок, реакторов, устройств. А между ними снуют транспортные пилотируемые и автоматические грузовые корабли, доставляющие на орбиту сырье и вывозящие готовую продукцию. Но сначала все это надо будет построить. Вот почему именно космос станет самой большой мастерской человечества. И люди уже сегодня учатся в ней работать. Очень нелегки первые эти шаги.