Юный техник, 2009 № 07

Осознав серьезность проблемы, Кардифф и его коллеги из Центра космических полетов НАСА имени Годдарда в штате Мэриленд стали думать, как ее решить. В конце концов, они сконструировали транспортное средство, которое должно будет уничтожать лунную пыль.

Dust Mitigation Vehicle (DMV) — «транспортное средство для снижения запыленности» — сможет расплавлять пыль с помощью солнечного света.

Так выглядит крупинка лунной пыли под микроскопом.

Солнечные лучи будут собираться в пучок с помощью линзы, в фокусе которой пыль будет плавиться, объясняет Кардифф. Покрытием из расплавленной пыли исследователи намерены «замостить» площадки для посадки лунных модулей, дорожки между пунктом посадки модулей и будущей станцией, а также подготовить основания, на которых будут поставлены купола самой станции.

В ходе этих работ устройство будет дистанционно управляться с Земли. Сейчас уже построен опытный экземпляр агрегата, который обрабатывает 13 кв. см поверхности в минуту. Конечно, это очень медленно. Однако не будем забывать, что солнечный свет на лунной поверхности более интенсивен, чем на Земле, — его не ослабляет атмосфера. Кроме того, за оставшиеся до новых лунных стартов 10 лет специалисты надеются существенно улучшить свой агрегат.

Для этого, кстати, им пришлось решить еще одну проблему. «Количество лунного грунта — реголита — на нашей планете довольно ограниченно, — рассказал Кардифф. — Нам же для экспериментов нужны, по крайней мере, центнеры лунной пыли. Так что пришлось синтезировать ее искусственно, используя в качестве эталона те образцы, которые некогда были привезены с Луны».

В. ЧЕТВЕРГОВ

ЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКА

Графит и его сородичи

Простой карандаш держал в руках каждый. Однако мало кто знает, что в XVI веке попытка контрабандой вывезти графитовый карандаш за пределы Англии могла стоить головы. Единственное на Британских островах месторождение графита было близко к истощению, и последовал строжайший королевский указ: добычу графита сократить до минимума. В итоге карандаши стали цениться чуть ли не на вес золота. Потом графитовые стержни научились делать не из цельного графита, а из смеси графитовой пыли с глиной, и карандаши резко подешевели.

Во второй раз графит стал стратегическим сырьем уже после Второй мировой войны. Графитовые блоки использовались при создании первых атомных котлов, а потому попали, наряду с ураном, в число важнейших полезных ископаемых.

В 60-е годы XX века графит вновь оказался под особой опекой. Дело в том, что в то время в СССР разрабатывался проект под кодовым названием «Бор». Его основу составлял небольшой, всего 6 м в длину, космический аппарат, имеющий размах крыльев не более полутора метров, с фюзеляжем клиновидной формы. На первый взгляд, он совсем не напоминал грозный космический истребитель. У него даже прозвище было совсем не военное — «лапоть». Но он здорово попортил нервы американским разработчикам программы «звездных войн».

Оснащенный ядерной боеголовкой, такой космолет мог быть выведен на околоземную орбиту с помощью ракетоносителя или стратегического бомбардировщика, который, разогнавшись, как из катапульты, выстреливал его в космос, откуда самолет-спутник по сигналу с наземного пульта управления мог произвести атаку.

Сбить его было бы очень трудно — за время с момента старта до поражения цели системы защиты не успели бы среагировать.

В ходе программы испытаний было произведено несколько пробных пусков от «Бора-1» до «Бора-5»…

Первые «Боры» вернулись с орбиты оплавленными, но затем советским специалистам удалось отладить теплозащиту на основе графита, и дорога на орбиту для космолета была открыта.

Так выглядел космолет «Бор».

Впрочем, до «звездных войн» дело, к счастью, не дошло. Но это не значит, что ныне интерес к графиту потерян. Им сегодня серьезно занимаются в Государственном НИИ конструкционных материалов. Гордость института — небольшой ромбовидный блок. По словам заместителя директора института, доктора технических наук Н.Ю. Бейлиной, этот блок из искусственного графита не что иное, как чрезвычайно ответственная деталь атомного реактора.

Искусственный графит делают из нефтяного кокса и продукта переработки каменного угля — пека при температуре до 2800 градусов. Получается прочный, плотный материал, изъяном которого до недавних пор считалась хрупкость. Однако теперь научились создавать и гибкие композиты, например, графитофторопласт.

Композитное полотно на основе углеволокна применяют в ракетно-космической технике, из него также делают чрезвычайно легкие, прочные планеры и корпуса парусных яхт. Изготовляют из материалов на основе углерода и эндопротезы, используемые при переломах. Такие протезы хорошо совмещаются с человеческим организмом. Суставы плеча, бедра, позвонки, сердечные клапаны, даже элементы глазных протезов тоже делают на основе углеродного композита.

И это еще не все.

Недавно ученые выяснили, что если удалить из графена — слоя графита толщиной в 1–2 атома все примеси, то подвижность электронов в нем побьет все рекорды: она будет в 100 раз больше, чем в кремнии, в 20 раз больше, чем в арсениде галлия GaAs), и даже выше, чем в абсолютном рекордсмене среди всех полупроводников — антимониде индия (InSb). А это значит, что из графена можно делать сверхбыстрые процессоры и другую электронику, работающую даже в терагерцовом диапазоне частот — малодоступной пока области электромагнитных волн, которая таит в себе немало открытий и важных практических приложений.

Расчеты смогли подтвердить на практике исследователи из Рутгерского университета (США). Ученые под руководством профессора Мэниша Чховеллы разработали относительно простой и дешевый способ изготовления из графена тончайших прозрачных пленок. Они уверяют, что могут осадить графен практически на любую подложку, включая гибкую полимерную, причем в виде лент практически неограниченных размеров.

Делается это так. Сначала специалисты смешивают с водой графитовые чешуйки. Затем в полученную суспензию добавляют серную или азотную кислоту. Атомы кислорода, встраиваясь между отдельными графеновыми слоями, окисляют их, способствуя разделению. В результате в воде образуются графеновые листочки. Эту взвесь фильтруют через мембрану с порами диаметром 25 нм. Вода проходит сквозь поры, а графеновые чешуйки задерживаются. Затем мембрану перекладывают на подложку вниз стороной, покрытой графеновыми чешуйками, и растворяют в ацетоне. Оставшуюся пленку выдерживают в гидрозине для преобразования графенового оксида в графен. Толщину пленки легко регулировать, изменяя объем используемой суспензии: так, при объеме 20 мл образуется пленка толщиной 1–2 нм, при 80 мл — 3–5 нм.

Проводящий прозрачный материал в ближайшие годы найдет применение в солнечных батареях, проекторах, сенсорных экранах и дисплеях. На графене, путем пере мещения пленки на кремниевую подложку и осаждения на нее золотых электродов, получены и транзисторы. Кроме того, графеновый слой толщиной в один атом необычайно чувствителен к каждому осажденному на нем атому другого вещества. Это позволяет делать газовые сенсоры и миниатюрные химические датчики высочайшего качества.