Акупунктура, Аюрведа Ароматерапия и эфирные масла, Консультации специалистов: Рэйки; Гомеопатия; Народная медицина; Йога; Лекарственные травы; Нетрадиционная медицина; В гостях у астролога; Дыхательные практики; Гороскоп; Цигун и Йога Эзотерика

Станислав Николаевич Зигуненко
100 великих достижений в мире техники

К читателю

Чудеса бывают разные. Одни – сказочные. Это когда «по щучьему велению, по моему хотению». Другие – реальные. Например, когда в 1961 году в космос полетел Ю.А. Гагарин, многими его полет был воспринят как своего рода техническое чудо. Не случайно и С.П. Королев – главный конструктор, под руководством которого был осуществлен данный проект, – назвал эту и подобные разработки «фантастикой в чертежах».

Такие реальные чудеса нередко случаются и в наши дни. И порой мы даже им не удивляемся. А зря. Каждое такое «чудо» есть концентрат остроумной идеи, точного расчета, великолепной технологии и упорного труда. Такими чудесами стоит гордиться, по ним стоит учиться.

Десять лет тому назад в издательстве «Вече» уже выходила книжка о технических чудесах. Однако она давно стала библиографической редкостью. Кроме того, время идет, техника развивается, и то, что казалось чудом еще вчера, сегодня становится обыденной реальностью. Ну а если так, то на смену одним чудесам должны прийти другие.

В первой книге в основном рассказывалось об осуществленных «чудесах», о том, что уже сделано. В этом же сборнике речь пойдет в основном о тех устройствах, агрегатах, машинах, сооружениях, технологиях и т. д., которые только-только переступили пороги лабораторий, а то и вообще еще находятся на стадии проектирования. Но время бежит быстро. И то, что сегодня является мечтой, завтра может стать явью.

Чудеса высоких технологий

Большинство современных технических чудес обязаны своим рождением развитой индустрии, высокотехнологичному промышленному производству. Причем не надо думать, что производство – это непременно нечто большое, дымное и грохочущее. Нынешние технологи предпочитают добиваться результата порою даже невидимыми, но весьма действенными средствами.

По следам большого взрыва

Удивительно, но самый мощный в мире ускоритель элементарных частиц – Большой адронный коллайдер (БАК), испытания которого идут в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), еще до своего пуска стал предметом судебного иска. Кто и почему судился с учеными?

Не судите коллайдер… Жители штата Гавайи Уолтер Вагнер и Луис Санчо обратились в федеральный окружной суд Гонолулу с иском против ЦЕРНа, а также американских участников проекта – Министерства энергетики, Национального научного фонда и Национальной лаборатории ускорителей имени Э. Ферми вот по какой причине. Американские обыватели опасались, что столкновения имеющих огромную энергию субатомных частиц, которые будут проводиться в ускорителе, чтобы имитировать события, происходившие во Вселенной в первые мгновения после Большого Взрыва, могут создать объекты, угрожающие существованию Земли.

Опасность, по мнению истцов, представляют в первую очередь так называемые черные дыры – физические объекты, которые могут поглотить часть объектов на нашей планете – например, какой-нибудь крупный город.

Большой адронный коллайдер в Церне. В рамке – моделирование процесса рождения бозона Хиггса в детекторе CMS

Несмотря на то что иск поступил в суд в начале апреля 2008 года, специалисты вовсе не отнеслись к нему как к первоапрельской шутке. А устроили 6 апреля в Центре ядерных исследований день открытых дверей, пригласив на экскурсию по ускорителю представителей общественности, журналистов, студентов и школьников, чтобы те не только смогли своими глазами увидеть уникальный научный инструмент, но и получить исчерпывающие ответы на все интересующие их вопросы. Прежде всего, конечно, организаторы проекта постарались убедить посетителей в том, что БАК никак не может стать виновником «конца света».

Да, находящийся в кольцевом туннеле с длиной окружности в 27 км коллайдер (от англ. collide – «сталкиваться») способен разгонять протонные пучки и сталкивать их с энергией до 14 тераэлектронвольт 40 млн раз в секунду. Физики полагают, что при этом можно будет воссоздать условия, которые возникли спустя одну триллионную долю секунды после Большого Взрыва, и таким образом получить ценную информацию о самом начале существования Вселенной. Но вот относительно того, что при этом возникнет черная дыра или вообще неизвестно что, представитель ЦЕРНа Джеймс Джилльс высказал большие сомнения. И не только потому, что оценка безопасности коллайдера постоянно проводится теоретиками, но и исходя просто из практики.

«Важным аргументом в пользу того, что эксперименты ЦЕРНа безопасны, является уже само существование Земли, – сказал он. – Наша планета постоянно подвергается воздействию потоков космического излучения, энергия которых не уступает, а зачастую и превосходит церновские, – и до сих пор не уничтожена ни черной дырой, ни иными причинами. Между тем, как мы подсчитали, за время существования Вселенной природой выполнено по меньшей мере 1031 программ, подобных той, что мы только собираемся осуществить»…

Не видит он особой опасности и в возможности возникновения неконтролируемой реакции аннигиляции с участием античастиц, которые возникнут в результате экспериментов. «Антивещество в ЦЕРНе действительно производят, – подтвердил ученый в интервью журналу New Scientist. – Однако тех его крох, что можно искусственно создать на Земле, не хватило бы даже на самую маленькую бомбу. Хранить же и накапливать антивещество исключительно трудно (а некоторые его виды – вообще невозможно)»…

Поиски бозона. Кстати, тот же журнал писал, что российские специалисты – профессор Ирина Арефьева и доктор физико-математических наук Игорь Волович из Математического института имени Стеклова в Москве – полагают, что масштабный эксперимент в ЦЕРНе может привести и к появлению первой… машины времени в мире.

Я попросил прокомментировать это сообщение профессора Ирину Ярославовну Арефьеву. И вот что она рассказала:

«Мы все еще довольно мало знаем об устройстве окружающего нас мира. Помните, древние греки полагали, что все объекты состоят из атомов, что в переводе с греческого означает “неделимый”.

Однако со временем выяснилось, что и сами атомы имеют довольно сложное устройство, состоят из электронов, протонов и нейтронов. В первой половине XX века вдруг оказалось, что те же электроны с протонами и нейтронами в свою очередь могут делиться на ряд частиц. Поначалу их опрометчиво назвали элементарными. Однако к настоящему времени выясняется, что и многие из этих так называемых элементарных частиц могут в свою очередь делиться…

В общем, когда теоретики попытались свести все полученные знания в рамках так называемой Стандартной модели, то оказалось, что центральным ее звеном, по некоторым данным, являются хиггс-бозоны».

Загадочная частица получила свое название по имени профессора Питера Хиггса из Эдинбургского университета. В отличие от профессора Хиггинса из известного мьюзикла, он занимался не обучением правильному произношению симпатичных девушек, а познанием законов микромира. И еще в 60-х годах прошлого столетия сделал такое предположение: «Вселенная вовсе не пуста, как нам кажется. Все ее пространство заполнено некоей тягучей субстанцией, через которую осуществляется, например, гравитационное взаимодействие между небесными телами, начиная от частиц, атомов и молекул и кончая планетами, звездами и галактиками».

Говоря совсем уж попросту, П. Хиггс предложил вернуться к идее «всемирного эфира», которая однажды была уж отвергнута. Но поскольку физики, как и прочие люди, не любят сознаваться в своих ошибках, то новую-старую субстанцию теперь называют «полем Хиггса». И ныне считается, что именно оно, это силовое поле, придает ядерным частицам массу. А их взаимное притяжение обеспечивается носителем гравитации, который вначале было назвали гравитоном, а теперь – хиггс-бозоном.

В 2000 году физикам показалось, что они, наконец, «поймали» бозон Хиггса. Однако серия экспериментов, предпринятых для проверки первого эксперимента, показала, что бозон снова ускользнул. Тем не менее многие ученые уверены, что частица все-таки существует. И чтобы поймать ее, надо просто построить более надежные ловушки, создать еще более мощные ускорители. Один из самых грандиозных приборов человечества всеобщими усилиями был построен в ЦЕРНе близ Женевы.

Впрочем, ловят бозон Хиггса не только для того, чтобы убедиться в справедливости предвидения ученых, найти еще одного кандидата на роль «первокирпичика Вселенной».

«Есть, в частности, и экзотические предположения по поводу устройства Вселенной, – продолжала свой рассказ профессор И.Я. Арефьева. – Традиционная теория говорит о том, что мы живем в четырехмерном мире – три пространственные координаты плюс время. Но есть гипотезы предполагающие, что на самом деле измерений больше – шесть или десять, а то и больше. В этих измерениях сила гравитации может быть существенно выше, чем привычное нам g. А гравитация, согласно уравнениям Эйнштейна, может влиять на течение времени. Отсюда и возникла гипотеза о “машине времени”. Но она даже если и существует, то в течение очень короткого времени и в очень малом объеме»…

Столь же экзотична, по мнению Ирины Ярославовны, и гипотеза об образовании при столкновении встречных пучков миниатюрных черных дыр. Даже если они и образуются, то время жизни их будет столь ничтожно, что их будет чрезвычайно трудно просто обнаружить. Разве что по косвенным признакам, например рентгеновскому излучению Хокинга, да и то уже после того, как сама дыра исчезнет.

Словом, реакции, по некоторым расчетам, будут происходить в объеме всего лишь 10–20 куб. см и настолько быстро, что экспериментаторам придется немало поломать голову, чтобы поставить нужные датчики в соответствующих местах, получить данные и затем соответствующим образом их интерпретировать.

Продолжение следует… С той поры, когда профессором Арефьевой были сказаны вышеприведенные слова, до момента написания данных строк прошло почти пять лет. За это время состоялся не только первый пробный пуск БАКа и еще несколько последующих. Как вы теперь сами знаете, все остались живы, и ничего страшного не произошло. Работы продолжаются…

Ученые только жалуются, что им очень трудно следить за исправностью всего оборудования этой уникальной научной установки. Тем не менее они уже мечтают о строительстве гигантского ускорителя частиц следующего поколения – Международного линейного коллайдера (International Linear Collider, ILC). Во всяком случае, вот что пишут по этому поводу Барри Бэриш, заслуженный профессор Калифорнийского технологического института, который руководит работами по проектированию Международного линейного коллайдера, его коллеги – Николас Уокер Уокер, специалист в области физики ускорителей из Гамбурга, и Хитоши Ямамото, профессор физики в университете Тохоку в Японии.

«Конструкторы ILC уже определили основные параметры будущего коллайдера, – сообщают ученые. – Его длина – около 31 км; основную часть займут два сверхпроводящих линейных ускорителя, которые обеспечат электрон-позитронные столкновения с энергией 500 ГэВ.

Пять раз в секунду ILC будет генерировать, ускорять и сталкивать почти 3000 электронных и позитронных сгустков в импульсе длительностью 1 мс, что соответствует мощности 10 МВт для каждого пучка. КПД установки составит около 20 %, следовательно, полная мощность, которая понадобится ILC для ускорения частиц, составит почти 100 МВт».

Для создания пучка электронов мишень из арсенида галлия будет облучаться лазером; при этом в каждом импульсе из нее будут выбиваться миллиарды электронов. Эти электроны сразу будут ускорены до 5 ГэВ в коротком линейном сверхпроводящем ускорителе, а затем инжектированы в 6,7-километровое накопительное кольцо, расположенное в центре комплекса. Двигаясь в кольце, электроны будут генерировать синхротронное излучение, и сгустки сожмутся, что увеличит плотность заряда и интенсивность пучка.

На середине пути при энергии 150 Мэв электронные сгустки будут слегка отклонены и направлены в специальный магнит, так называемый ондулятор, где некоторая часть их энергии преобразуется в гамма-излучение. Гамма-фотоны попадут на мишень из титанового сплава, вращающуюся со скоростью около 1000 оборотов в минуту. При этом образуется множество электрон-позитронных пар. Позитроны будут захвачены, ускорены до 5 ГэВ, после чего попадут в другое сжимающее кольцо и, наконец, во второй главный линейный сверхпроводящий ускоритель на противоположном конце ЛС.

Когда энергия электронов и позитронов достигнет конечной величины в 250 ГэВ, они устремятся к точке столкновения. После столкновения продукты реакции будут направляться в ловушки, где и зафиксируются.

Несмотря на то что команда ILC уже выбрала общую конструкцию коллайдера, предстоит большая работа по ее детализации. Кроме того, есть еще и ряд нерешенных теоретических проблем. Так что когда БАК начнет выдавать данные по протон-протонным столкновениям, полученные результаты будут использованы и для оптимизации конструкции ILC.

Предполагается, что создание коллайдера нового поколения будет вестись сообща учеными всего мира. Но пока даже неизвестно, где будет расположен ILC – в Европе, США или в Японии.

Интересно, при осуществлении этого проекта кто-нибудь тоже обратится в суд?.. Но вспомните: даже средневековой инквизиции с ее кострами и пытками не удалось остановить течение научной мысли. А мы с вами все-таки живем в куда более просвещенное время…

Космические телескопы

Вести наблюдения за планетами, звездами, туманностями, галактиками прямо из космоса – о такой возможности астрономы мечтали давным-давно. Дело в том, что атмосфера Земли, защищающая человечество от многих космических неприятностей, одновременно и мешает вести наблюдения за отдаленными небесными объектами. Облачный покров, нестабильность самой атмосферы вносят искажения в получаемые изображения, а то и вообще делают астрономические наблюдения невозможными. Поэтому, как только на орбиту стали посылать специализированные спутники, астрономы стали настаивать на выводе в космос астрономических инструментов.

Первенец «Хаббл». Решающий прорыв в этом направлении произошел в апреле 1990 года, когда один из «шаттлов» вывел в космос телескоп «Хаббл» весом 11 т. Уникальный прибор длиной 13,1 м и диаметром главного зеркала 2,4 м, который обошелся налогоплательщикам США в 1,2 млрд долларов, был назван в честь знаменитого американского астронома Эдвина Хаббла, который первым заметил, что галактики разбегаются от некоего центра во все стороны.

Космический телескоп «Хаббл» и сделанный им снимок столпов творения – рождения новых звёзд в туманности Орел

Работа «Хаббла» началась с неприятностей. Через два месяца после того, как он был выведен на орбиту высотой 613 км, стало очевидно, что основное зеркало сделано с браком. Его кривизна у краев отличалась от расчетной на несколько микрон – пятидесятую часть толщины человеческого волоса. Тем не менее и этой малости оказалось достаточно, чтобы «Хаббл» оказался близорук, а получаемое им изображение расплывчато.

Поначалу недостатки изображения пытались исправить на Земле с помощью компьютерных корректирующих программ, но это помогало слабо. Тогда было решено провести уникальную операцию по исправлению «близорукости» прямо в космосе, прописав «Хабблу» специальные «очки» – корректирующую оптическую систему.

И вот ранним утром 2 декабря 1993 года семеро астронавтов отправились на «шаттле» «Индевор» проводить уникальную операцию. На Землю они вернулись через 11 суток, сделав во время пяти выходов в открытый космос, казалось бы, невозможное – телескоп «прозрел». Это стало очевидным после получения от него очередной порции снимков. Их качество существенно возросло.

За годы своего полета космическая обсерватория совершила несколько десятков тысяч оборотов вокруг Земли, «накрутив» при этом миллиарды километров.

Телескоп «Хаббл» позволил наблюдать уже более 10 тысяч небесных объектов. Два с половиной триллиона байтов информации, собранной телескопом, хранится на 375 оптических дисках. И она все еще продолжает накапливаться. Телескоп позволил открыть существование черных дыр в космосе, выявил наличие атмосферы у спутника Юпитера – Европы, открыл новые спутники Сатурна, позволил заглянуть в самые удаленные уголки космоса…

Во время второго «техосмотра» в феврале 1997 года на телескопе заменили спектрограф высокого разрешения, спектрограф слабых объектов, устройство наводки на звезды, магнитофон для записи информации и электронику солнечных батарей.

По плану «Хаббл» должен был «выйти на пенсию» в 2005 году. Однако он исправно работает и по сию пору. Тем не менее ему уже готовится почетная отставка. На смену ветерану в 2015 году должен заступить на космическую вахту новый уникальный космический телескоп, названный в честь Джеймса Уэбба – одного из директоров NASA. Это при нем астронавты впервые высадились на Луну.

Что день грядущий нам готовит? Поскольку новый телескоп будет иметь составное зеркало диаметром 6,6 м и общей площадью 25 кв. м, полагают, что «Уэбб» будет в 6 раз мощнее своего предшественника. Астрономы смогут наблюдать объекты, которые светятся в 10 млрд раз слабее, чем самые тусклые звезды, видимые невооруженным глазом. Они смогут увидеть звезды и галактики, которые были свидетелями младенчества Вселенной, а также определить химический состав атмосфер планет, вращающихся вокруг далеких звезд.

В создании новой орбитальной инфракрасной обсерватории принимают участие более 2000 специалистов из 14 стран. Работы над проектом начались еще в 1989 году, когда NASA предложило мировому научному сообществу проект «Космический телескоп следующего поколения» (Next Generation Space Telescope). Диаметр главного зеркала планировался не меньше 8 м, но в 2001 году амбиции пришлось умерить и остановиться на 6,6 м – зеркало больших размеров не влезает в ракету «Ариан-5», а «шаттлы», как известно, летать уже перестали.

«Джеймс Уэбб» полетит в космос под прикрытием «звездного зонта». Его щит в форме гигантского цветка укроет телескоп от звездного излучения, мешающего разглядеть отдаленные галактики. Огромный зонт площадью 150 кв. м будет состоять из пяти слоев полиамидной пленки, каждый из которых не толще человеческого волоса. Шесть лет эту пленку испытывали на прочность, проверяя, сможет ли она устоять против бомбардировки микрометеоритами. Три внутренних слоя покроют ультратонким слоем алюминия, а два внешних обработают кремниевым сплавом. Солнцезащитный экран будет функционировать по принципу зеркала, отражая излучение Солнца и прочих светил обратно в космос.

Как известно, в космосе настолько холодно, что за полгода телескоп охладится до температуры ниже –225 °C. Но и она слишком высока для MIRI – прибора для наблюдений в среднем инфракрасном диапазоне (Mid-Infrared Instrument), состоящего из камеры, коронографа и спектрометра. MIRI придется охлаждать дополнительно с помощью холодильного оборудования на основе гелия до температуры –266 °C – всего на 7 °C выше абсолютного нуля.

Кроме того, астрономы постарались найти такую точку в пространстве, где телескоп может находиться годами, развернувшись «спиной» одновременно к Земле, Луне и Солнцу, закрывшись от их излучения экраном. За год, который уйдет на один оборот вокруг Солнца, телескоп сможет обозреть все небесное пространство.

Недостатком этой точки либрации Лагранжа L2 является ее удаленность от нашей планеты. Так что если вдруг у телескопа обнаружится какая-то неисправность, как это было «Хабблом», исправить ее в ближайшие годы вряд ли удастся – лететь ремонтной бригаде ныне просто не на чем; корабли нового поколения появятся лет через пять, не раньше.

Это заставляет ученых, конструкторов и испытателей, доводящих ныне «Уэбб» до кондиции, быть предельно внимательными. Ведь телескоп Уэбба будет работать на расстоянии в 2500 раз превышающем то, на котором работал «Хаббл», и почти в четыре раза превышающем удаленность Луны от Земли.

Главное зеркало диаметром 6,6 м в собранном виде не поместится ни на одном из существующих космических аппаратов. Поэтому оно составлено из более мелких деталей, чтобы могло легко складываться. В итоге телескоп состоит из 18 гексагональных зеркал меньшего размера, с длиной сторон 1,32 м. Зеркала выполнены из легкого и прочного металла бериллия. Каждое из 18 зеркал, плюс три резервных, весит около 20 кг. Как говорится, почувствуйте разницу между ними и тонной, которую весит 2,4-метровое зеркало «Хаббла».

Зеркала шлифуются и полируются с точностью до 20 нанометров. Звездный свет будет отражаться главным зеркалом на вторичное, установленное над ним, которое при необходимости может автоматически регулироваться. Через отверстие в центре главного зеркала свет вновь будет отражаться – уже на приборы.

На Земле вновь отшлифованные зеркала помещаются в гигантскую морозильную камеру NASA, где созданы космические условия – лютый холод и вакуум. Снизив температуру до –250 °C, специалисты должны убедиться в том, что зеркала примут ожидаемую форму. Если нет, то их снова подшлифуют, стараясь добиться идеала.

Готовые зеркала затем позолотят, поскольку именно золото наилучшим образом отражает тепловые инфракрасные лучи. Далее зеркала снова заморозят, они пройдут финальное тестирование. Затем телескоп соберут окончательно и проверят его не только на четкость работы всех узлов, но и на устойчивость к вибрациям и перегрузкам, неизбежным при запуске ракеты в космос.

Поскольку золото поглощает излучение синей части спектра видимого света, телескоп Уэбба не сможет сфотографировать небесные объекты такими, какими они воспринимаются невооруженным глазом. Зато сверхчувствительные датчики MIRI, NIRCam, NIRSpec и FGS-TFI могут обнаружить инфракрасный свет с длинами волн от 0,6 до 28 мкм, что позволит сфотографировать первые звезды и галактики, образовавшиеся в результате Большого Взрыва.

Ученые предполагают, что первые звезды сформировались через несколько сотен миллионов лет после Большого Взрыва, а затем эти гиганты с излучением в миллионы раз сильнее солнечного взорвались как сверхновые. Проверить, так ли это на самом деле, можно лишь заглянув на самые окраины Вселенной.

Впрочем, новый космический телескоп предназначен не только для наблюдения за самыми удаленными и, следовательно, древними объектами Вселенной. Ученых также интересуют пылевые области галактики, где и поныне зарождаются новые звезды. Инфракрасное излучение способно проникать сквозь пыль, и благодаря «Джеймсу Уэббу» астрономы смогут постичь процессы формирования звезд и сопровождающих их планет.

Ученые надеются не только зафиксировать сами планеты, вращающиеся вокруг звезд, удаленных от нас на бесконечные световые годы, но и проанализировать свет от экзопланет земного типа с целью определения состава их атмосферы. Например, пары воды и СО2 посылают специфические сигналы, по которым можно будет установить, есть ли на удаленных от нас планетах жизнь.

«Радиоастрон» готовится к работе. У этого космического телескопа оказалась непростая судьба. Работа над ним началась более десяти лет тому назад, но довести ее до конца все никак не удавалось – то денег не было, то преодоление тех или иных технических трудностей требовало больше времени, чем полагали сначала, то был очередной перерыв в космических запусках…

Но вот, наконец, в июле 2011 года спутник «Спектр-Р» с полезной нагрузкой около 2600 кг, из которых 1500 кг пришлось на раскрывающуюся параболическую антенну, а остальное на электронный комплекс, содержащий приемники космического излучения, усилители, блоки управления, преобразователи сигналов, систему передачи научных данных и т. д., был запущен.

Сначала ракета-носитель «Зенит-2SБ», а затем разгонный блок «Фрегат-2СБ» вывели спутник на вытянутую орбиту вокруг Земли высотой около 340 тыс. км.

Казалось бы, создатели аппаратуры из НПО имени Лавочкина вместе с главным конструктором Владимиром Бабышкиным могли вздохнуть свободно. Да не тут-то было!..

«Ракета-носитель отработала без замечаний, – рассказывал на пресс-конференции Владимир Бабышкин. – Затем были два включения разгонного блока. Орбита аппарата несколько необычна с точки зрения выведения, потому там достаточно много ограничений, которым мы должны были удовлетворять»…

В итоге оба включения разгонного блока проходили вне зоны видимости наземных станций с территории России, и это добавило волнений наземной команде. Наконец, телеметрия показала: и первое, и второе включения прошли благополучно, все системы отработали нормально. Открылись солнечные батареи, и дальше система управления удерживала аппарат в заданном положении.

Поначалу операция по раскрытию антенны, которая состоит из 27 лепестков, находившихся во время транспортировки в сложенном состоянии, намечалась на 22 июля. Процесс раскрытия лепестков занимает приблизительно 30 минут. Однако сразу процесс не пошел, и завершено раскрытие параболической антенны радиотелескопа было лишь 23 июля. К осени «зонтик» диаметром 10 м был раскрыт полностью. «Это позволит получать изображения, координаты и угловые перемещения различных объектов Вселенной с исключительно высоким разрешением», – подвели итоги первой стадии эксперимента специалисты.

После раскрытия зеркала приемной антенны космическому радиотелескопу требуется около трех месяцев для синхронизации с земными радиотелескопами. Дело в том, что работать он должен не в одиночку, а «в связке» с наземными приборами. Планируется, что на Земле в качестве синхронных радиотелескопов будут использованы два стометровых радиотелескопа в Грин-Бэнке, Западная Виргиния, США, и в Эффельсберге, Германия, а также знаменитая радиообсерватория Аресибо, в Пуэрто-Рико.

Направленные одновременно на один и тот же звездный объект, они будут работать в режиме интерферометра. То есть, говоря попросту, с помощью компьютерных методов обработки информации полученные данные сведут воедино, и полученная картина будет соответствовать той, что могла быть получена от радиотелескопа, диаметр антенны которого был бы на 340 тыс. км больше диаметра Земли.

Наземно-космический интерферометр с такой базой обеспечит условия для получения изображений, координат и угловых перемещений различных объектов Вселенной с исключительно высоким разрешением – от 0,5 угловой миллисекунды до нескольких микросекунд. «Телескоп будет обладать исключительно высоким угловым разрешением, что позволит получить ранее недостижимые по детальности изображения исследуемых космических объектов», – подчеркнул академик РАН Николай Кардашев, директор Академического космического центра ФИАН, головной организации по комплексу научной аппаратуры спутника «Радиоастрон».

Для сравнения: разрешение, которого можно добиться с помощью «Радиоастрона», будет как минимум в 250 раз выше, чем можно добиться с помощью наземной сети радиотелескопов, и более чем в 1000 раз выше, чем у космического телескопа «Хаббл», работающего в оптическом диапазоне.

Все это позволит исследовать окрестности сверхмассивных черных дыр в активных галактиках, рассмотреть в динамике строение областей, где образуются звезды в нашей галактике Млечный Путь; изучать нейтронные звезды и черные дыры в нашей Галактике; изучить структуру и распределение межзвездной и межпланетной плазмы; построить точную модель гравитационного поля Земли, а также провести еще множество других наблюдений и следований.

Графеновый прорыв

Как известно, каждое научное открытие проходит через три стадии. Сначала в него никто не верит. Потом начинают говорить, что «в этом что-то есть». И наконец, о нем говорят: «Да кто же этого не знает?!» Создатели тончайшего в мире материала – графена – Андре Гейм и Константин Новоселов прошли через все три этапа. Поначалу им никто не верил, потом научное сообщество заинтересовалось, чем же занимаются два выходца из России. И наконец, они были удостоены за свою разработку Нобелевской премии 2010 года по физике.

Немного теории. Весьма престижная в мире физиков награда досталась нашим бывшим соотечественникам, ныне работающим в Университете Манчестера в Великобритании, за «открытие и выделение свободного одноатомного слоя углерода и объяснение его выдающихся электронных свойств».

Ну а чтобы и вам стало понятно, что к чему, – несколько слов пояснения. Как известно, углерод встречается в природе в различных аллотропных формах – графит, уголь, алмаз. Недавно к ним добавились еще карбин, фуллерены и нанотрубки.

Андре Гейм и Константин Новоселов на фоне гексагональной кристаллической решётки графена

Про графит, уголь и алмаз написано во всех школьных учебниках. Поэтому здесь мы упомянем подробнее о новых формах.

Итак, карбин – это линейный полимер углерода, молекулы которого представляют собой длинные тонкие цепочки из углеродных атомов. Фуллерены – это полые молекулы, по форме представляющие собой полые шары, или, точнее, многогранники, состоящие из большого количества – до 560 атомов – углерода. А нанотрубки – это и в самом деле трубчатые структуры из тех же атомов углерода. Диаметром они бывают от одного до нескольких десятков нанометров, а длиной до нескольких микрон.

Графен же представляет собой тончайшую – в один атом толщиной! – пленку из тех же атомов углерода, объединенных в строгую гексагональную геометрическую структуру. Иными словами, графеном можно считать развернутую на плоскости нанотрубку.

Объяснить природу графена проще всего на таком примере. Если вы возьмете карандаш и проведете им черту на бумажном листе, то отслаивающиеся от грифеля чешуйки будут образовывать на бумаге тонкий слой. Графен – это нечто похожее, но гораздо тоньше, толщиной всего в 1–2 атома. Эта двухмерная тонкая структура, состоящая их атомов углерода, расположенных в вершинах шестиугольников по принципу пчелиных сот, – удивительное вещество. Пленка толщиной в один атом прозрачна, но обладает поразительной прочностью, в 200 раз превышающей прочность стали.

Отделять такие пленки от монолита исследователи приспособились при помощи липкой ленты – скотча. Все было так просто, что поначалу профессору Андре Гейму и его коллеге никто просто не поверил. Неужто можно столь обыденным способом отделить от графитового массива тончайшую, в один атомарный слой, пленку графита?

До недавнего времени создание подобных тончайших пленок считалось вообще невозможным. Дело в том, что более полувека назад еще один Нобелевский лауреат, советский физик-теоретик Лев Ландау показал, что подобные структуры будут неустойчивы – силы взаимодействия между атомами должны смять пленку, свернуть ее, что называется, в бараний рог. Однако выходцы из России изменили это всеобщее представление. Причем сделали это с присущей русским смекалкой.

А что на практике? Совместная работа будущих нобелевских лауреатов началась в 2001 году. Наловчившись получать тончайшие углеродные пленки, ученые стали исследовать их свойства. При этом выяснилось, что слой графита в один атом обладает рядом ценных, а порой и неожиданных свойств. Так, эта немыслимо тонкая пленка – в миллион раз тоньше листка обычной писчей бумаги, тем не менее обладает высокой прочностью, гибкостью, а главное, стабильностью своих свойств.

Кроме того, графен имеет высокую тепло– и электропроводность. А для полупроводниковой промышленности весьма необходимы материалы, в которых бы носители электрического заряда – электроны – могли перемещаться без помех. Дело в том, что всюду, где электроны натыкаются на препятствия и отклоняются от заданного прямого пути, идет интенсивное выделение тепла. Кроме того, подобные потери ограничивают рабочую частоту действия тех или иных компонентов микроэлектронных схем.

Например, в кремнии электроны могут передвигаться относительно свободно. Но у арсенида галлия степень свободы электронов еще в 6 раз выше. Поэтому в мобильниках и приемниках спутниковых сигналов используются микропроцессоры на основе именно арсенида галлия, а не кремния.

Это свойство, которое называется подвижностью электронов, в графеновых пленках близко к абсолютному идеалу; электроны практически не рассеиваются и весьма мало реагируют на изменения внешней среды. Однако произвести точные замеры свойств графена ученым долгое время не удалось – уж слишком тонка пленка. А потому только недавно выяснилось, что по подвижности электронов графен превосходит все известные на сегодня вещества.

«По нашим данным выходит, что подвижность электронов в графене в 10–20 раз выше, чем в арсениде галлия, – уверяет профессор Гейм. – Этот качественный скачок открывает блестящие возможности разработки новых еще более скоростных компонентов схем микроэлектроники. Тут уже речь пойдет не о мега– и гигагерцах, как в нынешних компьютерах, а о террагерцах, то есть в 1000 раз более высоких показателях».

Далее ученые приступили к созданию графенового полевого транзистора, который, используя электрическое поле, обеспечивает так называемый баллистический транспорт электронов, при котором они практически не рассеиваются.

В общем, оказалось, что баллистические транзисторы работают гораздо быстрее, чем обычные кремниевые устройства такого рода. А потому открытие Гейма – Новоселова вызвало большой интерес к графену как к материалу для электроники нового поколения.

Однако есть и определенные препятствия на пути внедрения графеновых структур в производство. Во-первых, нет еще технологии, которая бы позволила наладить массовое производство графеновых структур с одинаковыми показателями – пока пленки делают практически вручную. Кроме того, первые транзисторы на графеновой основе оказались весьма медленными и не могут пока составить серьезную конкуренцию нынешним микросхемам.

Впрочем, как полагают энтузиасты нового направления, это лишь трудности роста молетроники – микроэлектроники, схемы которой оперируют уже с отдельными молекулами. «С первыми кремниевыми транзисторами исследователи тоже повозились изрядно, – вспоминает Константин Новоселов. – И находились скептики, которые говорили, что из этой затеи ровным счетом ничего не получится и лучше радиоламп вряд ли можно что-то придумать. Так что лет через двадцать, глядишь, новое поколение электронщиков будут вспоминать о нынешних микросхемах примерно так же, как ныне мы рассуждаем о тех же радиолампах».

Чудеса «самолечения»

То, что царапина на коже заживает сама собой за неделю, никого не удивляет. И, заболев, люди чаще всего выздоравливают. Но почему тогда нельзя создать саморемонтирующиеся материалы и машины? Именно этим вопросам задались ученые из Высшей промышленной школы физики и химии в Париже по главе с профессором Людвигом Леблером. И кое-чего им уже удалось добиться…

Новый удивительный материал, который удалось синтезировать исследователям, не только эластичен, словно резина. Он еще способен в течение недели полностью восстановить разрыв или разрез. Для этого достаточно просто сложить вместе две его части. Уже через четверть часа обе части как бы склеиваются, а через несколько дней от места повреждения не остается и следа.

Такие материалы, способные к «самолечению», ученые и инженеры пытались создать еще давным-давно. Поначалу они создали материалы, в структуре которых содержались микрокапсулы с клеящим составом. Если возникает трещина, клей из разорванных капсул заполняет ее и застывает на воздухе или при смешивании с отвердителем из других капсул. Именно таким способом ныне сами собой заклеиваются пробитые шины на некоторых автомобилях.

Людвиг Леблер и Франсуа Турнилак демонстрируют самовосстанавливающуюся резину

Другой известный подход, позволяющий многократно восстанавливать разрушения, состоит в использовании полимеров, модифицированных компонентами, которые способны образовывать обратимые межмолекулярные связи. Связи разрываются, например, при нагреве и полностью восстанавливаются при охлаждении.

Лет двадцать тому назад появились и первые сведения о сплавах с «памятью». Однако до сих пор они считаются своего рода экзотикой и широкого распространения так и не получили. Отчасти это происходит из-за дороговизны таких материалов и сложности их получения.

Секрет метода получения эластичного, как резина, и способного к полноценному самолечению материала заключается в использовании надмолекулярных связей.

«Обычная резина состоит из длинных поперечно связанных между собой полимерных цепочек, благодаря которым она может сильно растягиваться, а затем восстанавливать форму, – поясняет профессор. – Такие же свойства материала мы получили, смешав два сорта небольших молекул. Одни молекулы способны соединяться своими концами только с двумя другими молекулами, а другие – с тремя или более молекулами»…

В смеси между ними возникают водородные связи, причем первые молекулы могут участвовать только в формировании длинных цепочек, а вторые благодаря способности к дополнительным связям еще и образуют поперечные соединения между цепями.

Если такой материал разрезать или разорвать, прочные ковалентные связи внутри молекул сохранятся, а нарушатся более слабые водородные между молекулами. Концы молекулярных цепочек остаются активными, и, если разрыв соединить, прочность полностью восстановится примерно за пятнадцать минут. Но если упустить момент, то возможность к «самолечению» будет утрачена примерно за сутки.

На основе своего открытия исследователи обещают вскоре разработать целый класс материалов, поскольку в качестве мономеров двух сортов тут могут выступать разные молекулы, придающие веществу нужные свойства. Причем их можно будет производить из широко доступных и дешевых ингредиентов – жирных кислот растительных масел и мочевины. Они также легко разлагаются при нагреве, экологически безопасны, не требуют катализаторов при производстве и могут быть использованы повторно.

«В результате данного открытия может быть решена, в частности, такая неприятная для женщин проблема, как порванные чулки или колготки, – обещает профессор. – Вскоре они сами будут восстанавливаться в течение 15 минут»…

Как соткать… ракету?

Как и положено, на Санкт-Петербургском гардинно-кружевном объединении вяжут почти невесомые кружева. Машины как бы самостоятельно управляют перемещениями сотен тончайших нитей, которые, переплетаясь, образуют сложный узор. Работа идет быстро, она давно автоматизирована. Но ныне, похоже, текстильщики начали использовать свои приемы в электронике и даже в авиационно-космической отрасли.

Последователи Жаккара. Началось же все с того, что 200 с лишним лет назад французский изобретатель Жозеф Мари Жаккар применил для управления механизмами перфокарты. Такие же, какие много позднее стали применять в электронных вычислительных машинах. Основы двоичной системы счисления, без которой немыслимы современные компьютеры, заложили именно текстильщики: есть отверстие в перфокарте – нить основы увлекается механизмом наверх, нет – остается внизу… По имени изобретателя и пошло название – жаккардовые машины.

Ныне остроумное изобретение прошлого используют и на иной лад. Видели ли вы когда-нибудь работу жгутовщицы? Так называется работница, которая плетет соединительные электрические кабели для электрических схем. Например, надо изготовить обычный жгут, соединяющий два штепсельных разъема. Сначала жгутовщица в нужном порядке раскладывает отдельные проводки. Потом сплетает их по нескольку штук в косички, переплетает все вместе и туго обматывает диэлектрической нитью. А сверху изолирует специальной тканью. Если нужен более сложный, разветвляющийся жгут, у которого по длине на определенных расстояниях должны быть отводы, – работа идет еще медленнее. Жгутовщица предварительно отмеряет провода необходимой длины, раскладывает их на специальном шаблоне с гвоздиками, привязывает и начинает плести…

Старые жаккардовые машины дали толчок развитию новых современных технологий

Так вот, кроме кружев на этих давным-давно известных жаккардовых машинах здесь, в Санкт-Петербурге, научились изготавливать совершенно неожиданные вещи: кабели и шлейфы для электроники, монтажные платы, теплоизмерительные приборы… Словом, изделия, не имеющие, казалось бы, ни малейшего отношения к кружевам и гардинам.

Процесс создания печатной электронной схемы, возможностями которого мы еще недавно так восхищались, сродни фотографическому. Однако если получение фотоснимка состоит примерно из десятка операций, то изготовление печатной платы включает 72 операции! Причем 28 из них требуют высоких температур. А применяемые химические реактивы – не чета проявителю и закрепителю. Они высокотоксичны, то есть, попросту говоря, ядовиты. Чтобы отходы радиоэлектронной промышленности не загрязняли природу, необходимо строить дорогостоящие очистные сооружения. А это значит, что производство намного удорожается. Но вред, наносимый природе, все же не удается свести к нулю.

Нашлись люди, которые посмотрели на эту технологию новыми глазами. Занимались они электротехникой, электроникой, а пришли работать в текстильную промышленность, чтобы создать новую, удивительную технологию будущего. По словам одного из разработчиков, начальника лаборатории Михаила Николаевича Мокеева, так получилось вот почему.

Основой для печатных плат обычно служит текстолит – текстиль, пропитанный составом, придающим ему жесткость и высокую прочность. Потом в этой пластине сверлят монтажные отверстия, на поверхность с помощью десятков операций наносят печатную электросхему… А что, если ее сразу соткать вместе с текстильной основой? Основу ткать диэлектрической, изолирующей нитью, а элементы схемы – электропроводной. Ведь могут же текстильщики выткать на гардинах всяческие розочки и завитушки. Узор из токопроводящих дорожек, монтажных площадок и отверстий не сложнее! Машины для такой технологии у текстильщиков уже давным-давно есть, только нужно немного их дооснастить.

Что касается изготовления кабелей, то ткачи могут выткать любые сложные разветвления на своих автоматических станках с программными устройствами. Ведь исстари плели на жаккардовых машинах и кружева, и тесьму, и декоративные шнуры. Почему бы не плести и кабели? Причем на ширине станка помещается их одновременно до сотни. Работу ста жгутовщиц выполняет одна ткачиха! Изделия получаются очень качественные – гибкие, ровные и даже красивые.

Если требуется прочная, жесткая плата – наподобие стеклотекстолитовой (на таких сейчас в основном делается печатный монтаж), – ткачи соткут и такую. Для специальных технических тканей у них есть станки, которые могут прессовать вместе нити с силой в несколько тонн! Есть и недавно полученные учеными новые химические волокна, которые прочнее стали. Для дополнительной жесткости можно пропитать их эпоксидными смолами, полиуретановыми массами.

Текстильщики в космосе. В последние десятилетия дизайнеры стали подсказывать кутюрье, как нужно кроить, чтобы разрабатываемая ими одежда была не только модной, но и технологичной – прежде всего содержала поменьше швов. И сейчас, например, на кафедре технологии швейного производства Московского государственного университета дизайна и технологии (МГУДТ), которой руководит профессор Е.Г. Андреева, можно увидеть трикотажные платья, у которых вообще нет ни единого шва. Более того, тканые технологии постепенно проникают и в такие отрасли производства, где раньше об их применении никто и слыхом не слыхивал. Взять хотя бы… авиацию.

Конструкторы первых «летающих этажерок» обтягивали их перкалью – тканью, которая была создана текстильщиками специально для авиаторов. Затем, правда, деревянно-тряпичные аэропланы превратились в дюралевые самолеты. Потом в ход пошли титановые сплавы. Казалось, период сотрудничества с текстильщиками современные авиационные технологи должны забыть. Да не тут-то было! Сейчас все чаще слышишь, что материаловеды предпочитают металлическим сплавам композитные материалы.

Композиты ведь по своей природе зачастую представляют собой переплетения углеродных нитей, залитых синтетическими смолами. И при работе с ними вполне могут пригодиться опыт и идеи, накопленные текстильщиками. Еще в 80-х годах прошлого столетия теплозащиту для космического самолета «Буран» совместно разрабатывали химики, материаловеды, технологи и… текстильщики, которые помогали «посадить» теплозащитные плитки на корпус «Бурана» так, чтобы они не ухудшали его аэродинамических качеств.

Последние десятилетия композиты с уникальными свойствами все шире используют и в конструкциях экспериментальных самолетов. Вспомните хотя бы самолет с крыльями обратной стреловидности С-37 «Беркут». Детали этих крыльев, а также хвостового оперения и фюзеляжа изготовлены из композитов.

Затем композиты стали использовать и в гражданской авиации. Закрылки, обрамления оконных иллюминаторов и еще некоторые части самолетов теперь делают из композитов, используя тканые технологии.

А вскоре ткаными будут и целые самолеты. Уже готова модель самолета, корпус которого соткан без единого шва. Монопланы и бипланы можно будет заказывать примерно так же, как мы сегодня заказываем однобортный или двубортный пиджак.

Не забывают текстильщики и о космосе. Еще одна разработка МГУДТ – перчатки нового образца скафандров для выхода в космос. В новых перчатках сгибать пальцы намного легче. Это можно считать началом создания скафандров нового поколения, ведь в старых трудно не только сделать шаг, но даже согнуть руку.

Более того, чрезмерный объем скафандра едва не привел к трагедии во время первого выхода в космос Алексея Леонова. После того как он вышел через шлюз, скафандр его раздуло так, что вернуться обратно ему удалось лишь с великим трудом. Алексей Архипович был вынужден сбросить давление внутри скафандра до критического и буквально втиснул себя обратно в корабль, подтягиваясь на руках.

Конструкторы космической одежды обо всем этом отлично осведомлены. По словам главного конструктора НПП «Звезда» Сергея Федоровича Позднякова, попытки создания скафандра, который бы не изменял своего объема в космическом вакууме, предпринимались еще в конце 60-х годов прошлого столетия.

Чего уж только специалисты не придумывали! Дело доходило даже до того, что были попытки создания цельнометаллических скафандров, наподобие тех костюмов, что носили средневековые рыцари. Однако такой скафандр получается громоздким и неудобным, надеть его можно лишь с посторонней помощью, а подвижность опять-таки оставляет желать лучшего.

В итоге пришлось остановиться на комбинированной схеме кирасного типа. Жесткие вставки в скафандр есть лишь в районе грудной клетки, а рукава и штанины выполнены мягкими, чтобы их можно было сгибать. Кроме того, в тех же «Орланах» предусмотрена возможность регулировать длину этих элементов, чтобы одним и тем же скафандром могли пользоваться люди разного роста.

Получилась в общем-то неплохая конструкция, которой ее разработчики заслуженно гордятся. К настоящему времени выпущено пять модификаций «Орланов», в которых совершено уже более 120 парных выходов в космос общей продолжительностью свыше 1000 часов. Причем даже американские астронавты вовсе не прочь надеть именно «Орлан», поскольку влезть в него (космонавты говорят «войти», поскольку действительно входят в скафандр через люк на спине) проще, чем в американский аналог, и работать несколько легче. Однако сейчас идет работа над созданием скафандров, сотканных без единого шва на кевларовом каркасе. Они позволят космонавтам двигаться намного свободнее.

Словно цыпленок из яйца…

Сначала об этом мечтали лишь фантасты. Теперь дело, похоже, дошло и до технологов. А начиналось все так…

По патенту природы. «Они вынесли Яйцо и уложили его на вершине холма поодаль. Дул ветер, и было холодно стоять и смотреть, как Антон неторопливо и аккуратно укрепляет активаторы на гладкой поверхности механозародыша. Вадим осмотрел расположение активаторов. Все было в порядке»…

В итоге вскоре был готов глайдер-антиграв «Кузнечик», надежная шестиместная машина, очень популярная у десантников и следопытов. «Он стоял на краю громадной ямы-проталины, откуда поднимался густой пар, и гладкие борта его были еще теплыми, а в кабине было даже жарко».

Нанороботы будут выращивать универсальные клетки, синтезировать различные вещества и выполнять любые функции

Так в фантастической повести «Попытка к бегству» братья Стругацкие в свое время описали, как из Яйца «вылупляется» универсальный вездеход. Конечно, это было не простое яйцо. Недаром авторы пишут о нем с заглавной буквы. Это механозародыш, в котором запрограммированы все необходимые химические и физические процессы, заложены нужные комплекты молекулярных машин – они и будут собирать из отдельных атомов и молекул элементы конструкции вездехода… «Ну и фантазеры!» – скажете вы. Но если вдуматься – что здесь фантастического? Стругацкие просто описали давно существующий способ производства! Ведь по такому же принципу, например, и обыкновенное куриное яйцо запрограммировано на выращивание не менее сложной и совершенной системы – живого цыпленка. Даже этого единственного примера достаточно, чтобы убедиться, что «технология», по которой действует природа, несравненно совершеннее, экономичнее и целесообразнее той, которой пользуется сейчас человек.

В год труды, в грамм – добыча. Давайте представим, скольких усилий, каких затрат сырья и энергии требует производство ну, скажем, маленького винтика. В начале этой цепочки стоят горнодобывающие машины – они необходимы, чтобы добыть руду. Затем цепочку продолжают: транспорт, чтобы ее вывезти; металлургические предприятия и источники энергии, чтобы ее переплавить, получить прокат; металлорежущие станки, чтобы придать заготовке заданную форму (и заодно пустить в стружку немалую долю с таким трудом доставшегося металла)… И вот он готов, маленький винтик для вашего велосипеда, или книжной полки, или фотоаппарата. Не слишком ли дорогой ценой?

Подсчитано, что на каждого современного жителя Земли приходится несколько тонн вещей – только тех, которыми он сам пользуется. Так вот, каждый год мировое производство перерабатывает миллиарды тонн сырья, чтобы только лишь 2 % (!) добытого вещества превращалось в нужные человеку изделия. А вся потерянная масса идет в отходы и загрязняет окружающую среду. Тогда мы создаем очистные сооружения, разрабатываем новые замкнутые технологические циклы. И рядом с основной возникает промышленность, которая тоже человеку не нужна. Она не выпускает никаких полезных изделий, а только силится уменьшить зло, причиняемое природе производством.

А потребности общества все растут, необходимо увеличивать объемы производства, усложнять его, совершенствовать… Рано или поздно обязательно возникнет невероятно сложное гигантское образование из технологических машин, роботов, управляющих электронных систем. И скорее всего, эта суперсистема, как в страшных фантастических рассказах, переключится с интересов человека на свои собственные, стараясь лишь поддержать стабильность своего существования… Промышленность будет работать на саму себя…

Теперь вы понимаете, что существующая техническая цивилизация себя почти исчерпала. Тогда где же правильный путь?

Обратимся к нанотехнологиям. Сама природа подсказывает нам ответ. Вот уже несколько миллиардов лет работают в природе совершеннейшие наномашины – генетический аппарат, который воспроизводит белковое вещество, живые организмы. Греческая приставка «нано» означает «карлик», потому что эти биологические машины имеют дело лишь с небольшими группами атомов, молекул или даже с отдельными атомами. Почему бы и нам не воспользоваться способом производства вещей просто путем расстановки атомов вещества в нужном порядке? Правда, для этого предстоит специально сконструировать требуемые системы молекул наномашины. Тогда нужные человеку вещи можно будет буквально выращивать, как это происходит в природе.

Структура наномашины будет построена по принципу обычной: в нее войдет молекулярный аккумулятор, который обеспечит машину энергией; особый молекулярный механизм для передачи энергии к разным органам наномашины; молекулярный манипулятор, который и будет соединять атомы в молекулы. К этому следует добавить молекулярное управляющее устройство и молекулярный движитель для перемещения. Вот и получится наноробот – сборщик атомов. Размеры его будут 16—200 нанометров (миллиардных долей метра) – такие же, как у вирусов!

Природа разделила процессы производства живых существ на два этапа: производство внутри клеток и производство организма из клеток. По такому же пути, возможно, пойдет и будущая нанотехнология.

В первом типе производства будет участвовать один или несколько нанороботов. В них заложат универсальные носители информации – аналог ДНК в живых организмах. Это информация о том, каким должен быть конечный результат производства.

Прежде всего этот способ производства подойдет для изготовления, например, одежды, пищи, обуви и других вещей несложной формы, из однородных материалов. Нанороботы смогут выращивать в химическом реакторе одежду самых различных размеров и фасонов. Им будут доступны любые цвета и фактуры, разнообразные отделки и фурнитура из синтетики, металла, стекла… Появится возможность очень быстрой смены моделей. Вещи станут значительно качественнее.

Новые материалы, сочетающие в себе атомы разных веществ, будут иметь поразительные свойства. Нанороботы вмонтируют в изделия элементы простых кибернетических систем, и вещи обретут возможность реагировать на свет, тепло, запах, будут подчиняться человеческому голосу, ощущать прикосновение человеческих рук. Мир вещей будущего станет намного «разумнее» и надежнее.

Второй, более сложный тип нанопроизводства – построение вещи по клеточному принципу из специально созданных клеток. Нанороботы будут выращивать универсальные клетки, способные принимать любую форму, синтезировать любые вещества и выполнять любые функции. Эти клетки смогут превращаться в силовые элементы конструкций, служить проводниками электрического тока и других видов энергии, формировать тончайшие пленочные оболочки и толстые тепловые экраны. Благодаря универсальным клеткам вещи приобретут способность к регенерации – самовосстановлению в случае повреждения. Всему этому можно будет «научить» искусственную клетку, когда ученые глубже проникнут в тайну формообразования живого организма.

За процессом роста изделия будет наблюдать технологический суперкомпьютер. Он же будет регулировать поступление «строительного материала». А им могут стать воды океанов – ведь в них растворены все элементы периодической системы Менделеева. Еще академик Вернадский называл природную воду минералом с переменной химической формулой. Из этой «жидкой руды» нанороботы буквально по атому извлекут нужные элементы. Нанотехнология безотходна – все, что попадет в химический реактор, будет использовано.

На пути к скатерти-самобранке XXI века. Такова теория. А что на практике?.. Недавно мне довелось побывать в сказке, увидеть в действии скатерть-самобранку. Причем, чтобы поглазеть на такое чудо, оказывается, вовсе не надо отправляться за тридевять земель на ковре-самолете. Я воспользовался обычным городским транспортом и уже через полчаса был на месте. А само «тридесятое царство» выглядело достаточно современно – двадцать с лишним этажей из стекла и бетона. Но именно здесь, в НИИ «Дельта», и создали «скатерть-самобранку атомного века». Так назвал устройство, созданное здесь, один из его конструкторов П.Н. Лускинович. И пояснил свою мысль так.

Любое вещество состоит из отдельных атомов и молекул, определенным образом соединенных между собой. Стало быть, в один прекрасный день на вашей кухне может появиться агрегат, давно описанный фантастами. Из «ничего», а точнее из атомов и молекул окружающей среды (например, воздуха, воды и грунта), такой комбайн сможет собирать, синтезировать все, что вам угодно будет заказать, – начиная от еды и напитков и кончая уникальными ювелирными изделиями.

И Лускиновичу вполне можно верить, поскольку его слова подтверждаются не только работами сотрудников возглавляемой им лаборатории, но и делами зарубежных коллег, работающих сообща в новой области знания – нанотехнологии.

В их распоряжении появился недавно новый инструмент – атомный силовой микроскоп. Работать он может в нескольких режимах, из которых нам, пожалуй, наиболее интересен один: с помощью силовых полей исследователь, работающий с этим агрегатом, способен поштучно, по одиночке переставлять с места на место отдельные атомы и молекулы.

Со стороны выглядит все это на редкость обычно. За дисплеем персонального компьютера сидит молодой человек, постукивает по клавишам. А рядом на рабочем столе стоит небольшое устройство, размерами и блеском никеля напоминающее кофейник. «Кофейник» и оказался тем самым атомным силовым микроскопом, с помощью которого можно манипулировать атомами. Чем, кстати, молодой человек и занимался. Настукивал на клавишах программу работы персональному компьютеру, тот, в свою очередь, командовал молекулярной сборкой и на телеэкране было отчетливо видно, как на глазах менялся рельеф бугристой поверхности – одни атомы замещались другими.

Будничная лабораторная работа. Но вот к чему, по словам руководителя лаборатории, она ведет. Как действует природа, создавая тот или иной организм? Правильно, она собирается атом к атому, молекулу к молекуле, создавая сначала клетку. Потом несколько клеток формируют зародыш органа, а из органов в конце концов вырастает организм. Вот эту-то операцию, лежащую в начале всех начал, и отрабатывают ныне ученые. Раз за разом, атом за атомом пробуют они разные комбинации, подбирают наилучшие алгоритмы действия.

Пока все это делается весьма медленно. Но не забывайте, что действуют специалисты все-таки не голыми руками, а с помощью туннельных микроскопов и ЭВМ. А компьютер – такая машина: научи ее однажды чему-то, и она вовек того не забудет. Более того, вскоре сможет выполнять разученные операции со сказочной быстротой. круглые сутки без остановки.

«Полагаю, – сказал в заключение беседы со мной Лускинович, – что вскоре, зайдя в хозяйственный магазин, вы сможете купить и поставить у себя дома не просто очередной кухонный агрегат, а репликатор – устройство, способное синтезировать по заказу любой продукт. Все в окружающем мире создано из атомов и молекул, а значит, и может быть скопировано нашим агрегатом. Более того, если надо, то и модернизировано, улучшено»…

Как растут детали? Первые достижения новой технологии уже налицо. Так, например, в московском НИИавтопроме уже несколько лет работает необычная технологическая лаборатория. Не имея ни токарных станков, ни прессов со штампами, ни литейных форм, ее сотрудники берутся за выполнение самых замысловатых заказов. Например, минут за двадцать вам могут изготовить из прозрачного полимерного материала куб, внутри которого будет заключена модель земного шара.

Изготовляют подобные сувениры и даже более сложные технологические заказы ее с помощью небольшой установки, представлявшей собой металлический шкаф с дверцей и установленным на полочке компьютером. Вот нажата одна из клавиш, и на экране дисплея высветился объемный рисунок будущего изделия. Емкость в шкафу наполняют жидким полимером, немного напоминающим жидкую смолу, включают лазерный сканер, и… через несколько минут изделие готово.

Суть «фокуса» довольно проста. В свое время химики создали жидкий полимер, способный быстро твердеть под действием наведенного на него лазерного луча. Этим и воспользовались американские специалисты из фирмы 3D Systems Inc, с которыми теперь сотрудничает НИИавтопром. Разработанная ими установка SLA-250 представляет собой, по существу, маленькую фабрику, где процесс изготовления модели, или, лучше сказать, прототипа того или иного будущего серийного изделия, напоминает своеобразное выращивание. Ведь появляется деталь не сразу, а постепенно, слой за слоем, которые по мере отвердения прочно соединяются между собой.

Руководит же подобной «агрономией» компьютер, который с педантичной аккуратностью выполняет программу, заданную конструкторами. Деталь «вырастает» в точности такой, каким был ее компьютерно-экранный рисунок. Ее можно сразу же примерить, смонтировав непосредственно в узле или агрегате, тут же внести, если потребуется, поправки и уже окончательно закрепить нужные параметры, по которым затем технологам не составит особого труда изготовить безошибочную оснастку для последующего производства деталей уже не из пластмассы, а из металла.

SLA-250 и подобные ей системы значительно упрощают технологию. Многие считавшиеся ранее обязательными звенья производственного процесса теперь оказываются излишними, их исключают, сберегая драгоценное время, материалы и средства. Подсчитано, что только одна установка, работающая по технологии, получившей название лазерной стереолитографии, позволяет сократить производственные расходы на 5 млн долларов в год! Стоит ли после этого удивляться, что на многих зарубежных предприятиях SLA-250 работают круглосуточно все семь дней в неделю,

Причем стереолитография тем эффективнее, чем сложнее изделие. Возможности ее поистине безграничны. Подобным образом можно изготовить даже автомобиль, «вырастив» и склеив его по частям.

Впрочем, использовать новую технологию можно не только в промышленности. Она также способна освободить от кропотливого труда макетчиков, работающих в градостроительстве. Скульптор уже на компьютере получит до последнего штриха законченное художественное творение, которое затем не составит особого труда выполнить в металле или даже камне с помощью копировально-камнерезного станка. Сородичи SLA-250 могут быть также надежными союзниками хирурга и протезиста.

Вот так в наши дни трансформировалась технология, над которой еще лет сорок тому назад начинал «колдовать» ленинградский профессор Б. Степанов. Читатели постарше, быть может, помнят, как он предлагал помещать в расплав затравку в виде кусочка готовой детали. А затем эту затравку потихоньку приподнимали, и вслед за ней тянулось продолжение. Расплав кристаллизовался частица за частицей, принимая ту же форму, что и затравка.

Таким образом, как показали многочисленные эксперименты, можно выращивать провода, швеллеры, рельсы, двухтавровые балки, заготовки для зубчатых колес и т. д., не прибегая к прокатке, волочению или штамповке. И если эта технология по сию пору не нашла себе широкого применения, так только потому, что никому в мире еще не удалось ускорить процесс кристаллизации настолько, чтобы установки по выращиванию деталей смогли по производительности соперничать с теми же прокатными станами и штамповочными прессами.

Ныне же – иное дело. В СМИ уже появились первые сообщения о созданном на 3D-принтере самолете, собираются подобным же образом создавать космические корабли и даже… органы для пересадки!

Шапки и плащи для невидимок XXI века

Идея эта идет к нам из глубины веков, была в свое время подхвачена А.С. Пушкиным. Вспомните хотя бы о Людмиле, которая обнаружила в покоях Черномора шапку-невидимку. Наступившее XXI столетие внесло свои коррективы как в литературные произведения, так и в реальные разработки ученых и инженеров. И вот что в итоге из всего этого выходит…

Эффект световода. Нагляднее всего, как ни странно, суть новшества объяснил автор одного современного детектива, описав, как его герой преодолевает завесу лазерной системы сигнализации на балконе. Он снимает с карабинного крючка рюкзачка за спиной моток световода, тщательно примеряется. А затем, не прерывая лазерного луча, рывком крепит конец световода присоской на приемник нижнего луча, тут же выставив линзу другого конца световода на пути этого же луча. Луч сквозь линзу свернул в световод, и петля его засветилась.

Осторожно перемещаясь вдоль ограждения балкона, удерживая линзу по лучу, лазутчик достиг стены, из которой лучи исходили… Потом прижал линзу к глазку истока нижнего луча, достал из кармана моментально схватывающий клей, аккуратно приклеил линзу на стене.

Образец опытного плаща-невидимки

То же было сделано со второй линзой, и… человек стал невидимкой. Приподняв нити световодов, он смог спокойно проникнуть в лоджию, и охранная система его не заметила.

Нечто подобное в 90-х годах XX века попытались воспроизвести на практике московские изобретатели, использовав вместо одного световода сразу множество. Суть дела тем не менее это не меняет. Система световодов с линзами на обоих концах действует точно так же, как и одиночный. Линзы-объективы воспринимают, скажем, изображение окружающего ландшафта и транслируют его к линзам-окулярам. В результате, когда наблюдатель смотрит на замаскированный, укрытый под такой сеткой объект, он его, что называется, в упор не видит, поскольку световые лучи как бы обтекают спрятанное, а шестиугольные линзы прилегают друг к другу столь плотно, что в щелки между ними не видно ничего.

Прототип такой «шапки-невидимки» был разработан на кафедре радиотехнических устройств и систем Московского государственного открытого университета. Авторы изобретения – И.А. Наумов, В.А. Каплун и В.П. Литвинов – полагали, что оно может быть использовано, скажем, вместо традиционных маскировочных сетей для сокрытия важных военных объектов – самолетов на стоянках или ракетных установок. И говорят, первые маскировочные плащи-накидки с вплетением оптических световодов уже изготовлены.

А японские инженеры недавно запатентовали свой вариант спецкостюма для человека-невидимки. В Стране восходящего солнца созданы чрезвычайно тонкие пленочные телеэкраны на основе жидких кристаллов. Теперь из такой пленки, внешне похожей на обычный полиэтилен, тоже скроен плащ-накидка. Телекамера величиной со спичечную головку, расположенная на затылке обладателя такой накидки, проецирует телеизображение на переднюю часть плаща. А телекамера, смотрящая вперед, аналогично транслирует изображение на заднюю часть плаща. В итоге наблюдатель смотрит как бы сквозь плащ-накидку, не замечая его обладателя.

И все это, как говорится, еще цветочки…

Даешь зеленый свет?! «Шапку-невидимку» пытаются сделать и многими иными способами. Например, группа физиков из университета штата Мэриленд, США, объявила, что ей удалось сделать невидимым объект в зеленом свете лазера. Правда, невидимость руководителю этой группы профессору Кристоферу Девису и его коллегам удалось создать лишь для одного цвета и на площади всего лишь несколько сотых долей миллиметра.

Можно, конечно, сказать: «Зачем тут и огород городить, коль столь крошечный объект и сам по себе можно различить лишь при помощи сильного микроскопа?» Однако профессор и его коллеги довольны уже и этим, поскольку их экспериментальная установка позволила им понять: они на правильном пути, их идеи и расчеты верны.

Концепция, благодаря которой они сделали свое изобретение, вообще-то известна всем иллюзионистам. Когда они хотят сделать кого-то невидимым на сцене, то прячут человека или иной объект за зеркала, которые так хитро отражают окружающую обстановку, что кажется: никаких зеркал тут и вообще нет.

«Наша задача состояла в том, чтобы заставить свет обогнуть объект примерно так же, как вода в ручье огибает камень, – пояснил профессор Девис. – А коль от объекта не будет отраженных лучей, формирующих его изображение в глазу, то нам и будет казаться, будто объект стал невидимым».

На практике эту идею ученый и его коллеги осуществили так. Вместо зеркал они используются несколько концентрических колец, расположенных на золотой подложке. А сами кольца сделаны из полиметилметакрилата, или, говоря проще, обычного органического стекла.

Если посмотреть на эту конструкцию сверху в микроскоп, она несколько напоминает многорядную дорожную развязку. Только в данном случае объект, расположенный в центре подложки, обтекают не автомобили, а световые лучи, изгибаемые прозрачным акриловым стеклом.

А поскольку мы привыкли считать, что свет, а тем более лазера, распространяется строго по прямой, то возникает обман зрения – объект в самом центре глаз не видит. А разглядит лишь то, что находится уже позади него.

Прототип Шалаева. Исследователей из Университета Мэриленда, в свою очередь, подпирают физики из университета Пердью в Уэст-Лафейетте (штат Индиана). Они уже сконструировали первый прототип «шапки-невидимки», способной укрыть от нежелательного взора любой объект. Но тоже пока в определенных диапазонах длин волн видимого света.

Во главе этой группы стоит работающий в США российский физик Владимир Шалаев. «Уже создана математическая модель нашей конструкции, – пояснил ученый, – основанная на численном решении уравнений Максвелла, описывающих распространение электромагнитного излучения, которым, в частности, является и видимый свет».

Своим происхождением эффект опять-таки обязан электромагнитным характеристикам материала, из которого изготовлена «шапка-невидимка», а точнее говоря, их постепенному изменению в пределах «шапки». При нужном распределении этих характеристик свет начинает плавно «обтекать» и «шапку», и накрытый ею объект, а наблюдатель получает возможность без всяких искажений видеть то, что ранее скрывалось в тени этого объекта.

Однако пока даже в теории подобное возможно лишь для отдельных длин волн видимого диапазона. Удастся ли сделать «шапку-невидимку» универсальной, то есть «мультиволновой», остается пока неизвестным.

Зеркальный «плащ» для невидимок. Как видите, исследования ведутся наперегонки. И многие ученые не скупятся на щедрые посулы и авансы. Например, сотрудники университета Дьюка, США, собираются вскоре продемонстрировать покрытие, которое сделает невидимкой целую атомную субмарину! Такая лодка сможет действовать практически безнаказанно: для ее обнаружения придется разрабатывать устройства, использующие иные физические принципы, либо глубоко модернизировать существующие сонары.

И вот вам последнее известие с фронта научных исследований. Создана модель «плаща-невидимки», который действительно может скрыть объект от человеческого глаза. В отличие от предыдущих версий «магического» покрытия, работавших в инфракрасном диапазоне, новый «плащ» эффективен в области длин волн, соответствующих видимому свету, сообщает журнал Nano Letters.

Ученые из Университета Калифорнии в Беркли (США) летом 2011 года сообщили о создании защитного покрытия, способного делать объекты невидимыми во всем диапазоне длин волн видимого света. Предыдущие попытки создания «невидимости» использовали в основном метаматериалы на основе металлов. Однако такой состав оказался неприемлемым при приближении к видимому диапазону длин волн, поэтому, как пояснила профессор Мичиганского университета Елена Семушкина, ряд групп обратились к созданию диэлектрических «плащей-невидимок». Они не имеют проводящих свойств металлов и больше похожи на стекло.

Еще один вариант, предложенный специалистами из Бирмингема, – использование для «плащей-невидимок» материалов из так называемых одноосных кристаллов. Для таких кристаллов характерно двойное лучепреломление при всех направлениях падающего на них света, кроме одного (это направление называется оптической осью кристалла). Материалы на одноосных кристаллах позволяли «прятать» микрообъекты от видимого света, однако лишь в случае его особой поляризации. Усовершенствование этой технологии позволило эффективно скрывать относительно большие объекты (размером около 300 нм на 6 мкм) под отражающим «защитным покрытием».

Говоря проще, такое покрытие представляет собой гладкое оптическое зеркало, которые скрывает объект в видимом диапазоне длин волн. «Вы, словно фокусник, прячете объект под особым материалом, который внешне выглядит как обычное зеркало – сквозь него не видно объекта, находящегося внизу. Внешний наблюдатель и не предполагает, что под зеркалом что-то находится», – пояснил суть дела профессор Сян Чжан, под руководством которого выполнялась работа.

Чтобы заставить видимый свет «обойти» спрятанный объект, исследователи изобрели материалы с переменным показателем преломления – это метаматериалы, не существующие в природе. Для этого волновод из нитрида кремния поместили на прозрачную нанопористую подложку оксида кремния, которая имела меньший показатель преломления, чем волновод. «Это первый пример “шапки-невидимки”, действительно работающей в видимом диапазоне длин волн», – подчеркнул Чжан.

Путешествия к центру Земли

Помните, как совершили путешествие в глубь Земли герои Жюля Верна? Расшифровали таинственную записку, спустились в древний кратер и подземными ходами добрались куда хотели…

На самом деле даже через самую глубокую пещеру нельзя попасть к ядру планеты. А потому ученые осуществляют «путешествия к центру Земли» иными способами. Одни из них изобретают разного рода подземные лодки, капсулы и буровые снаряды. Другие же вообще не выходят из своих лабораторий и тем не менее ухитряются узнать, что именно происходит в недрах Земли на глубинах в десятки и даже сотни километров.

Как именно они это делают? Вот что рассказал о работе своих коллег директор Института физики высоких давлений имени Л.Ф. Верещагина, член-корреспондент РАН С.М. Стишов.

«Исследователи давно пытаются заглянуть в недра нашей планеты, – начал свой рассказ Сергей Михайлович Стишов. – Однако даже сверхглубокая скважина на Кольском полуострове не позволила проникнуть в глубь Земли далее 12 км – чудовищные давления и температуры не дают бурить дальше. Поэтому пришлось использовать обходные способы, а именно смоделировать условия земных недр»…

Новокраматорский пресс-гигант в Институте физики высоких давлений

Каким образом? Вот вам одно любопытное описание: «Мы стояли, держась за поручни стального ограждения лестницы, которая, как в пропасть, уходила в глубь громадного бетонного “колодца”. В нем, наверное, свободно бы разместился многоэтажный жилой дом. Когда глаза привыкли к полумраку, можно было рассмотреть детали циклопической конструкции, которая тянулась вверх с бетонного днища»…

Думаете, это цитата из фантастического романа? Вовсе нет. Таким увидел четверть века тому назад самый большой пресс СССР репортер одной из центральных газет.

Разместили пресс в здании, напоминающем своими размерами зимний стадион: длина строения – 84 м, ширина – 36, высота – 30 м.

И сама махина весом 5000 т будто бы прибыла из страны великанов. Один лишь цилиндр «поршня», с помощью которого пресс мог развивать усилие в 50 000 т, а давление в 3 млн атмосфер, имел массу в 60 т и высоту в два человеческих роста.

На нашей планете есть еще несколько прессов примерно такой же мощности, но они построены для промышленных целей. А этот гигант единственный, что был создан специально для ученых на Ново-краматорском машиностроительном заводе.

Этим достижением в немалой степени гордился тогдашний директор Института физики высоких давлений академик Леонид Федорович Верещагин. Ведь ему приходилось начинать свои исследования на куда более скромном оборудовании. Первый пресс, на котором Верещагин вместе с двумя научными сотрудниками и одним механиком получил еще до войны рекордное для нашей страны давление – 10 тыс. атмосфер, – занимал всего лишь угол скромной лаборатории.

Впрочем, сейчас в институте тоже больше не увидишь прессов-гигантов. И не только потому, что у нашей науки теперь нет средств на их создание. Огромные давления ученые научились получать более скромными средствами.

Знаете ли вы, например, что любой из читающих эти строки способен буквально пальцами развить давление около 3 т… Каким образом? Для этого надо лишь взять в руки иглу и силой воткнуть ее в какой-либо материал. Давление, развиваемое при этом на кончике иглы, и даст искомую величину.

Примерно так концентрируют усилия современные исследователи. В рабочей камере гидравлического пресса на острие алмазной наковальни они получают такие же давления, как на глубине в сотни и даже тысячи километров.

А когда мощи гидравлики становится недостаточно, призывают на помощь удар или даже взрыв. Именно с помощью взрывов, проводимых опять-таки в особых камерах, еще в 50-х годах прошлого века были получены из графита первые промышленные алмазы. Сейчас технологи научились получать алмазные зерна величиной до 5 каратов, широко используют их в алмазных инструментах для обработки особо твердых сплавов и материалов.

«Благодаря методам исследования, созданным в нашем институте совместно с фондом Карнеги в Вашингтоне, проведена серия исследований свойств серы при высоких давлениях, – продолжал свой рассказ Стишов. – Оказалось, что этот химический элемент, в обычном состоянии представляющий собой почти идеальный диэлектрик, под давлением переходит в металлическое состояние со сверхпроводящими свойствами, сохраняющимися до температуры примерно в 16 К. При этом изменяется даже цвет элемента. Желтая сера становится красной и, наконец, чернеет, превращаясь при этом в металл. Эта работа имеет большое фундаментальное и практическое значение. Возможно, что с помощью металлической серы будут создано новое поколение сверхпроводящих сплавов, работающих при высоких температурах»…

Сейчас исследователи готовятся к следующему шагу в познании глубинных тайн Земли. Исследователи вскоре получат возможность узнать, как ведут себя различные вещества при тех давлениях, которые царствуют в самом центре Земли. Эта проблема чрезвычайно важна с познавательной точки зрения. Разведочные сейсмические волны показывают, что в глубинах залегают плотные вещества. Какие?

Об этом шел многолетний спор. Многие исследователи считали, что ядро Земли слагают породы с очень богатым содержанием железа. Причем одни полагали, что ядро это жидкое, другие считали его твердым, сдавленным чудовищными давлениями. Истина, пожалуй, в золотой середине.

«Если бы ядро Земли было жидким, то процессы, происходящие внутри нашей планеты, напоминали бы скорее атмосферные явления – смерчи, торнадо и другие “завихрения”, – подчеркнул директор Института физики высоких давлений. – Однако на практике мы видим большее сходство этих процессов с океаническими – тихими, плавными и спокойными»…

В общем, по мнению Стишова и его коллег, ядро нашей планеты по вязкости напоминает застывающее стекло или… густой мед! Они уверены в этом процентов на восемьдесят. Более точные выводы можно будет сделать, когда ученые смогут создать в лаборатории условия, сравнимые с реально существующими в недрах планеты. Пока же экспериментальные давления меньше тех, что существуют в ядре Земли примерно на порядок.

Кроме того, очередные эксперименты, бесспорно, дадут много новых сведений о возможном состоянии вещества не только в ядре нашей Земли, но и в недрах Юпитера, Сатурна и других планет.

Проект «горячая капля»

Сегодня мир завален радиоактивными отходами и отработанным ядерным топливом. И с ними надо что-то делать, если мы не хотим, чтобы нас всех вскоре погубил радиоактивный потоп. А это может случиться даже в том случае, если больше не будет ядерных катастроф, подобных Чернобыльской или Фуросимской.

Что же делать? Вот какую историю по этому поводу рассказал академик РАЕН, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторий сравнительного изучения Земли и планет Института физики Земли РАН Олег Борисович Хаврошкин.

Где хранить отходы? Каков обычный цикл работы, скажем, атомной электростанции? Случаются всякие проливы, протечки, заражается спецодежда. В итоге получаем низко– и среднеактивные радиоактивные отходы. Свою активность при захоронении они потеряют лет через триста…

Но это – еще цветочки. Такие отходы худо-бедно научились перерабатывать. Суть переработки заключается в следующем. Жидкости выпаривают, а сухие остатки можно зацементировать в бетонные блоки, которые затем помещают в хранилища, где они должны пролежать несколько сот лет, пока не потеряют свою активность.

Такие хранилища уже построены. И постепенно заполняются подобными блоками.

Однако, кроме таких отходов, существует еще и отработанное ядерное топливо. А стержни или капсулы с ним имеют одну неприятную особенность. При работе атомного реактора происходят некоторые ядерные реакции, при которых накапливаются высокоактивные элементы, период полураспада которых может достигать миллионов лет!

Вот с ними-то как поступать?

Первыми задумались над этой проблемой американцы. И решили создать могильник с гарантией хотя бы на 100 тыс. лет – глядишь, за это время человечество придумает, как быть дальше. Вместить он должен был около 90 тыс. т отработанного топлива. Все, что накопили за полвека атомной энергетики в США.

Подобрали подходящую гору на месте бывшего атомного полигона в Неваде. Гора Яка – так она называется – только что не звенела: сложена из твердых силикатных пород, крепка, как сейф.

Однако власти штата все же заподозрили неладное. Посчитали, что соседство с федеральной ядерной свалкой отпугнет денежных гостей игорного Лас-Вегаса. И позволили себе подвергнуть сомнениям гарантии спецов, хотя те и заявили во всеуслышание: мол, даже за 100 тыс. лет даже капля не просочится из свалки на поверхность!

Проверить истинность таких заявлений пригласили независимых экспертов. Представьте себе – из России. А среди них, на беду штатовских ядерщиков, оказался дотошный геолог Юрий Дублянский. Он-то вскорости и доказал, что выбранная гора не подходит для размещения могильника. Поскольку даже при нынешних геологических и климатических условиях не гарантирует стопроцентной сохранности отходов. А за 100 тыс. лет и климат и тектоника недр могут еще о-го-го как измениться!

На всей планете радиоактивные отходы лежат до поры на поверхности или во временных хранилищах

Таким образом, крупнейший федеральный проект Штатов благополучно завис. А с ним и миллиарды долларов, что уже заложены в строительство. Деньги, конечно, жаль. Но здоровье все же дороже. Тем более, что руководитель одного из наших атомных институтов подсчитал, что в горе Яка, кроме всего прочего, скопилось бы около 1000 т оружейного плутония. И при некотором неблагоприятном стечении обстоятельств мог бы прогреметь взрыв…

А что ядерные отходы иногда имеют свойство взрываться, мы уже убедились на собственном опыте. Когда в районе Челябинска около сорока лет назад грохнуло хранилище жидких радиоактивных отходов, мало никому не показалось. Последствия того взрыва ощущаются и по сей день.

Может быть, поэтому не стали спешить с возведением огромного хранилища высокоактивных отходов в вечномерзлых породах на Новой Земле. Хотя Госатомнадзор, Комитет по экологии и Минздрав России уже высказали свое одобрение проекта. И лишь все тот же Дублянский позволил себе усомниться: «В свете глобального потепления вечная мерзлота на Новой Земле может оказаться отнюдь не вечной. И отходы начнут мигрировать»…

В общем, и поныне на всей планете радиоактивные отходы лежат до поры на поверхности или во временных хранилищах. Например, в Швеции их пакуют в контейнеры, которые опускают на дно в специальные камеры, расположенные под землей на глубине 50 м в прибрежной зоне Балтийского моря.

У нас в НПО «Маяк» на Урале действует опытно-производственная линия по упаковке радиоактивных отходов. Выглядит это примерно так. В печи расплавляют стекло. Добавляют внутрь высокоактивные отходы и остужают. Получаются полупрозрачные цилиндры, внутри которых зацементирована отрава. Для пущей сохранности стеклоблоки затем помещают в металлические контейнеры, которые затем заливают бетоном. А уж бетонные блоки прячут под землю. Считается, надежнее некуда. Но…

Во-первых, технология получается очень дорогостоящей. Во-вторых, к сожалению, не очень надежной. Так, в США ухлопали миллиард долларов на строительство пробного опытного хранилища. А когда поместили в него первую партию отходов, его вскоре тряхнуло незапланированным землетрясением. И тут же выяснилось, что в конструкции хранилища в первый же год эксплуатации появились непредусмотренные повреждения. Вот вам и 100 тысяч лет гарантии!..

«Тонущий реактор». Выход из положения нашли наши специалисты. Суть проекта под названием «Горячая капля» в общих чертах такова: взять скопом высокоактивные отходы, включая отработанное ядерное топливо, и отправить на десятки и сотни километров в глубь планеты. Фантастика? Однако наши исследователи так не считают.

«Как-то зашел ко мне Алексей Владимирович Бялко, ученый секретарь Института теоретической физики, и рассказал об идее, которую он разрабатывал вместе со своим директором академиком И. Халатниковым, – вспоминает О.Б. Хаврошкин – Хорошо бы, говорит, сделать металлическую оболочку, скажем, из вольфрама и молибдена или иных тугоплавких материалов диаметром несколько метров. В этот шар надо загрузить отработанное ядерное топливо, прицепить контейнер с научной аппаратурой и отправить вглубь»…

Причем, по идее, для такого путешествия вовсе не надо прокладывать глубинных шурфов. Контейнер сам может затонуть. И не в воде, а земной толще. Надо лишь создать соответствующие условия. Какими должны быть эти условия, можно ли их реально получить без особых хлопот, Бялко и просил посмотреть специалистов по физике Земли.

Хаврошкин вместе с коллегами стал прикидывать. И вскоре выяснил, что создать такой «тонущий реактор» вполне можно. Достаточно собрать вместе порядка 100 т радиоактивных отходов, и они начнут разогреваться. Причем если средняя температура плавления горных пород порядка 800

Наш сайт является помещением библиотеки. На основании Федерального закона Российской федерации "Об авторском и смежных правах" (в ред. Федеральных законов от 19.07.1995 N 110-ФЗ, от 20.07.2004 N 72-ФЗ) копирование, сохранение на жестком диске или иной способ сохранения произведений размещенных на данной библиотеке категорически запрешен. Все материалы представлены исключительно в ознакомительных целях.

Copyright © UniversalInternetLibrary.ru - читать книги бесплатно