Помоги проекту - поделись книгой:
Химия в бою
ВВЕДЕНИЕ
Год от года все убыстряющимися темпами развивается военное дело. Своим прогрессом оно обязано многим отраслям знаний. Успехи физики, математики, радиоэлектроники позволили совершить поистине революционные преобразования в боевой технике и способах вооруженной борьбы. Может быть, менее заметно участие в этом процессе химии — науки, наделенной волшебными возможностями превращать одни вещества в другие, творить неведомое и недоступное природе. Ее взаимодействие с военным делом порой видят лишь в создании химического оружия, отравляющих веществ. Однако это далеко не так. Роль химической науки значительно глубже и шире, она вполне сопоставима с физикой, механикой, радиотехникой, аэро- и гидродинамикой, без которых не появились бы современные боевые самолеты, ракеты, подводные корабли.
Еще в глубокой древности, выплавляя сталь для мечей и копий, безвестный оружейник практически использовал химические реакции выделения железа из окислов, освобождения металла от излишнего углерода. А порох? Его изобретение ознаменовало наступление новой эпохи— эпохи огнестрельного оружия, стало триумфом химических знаний. Без участия химии, использования ее достижений нельзя себе представить все последующее развитие производства взрывчатых веществ. Значит, разнообразные артиллерийские снаряды, мины, фугасы, торпеды — это и ее детище.
Химия дала горючее самолетам и боевым машинам — сначала как продукты перегонки природной нефти — бензин, керосин, моторное топливо, а потом и искусственное, синтетическое горючее. Своей колоссальной боевой мощью, способностью в считанные минуты преодолевать огромные расстояния до цели современные ракеты обязаны специально созданному для них топливу. И разрабатывала его тоже химия. Велик ее вклад и в развитие подводного флота. Химия заставила участвовать в прогрессе военного дела многие, порой редко встречающиеся в природе элементы. Уран, бериллий, бор, кадмий, гафний применяются в атомных силовых установках, коренным образом изменивших боевые качества подводных кораблей. Использование других элементов — цезия, циркония, теллура — в фотоэлементах открыло возможность «видеть» в темноте, вести бой в ночных условиях.
Наряду с ядерной физикой химия послужила научной основой для создания самого мощного средства поражения — атомного и термоядерного оружия. Данные химии используются и для эффективной защиты от подобных боевых средств.
Новые своеобразные пути участия химической науки в прогрессе военного дела открылись в середине нашего века. В это время получила бурное развитие химия полимеров, способная создавать вещества с заданными свойствами. Такие вещества, легкие и прочные, не подвергающиеся коррозии, позволяют в невиданно короткие сроки возводить полевые и защитные сооружения, строить дороги, взлетно-посадочные полосы для самолетов и вертолетов. Полимерные материалы изменяют облик военной техники. С их помощью конструкторы пытаются решать проблемы повышения прочности деталей самолетов, подводных лодок, наземных боевых машин. Созданы даже образцы пластмассовой брони.
Все это говорит о том, что без знакомства со всем многообразием воздействия химии на военное дело нельзя отчетливо представить себе особенности научно-технической революции, происшедшей в нем, предвидеть перспективу дальнейшего прогресса боевой техники и вооружения. Помочь в этом воинам и молодежи призвана данная книга. В основу ее легли написанные по материалам зарубежной печати статьи, публиковавшиеся в газете «Красная звезда».
Тема «Химия и военное дело» велика и обширна. Авторы книги не стремились исчерпать ее. Свою цель они видели в том, чтобы в популярной форме познакомить читателя с некоторыми основными военно-химическими проблемами, активизировать знания по химии, полученные в средней школе, разбудить интерес к специальной литературе, где подобные вопросы рассматриваются глубоко и основательно.
Обогащение естественнонаучными знаниями, в том числе и химическими, играет важную роль в обучении и воспитании советских воинов. Эти знания служат фундаментом диалектико-материалистического мировоззрения, на них основывается изучение многих образцов боевой техники, тактических приемов и действий.
Советский Союз активно выступает за запрещение химического оружия, за прекращение всех работ, связанных с разработкой химических веществ для военных целей. США интенсивно работают в области создания химического оружия и других средств массового поражения. В таких условиях советские воины делают все, чтобы обеспечить защиту Родины в случае применения империалистами оружия массового поражения. Расширение научного кругозора поможет воинам лучше уяснить свое место в строю вооруженных защитников Родины, умело решать задачи, связанные с дальнейшим укреплением обороноспособности нашего социалистического государства.
ЗА СТРОКОЙ ТАБЛИЦЫ МЕНДЕЛЕЕВА
Сто лет назад, в 1869 году, Д. И. Менделеев открыл основной закон химии, получивший название периодического закона: свойства химических элементов зависят от их атомного веса и периодически повторяются через определенные, правильные промежутки. На основании этого закона великий ученый построил систему (таблицу), объединившую в единое целое имеющиеся в природе элементы. И не только те, что были известны тогда науке. Д. И. Менделеев указал в своей периодической таблице места нескольких химических элементов, которые были открыты лишь впоследствии. Периодический закон, таким образом, стал орудием предвидения в науке. Ему обязаны своими успехами современная химия, ядерная физика и атомная энергетика,
Периодическая таблица Менделеева подробно повествует о свойствах химических элементов, их взаимосвязи— в этом ее назначение. Но может она рассказать и кое-что «сверх программы». Например, о последовательных этапах научно-технического прогресса. Ведь еще с начала нашего века лишь небольшая часть элементов, объединенных периодической системой, находила себе полезное применение. А сейчас «работают» почти все. И на каждом новом этапе развития техники, военного дела, когда предъявлялись новые требования к материалам, химики, физики, опираясь на данные о строении вещества, должны были исследовать все новые элементы периодической таблицы и их соединения, чтобы выполнить очередной «заказ».
В начале нашего века запросы техники удовлетворялись железом, сплавами на его основе, а также медью и некоторыми другими металлами. «Железные» сплавы и сейчас не утратили своей ведущей роли. Их потребление из года в год увеличивается, и до последнего времени мировое производство стали в пять раз превосходит производство всех остальных металлов, вместе взятых. Однако развитие науки и техники требовало материалов с новыми, иными, чем у стали, качествами. Так, авиации нужен был столь же прочный, но куда более легкий металл, чем сталь. Этим качествам отвечал алюминий (порядковый номер в таблице Менделеева — 13) и его сплавы.
Плотность алюминия 2,7 г/см3, он примерно в три раза легче железа и меди. Алюминий обладает также высокой коррозионной стойкостью к воде. Правда, чистый алюминий имеет небольшую прочность — 6–8 кг/мм2, поэтому в авиации применяются сплавы алюминия с другими металлами: медью, магнием, кремнием, цинком, марганцем, железом. Термически обработанные соответствующим образом, эти сплавы имеют прочность, сравнимую с прочностью среднелегированной стали, и применяются в качестве конструкционных материалов в авиа- и ракетостроении. Сплав алюминия с цинком, магнием и медью, например, имеет высокую прочность—70–80 кг/мм2. Он широко применяется во всем мире на военных и пассажирских самолетах — в основном для той зоны конструкции, где повторные нагрузки практически не опасны. Для обшивки самолетов, которая работает в условиях вибраций и многократных переменных нагрузок, применяется другой алюминиевый сплав: алюминий — медь — магний — кремний.
Часто лопасти винтов вертолетов изготовляют из сплава алюминия с магнием и кремнием. Он может работать в условиях вибрационных нагрузок и обладает очень высокой коррозионной стойкостью.
Легкие конструкционные алюминиевые сплавы широко применяются в ракетной и космической технике. Так, самая мощная в США ракета «Сатурн-5», с помощью которой были запущены космические корабли «Аполлон», сделана из алюминиевого сплава (алюминий — медь — марганец). Огромные баки для горючего и окислителя на ракете также выполнены из этого легкого, прочного, хорошо сваривающегося, коррозионно стойкого сплава. Из алюминиевого сплава изготовляют корпуса боевых межконтинентальных баллистических ракет «Титан-2».
Совсем недавно, отмечала печать, появились сплавы алюминия с медью и литием. Этот высокопрочный, коррозионно стойкий материал сохраняет прочность при нагреве до температуры 150 градусов. Замечательные физико-химические и механические свойства алюминиевых сплавов открыли им широкую дорогу и в других областях военной техники — бронетанковой, инженерной, радиоэлектронной.
Огромные потребности в серебристом металле содействовали тому, что его мировое производство росло бурными темпами: за первые 43 года нашего столетия оно увеличилось примерно в 175 раз, тогда как выпуск меди лишь в пять раз, а чугуна в три раза. Мировое производство алюминиевых сплавов с середины XX века заняло второе место после стали.
И все же… алюминию пришлось в какой-то мере повторить судьбу железа. Пришло время, и элемент номер 13 из таблицы Менделеева уже не смог удовлетворять требования дальнейшего развития авиации. На место «самого лучшего» (до поры до времени, конечно!) материала встает элемент номер 22 — титан.
В чем же тут дело? А вот в чем.
Большие сверхзвуковые скорости полета поставили на пути авиации «тепловой барьер», то есть значительный нагрев обшивки самолета, в условиях которого прежние авиационные материалы успешно работать уже не могут. Полет со скоростью, в три раза большей скорости звука, приводит к нагреву обшивки до температуры свыше 300 градусов, а при скорости, в пять раз превышающей скорость звука, она достигает уже 1000 градусов!
Без значительного увеличения веса конструкции самолета алюминиевые сплавы могут использоваться только до скорости, соответствующей примерно 2,5 скорости звука. Это можно видеть на примере нового американского тактического истребителя F-111, у которого в качестве конструкционного материала еще широко применяются алюминиевые сплавы и лишь на участках, где развивается высокая температура, используются сталь и другие жаростойкие материалы. А вот большая часть конструкции создаваемого в США сверхзвукового истребителя-перехватчика YF-12 уже выполнена из титановых сплавов. Титан — металл серо-стального цвета; сплавляясь с алюминием, оловом, молибденом, ванадием, хромом, железом, вольфрамом и другими металлами, он образует сплавы, отличающиеся большой прочностью при высокой температуре, относительно малым удельным весом, стойкие к коррозии.
По мере развития авиации применение титана из года в год увеличивается. Сообщалось, что в конструкции нового военно-транспортного самолета фирмы Локхид С-5А будет использоваться не менее 13,5 тонны титана. Из титановых сплавов выполнены топливные баки на посадочной ступени лунной кабины космического корабля «Аполлон», корпус одной из ступеней стратегической ракеты «Минитмэн».
В 1966 году в США было продано потребителям 13 750 тонн собственного титана и его сплавов и 300 тонн импортированного из Японии. Этот титан, как сообщала печать, использовался следующим образом: в производстве турбореактивных двигателей — 47 процентов, на изготовление планеров самолетов — 28, в производстве реактивных снарядов и космической технике—15 и 10 процентов в других отраслях промышленности. Предполагалось, что в 1970 году производство титана в США достигнет 22 700 тонн.
Титан используется для изготовления брони танков, для бронирования самолетов и вертолетов. Он находит широкое применение в артиллерии, судостроении, машиностроении, в атомной, химической промышленности и других отраслях техники и индустрии.
По жаропрочности титановые сплавы занимают промежуточное место между алюминиевыми сплавами и нержавеющими жаропрочными сталями и применяются в интервале температур 300–500 градусов. При температурах свыше 500 градусов приходится обращаться уже к другим жаропрочным металлам — нержавеющим высокопрочным сталям. Сообщалось, что они основные конструкционные материалы, например, для экспериментального американского самолета-бомбардировщика ХВ-70. Как видно, внимание исследователей к клеткам номер 13 и 22 периодической таблицы элементов оказалось не вечным. Пришлось вернуться снова к элементу с порядковым номером 26 — железу. Но что поделаешь? Свойства стали хорошо изучены; она прочна, жароустойчива, поддается механической обработке, устойчива против коррозии. Правда, жаропрочную сталь приходится применять в ущерб весу конструкции самолета, но иного выхода пока нет.
Читатель может спросить: а дальше? Как будет обстоять дело, когда начнется переход от сверхзвукового самолета к гиперзвуковому, летающему при скоростях, в пять раз больших скорости звука? Действительно, на пути этих самолетов встает гигантский тепловой барьер. В печати приводились расчеты температуры на поверхности самолета, летящего с крейсерской скоростью, равной восьми скоростям звука на высоте 27 000 метров. При этом температура на большей части поверхности такого гиперзвукового самолета достигает 760—1100 градусов, то есть значений, при которых прочностные характеристики авиационных металлов и сплавов резко ухудшаются. На некоторых же участках температура приближается к точке плавления тугоплавких металлов. Выход из положения специалисты ищут в использовании совершенно новых жаропрочных материалов на основе никеля, кобальта и тугоплавких металлов — молибдена, ниобия, тантала и вольфрама.
Как указывается в иностранной печати, сплавы на основе никеля могут работать до температуры примерно 700 градусов. Сплавы же на основе тугоплавких металлов могут быть использованы в интервале температур — от 980 до 2200 градусов. Сейчас внимание зарубежных исследователей привлекают новые виды жаропрочных сталей: например, сплав железо — никель — титан или железо — никель — титан — кобальт — молибден. Сделаны, таким образом, новые «ходы» в периодической таблице. И хотя в дело идут и известные, уже применявшиеся в технике химические элементы, их новые сочетания, соединения сулят другие качества материалам, призванным обслуживать современный этап научно-технического прогресса.
Мы уже говорили о том, что, создавая свою периодическую систему, Д. И. Менделеев указал на ряд элементов, которые не были тогда еще известны науке, но должны были, согласно периодическому закону, существовать в природе. Для них он оставил места в таблице.
Открывая «недостающие» элементы, ученые к 1925 году основательно укрепили периодическую систему. Пустыми оставались лишь клетки с номерами 43, 61, 85 и 87. Относящиеся сюда химические элементы, а также двенадцать элементов, расположенных в таблице за ураном (их поэтому назвали «трансурановые»), стали известны науке лишь после того, как открытие нейтрона, создание ускорителей заряженных частиц и открытие радиоактивности в 1934 году создали условия для получения новых элементов искусственным путем. Таким же образом получено большое количество изотопов уже известных элементов, найдено около ста радиоактивных изотопов трансурановых элементов.
В таблице Менделеева трансурановые элементы занимают места с 93-го по 104-е: нептуний-93, плутоний-94, америций-95, кюрий-96, берклий-97, калифорний-98, эйнштейний-99, фермий-100, менделеевий-101, нобелий-102, лоуренсий-103, курчатовий-104. Кроме плутония, образующегося в ничтожных количествах в урановых рудах, эти элементы не существуют в природе, а получение их — исключительно сложное дело. Новые элементы образуются при захвате нейтронов ураном, плутонием или ранее полученными трансурановыми элементами, либо при бомбардировке этих элементов ионами гелия, углерода, бора. С продвижением в каждую последующую за ураном клеточку менделеевской таблицы трудности возрастают, по скромным подсчетам, в геометрической прогрессии.
Если второй трансурановый элемент — плутоний — был открыт в количестве, умещающемся на кончике иглы, то искусственно полученные более тяжелые элементы— калифорний, берклий, эйнштейний — поначалу увидеть простым глазом было совершенно невозможно. Сто первый элемент — менделевий — с невероятными трудностями вначале добыли в количестве всего лишь 17 атомов, а 104-й элемент — курчатовий — в количестве 150 атомов! В литературе приводились такие цифры: после двухлетнего непрерывного облучения в специальном ядерном реакторе с мощным потоком нейтронов, равным 1015 нейтрон/см2 сек. в 100 граммах исходного плутония-242 будет находиться всего лишь около 100 миллиграммов калифорния-252 вместе с другими изотопами калифорния.
Но оправданы ли эти трудности, кроме чисто познавательного, научного интереса к трансурановым элементам? Имеют ли эти элементы практическое значение?
Наибольшую известность из трансурановых элементов приобрел плутоний-239. Он был открыт американскими физиками в 1940 году, а через пять лет, в 1945 году, плутоний был использован в качестве заряда атомной бомбы, взорванной над японским городом Нагасаки. Возможность применения плутония в ядерном оружии приковала внимание американских агрессоров. За короткий срок в США были построены два больших атомных центра по производству плутония-239. Его получают в ядерных реакторах в процессе облучения урана-238 нейтронами, а также в реакторах атомных электростанций.
Есть и другой путь использования плутония-239, в частности в качестве топлива для ядерных реакторов на быстрых нейтронах, применяемых для получения электроэнергии. Нейтроны, полученные в ядерных реакторах за счет «сгорания» плутония-239, могут быть использованы также для получения радиоактивных изотопов, которые имеют бесчисленное применение в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и научных исследованиях.
Помимо плутония-239 практическое применение находят также плутоний-238 и два изотопа кюрия: кюрий-242 и кюрий-244. Эти элементы используются для создания изотопных генераторов электрической энергии, созданных в СССР и США. Изотопы интенсивно испускают альфа-частицы с высокими энергиями, которые тормозятся соответствующими веществами и нагревают последние до температуры несколько сот градусов. С помощью специальных термопар тепло сразу преобразуется б электрическую энергию. Такие генераторы имеют небольшой вес и габариты. Они надежны и долговечны — работают без дополнительной подзарядки около пяти лет. Источник электрической энергии с подобными характеристиками особенно необходим для обеспечения нормальной работы аппаратуры искусственных спутников Земли и космических кораблей, при исследовании поверхности Луны. Кроме применения в космосе указанные генераторы могут использоваться в качестве источников электрической энергии для удаленных мест, автоматических радиомаяков и метеорологических станций.
Возможности применения трансурановых элементов, как видно, широки — и далеко еще не исчерпаны. Как пойдет их использование, покажет время. Пока же печать приносит сведения о том, что империалистические круги США и эту отрасль научно-технического знания стремятся поставить прежде всего на службу своим агрессивным целям. Так было с плутонием, так обстоит дело сейчас с калифорнием. С его помощью пытаются создать особую ядерную пулю.
Как сообщал журнал «Сьянс э ви», один из изотопов калифорния якобы можно использовать в качестве делящегося вещества, подобно урану-235 или плутонию-239. Указывается, что у этого изотопа калифорния величина критической массы равна всего лишь 1,5 грамма. На основании этого открывается, как считают, возможность создания ядерного заряда величиной в обыкновенную пулю. Это заключение было сделано американскими физиками на основании исследования микрограммовых образцов калифорния. В процессе подземных ядерных испытаний предполагают накопить граммовые количества калифорния, с тем чтобы на практике проверить теоретические выводы.
Вот что можно увидеть за строгими, лаконичными строками и квадратами периодической таблицы. Следует, однако, помнить, что научное знание не может быть монополией какой-либо страны. Миролюбивые социалистические государства бдительно следят за попытками империалистов использовать новейшие открытия и достижения науки. В их распоряжении есть все необходимое, чтобы дать отпор агрессору.
ПОЛИМЕРЫ В СОЛДАТСКОМ РАНЦЕ
Среди выдающихся достижений современной науки одно из главных мест занимают успехи химии в создании веществ и материалов, которых не знала природа. Недаром «атомный» и «космический» двадцатый век называют подчас и веком синтетических полимеров. В химических лабораториях мира ежегодно рождается свыше 50 тысяч новых полимеров, около 150 в день! В этом огромном потоке искусственных материалов содержится такое обилие самых разнообразных свойств и возможностей, что сегодня без них трудно себе представить технический прогресс в любой области техники и, конечно, в военном деле.
Что же привлекает военных специалистов в полимерных материалах? Что заставляет их постоянно искать новые пути их использования?
Напомним, что полимеры — это вещества, молекулы которых содержат сотни и тысячи связанных между собой атомов и построены в виде цепей из повторяющихся звеньев. Поэтому большинство полимеров имеет название, состоящее из приставки «поли», что по-гречески значит «много», и наименования группы атомов элементарного звена: полиэтилен, полистирол, полиформальдегид, полиамид и т. п. Под влиянием нагревания и давления полимеры способны формоваться и затем устойчиво сохранять приданную им форму. Для увеличения прочности и снижения усадки в них добавляют наполнители — древесную муку, асбест, стеклянное волокно, а чтобы повысить пластичность и эластичность — пластификаторы. Прилипание полимерных изделий к формам устраняют с помощью различных смазок, а также веществ, ускоряющих процессы полимеризации и поликонденсации.
Современная технология позволяет создать полимерные материалы, обладающие высокой прочностью при небольшом удельном весе, что способствует резкому снижению веса конструкций и сооружений. Некоторые разновидности полимеров в четыре-пять раз легче стали, в два раза — алюминия, а их прочность не уступает стали, они не подвергаются действию агрессивных сред, не требуют окраски. Очень высоким оказывается и экономический эффект использования полимерных материалов.
Широко известны такие полимеры, как пластмассы, стеклопластики, искусственные волокна, синтетические клеи, смолы, каучуки, лаки и краски. Особую группу составляют пенопласты. Их получают в результате смешивания нескольких компонентов, которые, взаимодействуя между собой, образуют вспененный продукт. Затвердев, пенопласт сохраняет пористую структуру. Ячейки и поры этого продукта заполнены воздухом, азотом или другими газами. В зависимости от соотношения основных компонентов, а также от вида и количества специальных добавок — эмульгатора и катализатора — удельный вес и эластичность пенопласта могут резко изменяться. Получится вещество, подобное резине, или твердое, как камень. Великолепное свойство пенопластов — их необычайно малый удельный вес. Один кубический метр пенопласта может весить не более десяти килограммов, во много раз ниже веса такого же по объему количества пробки, в сотни раз легче стали.
Замечательные качества полимеров — высокая прочность, малый удельный вес, долговечность, высокая антикоррозийная стойкость, жаропрочность, дешевизна — и объясняют их активное участие в совершенствовании конструкций вооружения и военной техники. День ото дня сфера применения полимеров все более расширяется.
С помощью полимерных материалов специалисты добиваются, например, увеличения срока службы и облегчения стрелкового и артиллерийского вооружения. Магазины к карабинам, плечевые упоры, спусковые крючки, ложи, рукоятки, ствольные накладки, гильзы, сгорающие вместе с боевыми зарядами, что исключает необходимость иметь выбрасыватели в огнестрельном оружии, стволы для безоткатных орудий — вот пути подобного использования полимеров. Появились, сообщала печать, даже пластмассовые пули.
Благодаря легкости, повышенным механическим свойствам, облегченной технологии прессования, сборки и чистовой отделки, а также низкой стоимости из пластиков изготавливаются кузова, кабины и различные детали автомобилей и других транспортных средств. Высокое отношение предела прочности к удельному весу делает выгодным использование пластмасс в производстве плавающих и авиатранспортабельных машин военного назначения.
Весьма разнообразно применение пластмасс в ракетной технике. Здесь они выступают, например, в качестве твердых наполнителей для топлива. Пластмассы на основе эпоксидной смолы, армированной стекловолокном, применяются для изготовления корпусов ракет. Прочность такого корпуса в несколько раз превышает прочность корпуса, выполненного из титана, алюминия или стали. Носовые конуса, сопла и другие части ракет изготавливаются из жаростойких пластмасс: фенольной, кремнийорганической и эпоксидной смол, соединений кремния, асбеста, нейлона.
В последнее время полимеры все больше привлекаются и для решения задач инженерного обеспечения боя.
Ракетно-ядерное оружие, неизмеримо возросшие огневые возможности обычного вооружения многократно увеличили требования к защите солдата на поле боя. Но при скоротечности и высокой динамичности современного боя на возведение и оборудование защитных укрытий остается минимальное время. Выход из этого противоречия за рубежом ищут, пытаясь усовершенствовать старые и создать новые средства индивидуальной защиты, а также резко сократить время строительства защитных сооружений. Решающую роль отводят здесь химии полимеров, способной уже сейчас дать материалы, обладающие выгодным сочетанием необходимых свойств.
Прежде всего внимание специалистов привлекли пластмассы, которые при необыкновенно малом весе имеют высокую прочность, успешно конкурируя с традиционными материалами: металлом, деревом, тканями. Вот, например, как оборудуется покрытие окопа с помощью портативного, весом около килограмма, набора материалов, разработанного канадскими инженерами. В набор входят кусок полиэфирной пленки размером в несколько квадратных метров, анкерные алюминиевые колья и тонкий прочный шнур. По краям отрытого окопа забивают анкерные колья, натягивают между ними шнуры, а сверху укладывают полотнище из пленки. Остается насыпать грунт и замаскировать его дерном. Пленка выдерживает насыпь толщиной до нескольких десятков сантиметров.
Такой окоп, указывается в печати, может защитить от метательного действия ударной волны, светового излучения и проникающей радиации ядерного взрыва, от напалма, пуль и осколков. На его оборудование, если использовать взрывные патроны, уходит чуть больше десяти минут.
Огромной прочностью обладают канаты из синтетических материалов. Сплетенная из них сеть, натянутая на кольцевую обойму и накрытая сверху рулонным материалом, после засыпки слоем грунта в несколько десятков сантиметров превращается в надежное перекрытие для блиндажей — оно способно выдержать давление воздушной ударной волны ядерного взрыва в несколько атмосфер. Как сообщалось в печати, подобным образом разработано перекрытие для блиндажей диаметром около трех метров.
Некоторые синтетические полимеры обладают и таким ценным качеством, как способность под влиянием нагревания и давления формоваться и затем устойчиво сохранять приданную им форму. Тем самым появляется возможность быстро изготовлять конструктивные элементы защитных укрытий непосредственно в полевых условиях.
В печати сообщалось, что разработан подобный метод получения жестких плит из многослойной ткани. Перекрытие для блиндажа из таких плит в 6–8 раз легче деревянного. Исходный материал, словно рулет, состоит из нескольких слоев. Между листами алюминиевой фольги и асбестовой ткани, пропитанной горючим составом, помещен слой полиэтилена и эпоксидной смолы. Развернутый рулон поджигается, и через некоторое время разогретые до температуры 300 градусов компоненты среднего слоя образуют пенопласт толщиной в несколько сантиметров. Заранее раскроив материал, можно получить конструктивные элементы любой нужной конфигурации.
Для возведения палаток и других временных укрытий, защищающих от непогоды в суровых климатических условиях, эффективно используется метод набрызгивания пенопласта на поверхность легкой вспомогательной формы, служащей опалубкой. Такая палатка для размещения двух человек с аппаратурой разработана в армии США. При возведении палатки применяется карманный контейнер с пенопластом и небольшой воздушный насос для разбрызгивания пенопласта.
Использование пенопласта позволяет быстро возводить и крупногабаритные сооружения для полевого размещения войск. В печати описан, например, новый метод ускоренного строительства сооружений путем непрерывной формовки их из быстро твердеющего пенопласта. Для этого разработана специальная подвижная установка, смонтированная на шасси 5-тонного грузового автомобиля. Основные части ее — бак для эпоксидной смолы, бак для пенообразующего агента и форма со смесительной камерой на конце шарнирной стрелы. Стрела, поднимаясь все выше и выше, постепенно наращивает стены, перекрытия. Размеры сооружений, возводимых с помощью такой установки, ограничиваются лишь вылетом стрелы, а скорость постройки определяется скоростью твердения пенопласта. Сообщалось, что с использованием новой установки можно через несколько часов располагать — сооружением площадью около 100 кв. метров.
Другой полимер — пенополиуретан дает возможность создать надежную тепловую изоляцию сооружений, выполненных из металлических конструкций. Он набрызгивается на внутренние поверхности фортификационных сооружений, заполняет все трещины и щели. После расширения пенополиуретан превращается в однородную пористую массу с закрытыми ячейками. Влагопроницаемость этой массы настолько мала, что слой в несколько сантиметров служит надежным пароизолятором.
Блиндажи, окопы, палатки, дома — не единственные укрытия, которыми ограждает себя человек в различных условиях. Появление и развитие огнестрельного оружия в свое время заставило отказаться от всяких попыток продлить жизнь рыцарских доспехов. Сталь кованых лат оказалась бессильной против пули. Однако пуленепробиваемые доспехи в современном бою могли бы сослужить полезную службу. И тут полимеры опять оказались готовыми к действию.
В свое время в зарубежной печати сообщались результаты анализа потерь в современных войнах с применением обычных средств вооруженной борьбы. Проводившие его специалисты отметили, что свыше 90 процентов всех ранений приходится на ранения от осколков артиллерийских снарядов и мин и лишь около 8 — от пуль стрелкового оружия и других причин. Очень важным оказался тот факт, что большинство осколков, поражающих личный состав войск, имеет малую скорость. Из всех солдат, которые погибают на поле боя или умирают от полученных ранений, свыше 71 процента поражается в область грудной клетки или живота. В этой связи легкие пуленепробиваемые доспехи, закрывающие грудь и живот, могли бы стать очень полезным средством защиты. Напрашивался вывод: создать «доспехи двадцатого века».
Первоначально в качестве материала для таких доспехов была взята сталь. Стальные щитки толщиной около двух миллиметров эффективно защищали от пуль, но доспехи из них оказались настолько тяжелыми, что от стали пришлось сразу же отказаться. Выручили пластмассы, способные поспорить с пулей. Конструктивно доспехи выродились в жилет, закрывающий грудь, живот, плечи; в каску, закрывающую голову; в ботинки, предохраняющие ноги от противопехотных мин.
Надежный материал для бронежилета, считают иностранные специалисты, многослойный нейлон. 15–16 слоев ткани из стекловолокна, пропитанной термореактивной смолой, которая полимеризуется при нагревании и небольшом давлении, — такова новая броня. Вес жилета из нейлоновой брони — 3,9 килограмма. Однако и такой, казалось бы, незначительный вес все же велик для перегруженного амуницией современного солдата. Ведущиеся в этом направлении за рубежом исследования позволили найти новый, более легкий и не менее надежный защитный материал, как карбид бора в сочетании со стекловолокном. Вес жилета снизился почти на килограмм.
Результатом применения бронежилетов явилось резкое снижение потерь на поле боя. Как сообщалось в печати, были исследованы несколько сот боевых жилетов, предназначенных для пехотинцев и экипажей вертолетов, в которые были отмечены попадания осколков от мин и снарядов. Оказалось, что более чем в 70 процентах случаев осколки не пробивали жилет, а если и пробивали, то скорость их снижалась до такой степени, что они вызывали лишь легкое повреждение кожного покрова.
Естественно, что помимо прочности и легкости жилеты не должны при ношении в жаркое или холодное время года, а также в условиях повышенной влажности являться причиной нарушения определенных санитарно-гигиенических правил. Работы в этом направлении привели к созданию нейлонового фетра, служащего удобной подкладкой нейлоновой броне.
Как ни легок бронежилет, а при форсировании водных преград он — опасная обуза для экипажей плавучих средств. Если человек, одетый в него, попадает в воду, удержаться на поверхности ему весьма сложно. Но оказалось, что достаточно заключить жилет в скорлупу из полиэтиленового пенопласта, и он становится плавучим, служит даже надежным спасательным средством для экипажей плавучих средств и десантников.
Повышение механических свойств пластмасс, достигнутое в последнее время, вызвало попытки использовать их в качестве брони не только для доспехов-жилетов, но и для танков, боевых машин, самолетов. Пример в этом отношении подавало широко известное уже давно специальное пуленепробиваемое стекло, называемое триплексом. Оно состоит из нескольких пластин органического стекла, склеенных слоями прозрачной пластмассы. Триплекс выдерживает удары пуль даже на малых расстояниях.
Но пока что, отмечала печать, в ряде стран созданы лишь опытные образцы пластмассовой брони для танков. Правда, перспективы использования ее в массовом строительстве боевых машин весьма заманчивы. Считается, что создание подобной брони, обладающей необходимой стойкостью, может привести к серьезным изменениям в конструкции танков, так как позволит создать дополнительные возможности увеличения их подвижности, достичь лучшей защищенности, чем при современной стальной броне, использовать более мощное вооружение. Боевая машина станет легче, и, значит, комплект боеприпасов и запас горючего на ней может быть увеличен, значительно упростится технология бронетанкового производства.
Опытные образцы многослойной пластмассовой брони, по мнению зарубежных специалистов, вселяют надежду, что применение ее позволит снизить вес военных машин на несколько десятков процентов. Такая броня лучше стальной способствует разрушению пуль под действием собственной энергии при ударе. Осколки разрушенной пули проникают в броню под острыми углами, что снижает глубину их проникания.
Пластмасса позволяет решать проблему защиты экипажей бронетанковой техники от потока нейтронов, возникающего при ядерном взрыве. В печати отмечалось, что полиэтилен с добавками бора в сочетании со стальной или алюминиевой броней становится надежной преградой на пути радиоактивного излучения.
Оснащение современных армий разнообразной сложной боевой техникой — потребовало легких, транспортабельных временных укрытий, которые можно быстро возводить в полевых условиях. Они должны быть многоцелевыми, дешевыми, удобными в эксплуатации. И опять специалисты обратились к синтетическим полимерам. Именно они позволили создать принципиально новые конструкции для войскового полевого строительства. Это так называемые пневматические сооружения — тонкостенные гибкие оболочки, заполняемые воздухом под давлением чуть выше атмосферного. Основой оболочки может быть, например, нейлоновая ткань, пропитанная или покрытая неопреном, хайпалоном, синтетическим каучуком, поливинилхлоридом, полиуретаном. Вес одного квадратного метра такой оболочки — от нескольких сот граммов до полутора килограммов. Она выдерживает температуры от минус 50 до плюс 150 градусов и более, сохраняя при этом свои механические свойства.
Для крупных сооружений ткань изготавливается максимальной толщины, какую допускает ткацкое оборудование. Однако и этого может оказаться недостаточным, и оболочку делают многослойной. Пропитанные и покрытые синтетическим материалом заготовки накладывают друг на друга и склеивают таким образом, чтобы нити материала перекрещивались под острыми углами.
Внутри оболочки вентиляторами и воздуходувками создается небольшое избыточное давление. Его величина составляет несколько тысячных долей атмосферы.
Минимальная величина избыточного давления воздуха, нагнетаемого в пневмоопорные сооружения, около 0,0003 кг/см2 и в большинстве случаев не превышает 0,0013 кг/см2. В крупных пневмоопорных сооружениях зарубежного строительства давление регулируется автоматизированными системами. Системы воздухоподачи могут иметь и устройства для поддержания необходимого тепловлажностного режима. При сильном ветре и снегопаде давление внутри сооружения повышают. Иногда оболочку делают двойной, с воздушной прослойкой, чтобы улучшить теплоизоляционные свойства.
На пневматическое сооружение действуют вертикальные и горизонтальные силы, стремящиеся сдвинуть, оторвать сооружение от основания и опрокинуть его. Чтобы уравновесить горизонтальные и вертикальные усилия, действующие на сооружение, края оболочки закладывают в отрытую по периметру канаву и засыпают грунтом или прижимают лотками с песком, анкерными кольями. Иногда используют сеть из нейлоновых канатов, усиливающих оболочку. В результате сооружения могут выдерживать даже штормовые порывы ветра.
Утечку воздуха через входы и выходы пневматических сооружений предотвращают, устраивая двери и ворота в виде диафрагм, занавесей и т. п. Крупные сооружения оборудуются специальными тамбурами, служащими воздушными шлюзами. Они имеют двое или несколько дверей или ворот, которые для входа и выхода из сооружения открываются поочередно.
Таковы пневмоопорные сооружения. Они возводятся, как правила, в виде полутел вращения с плавными переходами между участками различной кривизны. В результате элементы конструкций нагружаются более равномерно, без местных перенапряжений, и наиболее рационально используются прочностные свойства тканей, из которых выполнена оболочка. Как правило, пневмоопорные сооружения имеют купольную или полуцилиндрическую форму с торцами в виде сферических сегментов. В печати сообщалось, что наиболее крупное из известных купольных сооружений имеет диаметр 64 метра. Считается, однако, что технически выполнимы сооружения диаметром до 100 метров.
В пневматических сооружениях другого типа несущим элементом служит каркас из накачиваемых воздухом труб, образующих пространственную конструкцию (рис. 1). Трубы изготавливают из резины с повышенными морозостойкими свойствами. В процессе сборки сооружения трубы наполняют воздухом, и они сохраняют свою форму длительное время без дополнительной подкачки. Давление в трубах зависит от конструкции каркаса и составляет несколько атмосфер. Для стен используют такие же гибкие оболочки, что и в сооружениях пневмоопорной конструкции.
Важным преимуществом пневмокаркасных сооружений по сравнению с пневмоопорными считают то, что они не требуют герметизации и затраты времени на уход за сооружением при эксплуатации минимальны. По своим характеристикам они приближаются к капитальным зданиям.
Существуют и сооружения, собираемые из наполненных воздухом панелей, которые одновременно служат ограждающими и несущими конструкциями (рис. 2). Давление в панелях составляет Десятые доли атмосферного. После первоначального наполнения воздухом давление внутри панелей поддерживается автоматически. Панели изготовляются из таких же воздухонепроницаемых тканей, что и оболочки пневмоопорных сооружений. Стенки пневмопанельных сооружений обладают более высокими теплотехническими характеристиками. Кроме того, они хорошо изолируют от шума. К недостаткам их относят необходимость поддерживать постоянное давление в панелях, а также более высокую стоимость, чем пневмоопорных.
Существуют, наконец, и комбинированные пневматические сооружения. Они, как правило, имеют легкий жесткий каркас, например из металлических труб, на который натягивается оболочка или крепятся пневматические панели.
Вполне понятно, что при эксплуатации пневматических сооружений возможны прорывы и проколы оболочек. Чтобы сооружение не выходило в таком случае из строя, не потеряло устойчивость, его членят на секции. Например, трубы каркасов пневмокаркасных сооружений, панели пневмопанельных сооружений не сообщаются друг с другом. Если повреждена одна труба, то воздух выходит только из нее. В аварийных ситуациях автоматические системы регулирования воздухоподачи увеличивают давление внутри сооружения, компенсируя в той или иной мере утечку через отверстия.
Монтаж пневматических сооружений, подчеркивается в печати, отличается простотой, не требует квалифицированной рабочей силы и сложных механизмов. Их рассчитывают использовать в качестве ангаров для укрытия радиолокационных станций, ракет и другой боевой техники; в подобных сооружениях размещаются штабы, госпитали, склады. В печати сообщалось, что разработаны пневматические сооружения, непосредственно предназначенные и в качестве укрытий для защиты от радиоактивных осадков, боевых отравляющих веществ и биологических возбудителей болезней.
Но строительством область применения пневматических конструкций из воздухонепроницаемых синтетических материалов вовсе не ограничивается. Недавно в небо поднялся самолет с дельтообразным крылом пневматической конструкции. Его создали французские инженеры. В сложенном виде самолет упаковывается в компактный контейнер и перевозится любым видом транспорта.
Военные грузы могут доставляться в назначенное место надувным планером, управляемым по радио. Надувные аварийные трапы, смонтированные под дверными проемами самолетов, позволяют решить проблему высадки из самолета, потерпевшего аварию и приземлившегося вне аэродрома. Для обеспечения плавучести самолета при аварийной посадке на воду созданы пневматические поплавки, смонтированные в шасси самолета.
Весьма эффективным оказалось использование прочных синтетических материалов в пневматических конструкциях, служащих «мягкими» домкратами. Такие домкраты разработаны в английской армии. Они применяются в системе обслуживания полевых аэродромов для подъема самолетов, потерпевших аварию при взлете или посадке. Домкраты — это пневматические маты плоской формы из нейлона, покрытые неопреном.
Стандартные блоки из таких матов способны развивать подъемную силу в несколько десятков тонн и поднимать грузы на высоту до нескольких метров. А чтобы мягкий домкрат подвести под груз, требуется зазор всего в несколько сантиметров.
Поделиться книгой: