4 июля Государственная дума окончательно приняла закон "О российской корпорации нанотехнологий".
Нанотехнологии для России сегодня как сказочный пароль «Сезам, откройся!», который станет ключиком от двери в постиндустриальное общество, где «все будет». Этим прорывным технологиям прочат роль «паровоза» новой научно-технической революции, которая преобразует мир, сделает его качественно совершенно иным. Словом, человечество в режиме «нано» заживет по-другому, блаженно забыв о болях и страданиях прежних эпох. Все это очень напоминает взгляд на социальную революцию 1917 года. Тогда тоже были надежды на счастливое переустройство мира. Эти две эпохи роднит одно обстоятельство: и тогда, и теперь основная масса людей лишь мечтает о светлом будущем, ограничиваясь лозунгами и призывами. Государство создает госкорпорацию по нанотехнологиям. Но только единицы «посвященных», по-настоящему глубоко воспринявших новые идеи, трудятся, видя перед собой не умозрительную далекую цель, а конкретный практический результат. Как правило, люди, занимающиеся нанотехнологиями, непубличны, это не чиновники и не бизнесмены, а ученые-практики. Один из них -- кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Жуковского (ЦАГИ) Леонид НОСАЧЕВ рассказал обозревателю "Времени новостей" Николаю ПОРОСКОВУ о перспективах использования нанотехнологий в гражданской и военной сферах.-- Наноструктуры существовали в природе всегда, и только появление зондовых сканирующих микроскопов дало возможность распознать их и через манипуляторы воздействовать на процессы, которые, собственно, эти структуры и формируют. Например, молекулы воды все время формируются в кластеры, которые существенно меняют ее свойства. Кластеры формируют условия, например, для присутствия серебра и других катализаторов. Ученые «озвучили» эти природные нанотехнологии после того, как поняли механизмы формирования наноструктур. А самое главное -- появилась возможность воздействовать на эти структуры. Мы стремимся использовать механизмы формирования наноструктур, композитных наноматериалов при создании перспективных образцов авиационно-космической техники. Практическая цель -- улучшение в разы их эксплуатационных качеств. Мы разрабатываем технологическое оборудование генерации углеродных нанокластеров для получения новых композитов, а также для борьбы с микротрещинами в конструкциях, которые со временем могут ее разрушить. С помощью нанокластеров трещины можно исключить и тем самым существенно увеличить ресурс эксплуатации этих конструкций.
-- Насколько я знаю, совсем недавно ЦАГИ получил очередной патент в области нанотехнологий...-- Этот патент затрагивает проблемы детонационного синтеза углеродных наноматериалов, которые, в свою очередь, предполагается использовать в новых композитах для конструирования перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов. Главным образом беспилотных и с пульсирующим детонационным двигателем. Они могут в будущем стать элементами систем противовоздушной и противоракетной обороны.
Нанотехнологии -- это не только размеры частиц в одну миллионную долю миллиметра, но и протекание процессов в наносекундном диапазоне. Сначала появилась возможность увидеть и контролировать малые размеры, а теперь -- и возможность контролировать процессы в малое время. В том числе и процесс детонации.
- В Германии еще в 40-е годы прошлого века были созданы пульсирующие детонационные двигатели. Но низкочастотные механические клапанные системы не позволили тогда добиться максимального эффекта от детонационного горения. В последние годы российскими учеными и специалистами , в первую очередь НПО «Сатурн» и ЦАГИ, выполнен ряд успешных разработок бесклапанных дозирующих систем на основе газоструйных резонаторов, ставших важнейшим элементом новых перспективных схем пульсирующего детонационного двигателя. При этом частота пульсирующей газовой детонации может увеличиться с 200 герц до 25 килогерц!
-- Что служит материалом для детонации в таком двигателе?-- Главным образом водород. Основа для получения водорода -- металлическое топливо с высокой энергоемкостью. В первом приближении это специально подготовленный алюминий. Такое топливо при определенных реакциях выделяет не только тепло, но и водород, который и используется для сжигания в детонационном двигателе. Металлическое топливо в отличие от водорода удобно для безопасного хранения на борту летательного аппарата. Водород же обладает колоссальной проникающей способностью и разрушает конструкции.
-- Как металлическое топливо привести в действие, чтобы оно давало водород?-- Над этим мы и работаем -- в рамках программы создания интеллектуальной собственности ЦАГИ. Цель программы проста: через нашу интеллектуальную собственность, используемую любым производителем при создании новых летательных аппаратов, институт будет иметь свою долю прибыли. На эти средства можно дальше развивать наши научные исследования, работая на опережение, приумножая научно-технический задел ЦАГИ. Кстати, патент, о котором мы говорим, получен благодаря гранту Российского фонда фундаментальных исследований. В этом году мы подали еще одну заявку -- на исследование процессов газовой детонации.
-- Возможен ли так называемый синергетический эффект -- от применения современных нанотехнологий вкупе с другими технологиями?-- Конечно. Особенно при удачном применении нано-, гиперзвуковых и информационных технологий. В частности, для создания беспилотных мини- и микролетательных аппаратов с пульсирующим детонационным двигателем. ЦАГИ уже накопил колоссальный опыт при создании и эксплуатации космического корабля многоразового использования «Буран».
-- Это принципиально новый двигатель?-- Высокочастотных пульсирующих детонационных двигателей с высоким КПД, да к тому же практически бесшумных, еще ни у кого нет. У американцев есть нечто подобное, но другое: с помощью механического клапана детонирующей смесью наполняют трубу, затем инициируют детонацию, которая позволяет работать двигателю. Но чтобы работать беспрерывно, нужно опять заполнить трубу, опять инициировать детонацию. Это можно делать с частотой 100 герц. Чтобы повысить частоту, американцы делают связку труб. Аппарат издает при этом не только страшный грохот, он просто опасен. Топливо должно подаваться с частотой не 100 герц, а 20 тыс. герц. На этой частоте вы вообще не слышите звука, а дозы настолько малы, что нет необходимости говорить об опасности.
-- Почему вы хотите использовать новый двигатель именно на беспилотных аппаратах?-- Просто нанотехнологии дают возможность создавать очень компактные летательные аппараты, которые могут решать задачи без участия человека. В том числе и в космосе.
-- Ваша новинка применима в военной области? Вписывается ли она в концепцию асимметричного ответа?-- Этот вопрос в компетенции военных. Но нанотехнологии дают возможность создать аппарат, который можно было бы назвать разумным снарядом. Его интеграция с детонационным двигателем позволит достигать гиперзвуковой скорости, и тогда не нужно никакой боевой части. Достаточно простого кинетического столкновения, чтобы уничтожить цель.
-- Из какого же орудия можно запускать этот умный снаряд?-- С пусковых установок или орудий соответствующего калибра.
-- Какая у гиперзвукового аппарата может быть скорость?-- 7--8 скоростей звука.
-- Это, по сути дела, противоракета?-- Именно так. Нанотехнологии коснутся буквально всего. Если развитие атомной энергетики, космических исследований потребовало от страны колоссальных усилий интеллекта и материальных ресурсов, то нанотехнологии могут дать сравнимый результат при расходах на порядок меньше. Но все равно это громадные средства, которые необходимо использовать прежде всего для стимулирования центров роста. Например, сегодня все хотят купить электронный зондовый микроскоп, стоящий 6--7 млн долл. Но возникает законный вопрос: будет ли столь дорогое приобретение эффективно эксплуатироваться и обслуживаться высококвалифицированным персоналом? Не проще ли иметь в стране, возможно при фирмах электронной промышленности, лишь несколько центров коллективного пользования?
-- В терминологии новой технологической революции часто встречается понятие «углеродная нанотрубка». Что это означает?-- Это пространственная кристаллическая структура в виде гигантской молекулы углерода. Впервые ее обнаружил японский исследователь Иидзима, изучая отложения на электродах дугового разряда. Механизм их формирования из атомов углерода до конца не понят, существует лишь ряд гипотез. Углеродные нанотрубки обладают рядом удивительных свойств: прочностью в 100 раз выше, чем у лучших образцов стали, способностью испускать электроны в холодном состоянии, адсорбировать водород и хранить его практически в твердом состоянии и т.п. Композитный материал, в котором углеродные нанотрубки играют роль арматуры, будет обладать существенно более высокими эксплуатационными характеристиками, в том числе повышенной прочностью, твердостью, теплопроводностью. Нанотрубка служит в материале и композите действительно как арматура, причем не в одном, а в трех измерениях. Материал становится легче и прочнее. Заливая композит в формы, можно получать сложнейшие детали.
-- Где еще можно практически применять нанотехнологии?-- Считаю, что в ближайшее время из новых композитов могут появиться и крыло, и фюзеляж самолета, и масса других деталей -- прочнее и меньшего веса. Очень существенно, что нанотехнологии позволяют сделать летательный аппарат одновременно информационной средой. В Японии уже сейчас в асфальт, в бетон серьезных сооружений закатывают супермикрочипы, которые дают информацию о состоянии конструкции, микротрещинах, о количестве проходящих по улицам машин. Людям не надо следить за этим. Интеллектуальное крыло самолета на основе нанотехнологий станет информационной средой, способной подстраиваться под меняющиеся условия полета. Микрочипы в крыле дадут знать о турбулентном состоянии и подскажут автоматам, что делать, о статическом электричестве, которое автоматы сами сбросят. Пилоту не надо будет об этом думать.
-- Какие у вас прогнозы относительно применения нанотехнологий в военной области?-- Мне не хочется фантазировать, но это очень серьезный вопрос. Развитие нанотехнологий нужно жестко контролировать на государственном, международном уровне.
--
Приведите, пожалуйста, хотя бы один пример, подтверждающий серьезность проблемы.
Мой собеседник долго думает, просит выключить диктофон. Из дальнейшего его рассказа я могу лишь выделить словосочетание «генная инженерия». Наночастицы могут делать с геном человека все что угодно. Их можно внедрять и в мозг человека. Это основа расового, этнического оружия. И не только.
Работы ЦАГИ в области нанотехнологийВ ходе научно-исследовательской работы по детонационным двигателям ЦАГИ получил патент на устройство для получения твердофазных наноструктурированных материалов. Новые материалы минимум на треть увеличат прочность и долговечность машин, в которых они будут использованы. Появилась реальная перспектива создания нанопокрытий, которые в разы смогут снизить тепловой нагрев поверхности космических аппаратов и сверхзвуковых самолетов.
При дозвуковых скоростях почти половина сопротивления летательного аппарата -- это сопротивление трения. Специалисты ЦАГИ для уменьшения этого сопротивления предлагают использовать нанотехнологии и связанные с ними MEMS-технологии (MEMS -- микроэлектромеханические системы). MEMS-инструментарий позволит разработать ламинарный самолет и тем самым снизить расход топлива на 15%. Нанотехнологические подходы позволят создать гидрофобные поверхности, которые значительно упростят работу противообледенительных систем (в основном на спирту) или вовсе от них отказаться.
Специалисты института пришли к выводу, что алюминиевые и титановые сплавы, армированные углеродными нанотрубками, а также нанопокрытия в зонах наибольшего напряжения приведут к уменьшению веса планера самолета на 30% и в несколько раз увеличат срок эксплуатации. На основе нано- и MEMS-технологий будут созданы датчики давления, трения, температуры. Благодаря этому можно будет получить точную информацию о состоянии конструкции и условиях обтекания воздуха в конкретной точке самолета. В ЦАГИ проведены эксперименты по изменению свойств поверхности с помощью ионной имплантации. Таким образом можно влиять на величину коэффициента теплоотдачи и уменьшить коэффициент трения.
Более десяти лет институт занимается созданием наноструктурных суперпоглощающих радиопокрытий. Здесь создан специальный математический аппарат, который позволяет оптимизировать слои селективных покрытий для снижения заметности самолета. Разработаны также базовые элементы наноструктурных поглощающих образований.
