Космос — землянам
Шрифт:
Начну с такого интересного явления: капля жидкости в невесомости свободно висит в пространстве, ни на что не опираясь, и при этом непременно принимает форму шара. Кстати, образуется не просто жидкий шар, а сверхточный. Под действием сил поверхностного натяжения его форма близка к абсолютной сфере. Например, по расчетам для капли расплавленного алюминия, находящейся на высоте 320 километров от Земли, отклонения от идеала составят какие-то десятимиллионные доли процента. Это в тысячи раз меньше, чем существующие допустимые нормы для шарикоподшипников.
Современные литейные формы и прокатные станы, штампы, режущие и шлифовальные инструменты не в состоянии сделать шарики так близко
Казалось, все предельно ясно, и удача сама упадет в руки. Может быть, поэтому опыт решили не слишком усложнять — ведь и нужно-то было для начала лишь подтвердить столь очевидный принцип. Это был эксперимент «Сфера», который поручили провести космонавтам Б. Волынову и В. Жолобову на борту орбитальной станции «Салют-5».
В космос взяли заготовки из сплава Вуда, в который входят висмут, свинец, олово и кадмий. Он отличается низкой температурой плавления — чуть выше 60 градусов: удобное свойство — можно легко и быстро расплавить. И вот металл расплавили на борту станции. Поршнем его выдавливали из печи в лавсановый мешочек длиной около 30 сантиметров. Полагали, что жидкая масса, падая, успеет в таком пространстве оформиться и затвердеть, прежде чем прикоснется к стенке. И что же увидели, когда на Земле вскрыли мешок?
Перед обескураженными специалистами лежали совсем не шарики и даже не горошины, а бесформенные, хотя и округлые, кусочки металла. Их поверхность удручала еще больше: она вся была покрыта хаотически расположенными волокнами. «Какой-то еж-уродец», — прокомментировал В. Жолобов. Как показал анализ, внутренняя структура образца в результате переплава на орбите тоже сильно изменилась: нарушилось равномерное распределение компонентов по объему, образовались отличающиеся по составу иглообразные кристаллики и т. д. Попробовали в лаборатории подобрать условия плавки, при которых получились бы сходные структуры — ничего не вышло. Добавлю, что и в эксперименте «Универсальная печь», проведенном в совместном советско-американском полете «Союз» — «Аполлон», было обнаружено аналогичное ухудшение однородности сплава. Объяснения столь странному итогу космической плавки ученые пока не находят — нужны дальнейшие исследования. В общем, атака в лоб себя не оправдала, значит, нужна планомерная, упорная осада.
В конце концов, лично я не сомневаюсь в том, что космическое производство идеальных шариков будет налажено. Да еще каких — полых. О таких шариках, к примеру, для подшипников, на которых вращаются роторные винты вертолетов, давно мечтают авиационные инженеры. Сейчас полые шарики сваривают из двух половинок, но шов остается слабым местом. А если сделать их из сплошного куска металла, то подшипники станут в пять-восемь раз долговечнее. Так считает академик Б. Патон.
В принципе космическую технологию изготовления подобных шариков можно представить следующим образом. Внутрь жидкой капли металла под давлением впрыскивают газ. После ввода шприца отверстие затягивается, пузырь под действием сил поверхностного
Расчеты показывают, что в космосе можно из жидких металлов выдувать не только небольшие пустотелые шарики, но и огромные тонкостенные оболочки. Да если дать в руки конструкторов такую возможность, то, наверное, строительство больших орбитальных станций будет выглядеть совсем не так, как это представляют сегодня.
Скажем, несколько оболочек, пока они еще жидкие, объединяют в подобие гигантской пены. Когда она затвердеет, то получится единое целое, без швов и стыковочных узлов. Отдельные ячейки останется лишь превратить в помещения станции, разместив в них соответствующее оборудование.
Накладывая пленки из жидких металлов на каркас любой конфигурации, можно изготавливать на орбите конструкции бесконечно разнообразных форм. Как знать, не они ли станут основой космической архитектуры будущего?
Однако давайте теперь, поговорив о «воздушных замках» из металлизированной пены, спустимся на Землю. Между прочим, здесь пеноматериалы уже давно не фантастика. Например, пенобетон. Его производят сейчас в значительных количествах и все шире используют в строительстве. Еще бы, он не уступает железобетону по прочности, но вдвое легче. Кроме того, пенобетон обладает высокими теплоизоляционными качествами. Вот вам подтверждение того, насколько необычными свойствами наделены твердые пористые материалы, даже когда у них далеко не идеальная внутренняя структура.
А если воспользоваться условиями космоса, где устойчиво существуют жидкие пены из любых материалов? Ведь это все равно что открыть дверь в мир совершенно невероятных материалов. Например, стальной брусок, изготовленный в невесомости и на 87–88 процентов наполненный газом, будет плавать в воде, как дерево. Крыло самолета из подобного материала получит свойства нержавеющей стали и плотность алюминия. И это только за счет того, что в невесомости пузырьки газа в расплаве металла не всплывут и не осядут, так как нет гравитационного притяжения Земли, а равномерно распределятся в его толще.
Инженеры-технологи уже прикидывают подходящие способы изготовления пеноматериалов в космосе. В одном из вариантов предлагают расплавленный металл и газ подавать в вакуумную камеру одновременно. Другой метод посложнее, он требует перемешивания по мере подачи газа. Правда, технологи опасаются, что при этом пузырьки газа начнут сливаться, ухудшая тем самым качество материала. Еще один способ предусматривает введение газа в металл под высоким давлением и быструю подачу смеси в вакуумную камеру. Резкое падение давления вызовет появление пузырьков, которые равномерно вспучат жидкость, подобно тому как это происходит, когда открывают бутылки с шампанским.
Так обстоит дело с пеноматериалами, в которых успешно сочетаются столь непохожие друг на друга газ и твердое вещество. А если взять сплавы, где составляющие взаимно растворимы? Казалось бы, невесомость не в состоянии улучшить процесс их получения. Ведь главное здесь — непрерывное перемешивание. Именно оно способствует лучшему растворению одного расплава в другом. Однако при изготовлении сплавов из компонентов, существенно отличающихся своей плотностью, возникают немалые трудности. Стоит прекратить перемешивание, как при охлаждении жидкости расслаиваются. Механические, электрические и многие другие качества сплава резко ухудшаются. В итоге на Земле не удается получить отдельных сплавов с нужными свойствами.