Металл без коррозии
Учёные и производственники не верили своим глазам. Назревала сенсация века, переворот в промышленности. Но факты налицо. Наверх, в высокие кабинеты тогдашнего СССР ушла информация о работах по лунным породам в лаборатории Института геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского. «Не может быть, – ответил академик А. Виноградов. – Проверьте ещё раз и найдите свою ошибку. Это же элементарное железо, да ещё в такой степени измельчённое должно неизбежно сгорать…» Эксперимент повторяли снова и снова. И с той же настойчивостью лунный грунт «сигналил» о наличии ЧИСТОГО, НЕОКИСЛЕННОГО МЕТАЛЛА.
Спасительный реголит
Сколько сегодня различных металлов в человеческом обиходе? Наверное, можно подсчитать, но и так ясно: много. А сколько люди теряют металла из-за коррозии? Ещё в конце 1980-х академик Я. Колотыркин привёл потрясающий факт: в развитых странах коррозия «пожирает» ежегодно около ДЕСЯТОЙ ДОЛИ национального дохода. Вряд ли эта цифра уменьшилась и сегодня. С учётом кризисов и других негативных процессов в мировой экономике, скорее, наоборот.
Лётчик-космонавт Георгий Береговой в книге «Космос – землянам» (Москва «Молодая гвардия», 1981 год) с тревогой отмечал: «Коррозия … неумолимо распространяется по всему телу металлических изделий, будь то корпус судна или кузов автомобиля, водопроводные трубы или стенки атомных реакторов. С коррозией борются. Разработаны различные покрытия, ищут способы замены металлов стойкими пластмассами и даже стеклом, используют так называемые ингибиторы коррозии. Но все эти меры либо слишком дороги, либо недостаточно эффективны. Металлы продолжают ржаветь. Так на Земле. А вот на Луне…» (стр. 106).
Что же имел в виду Георгий Тимофеевич? Чистое железо в лунном грунте – реголит! Его в лаборатории, где собраны уникальные образцы лунных пород, доставленных на Землю советскими станциями «Луна-16», «Луна-20», «Луна-24» и американскими астронавтами, обнаружили сразу. Реголит покрывает тончайшей (в 1/10 микрона) плёнкой большую часть поверхности земного спутника. Мэтры науки и производства были уверены:
стоит этому лунному железу оказаться в земных условиях, оно тут же окислится.
Всё-таки решили убедиться на опыте. Извлекли кусочек реголита из камеры, где он хранился в «космической среде», и оставили на воздухе. Прошла неделя, другая, месяц, а приборы неизменно отмечали, что лунный грунт не окисляется, не сгорает.
Тут-то и начался шум с настойчивыми просьбами академика Виноградова. О странном поведении реголита он упомянул в докладе о предварительных результатах исследований на заседании Президиума Академии наук Советского Союза. Академик Мстислав Келдыш, который вёл заседание, заметил:
– Если вы поймёте, как получается на Луне такое железо, и научите нас производить его в земных условиях, то это окупит все расходы на космические исследования.
Красноречивое заявление! Келдыш распорядился не жалеть лунный грунт для исследований, помог привлечь к нему широкий круг специалистов из других исследовательских учреждений.
К работе также приступили сотрудники Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова, Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии АН СССР и позднее – Института металлофизики АН Украинской ССР.
Опыт многократно повторялся в Союзе и в США. В рентгеновских и фотоэлектронных спектрометрах тончайшим слоем наносился на своеобразную мишень лунный реголит. Его подвергли рентгеновскому облучению и последующему анализу. Все эксперименты убедительно доказали: в лунном реголите есть чистое железо.
Пробовали исследовать его на нужных установках, но результат получили не сразу. Выяснилось, что чистые металлы лежат на самой поверхности, в самом верхнем и тонком слое крупинок лунного грунта. Вот почему вроде бы очевидное искали долго и трудно.
Секрет лунного чуда
Оказалось, что на поверхности секрет можно запрятать надёжнее, чем в глубине. Так и сделала природа с лунным реголитом. Чистое, восстановленное железо занимает здесь тончайший слой толщиной порядка 20 ангстрём. Дальше обыкновенные окислы. Если сравнить с земными образцами, где сверху коррозия, а под ней – чистый металл, то на Луне всё наоборот.
Анализ поверхности реголита специалистами Института металлофизики не только подтвердил результаты предыдущих исследований по железу, но принёс ещё одну сенсацию: установлена аналогичная неокисляемость в земных условиях лунного титана и кремния. Так родилось открытие, внесённое в Государственный реестр под номером 219:
«Свойство неокисляемых ультрадисперсных форм простых веществ, находящихся на поверхности космических тел». Учёных заинтересовал вопрос: почему это происходит? Стали моделировать лунные условия: земные материалы подвергались резким перепадам температур в вакууме. Железо восстанавливалось, но ненадолго. Затем бомбардировали их протонами. Железо и титан восстанавливались, а кремний – нет.
Наконец «обстреляли» ядрами аргона и получили желаемый результат: все три элемента не только восстановились, но впоследствии не окислялись в атмосфере.
Таким образом, сделано величайшее открытие: металлы закаляются от коррозии… СОЛНЕЧНЫМ ВЕТРОМ. Как пишет Георгий Береговой, «покрываемый поверхность Луны реголит – это смесь обломков пород, минералов, стёкол, спеков, образовавшихся под действием метеоритного дождя и потоков заряженных частиц» (стр. 108).
Неудивительно, что будущая космическая промышленность, заводы на орбите и других телах Солнечной системы находились в поле зрения основоположника теоретической космонавтики К. Циолковского.
Доктор физико-математических наук, участник Чтений К.Э. Циолковского в Калуге Леонид Лесков и другие учёные разработали современные аспекты этого вопроса. Многое из того, что писал о реголите и космическом производстве Г. Береговой, сохраняет актуальность и в наши дни. К Луне сегодня проявляют всё больший интерес Россия, США и Китай. Они намерены добывать на Селене гелий-3 (топливо для атомных электростанций). Не исключено, что и реголит.
Решение проблемы коррозии металла откроет перед человечеством громадные перспективы в промышленном производстве, развитии транспорта и других сферах жизни как на Земле, так и впоследствии и в Солнечной системе.
