Пути в незнаемое

В бортовом журнале «Салюта-5» летом 1976 года один из опытов обозначался кратко: «Поток». Установка «Поток» была частью научного комплекса «Физика», размещенного в приборном отсеке орбитальной станции. Цель эксперимента — изучение движения жидкости под действием капиллярных сил в условиях невесомости. Капиллярность — свойство жидкостей подниматься и опускаться в тонких «волосяных» (в старых словарях слово «капиллярность» заменялось не употребляемым ныне словом «волосность») каналах — исследовалась еще классиками науки. Однако, несмотря на то что изучена она в земных условиях достаточно подробно, нельзя сказать, что явление капиллярности широко используется в промышленности и быту. Всевозможные фитили, уплотнение почв, чтобы поползла по тонким каналам вверх, к корням, влага. Больше — не помню.

И в фитилях, и в поле главный спор шел между силами капиллярности, которые в тонких смачиваемых (это важно!) каналах влекли жидкость вверх, и силами земной тяжести, которые тащили ее вниз. В космосе гравитационных сил нет, поэтому теоретики предсказывают расширение полезных применений явления капиллярности.

Эксперимент на «Салюте-5» был классически прост. Два прозрачных шара соединены капиллярной трубкой. Один шар, в котором налита подкрашенная жидкость, изготовлен из материала ею не смачивающегося. Другой шар — смачивается. Еще одна трубка, соединяющая шары, предназначена для перетекания воздуха. Прозрачность установки позволяет вести киносъемку опыта.

По идее, силы капиллярности, не сдерживаемые силами тяготения, должны перетащить, перекачать жидкость из шара в шар гораздо быстрее и энергичнее, чем это они могли бы сделать на Земле. Скорость перетекания действительно возрастет. Не станет ли этот простой опыт прообразом будущих капиллярных насосов межпланетных кораблей, идеальных насосов, которые не имеют никаких движущихся частей и которые не требуют для своей работы никакой энергии?

Если «Поток» по самой мысли своей исследовал нечто отвлеченное, то «Сфера» должна была помочь в решении задач сугубо практических. Оба эти опыта объединялись не только комплексом «Физика», но и предметом изучения: в «Сфере» жидкость тоже взаимодействует с невесомостью.

Герои фантастических романов и вполне реальные герои телепередач космовидения до этого уже не раз демонстрировали, как моментально обретает форму шара пролитая в невесомости жидкость: форма ее определяется лишь силами поверхностного натяжения. На Земле подобные условия невозможны. Правда, наши предки, не зная и слова такого — «гравитация», — стремились обмануть ее, когда изготовляли свинцовую дробь, пропуская расплавленный металл через сита, установленные на верхушке башни. В наши дни, чтобы изготовить особо точные шарики для прецизионных шарикоподшипников, требуется провести более десятка технологических операций. Кроме того, при доводке формы нарушается поверхностная структура металла. Космос — идеальное место для изготовления идеальных шариков. Этот тезис и проверялся в полете «Салюта-5».

Металлические заготовки для космической плавильни для простоты были сделаны из сплава Вуда — смеси висмута, свинца, олова и кадмия, который плавится при температуре чуть выше 60 градусов. (Помните трюк на вечерах «занимательной науки»: чайная ложка в стакане тает на глазах удивленных зрителей под струей кипятка?) Капли расплавленного электрическим нагревателем металла выталкивались в лавсановый мешок, размеры которого были достаточно велики, чтобы капли успели затвердеть до того, как они соприкоснутся со стенками мешка. Мешок, собственно, нужен был только для того, чтобы не ловить потом маленькие шарики по всем отсекам станции.

«Сфера» должна была дать идеально точные сферы. Однако идею требовалось проверить. Форма теоретически может искажаться, если центр масс жидкости не будет совпадать с центром масс самой орбитальной станции. Кроме того, капелька может, затвердевая, колыхаться, хотя теоретически доказывалось, что силы поверхностного натяжения должны быстро справиться с силами вязкости, и капля почти мгновенно приобретает идеально сферическую форму. Если так, то, как сказано в книге И. Белякова и Ю. Борисова «Технология в космосе», «молекулярные силы могут использоваться как средство обработки металлов». Если так, то «допуски на изготовление изделий с помощью сил поверхностного натяжения могут быть уменьшены на несколько порядков».