Техника - молодёжи 1987-10, страница 9

В истории техники немало примеров, когда использование нового принципа вело к коренной перестройке целых отраслей, приносило большой экономический и социальный эффект. Так было, например, когда железнодорожный транспорт переходил на электрическую тягу или когда в авиации стал внедряться реактивный двигатель. Особенность развития космонавтики в том, что она дала возможность применять принципиально новые технические подходы одновременно во многих, подчас далеко отстоящих друг от друга сферах народного хозяйства.

ЭРА

ОРБИТАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Михаил ЧЕРНЫШЕВ,

инженер

В публикациях по космической технологии нет-нет да и прозвучит мажорная тема. Вот-вот, буквально завтра, работы в космическом материаловедении перейдут от экспериментальной стадии к промышленному производству, и поток уникальных изделий — полупроводников, оптического стекла, лекарств — начнет поступать с космических орбит на Землю. Подсчитана даже возможная номенклатура изделий, несколько сот наименований. Новее это в большей части теоретически, практический же выход пока значительно скромнее.

Доктор физико-математических наук Леонид Лесков, занимающийся этой проблематикой, объяснял ситуацию так. Ставку на орбитальное производство космические материаловеды делали, исходя из того, что в невесомости нет конвекции, теплового перемещения вещества в расплавах. Однако теоретические представления оказались не совсем верными.

Обычной конвекции в невесомости действительно нет, но зато там заметную роль начинает играть так называемая термокапиллярная конвекция. Она также может отрицательно влиять на качество выплавляемых материалов. Это стало ясно, подчеркивает ученый, лишь после того, как были проведены большие-серии опытов на бортовых установках «Кристалл», «Корунд», «Сплав», действовавших на орбитальных станциях «Салют».

Здесь надо пояснить, что плавки материалов в бортовых электропечах проводятся в заранее подготовленных ампулах. Печи, естественно, при этом герметизируются. Изучать процесс термокапиллярной конвекции, научиться управлять ею при работе на таких установках практически невозможно. Между тем, когда конвекция мешает, ее можно подавлять, скажем, с помощью так называемых поверхностно-активных веществ. В других ситуациях, напротив, ее можно использовать для дегазации материалов. Известно, что при плавках на однородность материала влияют газовые пузырьки. В невесомости их удаление представляет большую проблему, и не исключено, что решить ее удастся за счет термокапиллярной конвекции.

Исследователи давно ощущали потребность в установке, где можно было бы в деталях наблюдать за механизмом действия термокапиллярной конвекции, фиксировать процесс на пленке. Такая установка была создана. Она получила название «Пион». Ничего общего с известным цветком аппаратура не имеет, название всего лишь аббревиатура от: «прибор для исследования особенностей невесомости».

Конструктивно «Пион» представляет собой своего рода зрительную трубу. На одном конце ее источник света, в центре — кювета, прозрачная прямоугольная коробочка с изучаемой жидкостью или газом. На

другом конце трубы фотопленка. Если в кювету поместить, скажем, аэрозоль, то оптические неоднородности исказят нормальный ход лучей, и все это зарегистрирует фотопленка. Серия снимков — своеобразное кино — расскажет, как проявляется в невесомости термокапиллярная конвекция.

Первый образец исследовательской установки работал еще в «Са-люте-7», а на орбитальной станции «Мир» появился уже усовершенствованный вариант «Пион-М». Эксперименты дали во многом неожиданные результаты. Одну из серий опытов космонавты проводили с аэро- и гидрозолями. Эти так называемые дисперсные системы представляют большой интерес для коллоидной химии. До сих пор плохо известно, например, как действуют силовые поля вокруг частичек, какие законы управляют их поведением. А ведь дисперсные системы — это и океан, и атмосфера, и в известном смысле даже растительный и животный мир. Так вот серия экспериментов, ее назвали «Колосок», показала, что мелкие стеклянные шарики, частички окиси кремния, называемой иногда белой сажей, другие вещества слипаются в невесомости весьма своеобразно. Иногда — это комковатые структуры, в других случаях образуются своего рода линзы, «летающие тарелки» и даже некие формы, напоминающие деревья. Все это говорит о том, что специалисты столкнулись с новой, во многом пока загадочной областью коллоидной химии.

Эксперименты по изучению термокапиллярной конвекции позволили создать математический аппарат, с помощью которого можно составлять прогнозы и выдавать соответствующие рекомендации технологам. Но в целом специалисты сейчас хорошо понимают: практически использовать невесомость для технологических нужд оказалось довольно трудно.

Любопытная деталь. Первый в мире патент на использование невесомости получил более двухсот лет назад английский изобретатель Вильям Уатт. Он предложил отливать свинцовую дробь в специальной башне. В процессе свободного падения капли свинца приобретали округлую форму. А свободное падение можно назвать кратковременной невесомостью.

— С длительной невесомостью,— говорит Леонид Лесков,— мы начали работать совсем недавно. Из кос

7