Материал: Нанотехнологии. Наука будущего (Балабанов), 2009, c.258

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

192

— Автохимия на основе нанотехнологий —

Продолжениетабл.

Военные нсшотехнологии

Нанотехнологии способны радикально изменить баланс сил, даже в большей степени, чем ядерное оружие.

Дэвид ДЖЕРИМАЙЯ (David В. Jeremiah),

бывший член Объединенного комитета начальников штабов, 1995 год

Будучи премьер-министром, М. Е. Фрадков на одном из заседаний правительства как-то заявил, что о нанотехнологиях «половина сидящих в этом зале ничего не знает». По его словам, хотелось бы, чтобы над нанопроектами в России работали в таком же режиме, как над атомным проектом при Сталине. Потому как нанотехнологии в настоящее время — примерно то же, что атомная бомба полвека назад, сделал вывод премьер.

Пожалуй, самым первым фактом применения нанотехнологии в военных целях следует считать факт, открытый учеными Дрезденского технического университета (Германия) при исследовании образца дамасской стали (известной своей высочайшей прочностью), из которой в XVT веке была изготовлена сабля, хранящаяся в Историческом музее г. Берна (Швейцария). После травления поверхности образца металла в соляной кислоте исследователи обнаружили нитеобразные объекты нанометровых поперечных размеров(рис. 52, а).

При детальном изучении поверхности с использованием сканирующего туннельного микроскопа оказалось, что это многослойные углеродные нанотрубки, к тому же заполненные внутри цементитом — карбидом железа (Fe3C), обладаю-

щим очень высокойтвердостью. Расстояние между слоямив ис-

следуемых нанотрубках оказалось близким к типичному для такихсистем— 0,34 нм.

— Военные нанотехнологии —

Поскольку нанотрубки обладают рекордной прочностью на растяжение (модуль упругости приблизительно равен 1012 ТПа), не приходится удивляться тому, что входящие в состав дамасской стали углеродные нанотрубки обеспечивают материалу сабли столь высокие прочностные свойства. Достойна восхищения изобретательность средневековых кузнецов, которые, не имея представления ни о структуре, ни о способах получения нанотрубок, сумели эмпирическим путем создать конструкционный материал, отличающийся исключительными механическими характеристиками, а из него выковать непревзойденное по прочности холодное оружие. Истории известны случаи, когда воин, вооруженный таким оружием, мог с легкостью перерубить саблю противника.

На одной из первых ежегодных Форсайтовских конференций, проводимых с 1989 года, по инициативе К. Э. Дрекслера было принято обращение к ученым и правительствам всего мира не производить наноразработки в военных целях. Однако необходимость получения средств на научные исследования привела к развитию нанопрограмм для средств вооружения, а также изделий двойного назначения, главным образом в США. Некоторые такие разработки уже находятся на вооружении армии этой страны и других стран НАТО, Израиля и сил самообороны Японии.

В настоящее время военные исследования в области нанотехнологии ведутся по шести основным направлениям: энергетические ресурсы и боеприпасы, обеспечение и противодействие невидимости объектов, защитные и самовос-

Рис. 52. Наноструктура дамасской стали (а) и конструкционного материала ApNano

(б)

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

станавливающиеся системы, позволяющие автоматически ремонтировать поврежденную поверхность танка или самолета или менять ее цвет (эффект хамелеона), системы связи, а также устройства обнаружения химических и биологических загрязнений.

Если говорить о современном применении нанотехнологий в военных целях, то оно фактически было запущено, когда начались работы по созданию атомного оружия. Когда ученые смогли перешагнуть порог наноизмерений и устремились в глубь атомов, им открылись великие непознанные свойства материи, приведшие в конце концов к созданию не только ядерного оружия, но и атомной энергетики.

Работы в этом направлении продолжаются. Создаются не только новые виды вооружения и боезапасов, но и различные сопутствующие технологии, например средства защиты (бронежилеты, плащи-невидимки и т.д.), различного рода наносенсоры и другие электронные устройства.

Так, по сообщению заместителя начальника Генерального штаба ВС РФ А. С. Рукшина средствам массовой информации, в сентябре 2007 года Россией испытана новейшая вакуумная бомба, разработанная на принципах нанотехнологий, мощность которой, согласно утверждениям военных, может сравниться только с ядерными боевыми зарядами.

«Результаты испытаний созданного авиационного боеприпаса показали, что он по своей эффективности и возможностям соизмерим с ядерным боеприпасом. Основные разрушения производит сверхзвуковая воздушная ударная волна и невероятно высокая температура. Все живое просто испаряется. Почва после взрыва больше похожа на лунный грунт, но нет ни химического, ни радиоактивного загрязнения. Эта разработка обеспечит нам возможность дать реализацию безопасности государства и в то же время противостоять международному терроризму в любой обстановке и в любом регионе», — заявил А. Рукшин ведущим каналам российского телевидения.

Было отмечено, что конструкторы новой бомбы назвали свое изобретение «папой всех бомб» — в противовес амери-

— Военные нанотехнологий —

канскому вакуумному боеприпасу, неофициально именуемо- ,му «матерьювсехбомб».

Сотрудник научно-исследовательского института российского Министерства обороны Юрий Балыко сказал, что взрывчатое вещество, использованное в новой бомбе, имеет более высокую разрушительную силу, чем тротил, и что этого удалось достичь вследствие применения нанотехнологий.

«Это позволило снизить требования к точности, отсюда удешевление — качество, которое необходимо в современныхусловиях», — заявилЮ. Балыко.

По данным журналистов, российская бомба в четыре раза мощнее американского аналога. При этом температура в центре разрыва в два раза выше. Площадь поражения такжевдваразашире— 300 мпротив150 м.

Рассмотрим, в чем же заключается принцип действия вакуумной бомбы, и какое отношение к ней имеют нанотехнологий.

Приблизительно в 1960 году американскими военными конструкторами было установлено, что уже через 125 мс после подрыва боеприпаса, содержащего 10 галлонов (примерно 32—33 л) оксида этилена, образуется облако топливовоздушной смеси радиусом 7,5—8,5 м и высотой до 3 м. Одновременное воспламенение облака несколькими детонаторами создает ударную волну, имеющую избыточное давление 2 100 000 Па, что эквивалентно взрыву 200—250 кг тротила. Даже на расстоянии 25—40 м от эпицентра взрыва давление в ударной волне достаточно для разрушения самолета или вертолета на стоянке.

Военными были испытаны и признаны годными для применения в бомбах объемного взрыва взрывчатые вещества, содержащие окись этилена, окись пропилена, метан, пропилнитрат и состав МАРР (смесь метила, ацетилена, пропадиена и пропана).

Американцы впервые применили вакуумные бомбы во Вьетнаме летом 1969 года во время американо-вьетнамской войны для расчистки джунглей. Использование вертолетов для подвоза материальных средств, а также эвакуации ранен-

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

ных и вообще личного состава в условиях джунглей часто было невозможно из-за отсутствия открытых площадок, пригодных для их посадки. Расчистка джунглей для посадки одного вертолета требовала непрерывной и интенсивной работы целого инженерного взвода в течение суток, что практически приводило к их гибели.

Эффект от применения новой бомбы превзошел все ожидания. Американский многоцелевой вертолет типа UH-1

Iroquois (производства фирмы Bell Helicopter Textron, более из-

вестный как «Хьюи», Ниеу) мог прямо в кабине свободно нести 2—3 таких боезапаса. Взрыв одной бомбы даже в самых непроходимых джунглях создавал открытую площадку диаметром 30—40 м, пригодную для посадки вертолета.

Несмотря на международные запреты, американская армия использовала термобарическую бомбу, основанную на аналогичных принципах, против движения Талибан и «АльКаиды» в горах на востоке Афганистана для разрушения пещер и подземных убежищ, в которых мог скрываться Усама бен Ладен.

В период ливанской войны 6 августа 1982 года израильский самолет сбросил вакуумную бомбу американского производства в Ливане на восьмиэтажный жилой дом. Взрыв произошел в непосредственной близости от здания на высоте второго этажа. В результате здание было полностью разрушено. В самом здании и в находившихся поблизости от места взрыва укрытиях погибли около 300 человек.

По данным электронных средств массовой информации, в августе 1999 года, во время агрессии чеченских боевиков против Дагестана, на дагестанский аул Тандо, где скопилось значительное число захватчиков, российским штурмовиком «Су-25» была сброшена крупнокалиберная бомба объемного взрыва. Боевики понесли огромные потери. Этот удар имел значительное психологическое действие. В дальнейшем одно лишь появление штурмовика «Су-25» над каким-либо захваченным селением заставляло боевиков спешно покидать населенный пункт — срабатывал так называемый «эффект Тандо».

198

— Военные нанотехнологии —

Рассматривая возможные разрушительные последствия взрыва вакуумной бомбы большой мощности, можно вспомнить одну из версий Тунгусской катастрофы. Гигантский взрыв произошел 30 июня 1908 года в районе Подкаменной Тунгуски в Сибири. По одной из версий, он мог быть результатом воспламенения от молнии или пролетавшего метеорита скопившего над тайгой значительного количества метана или другого газа, которого в этих местах предостаточно. Взрыв уничтожил тайгу на площади 2150 км, привел к регистрации толчков, аналогичных землетрясению, сейсмическими станциями в Иркутске и германском городе Киль, а также образованию взрывной волны, дважды обошедшей земной шар.

В течение первых нескольких суток после взрыва от Бордо до Ташкента и от берегов Атлантики до Красноярска отмечались необычные атмосферные явления — ночное свечение неба, яркие серебристые облака, гало и венцы вокруг солнца. В этот день в далекой Антарктиде участники английской антарктической экспедиции Эрнста Генри Шеклтона (Ernest Henry Shackleton) наблюдали необычное по форме и мощности полярное сияние.

Ученые по сей день спорят о возможных причинах этих явлений, но последствия были сравнимы со взрывом атомной бомбы. Если не вдаваться в научные тонкости вопроса, то аналогии налицо.

Встает вопрос: если вакуумная бомба давно известна, какой вклад внесли нанотехнологии в ее совершенствование? Ответ достаточно прост: чем меньше размер частиц распыляемого вещества, тем выше их проникающая способность, больше площадь распыления, а следовательно, площадь поражения. При этом чем меньше дисперсность частиц, тем полнее они сгорают, обеспечивая выделение максимальной энергии сгорания при меньшей массе всего заряда, что имеет немаловажное значение для его транспортировки к месту

применения.

Другим направлением исследований, как уже отмечалось, является создание различного рода защитных средств. Так,

199

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

израильская компания ApNano Materials недавно испытала один из наиболее стойких к удару материалов, известных человечеству (см. рис. 52, б). Образец конструкционного материала ApNano, разработанный на основе дисульфида вольфрама, подвергался ударам, которые производились стальным снарядом, выпущенным со скоростью до 1,5 км/с. Исследуемый материал выдержал удар с воздействиями до 250 т/см2, а также статическую нагрузку 350 т/см2, что соответствует приблизительно нагрузке, развиваемой четырьмя дизельными локомотивами на область размером с человеческий ноготь.

Руководитель ApNano Materials, доктор Менахем Генут (Menachem Genut), заявил, что компания готова выпускать до 200 кг материала ежедневно и в перспективе сможет перейти к производству в количестве, достаточном для нужд всей израильской армии. Такой материал может понадобиться для изготовления шлемов и бронежилетов, а также обшивки военного транспорта.

Класс подобных материалов назван «неорганической фуллереноподобной наноструктурой» (inorganic fullerene-like nanostructures, IF). В настоящее время компания переходит к исследованию аналогичных образцов на основе дисульфида титана, которые, как ожидается, могут быть еще более прочными, чем на основе вольфрама, при массе, меньшей в четыре раза.

В армейской научно-исследовательской лаборатории

США (U.S. Army Research Laboratory) на основе самосгущающейся жидкости (Shear Thickenning Fluid, STF) создали новую на-

тельную броню для солдат. STF имеет достаточно сложный состав, однако сам принцип работы достаточно прост. В жидкости, которую разработчики называют «полиэтиленгликоль», расположена взвесь наноразмерных частиц, которые образуют с полиэтиленгликолем суспензию, обладающую рядом уникальных физических свойств, в частности, она сгущается при сильном механическом воздействии. Когда материал погружают в STF, кремниевые наночастицы поглощаются волокнами ткани. В обычном режиме ткань

200

— Военные нанотехнологии —

сохраняет гибкость, но когда материал встречается с внезапным напряжением, вроде попадания пули, частицы нанокремния автоматически создают дополнительное сопротивление. При сдвиговом течении коллоидных суспензий (в данном случае — STF) в условиях увеличения скорости сдвига возможно резкое увеличение вязкости суспензии, что может стимулировать кардинальные изменения в ее микроструктуре за счет агрегирования частиц. При ударной нагрузке на полимерную наносистему происходит диссипация энергии удара, которая расходуется на образование гидрокластеров, препятствующих разрыву пленки полимерной наносистемы

(рис. 53).

На 11-й Международной выставке средств обеспечения безопасности государства «Интерполитех-2007» Научно-ис- следовательский институт стали (Москва) и Институт прикладных нанотехнологии (Зеленоград) продемонстрировали первые опытные отечественные образцы «жидкой» брони, которая в перспективе может применяться для бронежилетов и других средств индивидуальной защиты.

Создание «жидкой» брони заключается в обработке обычной баллистической ткани гелевой композицией на основе фтора с наночастицами оксида корунда. Обработанная ткань внешне не отличается от аналога, но при ударном воздействии на нее пули или осколка находящийся внутри гель мгновенно затвердевает (см. рис. 53, 3), препятствуя разрушению ткани и снижая поражающее воздействие.

Рис. 53. Механизмобразованиягидрокластероввполимерной

наносистеме STF [Shear ТЫскепп'тд Fluid):

| _ равновесное состояние; 2 — невысокая деформация; 3 — затвердение при ударном воздействии

201