«Техника-молодежи» 1965 №6, с.3-4, вкл

СНАЧАЛА -
ПРОВЕРКА
НА ЗЕМЛЕ

Правда, далеко эти пылинки не улетели — упали на Луну.

Велика ли подобная опасность для искусственного спутника Земли, запущенного на орбиту? По утверждениям некоторых специалистов, за один только год с него распылится поверхностный слой в шесть тысячных долей миллиметра. Это серьезная угроза для точных оптических поверхностей телескопов, зеркал, телевизионных камер и других приборов. Но проверить космическую эрозию на практике нет никакой возможности. Вместо тонких, едва уловимых следов пребывания искусственных спутников на орбите ученые находят лишь оплавленные останки — картину разрушения, вызванного приземлением. И поневоле приходится прибегать к услугам искусственного, «наземного космоса», когда речь заходит об испытаниях материалов в космической среде.

Разрушительное воздействие космического излучения на материалы воспроизводят с помощью ядерных реакторов и ускорителей заряженных частиц. Гораздо труднее создать в земных условиях потоки метеоритов. И тем не менее основные претенденты на противометеоритные экраны для будущих межпланетных кораблей — сталь, титан, алюминий, магний, некоторые другие металлы и даже пластмассы — уже прошли первый тур отборочных испытаний. Из специальных ружей в них стреляли искусственными метеоритами со скоростью 10 тыс. м в секунду и даже выше. Наземные испытания подсказали, что выгоднее, например, использовать двойную обшивку из различных материалов; она защитит космический корабль так же хорошо, как однослойная обшивка в 3 раза большей толщины.

Даже сверхвысокий вакуум космического пространства доступен сейчас ученым. Не отрываясь от поверхности Земли, они переносят испытываемые образцы на десятки и сотни тысяч километров. А для этого нужно создать разрежение в миллиарды раз более высокое, чем в обычной радиолампе. Давление 10^-15 мм ртутного столба — вот что такое астрономическая пустота, вакуум Вселенной. Ученые добились этого небывалого разрежения, пользуясь специальной переборчатой камерой со множеством отсеков.

Казалось бы, для испытания материалов в пустоте ухищрения ни к чему. Но ведь в космической пустоте резко возрастает испарение веществ.

Не встречая больше на своем пути частиц воздушной среды, атомы и молекулы какой-нибудь космической конструкции, оторвавшись от ее поверхности, беспрепятственно удаляются на огромные расстояния. Подобная сублимация — серьезная опасность. Естественно, что еще на Земле нужно выявить все вещества, которые могут стать ахиллесовой пятой спутников или космических кораблей.

Большая группа металлов — нержавеющая сталь, алюминий, олово и некоторые другие — успешно выдержала испытания пустотой. Но не таков, например, магний. Правда, при температуре в 50° требуется не так уж мало — целых три года, чтобы с его поверхности испарился лишь один слой атомов. Зато при повышении температуры еще на 100 градусов (температура, обычная для частей космического корабля, обращенных к Солнцу) этот слой улетучится всего за несколько дней, в то время как олову для этого потребовалось бы целое столетие. И совсем не пригодны для космических конструкций кадмий и цинк, скорость испарения которых в вакууме слишком велика.

САМ СЕБЕ
ДОКТОР...

Известно, что в конструкциях под переменной нагрузкой возникают напряжения. Металл до известного предела «устает», а затем разрушается. Именно такую привычную картину наблюдали на контрольной детали, работавшей в воздушной среде. Каково же было удивление исследователей, когда они увидели, что аналогичные алюминиевые изделия в вакуумной камере стойко противостоят нагрузке! У космической детали словно проявились скрытые резервы прочности.

Один за другим разрушались наземные образцы, а деталь в вакуумной камере словно не чувствовала, что установленный для нее срок службы давно уже прошел. Алюминиевые изделия становились в 4, а то и в 7 раз выносливее! Значит, можно делать детали космических конструкций тоньше, легче, тратить меньше материалов.

Но в чем причина этой неожиданной неутомимости? Куда делась традиционная «усталость» металлов?

«Уставший» металл в конечном счете разрушают микротрещины, появляющиеся на его поверхности. В земной атмосфере на противоположных стенках таких трещин мгновенно образуется тончайший слой окисла металла и адсорбированных газов. Эта инородная, разделяющая прокладка мешает залечиванию микротрещины. Даже свежая поверхность только что расколотого кристалла за миллиардную долю секунды покрывается пленкой адсорбированных газов толщиною в одну молекулу. А в разреженном пространстве на это потребуется целых три часа.

Однако прежде чем успеет вырасти подобная пленка, боковые стенки микротрещин смыкаются — они зарастают. Металлические детали как бы сами залечивают микроочаги разрушения на своей поверхности.

Это, конечно, очень приятный факт. Но было бы ошибкою полагаться на одну лишь благосклонность природы. Поэтому инженеры усиленно ищут новые, сверхпрочные материалы, которые помогут им облегчить космические конструкции.

А ЕСЛИ РАКЕТА
СТЕКЛЯННАЯ?

В дальнейшем можно будет делать тросы и целые листы, сплетая из микроусов длинные нити. Так появятся в руках технологов новые, исключительно прочные металловолокнистые изделия — сплетенные воедино «усы», пропитанные пластмассой.

Тогда в несколько раз уменьшится вес космических конструкций. Новая, «текстильная» технология не в диковинку строителям космических аппаратов. Металлические и стеклянные нити используются в современном «космическом производстве», например, для парашютов, с помощью которых происходит торможение возвращающихся на Землю космических ракет. Как известно, обычные парашюты не выдерживают возникающих при этом высоких температур и перегрузок. Оригинальную «материю» ткут из стальной нити, в 2 раза более тонкой, чем человеческий волос. На один только квадратный метр такой ткани расходуется 18 км тончайших проволочек. Зато для подобного «текстиля» не страшны температуры в 800 градусов и более. Уже сейчас стекловолокно в «космической» промышленности начинает вытеснять самые прочные стали.

Изделия из этого нового материала оказываются в два с лишним раза прочнее стальных. В то же время удельный вес стеклянного волокна в два раза меньше.

В современном ракетостроении легкие и прочные изделия из пластмасс, армированных стекловолокном, успешно конкурируют с металлами и сплавами, да и технологические процессы становятся дешевле и проходят быстрее. Если стальную камеру сгорания ракеты «Атлас» собирали раньше в течение трех недель, то из стеклянных нитей ее наматывают за несколько дней. Намотка стала основной производственной операцией. Она избавила ракетостроителей от множества более сложных и трудоемких процессов. Действительно, чтобы изготовить корпус ракеты, сопла ракетного двигателя, камеры сгорания и некоторые другие детали типа тел вращения, достаточно намотать стекловолокно на глиняную или гипсовую модель нужной формы, как на шпульку. Затем слои стеклянных нитей пропитываются специальными смолами — и изделие готово. Причем стеклянной нитью, израсходованной только на одну ракету «Поларис», можно было бы 10 раз обернуть земной шар по экватору!

Единственный пока недостаток новых материалов — низкая температурная стойкость смол и пластмасс, которые служат наполнителями. Но ученые надеются в ближайшее время создать стеклопластики, способные хотя бы короткое время выдерживать нагревание до сказочных солнечных температур: вплоть до 8000 градусов! Ученые предсказывают, что в будущем прочность стеклянных волокон возрастет еще в 7 раз.

Тогда они станут одним из основных космических материалов.

По предварительным прогнозам, к 1970 году вес изделий из стеклопластиков составит уже половину общего веса космических конструкций.

ФАБРИКА
НА ОРБИТЕ

Но главное преимущество заключается в том, что изделия из этих материалов легко получить прямо в космосе.

Представьте себе такую картину: на орбиту вышел компактный баллон, содержащий сырье для пенопластиков. И тут же, прямо в космосе, получают из него детали самых различных конфигураций и размеров: например, целый склад кресел для космонавтов. Одно такое кресло уже было изготовлено в земных «космических условиях» внутри особой вакуумной камеры, в которой имитировалось разреженное воздушное пространство на высоте 45 км от поверхности Земли. На дакроновую ткань, обтягивающую модель будущего изделия, нанесли тонкую пленку изоамилового эфира. Как только в камере был создан вакуум, вещество вспенилось и появился 10-сантиметровый слой пластика. Подобным образом можно изготовить различное оборудование для космонавтов.

К услугам орбитальной фабрики пластических материалов целый набор даровых технологических средств, которым могут позавидовать наземные цехи. С помощью космического вакуума можно не только создавать пенопластики, но также удалять летучие компоненты из пластических материалов и упрочнять их. Естественный солнечный нагрев поможет термообработке и формообразованию изделий из пластмасс. С другой стороны, можно использовать космический «холод». Гораздо более интенсивный, чем на Земле, поток ультрафиолетовых лучей поможет ускорить полимеризацию. Родившись в опытных цехах, космическая технология ожидает своей очереди для старта на орбиту. Пока что работа шла по линии Земля — Космос. Но не за горами время, когда Космос будет столь же интенсивно помогать Земле. Ведь до орбит искусственных спутников рукой подать! Почему бы не организовать там фабрику земных изделий?