«Порох / Явил свой дымный лик и разметал / Доспехи рыцарей, / Как ржавое железо»,– писал о появлении огнестрельного оружия великий Максимилиан Волошин в своей трагедии материальной культуры «Путями Каина». Действительно, с широким внедрением пороха, пуль и снарядов тогдашние средства индивидуальной защиты мгновенно устарели и покинули театры военных действий. С тех пор в буквальном смысле слова поколения учёных и инженеров всего мира бились над тем, чтобы создать новые материалы, способные защитить солдат от «огнестрела». Но только по мере освоения нанотехнологий человечество вплотную приближается к созданию лёгких и эффективных средств индивидуальной защиты (СИЗ).
Чудесный оранжевый гель
О том, что британская и американская армии (а также армии других стран – участниц блока НАТО) вот-вот перейдут на новые защитные боевые шлемы, в которые будет добавлен инновационный вязкий наногель, способный мгновенно поглощать импульс силы, то есть служить надёжной и лёгкой бронёй, самые разные СМИ говорят и пишут вот уже несколько лет подряд. Известен даже цвет этого «чудо-геля» – оранжевый, по всей видимости из-за того, что так он окрашен в презентационном ролике, гуляющем по сети Интернет и служащем источником вдохновения для журналистов, пишущих про нанотехнологии и разные научные открытия в рубриках «Калейдоскоп» или «Это любопытно».
Определённая доля правды в этих статьях, разумеется, есть. Действительно, изобретённый Ричардом Палмером, сотрудником компании Blue Divine Ltd., вязкий наноматериал при ударе ножа, пули или осколка мгновенно переходит в твёрдое состояние и образует на пути смертельного металла непробиваемый заслон. Этот фазовый переход происходит меньше чем за одну миллисекунду, что и позволяет создать защиту от различных механических воздействий. Принцип действия новой брони основан на свойствах «умных молекул», которые мгновенно соединяются в блоки при ударном воздействии, а по окончании удара расцепляются, возвращая материал в исходное вязкое состояние.
Эксперты отмечают, что т. н. неньютоновские жидкости, вязкость которых зависит от градиента скорости попавшего в них предмета, сами по себе новостью для науки не являются. Например, так ведёт себя смесь кукурузного крахмала и воды. При медленном движении молекулы легко скользят друг вдоль друга, а при энергичном воздействии сцепляются, поглощая при этом кинетическую энергию. Кстати, именно это свойство отмечал в своём известном юмористическом рассказе «Бритва в киселе» писатель Аркадий Аверченко – современник вышеупомянутого Максимилиана Волошина.
Как говорится, кто же знал, что технологии для создания новой лёгкой брони, способной защитить личный состав от огнестрельного оружия, настолько близки... А ведь долгое время были попытки создания именно традиционных, стальных доспехов. И если каски в ХХ веке всё-таки показали определённую эффективность в ходе боевых действий – защиту от шальных пуль на излёте и осколков,– то различные переносные бронещитки и тем более стальные кирасы лишь сковывали движения личного состава, делая его удобной мишенью и практически не защищая от огня противника.
Лёгкая каска, мягкий жилет
Увы, действительность оказалась далека от теории – может быть, не так, как запуск первого спутника от колонизации Марса, но доработки «чудо-гель» требует ещё серьёзной. И хотя защитный мягкий пластичный полимер, твердеющий при силовом воздействии, уже используется в спорте, например в костюмах горнолыжников, которые развивают высокие скорости, однако от пуль «умные молекулы» сами по себе спасать не научились.
Как говорится, стрельбой шариками из духового ружья по опытным образцам продукции хорошо заниматься на полигоне, а до боевой обстановки и серийного производства материал ещё должен «дорасти». Так что те же британцы пошли по упрощённому пути – хотя разработанный ими гель D30 для защитных шлемов сам по себе остановить пулю не может, использование его в сочетании с другими материалами позволит не только повысить надёжность каски, но и облегчить её вес, что немаловажно.
Точно по тому же пути пошли российские и американские инженеры: и у нас, и за океаном работают над новой конструкцией бронежилета с применением элементов «жидкой брони». Если говорить упрощённо, новый бронежилет состоит из особой ткани, пропитанной тем самым защитным гелем. В отличие от стандартных бронежилетов, сила от удара пули или ножа в «жидкой броне» не сосредотачивается в одном месте, а распределяется по поверхности. Это позволяет если не избежать, то хотя бы уменьшить «побочный эффект» в виде гематом (синяков), остающихся на теле от попадания пули под традиционным кевларовым бронежилетом.
Кстати, обработав защитным гелем кевларовую ткань, инженеры смогли значительно улучшить её защитные характеристики: гель при ударе, помимо собственной жёсткости, дополнительно скрепляет отдельные волокна ткани, мешая им разойтись под действием проникающего предмета. Что особенно важно, это позволяет существенно улучшить сопротивляемость бронежилета не только огнестрельному, но и холодному оружию – ведь, как известно, традиционные бронежилеты защищают от острых колющих предметов значительно хуже, чем от пуль.
Кроме того, с помощью новой технологии можно эффективно защищать не только грудь, спину и голову, но также руки и ноги солдат. Обработанная инновационным гелем ткань в обычных условиях остаётся гибкой и практически не стесняет движений человека, однако под действием энергии пули или удара ножом она твердеет – превращается в броню.
В России разработку «жидкой брони» с 2006 года курирует екатеринбургский Венчурный фонд ВПК, который планирует не останавливаться на опытных образцах, а вывести этот продукт на рынок. И уже в 2007 году специалисты провели первые испытания отечественного защитного наногеля. Российские инженеры рассчитывают использовать «жидкую броню» не только для производства СИЗ (бронежилетов, шлемов и др.), но и для усиления защиты любых других объектов – вертолётов, катеров, автомобилей. Вообще, сфера применения новой технологии огромна. Ведь «жидкая броня» применима не только в военных целях, но и в гражданских – для спасателей, пожарных, частных охранных служб, в горнодобывающей и аэрокосмической отраслях...
Российский «бронегель» состоит из жидкого наполнителя – полиэтиленгликоля и твёрдых кварцевых наночастиц, которые при попадании пули мгновенно схватываются, превращаясь в твёрдый композитный материал. Работает отечественный гель только со специальной тканью, состав которой держат в секрете. Британские специалисты, в свою очередь, разработали гель, совместимый с обычными кевларовыми нитями,– и это не лучше и не хуже, просто другой подход к решению проблемы.
Свой вариант «жидкой брони» разработал и испытал московский Научно-исследовательский институт Стали совместно с Институтом прикладных нанотехнологий из подмосковного Зеленограда. Специалисты обработали слои стандартной баллистической ткани гелиевой композицией на основе фтора с наночастицами окиси корунда.
Золотой панцирь
К нанотехнологиям можно отнести и ещё одну отечественную разработку для СИЗ. Так, ещё в 2011 году российская компания «Каменскволокно», производящая химические волокна различного назначения, представила на выставке Milipol 2011 в Париже арамидное волокно AuTx, получившее название «золотой текстиль». Волокно AuTx было разработано совместно с британской компанией Alchemy Technologies. Его основу составляет волокно гетероциклического сополимера арамидной семьи. При этом динамическая прочность AuTx вдвое больше, чем у других подобных волокон и нитей. Таким образом, бронежилеты, выполненные из «золотого текстиля», весят вдвое меньше аналогичных средств защиты, изготовленных с применением традиционного кевлара. Жаль, что первыми заинтересовались разработками «Каменскволокна» зарубежные потребители. Более того, образцы средств индивидуальной защиты, выполненные из AuTx, прошли боевые испытания в спецподразделениях США и Великобритании, дислоцированных в Афганистане. Правда, российское военное руководство всё-таки планирует в течение ближайших 15 лет создать принципиально новое вооружение на основе нанотехнологий для борьбы с радиационным, химическим и биологическим терроризмом.
Известно, что AuTx устойчив к огню и, следовательно, может применяться при производстве одежды для пожарных. По заявлению разработчиков, AuTx не только практически не подвержен старению, но и наоборот, прочность его волокон при хранении даже увеличивается, хотя и незначительно (примерно на 1% за 5 лет).
При производстве волокна AuTx подвергаются воздействию особого реагента, позволяющего «золотому текстилю» практически не терять своих свойств при контакте с водой, маслом и другими жидкостями. Для сравнения: традиционный кевлар теряет свою прочность под воздействием солнечных лучей и при намокании. При нагревании кевлар становится хрупким, а его хранение при высокой температуре ускоряет старение материала.
Борис Никонов
