Способ упрочнения металла, придуманный минчанином Сергеем Ушеренко 30 лет назад – еще тогда, когда он не был ни доктором технических наук, ни профессором Белорусского национального технического университета, мог так и остаться лишь очередной технологической находкой, если бы не наблюдательность ученого.
В необычном эффекте, полученном в ходе эксперимента, он разглядел и причину необъяснимых отказов электроники самолетов и космических аппаратов, и прообраз установки термоядерного синтеза, способной избавить человечество от проблемы поиска энергоресурсов.
Первоначальная же идея состояла в том, чтобы превращать изготовленные из дешевой стали фрезы и сверла в высококачественный режущий инструмент, нашпиговывая его карбидами и нитридами. Эксперимент был простым. На стальную плиту толщиной в несколько сантиметров он направил сгусток пыли, взорвав небольшой заряд. Неметаллические частицы в сталь действительно проникли. Но на какую глубину? Меньше миллиметра его бы вполне устроило. Но структурные исследования расстрелянного образца ошеломили: металл оказался прошитым насквозь! Дальше – больше. Плиту 20-сантиметровой толщины постигла та же участь! И только 30-сантиметровая стальная преграда остановила-таки эту «картечь»!
Впрочем, картечью, то есть чем-то «осязаемым», крохотные пылинки были лишь на первых миллиметрах своего пути. А дальше пробитый ими и тут же сомкнувшийся канал переходил в трек, похожий на тот, который оставляют за собой элементарные частицы. Но откуда им тут взяться? Проделать долгий путь в металле, оставив подобный «автограф», могли только «галактические» ионы, которые рождаются при взрывах сверхновых звезд и несутся со скоростью 200 тысяч километров в секунду! В эксперименте же пылинки врезаются в металл со скоростью всего около одного километра в секунду. Как говорится, концы с концами не сходятся.
Словом, пищу для размышлений эксперимент подбросил хорошую. Но все, что приходило на ум, в рамки традиционных представлений о физике удара не укладывалось.
«Ты только никому не рассказывай о своих предположениях, — советовали коллеги, выслушав версию. – Смеяться будут». Ведь было совершенно очевидно, что без дополнительного источника энергии, которая подгоняла бы частицы в столь плотной среде, такие чудеса невозможны. Но где он, этот источник?
— Я убежден, и расчеты, а также проведенные эксперименты это подтверждают, что речь идет о термоядерном синтезе в объемах твердого тела, — говорит Сергей Миронович. – Только запуск этого дополнительного источника энергии способен заставить частицы преодолеть сопротивление стальной преграды. Было установлено также, что рождаются высокоэнергетические («галактические») ионы в результате столкновения с преградой именно сгустка пылинок микронных размеров, тогда как более крупные микрометеориты лишь вызывают эрозию поверхности. Сгусток представляет собой некий рассредоточенный снаряд, который на мгновение как бы «разжижает» преграду, обеспечивая сверхглубокое проникновение. В результате в металл вторгается рой пылинок, рождая электромагнитные поля, ионы и разрушительные плазменные микроструи. Все это сказывается не только на работе электроники, но и на здоровье космонавтов. Однако биологические системы более устойчивы, расстройство здоровья проявляется не сразу, поэтому ситуация в этой части представляется не столь острой. Во всяком случае, о ней мало говорят.
— Своей идеей Сергей Миронович увлек многих, — включается в разговор заместитель проректора по науке БНТУ Александр Калиниченко, — и сегодня над этой темой совместно с нами работают коллеги из НИИ импульсных процессов, Физико-технического института, Института тепло- и массообмена НАН Беларуси, Физико-технического института Российской академии наук, ракетного центра КБ «Южное» (Украина) и предприятия «Белмикросистемы» НПО «Интеграл». Что касается последнего, то именно благодаря подключению к исследованиям «Интеграла» с его богатой аппаратурной базой проведение работы на высоком уровне стало возможным в принципе. Наш отечественный производитель микросхем прекрасно понимает, насколько важно для повышения надежности его продукции знание процессов, протекающих при высокоскоростных столкновениях. Ведь сделанные в Беларуси компоненты электроники широко используются в авиации и космонавтике, в системах, работающих в условиях жесткого облучения, где сбой, вызванный сверхскоростной частицей, чреват тяжелыми последствиями.
Кроме того, новые международные стандарты требуют тестировать электронику на устойчивость к высокоэнергетическим ионам, а делать это на ускорителях элементарных частиц – удовольствие настолько дорогое, что не по карману большинству мелких и средних производителей. Поэтому «Интегралу» выход видится в создании цикла проверки продукции микроэлектроники на базе установки, генерирующей «галактические» ионы с помощью пылевых сгустков. Это проще и на порядок дешевле. И к тому же дает шанс хорошо зарабатывать, выполняя международные заказы на тестирование.
Но можно ли в принципе, не обшивая космические корабли и самолеты броней от линкоров, защитить электронику и экипаж от губительного воздействия космоса? Удачные лабораторные опыты белорусских ученых говорят, что можно. Но эта защита, выполненная на уровне нанотехнологий, очень мало будет напоминать традиционные противометеоритные экраны современных космических аппаратов.
Возможно, считают ученые, пока такого средства еще нет, не стоит форсировать этап микроминиатюризации космической техники. Дело в том, что, хотя более громоздкая электроника и требует больших затрат на выведение аппаратов в космос, более серьезного энергетического обеспечения, она менее уязвима, чем новые микрочипы. Ведь речь может идти даже не о механических повреждениях плазменными микроструями, которые наносят сравнительно небольшой ущерб крупной радиодетали, но способны полностью вывести из строя миниатюрный чип. Каждое попадание вызывает еще и всплеск напряжения в бортовой электрической цепи. Его легко переносит энергонасыщенная аппаратура, но не выдерживает современная, рассчитанная на работу от слабого источника. Она может даже не отказать, а просто ошибиться. Именно это недавно случилось с одним из американских зондов, который, проходя через облако пыли, неожиданно включил двигатель и полетел в другую сторону.
И все же, как ни остры проблемы освоения космоса, к решению которых науку приближает уникальная отечественная разработка, ее энергетическое приложение может иметь для человечества еще более многообещающие последствия. Ведь если феномен сверхглубокого проникновения говорит о том, что выделенная энергия многократно превышает энергию подведенную, то это верный путь к управляемому и доступному термоядерному источнику.
