Завод в космосе

Современному человечеству известны миллионы всевозможных комбинаций двух или нескольких металлов, образующих сплавы. При этом исходные компоненты со своими первородными свойствами, объединяясь в одно целое, подчас приобретают в сплаве совершенно новое качество. Одни сплавы (например, бронзу - сплав меди и олова или латунь - сплав меди и цинка) получить сравнительно легко, другие - далеко не просто. Если попытаться обычным путем (соединением в расплавленном состоянии) получить сплав, окажем, вольфрама с алюминием, то из этой затеи ничего не получится. Уже в процессе плавки они неизбежно расслоятся. Легковесный алюминий, подобно растопленному маслу в горячей воде, всплывет, а тугоплавкий тяжеловес вольфрам осядет на дно.

А ведь союз этих металлов в состоянии породить большое число нужнейших сплавов, наследующих от "родителей" самые ценные качества. С одной стороны, незначительная масса и коррозионная стойкость, а с другой - высокая прочность и безразличие к самым жестоким температурным перепадам.

Да, но как, каким образом, устранить злосчастное расслоение? Нужно всего навсего ликвидировать... земное притяжение. Ведь только в космосе отсутствуют силы гравитации и любой материал становится невесомым. Так советские и американские ученые пришли к выводу о целесообразности создания на околоземной орбите космической металлургии.

А утвердил ученых в реальности этой идеи предшествующий эксперимент, в котором именно невесомость послужила главным препятствием для целой серии опытов, проведенных в безвоздушном пространстве. Осенью 1969 года во время полета на космическом корабле "Союз-6" советские космонавты Г. Шонин и В. Кубасов разгерметизировали один из отсеков и впервые в мире приступили к сварочным работам. Отечественная промышленность снабдила их превосходной сварочной установкой "Вулкан", действующей в автоматическом режиме и вдобавок ко всему отличающейся компактностью и малым весом - всего 50 килограммов. Установка была смонтирована в орбитальном отсеке, а пульт управления вынесен в кабину космонавтов.

Помимо привычного плавящегося электрода, в арсенал технических средств исследователей входили низкотемпературная плазма и электронный луч. Из этого следует, что в конструкции "Вулкана" нашли свое дальнейшее воплощение отдельные узлы предшествующей установки "Уран-1". Интересным был и подбор подопытных материалов: нержавеющая сталь и титан, воссоединение которых даже в привычных земных условиях требует чрезвычайно деликатного подхода, подкрепленного высокой квалификацией сварщика. Дело в том, что нержавеющая сталь отличается от обычной более сложным составом и склонностью к растрескиванию в местах особо интенсивного разогрева. Не лучше ведет себя и раскаленный титан, лишенный защитной окисленной пленки. В разогретом состоянии, он как и вольфрам, склонен к интенсивному насыщению кислородом воздуха и потому полностью утрачивает свои лучшие физико-механические свойства.

Так вот, поначалу прогнозы скептиков вроде бы оправдались. Оплавленные металлы порождали мириады крошечных, но независимых капель. Вместо того чтобы ложиться аккуратным швом, они собирались веселым хороводом и кружились вокруг электрода. Тогда испытатели решили сменить привычную схему, отдав предпочтение не традиционной продолжительной дуге, а коротким, точно рассчитанным импульсам. Новый прием оказался на редкость удачным. Качество шва заметно улучшилось, соединение стало прочным и надежным, как и положено в условиях многократных космических перегрузок.

Плавка в невесомости впервые была осуществлена во время совместного орбитального космического полета кораблей "Союз-19" и "Аполлон", пилотируемых советскими и американскими космонавтами. В распоряжение экипажей была предоставлена "универсальная печь", с помощью которой удалось получить однородный сплав алюминия и вольфрама. В условиях невесомости стало возможным получить и такой принципиально новый материал, как пенометалл. В жидкий расплав вдувался под давлением инертный газ, пузырьки которого распределялись очень равномерно. Впрочем, ничего удивительного в этом нет, если учесть, что металл охотно расступался даже под влиянием ничтожного нажима.

Давайте немного пофантазируем о необыкновенных возможностях применения пеновольфрама, к изготовлению которого неизбежно приступят заводы будущего, вынесенные на космические орбиты. А пока вспомним о некоторых особенностях различных вспученных материалов. Все они в той или иной мере обладают теплоизолирующими свойствами. И, кроме того, отличаются незначительным весом, поскольку внутренние поры у них заполнены воздухом - прекрасным сторожем доверенной ему температуры. Однако за эти преимущества расплачиваться приходится слишком дорого, жертвуя очень важными для любой конструкции свойствами - механической прочностью и твердостью. В неравном единоборстве даже с незначительными физическими нагрузками подобные теплоизоляторы неизбежно пасуют. Любой монолитный материал, скажем тот же кирпич, выглядит подлинным богатырем по сравнению со вспученной глиняной гранулой (керамзитом), состоящей из множества тонких и оттого хрупких перемычек между внутренними пустотами. Даже ребенок-дошкольник без особого труда раскрошит пенополистирол, в то время как литая пластмасса способна выдерживать нагрузки, посильные разве что лишь бетону.

Другое дело - серебристый кудесник. Стенка из пеновольфрама благодаря могучим резервам физико-механических свойств не уступит по прочности равной по толщине отливке из высокомарочной легированной стали. В то же время пеновольфрам бережно сохранит все достоинства вспученных материалов. Выходит, ничего лучше пеновольфрама для изготовления, к примеру, батискафа нам и не сыскать. Найдется ли другой материал, столь пригодный для работы в условиях страшных давлений океанских глубин, материал, который не был бы чрезмерно массивным и, обходясь без дополнительной теплоизоляции, прекрасно сберегал тепло внутри жилого отсека?

Если пеновольфрам начинить летучим водородом или, еще лучше, гелием, то он полегчает настолько, что превратится в плавучий материал. Значит, появится возможность конструирования непотопляемых морских судов. Может быть, из него станут монтировать каркасы и другие ответственные элементы жилых домов в районах страны, подвергающихся жестоким землетрясениям? Думается, именно ему суждено лечь в основу конструкций планетолетов будущего. Ведь им придется пересекать бесконечные просторы, заполненные то лютой межгалактической стужей, то испепеляющим жаром околосолнечных орбит. Пеновольфрам не изотрут пыльные шлейфы комет, растянувшиеся на тысячи километров, и не заставят изменить первоначальную форму гравитационные поля сверхтяжелых Планет.

Семидесятые годы двадцатого столетия богаты событиями исторического значения. Не будет преувеличением сказать, что они станут этапной вехой и в развитии металлургической техники. Именно с этого времени пойдет отсчет достижений новой отрасли индустрии - космической металлургии.