Нанотехнологии. Правда и вымысел

На одной из первых ежегодных Форсайтовских конференций, проводимых с 1989 года, по инициативе 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 нанотехнологий ведутся по шести основным направлениям: энергетические ресурсы и боеприпасы, обеспечение и противодействие невидимости объектов, защитные и самовосстанавливающиеся 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 вглубь 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 испытана новейшая объемно-детонирующая авиационная бомба ОДАБ-9000, 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.

До этого времени самой мощной неядерной бомбой считалась американская Massive Ordnance Air Blast («Бомба воздушного площадного взрыва»), или GBU-43/B МОАВ по американской официальной квалификации. По другой, неофициальной маркировке, аббревиатуру MOAB расшифровывают как – Mother Of All Bombs («Мать всех бомб»).

Отечественными военными было отмечено, что конструкторы новой бомбы назвали свое десятитонное изобретение «Папой всех бомб» – в противовес американскому вакуумному боеприпасу.

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 современных условиях», – заявил Ю. Балыко.

По данным журналистов, российская бомба в четыре раза мощнее американского аналога. При этом температура в центре разрыва в два раза выше. Площадь поражения также в два раза шире – 300 м против 150 м.

Приблизительно в 1960 году американскими военными конструкторами было установлено, что уже через 125 мс после подрыва боеприпаса, содержащего 10 галлонов (примерно 32–33 л) окиси 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.

Впервые аналогичные бомбы (тогда их называли «топливными» или «бензиновыми») применялись армейской авиацией США еще в годы войны в Корее в 1950–1953 годах. Сейчас их иногда называют «вакуумными» бомбами (наверное, из-за того, что в эпицентре взрыва кислород выжигается практически полностью).

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 широко использовали вакуумные бомбы во Вьетнаме летом 1969 года во время американо-вьетнамской войны для расчистки джунглей. Использование вертолетов для подвоза материальных средств, а также эвакуации раненых 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 их к гибели.

Эффект от применения новой бомбы превзошел все ожидания. Американский многоцелевой вертолет типа UH-1 Iroquois (производства фирмы Bell Helicopter Textron, более известный как «Хьюи», Huey) 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 «Аль-Каиды» 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.

Разработанная американцами «Мама всех бомб» при длине в 10 м и диаметре 1 м производит угнетающее впечатление. Из общей массы в 9,5 т около 8,5 т приходится на мощную взрывчатку на основе алюминиевого порошка типа H6 австралийского производства (по мощности в 1,3 раза превышает тротил).

MOAB разрабатывалась взамен знаменитой BLU-82 Daisy Сийег и впервые была испытана в марте 2003 года на полигоне во Флориде.

Как уже отмечалось, радиус ее гарантированного поражения – около 150 м, но частичные разрушения отмечаются и на расстоянии более 1,5 км от эпицентра взрыва. GBU-43/B не является высокоточным оружием, но наводится она все же с помощью GPS. При этом используются решетчатые рули, широко применяемые в аналогичных российских боеприпасах.

Боевое применение подобных авиабомб наиболее целесообразно при расчистке больших территорий от лесных насаждений (джунглей или тайги), а также как эффективное противопехотное или противотанковое средство.

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.

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 скопившегося 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 (Франция) до Ташкента (Узбекистан) и от берегов Атлантики до Красноярска (Россия) 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 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.

Разработанная технология объявлена военной тайной, но так как ее сравнивают с американской ОДАБ GBU-43/B MOAB, следует подробно рассмотреть, в чем же заключается принцип действия подобных бомб и какое отношение к нему могут иметь нанотехнологии.

Если вакуумная бомба давно известна, какой вклад внесли нанотехнологии в ее совершенствование? Ответ оказывается достаточно простым.

Известные отечественные ученые-химики заявляют, что современные технологии изготовления алюминиевого порошка (пудры) для вакуумных бомб обеспечивают дисперсность частиц размером до 100 нанометров. Дескать, вот и вся нанотехнология.

Естественно, чем меньше размер частиц распыляемого вещества, тем выше их проникающая способность, больше площадь распыления, а следовательно и площадь поражения. При этом, чем меньше дисперсность частиц, тем более полно они сгорают, обеспечивая выделение максимальной энергии сгорания при меньшей массе всего заряда, что имеет немаловажное значение для транспортировки бомбы к месту применения.

При этом указывается, что ни одна химическая реакция не может сравняться с ядерной (разница примерно в 10 миллионов раз), называя данную разработку очередным проявлением «нанопурги» от отечественных военных структур.

Другим направлением исследований, как уже отмечалось, является создание различного рода защитных средств. Так, израильская компания ApNano Materials недавно испытала один из наиболее стойких к удару материалов, известных человечеству (рис. 76, 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) создали новую нательную броню для солдат на основе самосгущающейся жидкости (Shear Thickening Fluid, STF). 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 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. 73).