– Ну да, у иллюминатора. Мне все время кажется, что немыслимое давление воды вдруг выдавит стекло, и море хлынет к нам. Толстой быстрой струей. И мы не успеем уйти, и захлебнемся… – девушка зябко вздрогнула.
– Не бойтесь, Ксения – тихо ответил Воронин, кладя большие ладони на ее плечи. – Это ведь не стекло, а поликристаллическая шпинель. Она прочнее броневой стали. В этот иллюминатор можно стрелять из пулемета…
Голос его осекся. Мягко, но решительно повернув девушку к себе, он приник к ее губам…
В этот момент мировые проблемы интересовали его меньше всего…
Тайна шпинели
Все, что написано выше, моя фантазия. Но, читатель, прозрачная, огнестойкая, не подверженная коррозии броня действительно существует. Причем существует сегодня, в нашей реальности.
Есть такой очень красивый, редкий в природе камень – шпинель. Некоторые из его видов считаются драгоценными. Прекрасные шпинели восхищают глаз ценителя в центре корон и британского монарха, и русских царей. Шпинель – это всего лишь алюминат магния, MgAl2O4. Но шпинель, как оказалось, отлично пропускает сквозь себя и инфракрасное, и ультрафиолетовое излучения (хотя и не по всей ширине спектра). В шпинели нет двупреломления – сквозь нее ты не видишь сразу два образа одного и того же предмета.
А это – идеальный материал для обтекателей "охотников на самолеты", для ракет с тепловыми "глазами". Они смогут видеть цель – горячие сопла двигателей – и в инфракрасном свете, и в ультрафиолетовом диапазоне. Что означает последнее? То, что выброс из реактивного двигателя они зрят как ярко-фиолетовое кольцо. Потому такую ракету страшно трудно обмануть, отстреливая ложные горящие цели.
Мастер был первым, кто решил изготавливать поликристаллическую шпинель. Броневой прочности и отличной проницаемостью для ультрафиолетового и теплового излучений. Более того, именно благодаря Виктору Петрику военно-промышленный комплекс РФ в наши дни вообще заметил эту технологию.
Но и это вызвало приступы дикой злобы у сообщества "ученых", и самые грязные попытки уничтожить инноватора.
Храбрость Хачатура Багдасарова
Образцы поликристаллической шпинели передали в Институт кристаллографии РАН в декабре 2009 года по распоряжению главы Военно-промышленной комиссии при правительстве РФ, на тот момент – вице-премьера С. Иванова. Это были образцы прозрачных ракетных обтекателей, изготовленных частным институтом Виктора Петрика. Проанализировать их состав и дать заключение по образцам поручили признанному специалисту по кристаллам: члену-корреспонденту РАН Хачатуру Багдасарову.
Причем образцы передали с откровенно издевательскими комментариями. Дескать, это, кажется, и не шпинель вовсе. В общем, уничтожь этого мошенника и шарлатана. Такой враждебной позицией отличился и сам Институт кристаллографии РАН.
Хачатур Багдасаров провел исследование образцов и смело заявил: перед нами – действительно качественная поликристаллическая шпинель. Та самая прозрачная броня. Он даже не поленился сам съездить к Виктору Петрику и посмотреть, как у него в институте делается не моно-, а именно поликристаллическая шпинель.
Хачатур Багдасаров – выдающийся советский ученый, первым в мире вырастивший чистый, совершенный кристалл (1964 г.) не по вертикали, а по горизонтали, в молибденовой ванне. Работал он в тесном сотрудничестве со знаменитыми Прохоровым и Басовым, создателями лазера. Создавал рабочие тела для твердотельных (итирий-алюминиево-гранатных) лазеров.
Его досье:
Родился 21 мая 1929 г. в Самарканде. В 1951-м окончил Московский институт стали и сплавов. В 1964–1987 – заведующий отделом кристалловедения АН СССР. Заведуюющий отделом Института кристаллографии АН СССР/РАН.
Труды – по физике кристаллов. Первым доказал, что твердость выращиваемых кристаллов зависит от частот сверхзвуковых колебаний полей. Предложил новые методы выращивания моно– и поликристалльных структур, их укрепления и обработки. В Армянской ССР под его руководством было создано промышленное производство лазера.
Координационный руководитель научно-исследовательских работ в области выращивания монокристаллов в СССР. Член-корреспондент АН СССР/РАН с 1991 г. Лауреат Госпремии СССР в 1972 г., Госпремии РФ в 2010-м.
Революционная технология Багдасарова признана во всем мире.
Когда в январе 2010 года Хачатур Багдасаров провел анализ и заявил: это – поликристаллическая шпинель, обладающая пуленепробиваемостью, пропускающая инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, годная для обтекателей ракет "земля-воздух" и "воздух-воздух", началась форменная истерика. И в ВПК, и в Академии наук. Мол, Петрик не мог это сделать, он явно где-то украл эту шпинель! Но поездка Багдасарова к самому Петрику показала: у Мастера есть это производство.
Тогда на Багдасарова стали откровенно давить: не отдавай документы анализа Петрику! Но Багдасаров, которого самого в семидесятые и даже восьмидесятые годы обвиняли в лженауке, на всех наплевал и документы В. Петрику передал.
Мне хорошо известно о мытарствах самого Багдасарова с его технологией: как его обзывали лжеученым даже после получения Госпремии 1972 года, как теоретики с презрением называли его "технологом" и не пытались разобраться в сути его технологии. Хотя у Багдасарова были и патент, и купленная японцами еще в 60-х лицензия, и развернутые в СССР производства по его технологии. Есть даже ныне работающая фирма "Багдасаров Кристал Груп" (http://www.bagdasarovcrystals.com/v1/) в Женеве, которая до сих пор его приглашает. Кто-кто, а Хачатур Саакович Багдасаров отлично знает цену некоторым "теоретикам" из Академии и ее "беспристрастность".
Но к этой теме мы вернемся дальше. А пока зафиксируем: в РФ давно есть технология создания прозрачной брони, которая пропускает ИК и УФ-излучение. И сделана она институтом Виктора Петрика.
Началось все с опала
Когда Мастер впервые занялся камнями? В восьмидесятые, когда отбывал свой тюремный срок в Сибири. На зоне он пребывал на особом положении, ибо многое умел. Имелась у него и своя лаборатория. Вернее, целый дом и лаборатория в одном обличье. Ведь ни для кого не тайна, что тот осужденный получает необычный статус на "зоне", кто обладает необычными умениями. А Мастер на то и был Мастером: конструировал, делал дорогие скрипки, а потом вот и драгоценными камнями занялся.
Именно за колючей проволокой он и вырастил черный опал, копию опала герцого Девонширского, в сто карат. По классической, можно сказать, золь-гель технологии. Это когда сначала составляющие камня приводятся в состояние высокодисперсного коллоидного раствора – золя, после чего, из-за слипания частиц, он превращается в гель. Ну, а потом гель, удаляя из него жидкость, превращают в твердое тело.
Но только с одной маленькой разницей. Желая добиться характерной для опала иризации, Мастер впервые (на определенной стадии процесса) ввел в золь-гель процесс ингибиторы, предотвращающие рост частиц. И впервые, находясь в колонии усиленного режима, осознано получил сухой порошок, состоящий из наноразмерных частиц. Как известно, тогда о нанотехнологиях в широких кругах еще и не подозревали. Слово "нано" знли лишь умники типа Дрекслера, введшего это слово в оборот только в 1986-м.
То был первый успех Мастера на одном из самых интересных направлений. Тогда мешочек выращенных черных опалов отправили в США на экспертизу. Там выдали сертификат – камни добыты на австралийском месторождении Лайтнинг-Ридж, там же, где был найден знаменитый опал герцога Девонширского. И, как рассказывает сам Виктор Иванович, выращенные им опалы вскоре продали за границу некие неведомые, но влиятельные люди, хорошо заплатив при этом талантливому "зека". Естественно, хорошо заплатив по тогдашним советским меркам.
За вырученные деньги он построил в колонии автомат, который выполнял почти все операции по изготовлению игрушечной мебели, которая, говорят, даже поставлялась в Германию.
Однако увлечение камнями осталось. Что, впрочем, далеко не случайно: ведь, по сути, искусственные камни – одно из самых перспективных направлений в создании конструкционных материалов будущего. Да-да, вместе, например, с композитами или алюминием, легированным углеродными нанотрубками. Мы ведь не зря в начале книги, заглядывая в будущее уже Седьмого технологического уклада, сказали о прозрачной стали. Пример-то – не очень и сказочный. Ибо прозрачная, жароупорная броня существует и сегодня. Как искусственный драгоценный камень.
В это, наверное, трудно поверить тем, для кого понятие "высокие технологии" сводится лишь к кремнию и написанию программ, к айпэдам и айфонам. Но специалисты давно говорят о новом "каменном веке". Еще в 1983 году корпорация "Мацусита Дэнки" показывала целиком керамический автомобильный мотор. Позже Владимир Попов резал своей керамикой стекло. Ну, а для вящего эффекта отметим, что "каменные" детали есть, например, в зенитных ракетах с тепловыми головками самонаведения.
Но как ставить на ракеты редкий, драгоценный камень? Пока этого не делается, потому что природная шпинель все-таки стоит слишком много. Пока "головы" ракет переносных зенитных комплексов типа американского "Стингера" или советской "Иглы" делались из фторида магния, MgF2, который пропускает лучи в тепловом и ультрафиолетовом диапазоне (длина волны от 0,12 до 8 микрометров, то есть – от 120 до 8000 нанометров).
ДЛЯ СПРАВКИ: диапазон ультрафиолетового излучения – 10-380 нанометров.
Диапазон инфракрасного излучения – от 740 нанометров до 1–2 миллионов нанометров.
Но в процессе производства обтекателей из фторида магния 87 % продукции идет в брак. К тому же, РФ лишилась своего производства прозрачных обтекателей – в ходе "реформ" и приватизации специальный завод в Никольском (Пензенская область) оказался разгромленным. Его прессы давно бездействуют.
Да и эти 12 процентов, которыми оснащали наши "Иглы", не решали стоящую перед ракетой задачу. Дело в том, что самолеты быстро научились уводить ракету в сторону с помощью отстреливаемых, ярко горящих магниевых ловушек. Кроме этого, обтекатели из фтористого магния имеют еще один очень существенный недостаток – при разогреве свыше 200 градусов керамика слепнет. MgF2 сильно подвержен эрозии. А значит, он не подходит для боевых ракет с гиперзвуковыми скоростями. Ведь их оболочка из-за трения в воздухе раскаляется так же, как и "лоб" (или днище) космического корабля, врывающегося в плотные слои атмосферы. Передние кромки крыльев и лоб летательного аппарата на скорости 5 махов (скоростей звука) разогреваются почти до 1200 градусов. Естественно, что ракеты с "глазом" из фторида магния, плавящегося при температуре в 1263 градуса, просто теряют прозрачность. А скорость для ракет воздушной войны – фактор критический. Иначе они не смогут поражать ни баллистические ракеты, ни перспективные гиперзвуковые самолеты, ни сверхзвуковые высотные цели.
Потому очень нужно было сделать рывок – создать обтекатели ракет из искусственной шпинели. Сверхпрочной и жароупорной. Шпинель, конечно, более "подслеповата", чем фторид магния, но зато она намного прочнее, ее температура плавления почти вдвое выше.
Американцы занялись этой проблемой с 1964 года. Такие известные ученые, как Navias (1961), Gatti и None (1979), Sellers and Roy 1973), Branton (1974), Hing (1976), Gentilman (1981), Maguire and Gentilman (1982), Nakahasi (1985), Shibata (1989), Boch (1991), Roy and Hassert (1991) считали, что физические и оптические свойства шпинели делают ее лучшим (среди всех известных материалов) кандидатом для использования в роли прозрачной брони для окон и обтекателей, в оптоэлектронных будущих системах наведения ракет и самолетов. В шестидесятые и семидесятые годы синтез шпинели исследовали многие солидные организации. То были и "Avco Corporation", и "General Electric Space Division", и North Carolina State University, Rutgers University, и знаменитый Стэнфорд (Stanford University), и "Coors Porcelain Company". Ну, а в наши дни в США уже предприняты усилия по возрождению исследований и коммерческого производства шпинели. Военная Научно-исследовательская лаборатория США (Army Research Laboratory – ARL) и фирма "TA&T" (Technology Assessment & Transfer Inc) из города Аннаполис, штат Мериленд подписали соглашение о совместном исследовании "Разработка и оценка использования в качестве многомодового элемента прозрачной шпинели"
С 1972 года такие же работы пошли и в СССР, в Государственном оптическом институте (ГОИ). Вернее, ГОИ выступил головной организацией, а вообще в программе задействовали шестнадцать научно-исследовательских институтов – кто-то работал по синтезу порошков, кто-то – по созданию способов давления и т. д. Но, забегая вперед, скажем, что работа успехом не увенчалась. К сожалению, в СССР шпинель с ожидаемыми свойствами создана не была.
Однако военным делом применение искусственной шпинели не исчерпывается. Шпинель нужна и для медицины будущего.
Почему, скажем, не пошел в хирургии сапфировый лазер? Почему не получился полноценный лазерный скальпель? Потому, что сапфир разрушается, не выдерживает высокой нагрузки. Из-за этого лазерные скальпели используют только в микрохирургии, в операциях с кровеносными сосудами. Для глубоких разрезов скальпель на рубиновом лазере не годится: рабочее тело может просто взорваться. Да и делать такие "лучевые скальпели" очень трудно: едва перекосишь оптическую ось сапфира – и все изделие идет насмарку.
Однако немецкий ученый Аккерман предложил: делать лазерные скальпели с использованием шпинели. Тогда они смогут выдерживать нагрузку почти в сотню раз большую. Осталось дело за малым: создать производство искусственной шпинели нужных качеств.
Но, что называется – легко сказать. Американцы, помучившись с этим делом с 1964 года, его потом надолго забросили. Методы горячего прессования или спекания шпинели оказались не настолько эффективными, чтобы получать изделия нужного качества и размера. Растили монокристалл, а он выходил не того качества. Шпинель крайне тугоплавка – она "тает" при температуре 2135 градусов. Для сравнения: жар для плавления стали – 1450–1520 °C.
Но Мастер не был бы Мастером, если бы не занялся бы и этой каверзной задачей, двинувшись своим путем. Он решил, что незачем заниматься монокристаллом шпинели, когда можно делать шпинель поликристаллическую. Но зато какую!
Впрочем, не будем забегать вперед, читатель.
Рождение "каменного" прорыва
Только-только выйдя на свободу в 1989 году, Виктор Иванович решил заняться искусственными драгоценными и полудрагоценными камнями. Изначально – из чисто ювелирных соображений.
В то время страна неудержимо и страшно впадала в агонию. Экономика шла вразнос. И вот после гибели Советского Союза Мастер покупает первые установки для производства бесцветных сапфиров – лейкосапфиров. Аппараты "Омега" для выращивания монокристаллов лейкосапфира, кстати, и ныне производит Луганск (http://omega-crystals.com/ru/). Делали их с прототипа: печей "Гном", разработанных в ГОИ. В свою очередь, выяснилось, что это были не очень удачные копии старых иностранных агрегатов, работающих на технологии Киропулоса.
Виктор Петрик действительно выкупил те установки, что были произведены по заказу Минобороны СССР, но после трагедии 1991 года оказались неоплаченными военными. Тогда десять аппаратов в 1992-м приобрел Мастер, и столько же – директор Института геологоразведки Виктор Рябков. Виктор Иванович долго мешкал, но потом поставил свои машины на заводе "Большевик". Но потом оба они свои "омеги" продали: они были уже неинтересны. Почему? Технология выращивания лейкосапфиров была уже давно устаревшей. Да и кристаллы на них получались плохого качества.
Нужно было двигаться дальше. Виктор Петрик делает личный заказ на военном заводе "Электромеханика" во Ржеве – на изготовление восьми машин продольно-горизонтального синтеза, разработанных гениальным ученым, член-корреспондентом РАН Хачатуром Багдасаровым.
Именно на установке Багдасарова В. Петрик впервые в мире вырастил гигантский рубин в молибденовом тигле. Дело в том, что синтез камней традиционными методами (например, методом Чохральского) имеет некооторые сильные ограничения. Например, невозможность равномерного распределения в кристалле, растущем из расплава, заданных примесей – в процессе формирования кристаллической решетки они просто вытесняются.
Это свойство положено в основу технологии очистки материалов методом зонной перекристализации градиентом температур. Так получают сверхчистый алюминий, что называется – девять девяток. То же происходит и при очистке лейкосапфира: вся грязь концентрируется в "пятке" выращиваемого кристалла. Ее остается только отрезать.
А зачем вообще аносить в кристалл какие-то примеси? Да затем, что от них зависит многое, в том числе – и окраска камня. Например, бесцветный корунд (лейкосапфир) с вндренными в решетку атомами титана будет иметь голубой цвет, а примеси хрома придадут ему ярко-красную окраску, и мы получим драгоценный камень под названием "рубин". Еще одна трудность – взаимодействие при высоких температурах хрома с материалом тигля. А это, как правило, вольфрам.
– В свое время профессор Мусатов из ГОИ пробовал вырастить гигантский рубин для лазеров. Ради этого невероятными усилиями был создан семикилограммовый иридиевый тигель. Но хром взаимодействует даже с иридием, – рассказывает Виктор Иванович. – Впервые в истории искусственный рубин синтезировал Вернель, в конце девятнадцатого века. Для этого он разработал бестигельный метод, при котором шихта плавится прямо в пламени водородной горелки.
Нам же удалось вырастить рубин в молибденовой "лодке". Чем же был защищен молибден? По методу горизонтального синтеза Хачатура Багдасарова: "лодка" с шихтой входит в зону нагрева. В носик "лодки" введен маленький природный рубин-затравка. Далее расплав, охлаждаясь, начинает кристаллизоваться вокруг той самой затравки.
Что сделал я? Сначала вырастил лейкосапфир. Потом снова размягчил его и насыпал сверху смесь оксидов хрома и железа. Ионы хрома, не соприкасаясь со стенками тигля, диффундируют в кристалл, занимают в решетке свободные от алюминия вакансии. Так получился рубин…
Следующей целью стала шпинель. Цветом такая же, как и рубин, но с фиолетовым оттенком. Потому ее поэтично называют "рубином цвета запекшейся голубиной крови". Этот оттенок придает шпинели содержащийся в ней магний.
– Засев за литературу, я обнаружил работу немца, доктора Аккермана, где он говорил о том, что лазерный скальпель не на рубине, а на шпинели – это настоящий прорыв в лазерной хирургии, – продолжает Мастер. – Аккерман уповал на природную, монокристаллическую шпинель. Прочитав такое, решаю: переключусь с ювелирной цели на другую, займусь-ка конструкционной шпинелью!