Текст книги "100 великих достижений в мире техники"

«Жидкая» броня

«Вода мягка, пока об нее не ударишься». Эта истина, отраженная в старинной поговорке, оказалась нитью Ариадны для создателей нового вида броневой защиты.

Похвальное слово кевлару. Еще во времена Средневековья удару меча, копья или стрелы тогдашние рыцари противопоставляли щиты, кольчуги да доспехи, созданные из материала, способного противостоять выпаду противника. Поначалу то были кожа да дерево, а потом – бронза и сталь.

Однако появление на поле боя огнестрельного оружия, казалось, положило конец доспехам, поскольку пуля пробивала любой панцирь. Уже знаменитые мушкетеры с неохотой пользовались доспехами, которые были тяжелы, сковывали движения, а толку от них было немного.

Солдат в жилете из жидкой брони

Свое второе рождение броня отпраздновала лишь в начале XX века. Сначала на поле боя появились первые бронемашины, а затем – уже во второй половине прошлого столетия – все шире стали распространяться бронежилеты.

В зависимости от назначения и степени защиты, они подразделяются на классы. Более легкие и, стало быть, менее надежные бронежилеты используют лишь синтетические материалы, в частности кевлар. А более тяжелые бронежилеты еще имеют специальные карманы, в которые дополнительно вставляются броневые пластинки из титана, специальной керамики и иных материалов. Именно они и принимают на себя удар винтовочной или автоматной пули, в то время как жилеты без вставок спасают в основном от пуль пистолетных.

Впрочем, не надо думать, что под ударами скоростных и тяжелых пуль кевлар рвется. Нет, это синтетическое волокно, имеющее химическое название «полипарафениленфталамид», по своим межмолекулярным связям в 4 раз прочнее стали. Так что скажем за него спасибо группе химиков во главе со Стефани Кволек, синтезировавшей этот материал в 60-х годах прошлого века.

В наши дни в современных бронежилетах используют и более современный материал Zylon, созданный в Японии. Он еще легче и прочнее кевлара.

Тем не менее стали учащаться случаи, когда легкие бронежилеты перестали выручать полицейских и бойцов спецназа. И дело тут не только в возросшей огневой мощи современного оружия, даже тех же пистолетов, но еще и в том, что иной раз пуля углубляется в тело, даже не прорывая нитей синтетического волокна. Оно ведь гибкое, а стало быть, под ударом пули проседает…

Именно в таких случаях и принимает удар на себя броневая пластинка. Она также распределяет приложенную силу на большую площадь, а то ведь от пуль иной раз остаются еще и синяки на теле.

Однако такие жилеты, как уже говорилось, тяжелы – до 12–15 кг весом; неудобны в носке, стесняют движения бойцов. А стало быть, неплохо бы их улучшить.

А что в активе? Ныне все в большей моде броня активная, способная не просто принимать удар на себя, а отвечать на удар ударом. Основу ее составляют кумулятивные заряды, которые отличаются одной особенностью. Вся их взрывная мощь направлена обычно в одну сторону, а то и в одну точку.

В итоге снаряд, попавший в танк или бронетранспортер, имеющий активную защиту, попросту отбрасывается направленным взрывом, не проникает внутрь корпуса. Таким образом, сохраняются и жизни экипажа, и живучесть самой машины.

И все было бы замечательно, если бы активная броня опять-таки не была довольно громоздкой. Все жизненно важные органы бронемашины приходится обвешивать сетками с довольно-таки объемистыми и массивными шашками кумулятивной защиты. Кроме того, при любом взрыве имеет место и отдача. И если в случае активной защиты танка, это не имеет большого значения, поскольку многотонную махину с места отдачей не сдвинешь, то попробуйте представить себе, что станет с бойцом, если по его телу развесить пакеты с кумулятивными зарядами активной защиты.

Да и сможет ли он вообще двигаться?

Тут нужно было искать иной выход из положения. И он был найден.

Текучая защита. Совсем недавно в арсенале разработчиков защитного снаряжения появился еще один способ, объединяющий достоинства предыдущих двух.

Впрочем, если разобраться, и у этой новинки есть исторические корни. Еще лет двадцать тому назад ученые и изобретатели начали эксперименты с так называемыми электро– и магнитореологическими жидкостями. В самом простом виде такая жидкость представляет собой взвесь металлического порошка в машинном масле.

В обычном состоянии такую жидкость запросто можно перемешать, например, обычной столовой ложкой. Но вот стоит поместить ее в магнитное поле, и происходит своеобразное чудо. В зависимости от интенсивности магнитного поля смесь начинает как бы «загустевать» и может достичь твердости монолита.

Поначалу такие жидкости использовали, например, для создания бесступенчатых коробок передач. Но лет десять тому назад американским исследователям пришла в голову мысль: а нельзя подобные жидкости переменной вязкости использовать и для создания бронежилетов нового типа?

Мысль сама по себе как будто неплохая. Только вот загвоздка: для наведения магнитного поля каждый солдат должен будет таскать с собой достаточно мощные, а значит, и массивные источники электропитания. А кроме того, как он узнает, в какой именно момент нужно включать защиту?

«А пусть защита сама себя включает, автоматически, – расправились с первой трудности исследователи. – Ведь не секрет, что существуют, например, пьезоэлементы, способные механическое давление или перемещение преобразовывать в электромагнитные импульсы»…

В общем, суть такой защиты в первом варианте мыслилась такой. Пусть бронежилет состоит из карманов, сшитых из кевлара. Внутрь каждого такого кармашка заливается электрореологическая жидкость, а сверху нашивается пластина пьезоэлемента. При попадании, скажем, пули или осколка в пьезоэлемент тот вырабатывает электрический импульс, жидкость тут же затвердевает, и пуля дальше не пройдет.

Идея как будто неплохая, но, когда прикинули общую массу такого сооружения, оказалось, что подобная защита подойдет разве что слону, способному таскать тяжести в сотни килограммов весом. Да и скорость срабатывания жидкости – то есть время ее перехода из жидкого в твердое состояние – измеряется десятыми долями секунды. А тут нужны миллисекунды…

Все течет, все изменяется… И тогда специалисты из Делавэрского университета (США), а также их коллеги из России и Израиля пошли кружным путем. Ими были созданы новые материалы на основе неорганических наноструктур, подобных фуллеренам.

Тут, видимо, надо пояснить, что фуллеренами называют крошечные, состоящие примерно из 60 атомов углерода, полые шарики, а затем и нанотрубки, обладающие рядом уникальных свойств.

В частности, созданные на основе фуллеренов материалы обладают изумительной прочностью. Во время испытаний композитная наноброня на основе углерода и титана показала способность останавливать пули со стальным сердечником, летящие со скоростью 1,5 км/с и создающие в точке удара давление около 250 т/см²!

Таким образом, появилась принципиальная возможность защитить бойцов даже от пули тяжелой снайперской винтовки. Однако первые образцы новых наножилетов тоже оказались не очень удобны, тяжелы и громоздки. Вот тогда-то специалисты и задумались над идей создания «жидкой» брони.

Суть идеи такова. Нынешние нанотехнологии позволяют создать материалы из смеси атомов металла и некоей жидкости, которые в обычном состоянии не имеют четко выраженной кристаллической структуры. Отдаленно они напоминают переохлажденную воду, которая еще сохраняет внешние признаки жидкости. Но достаточно малейшего механического воздействия, крошечного толчка – и такая структура у вас на глазах тут же превращается в твердый лед.

Нечто подобное происходит и в жидкой нанообороне при комнатной температуре. Пуля, входящая в контакт с наноструктурой, приводит к мгновенному образованию неких ансамблей – кластеров; и жидкий раствор в мгновение ока, а точнее в миллисекунду, превращается в монолит. Да такой прочный, что пуля попросту в нем застревает.

Но как только механическая нагрузка снимается, структура снова становится жидкой. И боец в наножилете снова имеет возможность свободно нагибаться, совершать любые движения.

Впрочем, и такая конструкция – еще не идеал, считают специалисты. В самом деле, пока конструкция наножилета при первом приближении выглядит так. В кармашки из кевлара разливается чудодейственная жидкость, а кармашки затем запаиваются.

Но что будет, если боец повредит такой кармашек, продираясь сквозь колючий кустарник или иным каким способом? Вся защитная жидкость попросту выльется.

Хорошо бы, наверное, и сами кармашки сделать подлежащими саморемонту. Взять, например, нас с вами. Стоит кому-то порезаться, кровь из раны течет не так уж долго. А потом свертывается, образуя своеобразный тампон, затыкающий ранку. Нечто подобное, наверное, надо придумать и в данном случае…

В общем, наножилеты участники спецопераций наденут еще не завтра. Но сами исследования уже вышли за пределы лабораторий. На специализированных полигонах, в обстановке строгой секретности ученые и военные эксперты продолжают отработку спецснаряжения для рыцарей XXI века.

Экипировка для штурма

Сегодня довольно часто можно услышать сообщение, что бойцы спецназа взяли штурмом очередной дом или квартиру, где засели боевики или террористы. Ну а как, интересно, бойцы умудряются остаться в живых под градом пуль? В том помогает им современная экипировка, созданная отечественными специалистами. В ряде случае она не имеет аналогов за рубежом.

«Начнем с того, что главное для бойца – уберечь свою умную голову от пули-дуры, – начал свой рассказ представитель Центра высокопрочных материалов “Армоком” Центрального НИИ спецмашиностроения Роман Самофалов. – А значит, прежде всего ему нужны каска или шлем».

Первые бронзовые шлемы появились еще во времена Античности. Однако они худо-бедно защищали голову лишь от удара мечом. Против огнестрельного оружия такие шлемы были бесполезны. Пришлось заменять их стальными касками. Однако даже бронированная каска времен Первой и даже Второй мировых войн могла уберечь голову бойца от вражеского свинца и прочих смертоносных металлов далеко не всегда. Лишь на излете пуля или осколок небольшого размера рикошетировали от каски, оставляя на ней лишь вмятины. При прямом попадании каска пробивалась насквозь.

Для того чтобы стальная каска на 100 % защищала голову бойца, необходимо было увеличить ее толщину. Однако при этом каска становилась столь тяжелой, что носить ее было практически невозможно. И так каски бойцы надевали лишь при самой острой необходимости – уж больно тяжелы и неудобны они были. С полупудовым грузом на голове много не навоюешь даже при проведении спецоперации, которая длится считаные минуты.

Наши специалисты нашли выход из положения, использовав для нынешних шлемов дискретно-тканевую броню. Не вдаваясь особо в подробности, которые являются военной тайной, скажем, что в основу такой брони положены современные особо прочные и в то же время прочные материалы на основе углепластиков, кевлара и других синтетических волокон.

В итоге появился шлем ЛШЗ-2ДТ второго класса защиты, который способен защитить от прямого попадания пистолетных пуль на расстоянии 5 м. Шлем прошел испытания и был принят на вооружение.

Впрочем, противник может быть вооружен не только пистолетом. С учетом этого «Армоком» в 2006 году по заказу одного из силовых ведомств России начал разработку шлема, способного уберечь бойца от выстрелов и из автоматического оружия, в том числе из автомата Калашникова с пулями повышенной пробиваемости, то есть имеющими стальной упрочненный сердечник.

Современная бронезащита бойцов напоминает доспехи средневековых рыцарей

И сотрудники «Армокома» такую задачу решили, создав шлем из органо-керамической брони, аналогов которой нет нигде в мире. По словам начальника лаборатории Центра высокопрочных материалов ЦНИИ специального машиностроения Ильи Гаврикова, такой шлем – многослойный. Снаружи – высокотвердый керамический экран, внутри – энергоемкая композитная подложка, состоящая из арамидной ткани, пропитанной эластичным связующим веществом.

Механизм защиты тут таков. Керамический экран, принимая на себя удар пули, разрушает сердечник, дробя его на части. А подложка из дискретно-тканевой композитной брони окончательно останавливает осколки.

Конечно, как говорит генеральный директор Центра «Армоком», лауреат Государственной премии, доктор технических наук Евгений Харченко, прямое попадание пули не проходит для бойца бесследно. Эффект такой, словно бы человека ударили по голове дубиной, он может даже потерять сознание. Однако боец останется жив, а это, согласитесь, совсем неплохо. При этом общая масса бронешлема – всего 1,2 кг, а не восемь, как это было бы, если сделать такую каску из стальной брони.

Кстати, на испытаниях в шлем стреляли с нескольких метров из автоматического огнестрельного оружия. В шлеме было обнаружено 8 повреждений, но – ни одной сквозной пробоины!

Впрочем, наши ученые и инженеры не собираются останавливаться на достигнутом. Кроме шлемов, древние рыцари обязательно использовали и щиты. Не забыта эта традиция и в наши дни. Спецназ тоже применяют щиты, причем опять-таки различного устройства и назначения. Наиболее простые металлические и пластиковые щиты предохраняют от камней, бутылок и всего того, что попадется под руку разбушевавшейся толпе. Ну а в наиболее серьезных операциях используются пуленепробиваемые щиты.

Например, бронещит ВЕЕР разработки Центра «Армоком» опять-таки многослойный. Внешняя сторона из высокотвердой керамики, изнутри – арамидная ткань. В щите есть смотровая щель для наблюдения, которая при необходимости может быть прикрыта дополнительной накладкой. Кроме того, щит имеет пулестойкий фартук, прикрывающий ноги и специальной крепление, позволяющее держать щит как левой, так и правой рукой – кому как удобно. Правда, весит пока такой щит многовато – около 19 кг, но конструкторы вскоре обещают представить и облегченные варианты.

Наконец, в кино и на телеэкране довольно часто можно увидеть, как бойцы спецподразделений врываются в здание прямо сквозь застекленные окна. Прикрываться щитом им при этом нет никакой возможности, а ранения и порезы от осколков стекла могут быть весьма серьезные. «Для таких случаев, – пояснил мне Роман Самофалов, – мы предлагаем противопорезный костюм, не имеющий отечественных аналогов. А также кольчужные спецперчатки, позволяющие без порезов выхватить нож из руки преступника».

Опять-таки в основе костюма – комбинированная металлоарамидная нить. Созданная из нее ткань не только защищает от порезов, но и позволяет в буквальном смысле проскочить сквозь огонь, поскольку обладает еще и высокотемпературной стойкостью. Этот костюм уже выпускается серийно и поставляется в силовые структуры России.

По заданию Министерства обороны специалистами «Армокома» разработан и маскировочный костюм с оптико-визуальной и радиолокационной защитой. Снайперы прозвали его «Лешим», или «Кикиморой», а на предприятии назвали «Шишок».

«В одном костюме нам удалось разрешить сразу несколько проблем, – пояснила заместитель генерального директора Центра «Армоком» Елена Кормакова. – Боец имеет сразу оптико-визуальную, оптико-электронную и радиолокационную защиту».

Непосредственное наблюдение противнику затрудняет маскировочная раскраска костюма с нашитыми на него пучками псевдотравы. Причем в краситель добавлен специальный состав, который рассеивает и инфракрасное излучение, делая бесполезными приборы ночного видения. А защита от радиолокационных средств обнаружения обеспечивается за счет применения радиорассеивающего материала.

На испытаниях человека, одетого в этот костюм, пытались обнаружить с помощью специальных приборов и на фоне леса, и в чистом поле. Не нашли…

Униформа XXI века

Премьера Валентина Юдашкина в роли костюмера Российской армии прошла не очень удачно. Но это вовсе не значит, что в XXI веке нашим солдатам придется вернуться к кирзовым сапогам, портянкам и извечной «хэбэшке». Как показали специальные исследования, боеспособность солдата во многом зависит и от того, во что и как он одет.

Как приодеть солдата? Армия США привлекла ведущие технические таланты страны к созданию суперсовременного обмундирования для своих солдат. Об этом недавно официально объявил представитель Массачусетского технологического института Нэд Томас. «На осуществление данного проекта с институтом заключен пятилетний контракт общей стоимостью в 50 млн долларов», – сообщил он.

За такие деньги специалисты из лаборатории Н. Томаса обещают сотворить немало чудес. Особая ставка делается на так называемые нанотехнологии, управляющие процессами на молекулярном уровне. В частности, идеальную маскировку обеспечат новейшие светоотражающие материалы. В проекте значатся даже «чудо-ботинки», придающие при прыжке солдату такой импульс, что ему под силу будет преодолеть семиметровую стену.

Солдат также должен быть готов к отражению химической, бактериологической и ядерной атак. Кроме того, его следует защитить и от более традиционных неприятностей типа пуль и шрапнели. Он обязан быть незаметным не только в обычном свете, но также в инфракрасном и радиоволновом диапазоне, чтобы спрятаться от радаров и приборов ночного видения. Солдату должно быть прохладно в самом жарком бою и тепло на холодной ночевке. Желательно, чтобы одежда была удобной, прочной и – чуть не забыл – хорошо стираться. Как бы справились с таким набором требований гражданские модельеры?

Боевая униформа XXI века

Эксперты английского военного дома моделей в Эссексе полагают, что лучше всего для подобных целей использовать структуру луковицы – сто одежек, причем каждый слой выполняет сразу несколько задач. К примеру, на нижнее белье возлагаются функции сохранения тепла и хорошего поглощения влаги (как не вспомнить о пресловутых памперсах!). А самый верхний слой куртки или маскхалата покрывают углеродом, который способен поглощать вещества, образуемые химическим, ядерным и бактериологическим оружием. Комбинируя различные слои одежды, солдаты смогут сражаться и во влажной жаре джунглей, и в сухом холоде Антарктики.

Еще один способ создания «волшебной» ткани, которая не пропускает влагу и держит тепло, придумали специалисты ЮАР. Необычные свойства новому материалу обеспечивает покрытие со свойствами мембраны, которая не дает влаге проникать внутрь, но позволяет человеческому поту выходить наружу под воздействием температуры тела человека, испаряясь через миллиарды микроскопических дырочек.

Белье в роли санитара. «Впредь американские солдаты станут облачаться в особое белье, плотно облегающее их тело, – сообщает иностранная пресса. – Эта часть одежды способна будет спасти многие жизни. В его ткань, укрепленную стекловолокном, внедрены крохотные – с булавочную головку – микрофоны. Как только вражеский снайпер подстрелит солдата, микрофоны сразу это зафиксируют»…

По шуму, произведенному пулей, можно тут же понять, какую кость она задела и задела ли вообще кость. Электроника отметит также, есть ли внутренние кровотечения, ведь в таком случае пострадавшая часть тела опухает и, значит, сильнее давит на ткань одежды. Все эти данные поступают в процессор, и тот радирует врачу, сообщая, где лежит раненый и что у него прострелено. Таким образом, врач, еще не видя пациента, уже располагает точным диагнозом и немедля решает, какие меры надо принять, чтобы спасти ему жизнь.

Тем временем первую помощь солдату оказывает его же собственное целительное белье. В ткань загодя вкраплены кое-какие крохотные облатки. Когда пуля пробивает тело солдата, она, естественно, разрывает и его одежду. Из этих лопнувших облаток начинают сочиться болеутоляющие и антисептические средства.

Это белье сумеет даже «перевязать» раненого. Допустим, нога солдата сильно кровоточит. Кровь хлещет струей, и нога теряет в весе – становится тоньше. Белье чуть-чуть обвисает – этого достаточно, чтобы раздался сигнал: «Раненому грозит большая потеря крови!» Тут же компьютер активизирует надувную подушку, вшитую в униформу. Раздувшись словно жгут, она перетягивает поврежденную часть тела.

Жилет для спецназа. Последний писк австралийской военной моды: жилет, отводящий тепло от тела. Личная система охлаждения (ЛСО) представляет собой жилет, внутри которого проложены трубки таким образом, чтобы был обеспечен максимальный контакт с поверхностью тела. По трубкам течет специальная жидкость, состав которой держится в секрете. Однако она работает по тому же принципу, что и жидкость, используемая в холодильниках. Кроме того, в жилете есть испаритель, превращающий жидкость в пар, после чего лишняя тепловая энергия уходит в атмосферу. Жидкость затем конденсируется и снова входит в трубки. Маленький насос и фен помогают циркуляции жидкости и ее испарению. Батарейки и запас жидкости необходимы для того, чтобы охладитель работал. Жилет надевается под форму или химзащитный костюм.

Современным военнослужащим такой жилет важен, поскольку им часто приходится выполнять задачи в пустынных или тропических условиях. Скажем, в Ираке и Афганистане летом жара и в 50° – не редкость.

В условиях тропического климата невозможно выдержать более 30 минут в изолированном защитном костюме, сделанном из резины и пластмассы. Мощные кондиционеры в автомобилях несколько облегчают ситуацию, но пехота не может весь день проводить в машинах. В то же время жилеты ЛСО позволят им чувствовать относительную прохладу во время выполнения своих функций.

В течение следующих 3–4 лет жилет будет совершенствоваться. Полагают, например, что он вскоре будет снабжен приспособлением для переработки выделяемого солдатом пота в воду, пригодную для питья и заправки системы охлаждения.

Солдат-хамелеон. Воин 2025 года будет менять окраску, как знаменитая своим искусством маскировки ящерица, полагают военные эксперты США. Доведется ему залечь там, где волнуется желтеющая нива, – пожелтеет и он. Если на его пути встретится кустарник, его одежда позеленеет, растворяя его среди мелкой листвы. Ну а подойдя к стене кирпичного дома, он станет буро-красноватым.

Все дело в особой одежде. Она оплетена тонкими полыми волокнами. В них пульсирует свет, порождая любую возможную расцветку. Солдат носит с собой миниатюрный компьютер. Его сканер моментально считывает цвет, на фоне которого оказался боец, а процессор тут же «подкрашивает» молодого героя, делая его неразличимым для врагов.

Еще проще добиться того же эффекта, используя полимеры с добавками, отводящими электрический заряд. Энергии солнечных лучей достаточно, чтобы изменить ориентацию молекул примеси, а значит, и их спектр поглощения, то есть цвет материала, скажем, с зеленого на голубой. В армии США уже проводятся эксперименты с камуфляжными костюмами из таких тканей.

Камуфляжную форму можно заодно превратить в своего рода «противогаз», облегающий все тело. Для этого надо заполнить полые волокна углеродом, который будет всасывать вредные химические или биологические вещества.

Создан также материал, который за доли секунды меняет свой цвет с защитного на белый, наилучшим образом отражая импульсное излучение. Весь «фокус» в специальной термочувствительной краске, структура которой включает в себя несколько бензольных колец, и цвет ее зависит от двойных связей в кольцах. При резком повышении температуры эти самые двойные связи разрушаются, и молекулы теряют свой цвет. Правда, пока непонятно, удастся ли подобными свойствами наделить также коричневый и черный красители, тоже используемые в камуфляжной форме. Тем не менее работы развернуты широким фронтом.