Конструкционные материалы для нового витка технологий

В российских хозяйствах порой можно найти странные вещи. Вот лежащая в багажнике легкая и прочная лопата из крылатого металла титана. Вот забившиеся в уголок кухонного ящика чайные ложечки из циркония – после ядерного взрыва, который возможно накроет город в ходе Четвертой мировой, их можно будет использовать по назначению. Кусок теплоизоляции, защищающий стенку дачной летней кухни от жара газовой горелки – он предназначался для отечественного воздушно-космического самолета.

Все это – забавные памятники индустриальной эпохи. Те невидимые несведущему глазу технологии, которые и сделали возможными наглядные чудеса науки и техники, вроде ядерного оружия и космических полетов.

Причем пренебрежение материаловедением в коллективном сознании – точнее в коллективном бессознательном социума – достигает колоссальных размеров. В начале девяностых был популярен скорбный плач по России, Которую Мы Потеряли. На той волне появлялись даже тексты «альтернативной истории», где космические корабли строились аж в Российской империи начала ХХ века.

Такова после растаскивания СССР была вера в творческий потенциал свободного рынка и «гаражной экономики». Правда, в девяностые народ этого самого свободного рынка наелся вволю – те технологические кунштюки, с которых мы начали рассказ, есть грубое и ощутимое свидетельство того, что бывает даже с высокотехнологическими производствами, если они теряют такую скучную и прозаичную вещь, как рынок сбыта. Хоть в рамках плановой системы, хоть в самой что ни на есть либеральной…

И до людей стало доходить, что рынок сбыта – это ценность. Что его надлежит защищать, и войны по большому счету за рынки и ведутся. Тут появилась новая волна писателей, породившей персонажей-«попаданцев». Которые, перенесясь в тридцатые годы прошлого века, открывают глаза хозяину Кремля на достоинства автомата Калашникова под промежуточный патрон, турбореактивного двигателя и хорошо бронированного танка с мощным орудием. Из каковых открытий следовали ощутимые блага для Красной Армии, и невыразимые беды для ее супостатов.

Сам факт того, что подобного рода литература издавалась и находила своего читателя, говорит о прискорбном падении уровня образования в стране. И не только политехнического, созданного ценой гигантских усилий в рамках модернизационного проекта, но и общего. Ведь даже общего, гуманитарного в хорошем смысле этого слова, хватило б для понимания того, что предки глупее нас не были. А знакомство с историей техники показало б, на какие чудеса изобретательности им приходилось идти, создавая общеизвестные конструкции на крайне скромных технологиях.

Хотя известное рассуждение про «автострадные танки» получило популярность еще среди публики, вроде бы получавшей образование в СССР, но не имевшей ни малейшего представления о том, что колесный ход танкам был нужен прежде всего из-за малого ресурса гусениц. Мараганцевистые стали, стали Гартунга – откуда Г в советской номенклатуре – полноценно обрабатывать по массовым технологиям – горячей штамповки – научились лишь к последней трети тридцатых. А до этого приходилось прибегать к конструкторским изыскам, вроде колесного хода.

И автомат под промежуточный патрон по технологиям, доступным в тридцатые, не сделать. Не говоря уже о ТРД… Даже о простейших пружинах крайне мало было сказано в довоенных справочниках Hütte, но исчерпывающе говорилось в отечественных изданиях пятидесятых годов. И – прежде всего – дело было в технологиях и доступных материалах. Они обеспечивали и космические чудеса, и массовое производство предельно дешевого и надежного автоматического оружия.

Кстати, именно материалы держат космические технологии фактически на том же плато, на которое они вышли в индустриальную эпоху. Появление межпланетных кораблей, орбитальных лифтов – всех этих конструкций, оперирующих космическими масштабами – зависит от микроскопических структур материалов, способных выдерживать тепловые и механические нагрузки многократного пробития атмосферы и вытягиваться в нити, длиной в десятки тысяч верст. А без этого все это будет фантазиями, просто не на кульмане, как у Цандера и Максимова, а на дисплее.

И в роботизации такие же проблемы. Самовоспроизводящийся автомат фон Неймана легко придумать в теории (ну, правда, для этого нужен гений фон Неймана – но больше-то ничего…). И моделировать его в прославленной Мартином Гарднером игре «Жизнь» совсем не трудно. А вот воплотить его «в железе»… Такая задача потребует всех достижений технологической цивилизации. Как и создание миниатюрного робота-хирурга, описанного Георгием Гуревичем в рассказе «Глотайте хирурга» (входящей в цикл «Приглашение в зенит»).

Отличная идея – робот-хирург. Ползает по организму, чистит сосуды, латает их стенки… Только вот беда – сделать такого хирурга не из чего. Не масштабируются привычные нам конструкционные материалы. Не масштабируются вверх – не из чего сделать трос до геостационарного спутника. Не масштабируются вниз – нет металлов для миниатюрного робота-хирурга, да и привычные конструкции тут не сработают. Но положение, хоть и медленно, но меняется!

Специалисты из Швейцарской технологической школы в Цюрихе и исследовательской лаборатории IBM освоили техпроцесс создания искусственных молекул из наноразмерных шариков. По словам исследователей, новая технология позволит создавать миниатюрных роботов, способных, например, «оперировать» раковые опухоли. (Programmable colloidal molecules from sequential capillarity-assisted particle assembly)

Как видим, авторы употребили термин «программируемые молекулы». Ну, программируемы они, пока что, примерно так, как программировалась ламповая аналоговая вычислительная машина МН-7, которую настраивали на задачу, соединяя операционные усилители множеством проводников со штекерами, а то и паяльником. Так и тут – искусственный наностуктурный материал создается из специально созданных шариков, которые несколько больше обычных молекул. Это – эдакие «кирпичики Лего», из которых и набирается материал с нужными характеристиками.

Так собирают «программируемые молекулы».

Так собирают «программируемые молекулы».

Имеют они сферическую форму, изготавливаются из кремния или полимеров. Благодаря достаточно сложной – несмотря на субмикронные размеры – внутренней структуре они могут иметь различные электрические и магнитные свойства, что и дает возможность «набрать» из них объемные конструкции различных микромеханизмов. Например микроробота, который, реагируя движениями на магнитные поля, доставит к опухоли требуемые лекарства, или «выскребет» ее.

Пока речь идет о микромашинах, зависящих от внешнего управления. Но, вполне возможно, что развитие технологий подобных материалов, по мере их совершенствования и удешевления, позволит и создавать машины более автономные. Теоретически это возможно – строятся же сложнейшие процессоры из простейших вентилей. Да может быть и космические лифты получат новый конструкционный материал. Речь идет об одной из аллотропных форм углерода – карбине. Углеродных цепочках с двойными или тройными связями.

Впервые карбин был получен советскими химиками Ю.П.Кудрявцевым, А.М.Сладковым, В.И.Касаточкиным и В. В. Коршаком в начале шестидесятых, в Институте элементоорганических соединений Академии наук СССР. Он очень прочен, в сорок раз прочнее алмаза, но был известен лишь кратчайшими цепочками, в сотню атомов. И вот физики из Венского университета сумели синтезировать цепочку карбина из шести тысяч атомов – Confined linear carbon chains as a route to bulk carbine.

Для этого они положили один слой графена на другой и свернули их в своего рода химический реактор. Внутри которого и велся синтез карбина. Да, шесть тысяч атомов длины – это крайне мало для техники. Но ведь наковаленке из пары слоев графена позавидовал бы и сам Левша. И дорога и космическим сооружениям, и к самовоспроизводящимся машинам лежит через такие, малозаметные, но предельно важные, мелочи.

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *