Напомню слова академика Б. Патона: «Когда-нибудь заработают заводы в космосе, где существуют постоянно такие „производственные условия“, каких на Земле либо вообще нельзя достичь (длительная невесомость), либо они неоправданно дороги (глубокий и чистый вакуум, резкие перепады температур, радиация). Не исключено, что эксперименты на орбитальных станциях по изысканию новых материалов и конструктивных элементов помогут обнаружить и неожиданные эффекты, которые расширят наши представления в материаловедении, металлургии, физике и принесут неоценимую пользу повседневной практике на Земле».
Понятно желание уже сегодня получить определенные и весомые результаты. Но наука — это прежде всего кропотливая и долгая работа, широкий поиск. Они обязательно приведут к открытию новых путей в космической технологии, правда, вовсе не исключено, что неожиданный успех придет сразу. Однако в создании космической индустрии рассчитывать лишь на одну удачу не приходится.
Конечно, значение работ, подобных тем, что вели с установкой «Сплав-01» на орбите советские космонавты вместе со своими коллегами из социалистических стран, пока чисто научное. Но уже совсем не абстрактное, а вполне конкретное. Каждый следующий эксперимент, каждый следующий шаг приближают нас к тому будущему, когда на околоземных орбитах начнется промышленное производство материалов и сплавов, которые очень трудно или вовсе невозможно получить на Земле.
Ну а что же может космос?
Под «солнечным ветром»
Есть в Москве на Ленинских горах место, где Луна так близка, что ее можно потрогать. Конечно, такое проделать на самом деле не удастся, и все же сознание того, что рядом, за стенами здания с вывеской «Институт геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского», находится кусочек нашей ближайшей соседки по космосу, никого, по-моему, не оставляет равнодушным.
В этом «лунном доме» была вскрыта первая капсула с первым грунтом, доставленным советской автоматической станцией «Луна-16» из Моря Изобилия. Сюда же привозили подобные капсулы с «Луны-20», «Луны-24». Здесь в одном из отсеков лаборатории — «лунный склад». В специальных контейнерах хранятся бесценные образцы, среди которых есть и «лунные камни», собранные на Луне американскими астронавтами. Не музейными экспонатами стоят они в боксах. Их изучение ведется постоянно: в лунном мире так много еще непознанного, таинственного.
В лабораторию обращались за советом конструкторы, создавая новые аппараты для исследования Селены. Много месяцев работали среди морей и гор советские луноходы, и мы удивлялись их неутомимости и отличным ходовым качествам. Но они стартовали с Земли лишь после того, как ученые передали конструкторам данные о механических свойствах лунного грунта, о нехоженой поверхности Луны, по которой предстояло путешествовать космическим автоматам.
Лунная лаборатория напоминает миниатюрный завод. Здесь можно взвешивать вещество и распиливать его частицы, проводить рентгеновский анализ и измерять магнитные свойства. И когда этот «завод» заработал на полную мощность, ученые столкнулись со многими неожиданными вещами. Об одной из них и пойдет речь.
Сколько сейчас различных металлов в человеческом обиходе? Наверное, можно подсчитать, но, думаю, и так ясно: много. А сколько люди теряют металла ежедневно, ежечасно из-за коррозии? Точное число назвать не берусь. Однако в одном из своих выступлений академик Я. Колотыркин привел такой факт: в развитых странах коррозия «пожирает» ежегодно около десятой доли национального дохода. В масштабах нашей страны это многие миллиарды рублей.
Коррозия, словно раковая опухоль, возникая, неумолимо распространяется по всему телу металлических изделий, будь то корпус судна или кузов автомобиля, водопроводные трубы или стенки атомных реакторов. С коррозией борются. Разрабатывают различные покрытия, ищут способы замены металлов стойкими пластмассами и даже стеклом, используют так называемые ингибиторы коррозии. Но все эти меры либо слишком дороги, либо недостаточно эффективны. Металлы продолжают ржаветь. Так на Земле. А вот на Луне…
Чистое железо в лунном грунте — реголите — обнаружили сразу. Оно покрывает тончайшей (в одну десятую микрона!) пленкой большую часть его поверхности. Ученые предположили, что стоит этому самому лунному железу оказаться в земных условиях, то оно тут же окислится. Сомнений, в общем-то, не было, но решили убедиться на опыте: извлекли кусочек реголита из камеры, где он хранился в «космической среде», и оставили на воздухе. Прошла неделя, другая, месяц, потом почти четыре месяца, а приборы неизменно отмечали, что лунный металл не окисляется, не сгорает.
«Не может быть, — сказал академик А. Виноградов, когда ему сообщили об этом сюрпризе. — Проверьте еще раз и найдите свою ошибку. Это же элементарно: железо, да еще в такой степени измельченное должно неизбежно сгорать».
Эксперименты повторяли снова и снова. И с той же настойчивостью лунный грунт «сигналил» о наличии чистого, неокисленного металла.
О странном поведении реголита академик А. Виноградов упомянул в докладе о предварительных результатах исследований на Президиуме Академии наук СССР. Академик М. Келдыш, который вел заседание, заметил: «Если вы поймете, как получается на Луне такое железо, и научите нас его производить в земных условиях, то это окупит все расходы на космические исследования». Он распорядился не жалеть лунный грунт для исследований, помог привлечь к ним широкий круг специалистов из других исследовательских учреждений.
К работе приступили сотрудники Института геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского АН СССР, Института общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова АН СССР, Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии АН СССР и несколько позднее — Института металлофизики АН УССР…
Опыт повторялся многократно у нас, а затем и в США. В рентгеновских фотоэлектронных спектрометрax тончайшим слоем наносился на своеобразную мишень лунный реголит. Его подвергали рентгеновскому облучению и последующему анализу. Все эксперименты убедительно подтверждали: в лунном реголите есть чистое железо. Пробовали исследовать его на разных установках. Не сразу был получен нужный результат. Выяснилось, что чистые металлы лежат на самой поверхности, в самом верхнем и тонком слое крупинок грунта. Вот почему столь вроде бы очевидное отыскивалось долго и трудно.
Парадоксально, но факт: на поверхности можно «запрятать» секрет гораздо надежнее, чем в глубине. Так и сделала природа с лунным реголитом. Чистое, восстановленное железо занимает здесь тончайший слой толщиной порядка 20 ангстрем. Дальше обыкновенные окислы. Если сравнить с земными образцами, где сверху коррозия, а под ней — чистый металл, то на Луне все наоборот. Как только начинают «прощупывать» приборами атомы, лежащие чуть глубже этого таинственного слоя, то никаких чудес — обыкновенная картина окисленного металла. Преподнесли сюрприз и американские образцы лунного грунта, изученные в советских институтах. Они оказались подобными слоеному пирогу: железо — окислы — железо. Почему? Пока ученые лишь строят гипотезы.
Но вернемся к работам Института металлофизики. Анализ поверхности реголита не только подтвердил результаты предыдущих исследований по железу, но принес и новые: установлена аналогичная неокисляемость в земных условиях лунного титана и кремния. Так родилось открытие, внесенное в Государственный реестр под номером 219: «Свойство неокисляемости ультрадисперсных форм простых веществ, находящихся на поверхности космических тел». Науке стало известно, что чистое железо, титан, кремний, доставляемые с Луны, не окисляются и на Земле.
Естественно, ученых заинтересовал вопрос: почему это происходит? Стали моделировать лунные условия: земные материалы подвергали резким перепадам температур в вакууме. Железо восстанавливалось, но ненадолго. Затем бомбардировали их протонами. Железо и титан восстанавливались, а кремний — нет. Наконец «обстреляли» ядрами аргона и получили желаемый результат: все три элемента не только восстановились, но и впоследствии не окислялись в атмосфере.
Итак, на вопрос: «Чем закаляются металлы от коррозии?» — последовал ответ: «Солнечным ветром».
Солнечный ветер… Не правда ли, поэтическое название нашли ученые потоку частиц, несущихся от нашей звезды? Именно этот ветер поможет будущим космическим каравеллам путешествовать в пространстве — есть почти фантастические проекты таких «парусников» для вселенной. Но в нашей истории солнечный ветер играет совсем иную роль — он превратился в металлурга.
Покрывающий поверхность Луны реголит — это смесь обломков пород, минералов, стекол, спеков, образовавшаяся под действием метеоритного дождя и потоков заряженных частиц. И чтобы объяснить, как появилось железо, надо учесть все факторы. Предположим, ударяется о поверхность Луны железный метеорит. Взрыв. Метеорит испаряется, вещество затем начинает конденсироваться. Может ли при этом появиться железо? Без сомнения. И свидетельство тому — лунные стекла и спеки, где отмечается наибольшая концентрация неокисленного железа.
