Марк Медовник - Из чего это сделано? Удивительные материалы, из которых построена современная цивилизация

Кроме одного человека – самого Кистлера. Он рассудил, что необычайная красота и исключительные термоизолирующие свойства каркасов желе непременно обеспечат им будущее. Хотя кварцевый аэрогель хрупкий и непрочный, как стекло, для своего мизерного веса он все же достаточно крепок, чтобы использовать его в промышленности. Итак, Кистлер запатентовал изобретение и продал лицензию на изготовление аэрогелей химической компании «Монсанто Корпорейшн». К 1948 году она уже выпускала продукт под названием «Сантогель» – кварцевый аэрогель в форме порошка.

Казалось, у «Сантогеля» блестящие перспективы – он мог бы стать лучшим в мире термоизолирующим материалом. Но, увы, он опередил свое время. Энергия дешевела и дешевела, а проблему глобального потепления тогда не принимали всерьез. Дорогой термоизолятор приносил компании одни убытки. Потерпев неудачу, в «Монсанто» нашли другое, весьма причудливое, применение новому продукту – в составе чернил и красок. Аэрогель рассеивал свет, оптически выравнивая окрашенную поверхность и придавая ей матовость. В конце концов его и вовсе разжаловали в загустители овечьих мазей от мушиных личинок и гели для напалмовых смесей. В 1960–70-х годах дешевые заменители отняли у аэрогеля и эту узкую нишу, в итоге «Монсанто» прекратила его производство. Кистлер умер в 1975 году, не дожив до того дня, когда его чудесный материал нашел свое место под солнцем.

Новое явление аэрогелей состоялось не благодаря коммерческому использованию, а потому что их уникальные свойства привлекли внимание специалистов по физике элементарных частиц, изучавших эффект Черенкова в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН). Черенковское излучение испускает субатомная частица при прохождении сквозь материал со скоростью, превышающей скорость света. Его обнаружение и анализ дает ключ к пониманию природы такой частицы и, следовательно, служит весьма экзотическим способом идентификации многочисленных невидимых частиц, с которыми имеют дело ученые. Аэрогель идеально подходит на роль материала, атакуемого элементарной частицей, поскольку фактически является твердой вариацией газа. В этом качестве он используется и по сей день, помогая физикам разгадывать тайны субатомного мира. Как только аэрогели очутились в научных лабораториях со сложным оборудованием, туманной миссией и большими бюджетами, их престиж опять вырос.

Тогда, в начале 1980-х, производство аэрогелей было по карману лишь очень богатым научным институтам. Таким, как ЦЕРН. Вскоре примеру европейского центра последовало Национальное управление по астронавтике и космонавтике США (НАСА). Кварцевый аэрогель впервые применили в космосе, для защиты оборудования от экстремальных температур, и здесь он подходил идеально, поскольку лучший в мире теплоизолятор почти невесом, что особенно важно, когда корабль вырывается из гравитационных объятий Земли. Это случилось в 1997 году при отправке к Марсу беспилотного аппарата Mars Pathfinder . С тех пор кварцевый аэрогель используют для изоляции на космических кораблях. Но как только ученые из НАСА поняли, что аэрогель способен путешествовать к другим планетам, ему нашли новое применение.

В ясную ночь можно увидеть, как небо пересекает яркий след падающей звезды. Долгое время считалось, что это метеориты на высокой скорости входят в земную атмосферу, нагреваются трением о воздух и, вспыхнув, сгорают. Считается также, что большая часть метеоритов – это космическая пыль, то есть обломки вещества, образовавшегося, наряду с кометами и астероидами, при возникновении Солнечной системы 4,5 миллиарда лет назад. Точное определение материалов в составе этих небесных тел помогло бы нам понять, как появилась Солнечная система, и объяснить химический состав Земли. Эта задача привлекает особый интерес уже много лет.

Анализ метеоритного вещества только раздразнил любопытство ученых: дело в том, что при прохождении сквозь земную атмосферу они подвергаются воздействию экстремально высоких температур. Поэтому люди из НАСА подумали, что было бы неплохо захватить некоторые из этих объектов еще там, в космосе, и доставить их на Землю в первозданном, нетронутом виде.

Однако у этого плана было уязвимое место. Дело в том, что космические объекты движутся с весьма высокой скоростью. Космическая пыль летит быстрее пули, нередко преодолевая 50 км в секунду, то есть 18 000 километров в час. Поймать такой объект непросто. Если вы, скажем, вздумаете собственным телом задержать пулю, то либо сила пули превысит прочность вашей кожи и пуля прошьет вас насквозь, либо вы наденете пуленепробиваемый жилет из высокопрочного материала, такого как кевлар, и пуля расплющится. В любом случае дело это рискованное. Но в принципе осуществимое. Когда бейсбольный или крикетный мяч ловят «мягким захватом», то стараются распределить, рассеять энергию мяча, а не бросают все силы на один мощный захват. Специалистам НАСА нужно было замедлить скорость космической пыли с 18 000 км в час практически до нуля, не повредив ни летательный аппарат, ни саму пыль. Идеально подошел бы материал со сверхнизкой плотностью, способный замедлить частицы пыли мягко и без повреждений на площади всего в несколько миллиметров; прозрачный, чтобы ученые могли сразу найти застрявшие в нем крошечные звездные пылинки.

И – о чудо! – такой материал нашелся. Более того, НАСА уже использовало его в космических полетах. Разумеется, это был кварцевый аэрогель. В основе его подвигов тот же самый механизм, который защищает каскадера во время съемок: тот падает с крыши на гору картонных коробок, и каждая, сминаясь под его весом, поглощает некоторое количество энергии удара. Чем больше коробок, тем лучше. Точно так же каждая из внутренних перегородок в пористом аэрогеле, сталкиваясь с частичкой пыли, поглощает крошечное количество энергии. В одном кубическом сантиметре содержится несколько миллиардов перегородок – этого достаточно, чтобы остановить пылинку, практически ее не повредив.

На способности аэрогеля бережно улавливать кометную пыль НАСА построило целый космический проект. 7 февраля 1999 года был произведен запуск аппарата Stardust , полностью оборудованного для полета через Солнечную систему и запрограммированного на сближение с кометой 81Р/Вильда. Аппарат должен был собрать межзвездную пыль в глубоком космосе, а также кометную пыль, что позволило бы специалистам НАСА изучить их материальный состав. С этой целью разработали специальное устройство, похожее на гигантскую теннисную ракетку, меж струн которой поместили аэрогель.

В течение лета и осени 2002 года в глубоком космосе, за миллионы километров от любой планеты, космический аппарат Stardust открывал люк и выставлял наружу свою гигантскую теннисную ракетку с аэрогелем. Это была одинокая игра в межзвездный теннис микроскопическими теннисными мячиками – останками давно погасших звезд, неиспользованными частичками нашей собственной Солнечной системы, до сих пор летающими в космическом пространстве. Stardust не мог оставаться в глубоком космосе слишком долго, так как должен был встретиться с кометой 81Р/Вильда, несущейся с дальних окраин Солнечной системы к ее центру (такой вояж комета совершает раз в 6,5 лет). Убрав аэрогелевую теннисную ракетку, космический аппарат поспешил на свидание с ней. Больше года он добирался до цели, и 2 января 2004 года встал на пути у кометы размером 5 километров в диаметре, облетающей вокруг Солнца. Затем, ловко сманеврировав и заняв положение в 237 километрах позади кометы, аппарат открыл люк, опять выставил аэрогелевую теннисную ракетку, на этот раз другой стороной, и впервые в истории приступил к сбору девственной кометной пыли.