Георгий Береговой - Космос — землянам

Любопытно, что внимание современных материаловедов и технологов длительная невесомость не привлекала к себе даже после того, как успехи практической космонавтики ошеломили человечество. Понадобились сотни полетов автоматических и пилотируемых аппаратов, чтобы вызвать интерес к исследованию производственных процессов вне Земли. В результате первый технологический эксперимент в космосе был поставлен лишь в 1969 году. На борту корабля «Союз-6», в его орбитальном отсеке, установили сварочный агрегат «Вулкан», разработанный специалистами Института электросварки имени Е. О. Патона АН УССР. Во время полета бортинженер В. Кубасов, разгерметизировав отсек, включил агрегат и попробовал три вида сварки — электронным лучом, сжатой дугой и плавящимся электродом. Так было положено начало экспериментальной космической технологии.

Затем последовали другие запуски советских и американских аппаратов и кораблей. Были продолжены исследования возможностей осуществления на орбите различных технологических процессов, производства веществ и материалов с необычными свойствами и характеристиками. Теперь перспективы в этой области волнуют воображение. Конкретные технические проблемы космической технологии обсуждаются на совещаниях и симпозиумах. Конструкторы создают особые инструменты и оборудование для космического производства. Словом, сегодня будущее индустрии уже невозможно себе представить без участия таких помощников, как космический вакуум и невесомость.

Говорят, железные перила набережной Фонтанки в Ленинграде впервые покрасили в 30-е годы нашего века. А ведь отливали их еще до рождения А. Пушкина. Около двух столетий ничего не могла поделать ржавчина с этим железом. Специалисты объясняют удивительную его стойкость, в частности, и тем, что в нем почти нет таких примесей, как сера и марганец. Или еще один пример. На окраине индийской столицы вот уже более пятнадцати веков возвышается семиметровая железная колонна, на которой не найти никаких следов коррозии. И это в условиях влажных тропиков. Секрет, как уверяют материаловеды, состоит в том, что колонна на 99,8 процента состоит из чистого железа.

Сейчас научились получать не просто чистые — чистейшие металлы. Есть, например, образцы, содержащие 99,9999 процента железа, или, как говорят специалисты, чистотой в шесть девяток. Оно не вступает в химические реакции даже с кислотами, остается податливым в обработке, мягким, а не хрупким, даже при температуре 200 градусов ниже нуля.

По мере повышения «чистоты» различных веществ росло и количество обнаруживаемых или неожиданных свойств. Цинк чистотой в пять девяток не вступает в реакцию с кислотой. Сверхчистый вольфрам приобретает высокую пластичность: при температуре до 700 градусов его можно вытянуть в проволоку диаметром в сотую долю миллиметра или раскатать в фольгу. Когда медь освобождают от примесей висмута, она теряет хрупкость. Сегодня радиоэлектроника, химическая и атомная промышленность, машиностроение, многие другие отрасли народного хозяйства испытывают всевозрастающую потребность в высокочистых беспримесных материалах. Шесть-восемь девяток — вот какой чистоты нужны уран, торий, графит, бериллий в ядерной технике. Не меньшие требования к материалам в ракетно-космической технике.

Придумано немало способов очистки материалов в земных условиях. Но почти все они требуют создания космического вакуума, а на Земле это сопряжено с решением труднейших научно-технических проблем, с крупными затратами материальных средств. При переносе же в космос появляется возможность в комплексе использовать сразу два таких важных фактора, как невесомость и глубокий вакуум.

Существующие способы очистки привели, как считают специалисты, ко второму рождению материалов. Ну а если у самых чистых сегодня металлов, полупроводников, изоляторов удастся уменьшить примеси еще в десятки и сотни раз, не возродятся ли они в третий раз, проявив невиданные доселе свойства? Вот почему материаловеды так заинтересовались в пополнении фонда сверхчистых веществ. И в этом поиске космическая продукция призвана сказать свое слово. Она поступит в лаборатории химиков и физиков, фармакологов и биологов, металлургов и оптиков.

Необычные свойства приобретают вещества не только за счет сверхчистоты своего состава. Не меньшее значение имеет и совершенство внутренней структуры материала. Например, в металлах границы между кристалликами — самое уязвимое место. Именно там образуются микротрещины. Но если материал представляет собой единое целое или монокристалл, то в нем нет никаких границ. Поэтому его прочность близка к предельной, зависящей лишь от силы сцепления атомов. В 30-х годах ныне академики А. Александров и С. Журков, измерив прочность на растяжение кварцевых нитевидных кристаллов, получили поразительные результаты — 1300 кг/мм 2. Это почти в десять раз больше, чем предел прочности высококачественной стали. Оказалось, чем тоньше нитевидные кристаллы, тем они прочнее. Волокна из сапфира, например, выдерживают усилия до 2000 кг/мм 2.

Такие сверхпрочные нити технологи хотели использовать в так называемых композиционных материалах — композитах, где они играют роль своеобразной арматуры. Однако в земных условиях не удается вырастить длинные нити: под действием тяжести они гнутся, ломаются на отрезки, не превышающие нескольких миллиметров. В космосе же нет принципиальных ограничений для получения кристаллических нитей любой длины и выращивания монокристаллов значительных размеров.

В экспериментах на орбите уже удалось вырастить гораздо более крупные и совершенные кристаллы, чем в лабораториях на Земле. К тому же в невесомости они растут быстрее. Вот, скажем, перспективным материалом в полупроводниковой технике считается соединение, состоящее из атомов кадмия, ртути и теллура. Из такого материала можно изготовить эффективные фотоприемники инфракрасного излучения. Диапазон их «зрения», как полагают специалисты, был бы очень широк — от 1 до 35 микрометров (мкм). Напомню, что существующие сейчас электронно-оптические преобразователи принимают ИК-излучение с длиной волны лишь до 8 мкм. Но вот получить однородные монокристаллы такого соединения, у которых составные элементы распределялись бы равномерно по всему объему, никак не удавалось. Попытались это сделать Ю. Романенко и Г. Гречко на станции «Салют-6». Они расплавили, а затем охладили твердый раствор «кадмий — ртуть — теллур». Результаты порадовали специалистов: монокристалл образовался с неплохой однородностью, без пор. Конечно, потребуются новые эксперименты, чтобы отыскать пути к полному успеху. Однако эти трудности преодолимы.