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.
Теперь о солнечном ветре, а точнее, о протонах, которые в нем содержатся. В одном случае они выбивают с поверхности частиц реголита летучие элементы, снижают в ней количество кислорода. Это, так сказать, физическое воздействие солнечного ветра. Но в реголите идут и химические процессы, и, вероятно, они играют решающую роль.
Теория, даже весьма убедительная, требует экспериментальной проверки. Чтобы доказать, насколько расчеты верны, нужно в земных лабораториях имитировать лунные условия и получить то самое железо, рождение которого столь необычно.
Земные базальты схожи с лунными породами. Их и взяли объектом экспериментов. Однако на пути исследователей встали огромные трудности. Вакуум, который удалось получить в установках, моментально «загрязнился». Ученым удалось получить лишь ничтожное количество «лунного железа». Началось моделирование воздействия солнечного ветра на металл. Пластинки подвергали интенсивной атаке ионами аргона. Коррозионную устойчивость металла удалось повысить.
Это были годы поисков и сомнений, удач и разочарований. А в лаборатории лежали образцы реголита, привезенного в 1970 году «Луной-16», а затем «Луной-20» и «Луной-24». Проходили месяцы и годы, но содержание в них неокисленного железа не уменьшалось. И этот немой представитель Луны заставлял искать пути к тайне.
Возникали предположения: а может быть, все гораздо проще? И если взять чистое земное железо, оно в этих условиях тоже не будет окисляться? Изготовили тонкие пластинки из сверхчистого железа. Поверхность их тщательно отполировали. Но прошло совсем немного времени, и выяснилось, что пластинка покрылась тончайшим слоем окисла. А лунное железо по-прежнему оставалось устойчивым, словно не на Земле оно находилось.
Наверное, удалось бы раньше получить конечные результаты, если проводить опыты в космосе, на борту станций или спутников. Природа работает в чистейшем вакууме, а воссоздать его в лабораториях и одновременно экспериментировать в нем необычайно сложно. И все же многолетние исследования большого коллектива смогли преодолеть, казалось бы, непреодолимые препятствия. Разобрались, почему и каким образом рождается лунное железо. В нем нет «центров окисления», а процесс коррозии словно цепная реакция: стоит ему начаться в одном месте — и он распространяется на весь металл. Опыты показали, что можно улучшать коррозионную стойкость металлов, если обрабатывать их пучками ионов.
Вот перед нами диск из нержавеющей стали. На нем написано: «Луна». Только надпись на диске подверглась атаке ионных пучков. Затем ученые поместили диск в пары «царской водки» — смесь крепких кислот, — через 15 минут он покрылся ржавчиной, а слово «Луна» сияло первозданной чистотой.
Дипломом на открытие отмечена большая группа ученых. Это итог сделанного и одновременно рождение нового направления исследований. В некоторых областях техники очень эффективно использовать обработку металла ионными пучками, в частности в электронике, в приборостроении. Пока рано говорить о широком применении этого метода — еще предстоит создавать специальную аппаратуру, искать новую технологию. Не исключено, что со временем и в космосе ионные пушки будут обрабатывать металлические детали, которые потребуются для космических сооружений…
Ну а появятся ли на Земле металлургические заводы, производящие «лунное железо»? В принципе такой завод легче построить на Луне или в космическом пространстве, где есть необходимый вакуум «в неограниченном количестве», но… Впрочем, для нас это трудно, а детям и внукам нашим подобное строительство может оказаться необходимым и столь же привычным, как для нас сегодня сооружение гидростанций.
И кто знает, может быть, не так уж далек день, когда наряду с овеянной легендами индийской колонной из «чистого» железа появятся на Земле корабли с нержавеющими корпусами, не поддающиеся коррозии металлические трубы и атомные реакторы, и все это без всяких защитных покрытий. Металл убережет солнечный ветер.
Да, Луна может подарить богатства несметные. Ведь победа над коррозией сулит человечеству гораздо больше, чем если бы все лунные экспедиции установили, что на Селене есть золото. Показательно, что на одной из научных конференций в Хьюстоне американские специалисты признали: открытие советских ученых — это наиболее значительное из всего, что дала Луна на сегодня человечеству.
Без участия тяжести
Между прочим, одним из первых, кто задумался над этим вопросом, был К. Циолковский. И не только задумался, но и попытался ответить. В его труде «Грезы о Земле и небе и эффекты всемирного тяготения», изданном в Москве в 1895 году, одна из глав так и называлась: «Описание разных явлений, происходящих без участия тяжести». Великий пророк космонавтики первым обратился к процессам, которые могут протекать в невесомости.
Любопытно, что внимание современных материаловедов и технологов длительная невесомость не привлекала к себе даже после того, как успехи практической космонавтики ошеломили человечество. Понадобились сотни полетов автоматических и пилотируемых аппаратов, чтобы вызвать интерес к исследованию производственных процессов вне Земли. В результате первый технологический эксперимент в космосе был поставлен лишь в 1969 году. На борту корабля «Союз-6», в его орбитальном отсеке, установили сварочный агрегат «Вулкан», разработанный специалистами Института электросварки имени Е. О. Патона АН УССР. Во время полета бортинженер В. Кубасов, разгерметизировав отсек, включил агрегат и попробовал три вида сварки — электронным лучом, сжатой дугой и плавящимся электродом. Так было положено начало экспериментальной космической технологии.
Затем последовали другие запуски советских и американских аппаратов и кораблей. Были продолжены исследования возможностей осуществления на орбите различных технологических процессов, производства веществ и материалов с необычными свойствами и характеристиками. Теперь перспективы в этой области волнуют воображение. Конкретные технические проблемы космической технологии обсуждаются на совещаниях и симпозиумах. Конструкторы создают особые инструменты и оборудование для космического производства. Словом, сегодня будущее индустрии уже невозможно себе представить без участия таких помощников, как космический вакуум и невесомость.
Говорят, железные перила набережной Фонтанки в Ленинграде впервые покрасили в 30-е годы нашего века. А ведь отливали их еще до рождения А. Пушкина. Около двух столетий ничего не могла поделать ржавчина с этим железом. Специалисты объясняют удивительную его стойкость, в частности, и тем, что в нем почти нет таких примесей, как сера и марганец. Или еще один пример. На окраине индийской столицы вот уже более пятнадцати веков возвышается семиметровая железная колонна, на которой не найти никаких следов коррозии. И это в условиях влажных тропиков. Секрет, как уверяют материаловеды, состоит в том, что колонна на 99,8 процента состоит из чистого железа.
Сейчас научились получать не просто чистые — чистейшие металлы. Есть, например, образцы, содержащие 99,9999 процента железа, или, как говорят специалисты, чистотой в шесть девяток. Оно не вступает в химические реакции даже с кислотами, остается податливым в обработке, мягким, а не хрупким, даже при температуре 200 градусов ниже нуля.
По мере повышения «чистоты» различных веществ росло и количество обнаруживаемых или неожиданных свойств. Цинк чистотой в пять девяток не вступает в реакцию с кислотой. Сверхчистый вольфрам приобретает высокую пластичность: при температуре до 700 градусов его можно вытянуть в проволоку диаметром в сотую долю миллиметра или раскатать в фольгу. Когда медь освобождают от примесей висмута, она теряет хрупкость. Сегодня радиоэлектроника, химическая и атомная промышленность, машиностроение, многие другие отрасли народного хозяйства испытывают всевозрастающую потребность в высокочистых беспримесных материалах. Шесть-восемь девяток — вот какой чистоты нужны уран, торий, графит, бериллий в ядерной технике. Не меньшие требования к материалам в ракетно-космической технике.
