XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Наступил новый год, позади 2021-й, названный «Годом науки и технологий». Но это не значит, что новые научные исследования и эксперименты прекратились. Ведь как говорил великий ученый-физик Альберт Эйнштейн (1879–1955): «Учитесь у вчера, живите сегодня, надейтесь на завтра. Главное – не прекращать задавать вопросы» [1]. Его почти современник, советский физик Петр Капица (1894–1984), как бы продолжает мысль в данном направлении: «Ничто не мешает человеку завтра стать умнее, чем он был вчера» [1]. Действительно, простора для занятия наукой много, были бы желание и усилия.

Последние годы мы часто встречаемся на страницах научной литературы, прессы, в выступлениях, докладах, связанных с научными разработками такие слова, как наночастицы, нанотехнологии и т.п. Какое же общее и конкретное значение имеют научные открытия для развития отраслей, хозяйств, экономик и армий стран?

Разные мнения разных ученых были о смене общественно-экономических формаций, о причинах этих перемен. Современная наука считает, что основной причиной изменений экономической и научной жизни человечества является смена технологического уклада. В.Я. Поздняков и С.В. Казаков на основе общих взглядов ученых выделяют пять технологических укладов, которые освоило человечество на планете Земля в период своего сознательного существования и хозяйствования на ней (таблица 1).

Таблица 1 – Этапы технологических укладов и их характеристика [2:44]

Таким образом, нанотехнологии являются одним из признаков формирующегося нового шестого технологического уклада. Что именно будет его окончательной характеристикой пока до конца не известно, это покажет развитие науки и новых технологий в дальнейшем. Мы сделали попытку обобщить в определенном объеме примеры возможного применения нанотехнологий в оборонно-промышленном комплексе России.

В современных условиях армия должна быть мобильна, эффективна, автономна и, в то же время, многофункциональна. Такие показатели достижимы с применением новых материалов, новых технологий и т.п. В последнее десятилетие армия России сделала большие шаги в создании робототехники, беспилотных летательных аппаратов применяя совершенно новые технологии. Военные ведомства, государства выделяют немалые средства на разработку оружия будущего, новой экипировки. Что уже исследовано и что используется на данный период?

Сначала рассмотрим, что же такое нанотехнологии? «Нанотехнологии – это технологии, дающие возможность работать с ничтожно малыми объектами, хотя бы один линейный размер которых лежит в диапазоне до 100 нанометров. Один нанометр равен одной миллиардной части метра» [3]. Однако, следует отметить, что на сегодняшний день в мире не существует единого стандарта, который бы описывал понятия «нанопродукция» и «нанотехнологии». Одно понятно, что практический аспект нанотехнологий включает в себя изготовление различных устройств и их компонентов, которые необходимы для обработки и манипуляции молекулами, атомами и наночастицами. На развитие нанотехнологий в России еще до 2015 года планировалось потратить около 200 млрд рублей. Для внедрения в жизнь этой задачи была создана госкорпорация «Роснано». Перспективными проектами «Роснано» стали: оптоэлектроника, специальные стали, водородная энергетика, новое медицинское диагностическое оборудование. Российские инженеры и ученые для обеспечения интересов национальной безопасности планировали и начинают осуществлять нанотехнологии двойного назначения.«Технология двойного назначения – проектная, производственная, эксплуатационная или иная технологическая цепочка, которая может найти свое применение как в гражданской, так и военной технике» [4]. В России разработан Долгосрочный прогноз научно-технологического развития Российской Федерации на период до 2030 года (утвержден Правительством РФ 3 января 2014 года). Данный прогноз сформирован в разрезе приоритетных направлений развития науки, технологий и техники по следующим направлениям: информационно-коммуникационные технологии; науки о жизни (биотехнологии; медицина и здравоохранение); новые материалы и нанотехнологии; рациональное природопользование; транспортные и космические системы; энергоэффективность и энергосбережение. Таким образом, развитие нанотехнологий – запланированная и выполняемая нашим государством задача. Нанотехнологии, наверняка, могут быть использованы в разных областях жизни человека. Остановимся на военной сфере.

Еще недавно слова «нанотехнология» и «наночастица» были из области сказки и чудес, но сегодня понятно, что развитие данного научного направления внесет радикальные изменения в обеспечение национальной безопасности государств, окажет влияние на повышение качества военного искусства и военного дела. Как отмечает Сергей Юферов, «развитие данной отрасли затронет все стороны Вооруженных Сил – от стрелкового оружия и экипировки до сложных военных систем и космических аппаратов. В первую очередь, нанотехнологии найдут свое применение в уже существующих видах боевой техники и вооружений, существенно увеличив их функциональные характеристики и свойства» [5]. Согласимся с автором данных строк, что нанотехнологии позволят создать и новые конструкционные материалы, миниатюрные приборы обнаружения, будет значительно снижен вес, стоимость и энергопотребление данных устройств.

Как уже отмечалось, создаются технологии «двойного назначения». Например, применение «умной пыли». Эту технологию можно осуществить лишь с помощью наночастиц, т.е. с развитием современной микро- и наноэлектроники. Но для этого важно научиться также правильно управлять «облаком» наночастиц. Например, большая масса таких маленьких «биороботов», содержащих взрывчатые заряды, окутав единицу военной техники, может ее взорвать, а если потеряется связь по управлению данной массой, может случиться непредвиденное. Другим возможным полезным применением наночастиц в том числе и в армии России возможно по проекту уникальной разработки гетеромагнитных систем ОАО «НИИ-Тантал». Как отмечает генеральный директор данного объединения А. Игнатьев, «в его КБ были созданы гетеромагнитные системы, которые готовы к крупносерийному выпуску. Среди них есть микропроцессор на кристалле размером 5х5 кв. мм. На основе данного элемента можно создавать самые разнообразные структуры, которые не имеют аналогов в мире. К примеру, системы радиоэлектронной борьбы, высокоточного наведения на цель, борьбы с террором, системы защиты информации и многое другое» [5]. В производстве также все больше начинают использовать нанотехнологии. Например, покрывают лопасти вертолетов специальным нанометаллом, в пять раз продлевающий срок их службы (на Уральском заводе гражданской авиации), новые разработанные порошковые нанотехнологии позволяют генерировать электрическую энергию из любого вида органического топлива с КПД до 70%. И обобщая, можно отметить, что применение нанотехнологий может превысить эффект всех атомных и космических проектов [6]. Известный обозреватель и военный эксперт журнала «Арсенал Отечества» Алексей Леонков, исследуя роль применения наночастиц и нанотехнологий в военной сфере, отмечает основные области, где данные технологии могут дать определенный эффект. Это:

1. Сфера энергетических ресурсов и боеприпасов (совершенствование рецептур топлива и состава взрывчатых веществ).

2.Область обеспечения скрытности и защиты объектов по физическим полям (обеспечение невидимости объектов).

3.Область создания самовосстанавливающихся систем, которые позволяют автоматически приводить в первоначальное состояние поврежденные поверхности и несущие конструкции военной техники, а также проводить их маскировку, изменяя цвет наружных поверхностей.

4. В сфере конструирования современных систем связи, устройств и средств обнаружения химических и биологических загрязнений (сенсорные системы, датчики, микроботы)» [3]. Но, создание наноботов пока еще ограничено возможностями нанотехнологий, они исследуются пока на базе лабораторий, в реальных условиях, как отмечает Алексей Леонков, эффекта не наблюдается. А применению так называемой «умной пыли» уделяют большое внимание американские ученые. Они придают этому значение, так как составляющий «умную пыль» «миниатюрный беспилотник сможет нести и небольшое количество взрывчатки (50-150 граммов) и успешно применяться в борьбе с российскими системами ПВО» [3]. Поэтому, как отмечает А. Леонков, чтобы предотвращать такую угрозу, необходимо дальнейшее совершенствование средств радиоэлектронной борьбы.

Нанотехнологии ищут ответы и на то, как увеличивать длительность полетов при неизменном количестве топлива. Например «добавление серпентинита способствует повышению теплотворной способности топлива на 10-15%, а также обеспечивает полноту его выгорания. С таким нанотопливом ракеты смогут полететь дальше и быстрее» [3].

Нанотехнологии могут делать невидимыми военную технику, позволяя более эффективно решать боевые задачи. Так нанесение на поверхность военной техники краски, содержащей дисперсные микросферы феррита, позволяет достигать эффекта невидимости (стелс-технологии). Однако пока не во всех диапазонах принимаемого излучения РЛС (радиолокационной станции) создается эффект невидимости техники, покрытой ферритосодержащей краской. Однако успешное применение такой технологии наблюдается «в создании защиты от электромагнитного излучения помещений, в которых располагается электронная аппаратура. Характерным примером такой защиты является создание на боевых кораблях защиты отсеков и поверхностей, обеспечивающих работу различных РЛС и антенн связи. Покрытие на основе ферритов как бы «изолирует» друг от друга излучающие элементы, исключая частотные помехи, дополнительно защищая экипаж корабля от СВЧ-излучения» [3]. Технологии-невидимки, как можно назвать данное изобретение, используются для создания российских боевых самолетов и вертолетов. Элементы обшивки и конструкции, созданные на основе технологии нанокомпозитов, используемые в российских самолетах и вертолетах, позволяют снижать их радиолокационную заметность. «Например, как сообщалось в российских СМИ, новейший боевой вертолет Ми-28НМ получил композитные лопасти, созданные с применением нанотехнологий, затем их получил и Ми-26Т2В. Применение нанокомпозитов привело к сниженной радиолокационной и тепловой заметности самолета Су-57. Корпус нового тральщика «Александр Обухов» (проект 12700) – полностью композитный, в качестве армирующих материалов при его создании были использованы арамидные ткани различного плетения» [3]. Нанокомпозиты все больше применяются в военном деле, повышая ударопрочность и изнокостойкость изделий, где они используются. Например, «добавление углеродных наночастиц, таких как фуллерены, нанотрубки, астралены, придали элементам, входящим, например, в конструкцию самолета, новые характеристики – радиопрозрачность и молниестойкость» [3].

Важным вопросом, требующим рассмотрения и решения является создание более совершенной современной экипировки военнослужащих армии России, особенно ее специальных подразделений (СпН).

Обратившись к истории, можно вспомнить, что еще в 1967 году ученый-физик Виктор Веселаго обосновал теорию создания материала с «эффектом невидимости», которая позже легла в основу создания маскировочных устройств («плащей-невидимок») и маскировочных сеток для военной техники [7]. Конечно, следует отметить, что в разработке военной одежды, способной защитить военнослужащего от многих сторонних воздействий много сделано американскими фирмами. Но, в России также можно отметить определенные успехи в данном направлении. Если говорить в общем, то новое военное обмундирование должно обладать такими качествами:

1. Относительная легкость.

2. Медицинское обеспечение.

3. Защищенность от взрывов.

4. Защищенность от химического и биологического оружия.

5. Объединение наносистем в единую систему защиты военнослужащего.

Представим пример американской разработки: если применить в создании одежды для военнослужащих наносоединение фуллеренов с антителами, то можно использовать это для защиты от возможного применения противником биологического оружия, уничтожения споробактерий. И еще: «американская компания NanoScale Materials Inc. предложила продукт на основе нанотехнологий, который нейтрализует токсичные химикаты. Порошок состоит из активных наночастиц, которые связывают и дезактивируют около 24 известных боевых токсичных соединений» [3]. Поэтому важно понимать, что необходимо еще больше заниматься исследованием возможностей наноматериалов для создания конкурентоспособной военной одежды, и не только. Тем более, что по прогнозам западных ученых массовое военное применение нанотехнологий ожидается к 2030 году. Президент Российской Федерации В.В. Путин с удивительной прозорливостью, подкрепленной знанием военной обстановки еще в 2007 году отмечал: «Нанотехнологии, безусловно, будут ключевой отраслью для создания сверхсовременного и сверхэффективного как наступательного, так и оборонительного вооружения, а также средств связи» [8]. Хотя в 2007 году о нанотехнологиях говорили, как о фантастике, еще раз подтверждается научная истина, высказанная еще Константином Эдуардовичем Циолковским о том, что сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка, а за ними шествует точный расчет. В России с 2007 года и началось освоение государственных программ развития нанотехнологий. И как же продвинулось использование наноматериалов в создании военной экипировки российских военнослужащих, особенно бойцов спецназа? И не без гордости за нашу страну, наших конструкторов хочется отметить, что несмотря, что российские спецподразделения часто используют элементы одежды, произведенной иностранными фирмами (например, американский камуфляж расцветки MULTICAM и др.), но наиболее эффективны именно отечественные бронежилеты. Рассмотрим эти вопросы подробнее.

Если говорить в общем, то в армиях всего мира ведутся активные разработки в отношении поиска новых материалов, позволяющих создать новые средства индивидуальной бронезащиты для бойцов армии и спецподразделений. Основной упор делается именно на использование нанотехнологий, вследствие применения которых не только должна снизиться масса бронежилета, но и решаться следующая задача: максимально оградить владельца снаряжения от травм. Бронежилеты становятся сейчас не только средством защиты, но имеют элементы связи и системы жизнеобеспечения военнослужащего. Несмотря на то, что высказываются разные мнения о качестве отечественной военной экипировки, но как пример приведем следующее: сотрудник СОБРа МВД России считает, что отечественные защитные материалы лучше и классы защиты бронежилетов выше, чем у иностранных изделий [9]. Вернемся к наноматериалам, и что поможет сделать отечественный бронежилет более надежным и безопасным? В центре внимания разработчиков – наноматериал графен. «Графен, который многие называют революционным материалом XXI столетия, – самый прочный, самый лёгкий и электропроводящий вариант углеродного соединения. Не исключено, что графен, разработанный в лабораторных условиях, в ближайшее время найдёт свое применение не только в элементах питания солнечных батарей или микроэлектронике, но и будет спасать жизни солдат на поле боя» [10]. Опираясь на исследования американских ученых, можно отметить, что синтез двухслойного графена позволит сверхпроводник превратить в сверхпрочную защитную ткань и решить главную проблему всех бронежилетов — сочетать сверхпрочность с лёгкостью средств защиты. Экспериментально было доказано, что особая прочность проявляется именно у двухслойного графена. Таким образом, новые материалы позволили облегчить бронежилет и оградить его владельца от тяжелого вреда здоровью. «Окончательные выводы относительно эффективности таких средств защиты можно будет делать лишь тогда, когда будут готовы первые серийные изделия. Но по своей структуре двухслойный графен, скорее всего, окажется прочнее кевлара и сможет гораздо эффективнее рассеивать энергию от попадания пули», – отметил в интервью RT один из сотрудников российского НИИ [10]. Ученые отмечают, что возможно, применение графена, приведет к отказу от применения материала кевлара. Однако возникают вопросы, связанные с массовым производством графена, так как проблема заключается в том, что для остановки пули и снижения заброневого воздействия требуется бронелист, состоящий из многих миллионов слоёв графена, а для этого требуется наладить производство нового материала в промышленных масштабах, что пока нереально [10]. Израильские ученые разработали технологию создания бронежилета из нанотрубок по принципу конструктора, т.е. собирать бронежилет можно было бы подобно мозаике. Несмотря на то, что новый материал оказался и легче, и прочнее, из-за высокой стоимости в серийное производство он так и не был запущен. Другая идея создания прочного бронежилета была основана на использовании кевларовых бронежилетов с пропиткой специальным составом, гелем. «В основе геля для пропитки арамидного волокна лежала неньютоновская жидкость – неоднородный состав со сложной молекулярной структурой» [10]. Новая технология получила название «жидкой брони». Пуля, попадая в пропитанный гелем бронежилет, заставляет затвердевать гель и останавливает свой полет, обеспечивая повышенную защиту бойцу. Бронежилет при этой технологии может стать на 45% тоньше и легче. Однако, бронежилеты постоянно совершенствуются, они уже должны обеспечивать его владельцу и систему жизнеобеспечения, и систему связи. Поэтому появилась идея блочности при комплектовании бронежилета. Первыми такую систему в формировании бронежилета применили именно российские военные. В 2017 году первый командир спецподразделения ССО МО РФ Олег Марьянов отметил: «что бронежилет для российских спецназовцев будет сочетать в себе целый ряд вспомогательных устройств. И первые решения, связанные с объединением систем и подсистем в единый боевой комплект, успешно опробованы при разработке и производстве комплекта боевой экипировки «Ратник»[10]. Гендиректор ЦНИИТОЧМАШ Дмитрий Семизоров отметил, что этот спецкомплект для российских военных является одним из самых безопасных в мире. «У нас есть информация по воздействию на эту экипировку в рамках реального применения: не было зафиксировано ни одного случая пробития средств индивидуальной бронезащиты – ни шлемов, ни бронежилетов» [10]. Следует отметить, завершая разговор, что вопросов совершенствования экипировки российских военнослужащих, в том числе и на основе новейших материалов остается большое множество, но эти вопросы необходимо терпеливо и успешно решать.

Список использованных источников.

https://ru.citaty.net

Поздняков В.Я., Казаков С.В. Экономика отрасли. – М.: ИНФРА-М, 2011. – 309с.

Леонков, А. Современный бой: батальоны просят нанотехнологий // Арсенал Отечества, 11 декабря 2018 г.

https://ru.wikipedia

Сергей Юферов. «Нанотехнологии на службе военных» // Военное обозрение. https://topwar.ru/

Сергей Юферов. «Нанотехнологии на службе военных» // Военное обозрение. http://www.army-guide.com/rus

Владимир Коробицын. «Плащ-невидимка» // zvezdaweekly.ru

Фурсенко, А.А. Самые громкие научно-технические скандалы – 2007 // http://www.ras.ru/

Алексей Михайлов. Спецназ оснащается самостоятельно // Военное обозрение, 4 июня 2014. http://vpk-news.ru

Иван Ерофеев. «Рассеять энергию пули»: как нанотехнологии используются в военном деле // 2.01. 2018. warfiles.ru