Как я штурмовал дальний космос

История эта началась самым парадоксальным образом. Началась она с открытия нефти в Тюменской области. Вот когда начали эту нефть использовать, то оказалась она сильно сернистой. А при сгорании сера образовывала окислы, которые хватали из воздуха воду и становились парами кислот. И такая, надо сказать, атмосфера при этом возникала, что всё, что в неё попадало, начинало ржаветь со страшной силой. Толстенные прутья колосников, толщиной с мою ногу, сделанные из нержавеющей стали, за неделю превращались в порошок. Не были готовы советские стали, маркированные как нержавеющие, к такому повороту. Первыми это заметили наши, Свердловские машиностроительные заводы, которые нефть сжигали в печах для термообработок деталей. Ясно, что там не только колосникам, там и деталям приходилось несладко. Ну вот и забили они тревогу.  А наша кафедра – физики твёрдого тела – она как раз славилась специалистами по борьбе с коррозией. Потому нас и привлекли. Самый разгар этих событий я не застал, в 1977-м году, когда я поступил в универ, проблема была в основном уже решена. Но как всегда в таких случаях, возникают идеи как ещё получше её решить. В общем, если говорить коротко, то решили проблему за счёт формирования правильной плёнки оксида на поверхности металла. Тут придётся пару слов сказать о коррозии, а то дальше будет непонятно.

Видите ли, если у вас есть металл и он находится в контакте с агрессивной средой, то реакция химическая промеж имя неминуема. Но вот дальнейшие события могут пойти по-разному. Представьте, металл покрывается плёнкой продуктов реакции и она встаёт на пути между металлом и средой. Если плёнка пористая, да с трещинами – толку от неё нету, контакт металла со средой всё равно остался. Но если она плотная, то дальше коррозия может идти за счёт диффузии через эту плёнку. Или металл наружу или среда внутрь. И вот тут есть две принципиальные возможности наступить коррозии на горло. Во-первых, сделать так, чтобы диффузия была как можно более медленной. Это работает, но во-первых, не при высоких температурах, а нас интересовали именно что высокие, а во-вторых, требует толстой плёнки. Чем она толще – тем диффузия медленнее. Но толстая плётка отличается от металла по прочности, коэффициенту теплового расширения и пр. Потому так делать можно, но путь этот ненадёжен. С горя только. Если по-другому не выходит.

Второй путь состоит в том, чтобы воспрепятствовать переходу атомов металла либо в плёнку либо из плёнки в среду. Ну и наоборот, если среда лезет внутрь. Тут есть разные подходы, но самый распространённый это создать такие условия, чтоб переход сопровождался появлением электрических потенциалов, например, за счёт окисления металла. Вот по этому пути и шли у нас на кафедре к тому времени, когда я сунул нос в эти дела. Изучали как протекает процесс пересечения атомом металла границы с окалиной и процесс выхода металла из окалины в агрессивную среду. А поскольку последнее требует чтоб оный атом прошёл насквозь всю плёнку окалины, то для удобства эксперимента использовали материалы с самой высокой диффузионной подвижностью – суперионные проводники. Благо, что оказалось, что среди них есть близкие родственники соединениям, образующимся при сжигании Тюменской нефти – сульфиды меди. Ну и идейно близкие материалы – селенида и теллуриды меди тоже использовали.

И вот тут выяснилось, что для полного кайфа надо, чтоб модельная плёнка окалины была монокристаллической. На такой плёнке отчётливо видны процессы перехода через границу. А для этого нужны монокристаллы. Нужно научиться их выращивать. Вот с этого и началась моя научная карьера. С выращивания монокристаллов халькогенидов (от греческого халькос – сера – соединения элементов подгруппы серы) меди.

Занимался я этим в составе компании парней постарше на 2 и 3 года. Совсем взрослые сотрудники в этом деле не участвовали. Что придавало процессу весьма оживлённый вид! В общем, почитали мы с парнями книжки и стали делать как все – методом Бриджмена. Расплав в тигле, опускают его в холодную зону и там растёт кристалл. В книжках написано: опускать медленно. Ну мы так и делали. Сутками растили. Правда, выход был невелик – из 10 попыток удачными оказывались ну 3, ну, может 4. Остальное – брак. Но этого для опытов хватало. И вот уже все себе присмотрели темы курсовых-дипломных, связанные с этим делом, как вдруг…. В общем, не знаю я всех подробностей – мне, тогда студенту 2-го курса их не докладывали, - но вдруг нашими делами заинтересовалось космическое ведомство.

Вкратце, дело было так. Задумались в том ведомстве о полётах к переферийным планетам Солнечной системы и ещё дальше – за её пределы. И тут встал вопрос: при полёте для работы приборов, да и для управления ракетой, нужна электрическая энергия. И где ж её брать? На земной орбите, да на пути к Луне – тут можно обойтись солнечными батареями. А при удалении от Солнца плотность его излучения падает пропорционально кубу расстояния. Потому уже на орбите Марса с этим делом довольно туго приходится. А ведь это ближайшая из переферийных планет! Чё ж дальше-то будет?! С этим делом, кстати сказать, столкнулись американцы со своими марсоходами, которые полгода ждут, когда у них батареи зарядятся и из-за этого работают вполсилы. В общем, решение пришло довольно очевидное – атомный реактор. Действительно, топлива ему надо мало, хватает надолго, без биологической защиты он очень компактен… Но вот проблема: вырабатывает он тепловую энергию, её ещё в электрическую перевести надо. На Земле это делают с помощью классических тепловых машин. Цикл Карно и всё такое. Но уж больно громоздки эти устройства, весь кайф пропадает. Потому решили ребята из космоведомства прибегнуть к прямому преобразованию тепла в электричество. Через термоЭДС, эффект, стал быть, Зеебека. Типа термопар наставить и получать с них питание для приборов. Но вот беда – оказалось, что нейтроны, которые летят из реактора, создают в материалах термопар дефекты. Эти дефекты собираются в комплексы, затем в кластеры, затем объединяются в ещё более крупные образования – получаются поры, материал испытывает т.н. радиационное распухание, трескается… ну и кирдык уже недалёк. И кому-то из этих парней пришла в голову отличная мысль: надо в качестве термопарного материала использовать такой, в котором дефекты залечиваются со скоростью большей, чем генерируются. А это как раз суперионные проводники. И из известных на то время суперионников самый подходящий по своим термоэлектрическим свойствам оказался селенид меди. Окинули они орлиным взором просторы Родины – глядь, а наша маленькая компашка единственная, которая успешно их выращивает (про брак-то мы скромно умалчивали). И так вот неожиданно для себя мы стали важными птицами. Переговоры начальство вело, нам не сообщали, только оказалось, что надо научиться выращивать этот селенид быстро, много и качественно.

И вот тут началось самое интересное. Сначала оказалось, что для термопар годится селенид меди с максимальным содержанием меди, а, надо сказать, он отличается дефектностью с ейным недостатком. И мы такие и выращивали – с недостатком. А надо без оного. Бились-бились – не растут такие кристаллы! Тут пришла идея: давайте используем высокую диффузионную подвижность – вырастим чё растёт а потом насытим медью. Сделали – получилось! И вовремя! Потому что ведомство это ещё дало задание трём группам в Москве, Сухуми и Новочеркасске такие кристаллы научиться выращивать. Но ни у кого не вышло вырастить с правильным составом. Отстали от нас конкуренты…

Но тут другая проблема возникла. Поскольку мы одни выращивать оказались способны - нас и нагрузили. Прям как маленький завод. Сотни кристаллов. А мы-то раньше вырастим 20 кристаллов в год и радёшеньки! Чё делать? Сначала пытались через терпенье и труд. Плохо выходит. Не успеваем. И тут у меня появилась идея. Дело в том, что в зависимости от дефектности меняется температура плавления. Можно так подобрать условия, чтоб состав шихты был неоднороден низ – самый тугоплавкий, а чем выше тем легкоплавчей. Тогда растить можно быстро, потому что не надо ждать пока всякие процессы диффузионные на границе с расплавом пройдут. Высказал я парням это, а они меня на смех подняли – нету такого в книжках! А тут, блин, салага, лезет с советами! Побился я побился – не слушают они меня. Ладно, думаю. И стал поджидать удобного случая. А он вскоре и подвернулся. Дело в том, что при традиционном процессе роста, когда скорость выращивания мала, нужно всё время дежурить возле установки, а том ало ли что. Бывали случаи, когда навески взрывались, когда с печкой начинались опасные чудеса… И вот как-то раз на выходных зарядили очередную порцию. А никому на выходных-то дежурить неохота. А я и вызвался. Погрозили мне пальцем, смотри, мол, без фокусов! И согласились. Ну я и реализовал свои гнусные замыслы. Пришли парни утром в понедельник, а у них на столе полугодовая норма кристаллов кучкой лежит. Скорость роста оказалось можно увеличить больше чем в 100 раз! Обрадовались. Удивились. Рассердились. В общем, сложная у них гамма чувств место быть поимела. Как там: «хотели наградить, но решили ограничиться строгим выговором». Вот это как раз мой случай. Но не удержались – разболтали про это дело преподам. Те сначала призадумались, а потом стали меня хвалить. Надо сказать, что этот метод теперь моим именем называется. Каким – промолчу. Мы, Соболя, скромны по природе.

Ну, вот, попёрли кристаллы. Отстали наши конкуренты насовсем. Однако, так вышло, что это они отстали в самом выращивании. Но нашли себе новые ниши. Москвичи стали всячески исследовать кристаллы и методы работы с ними. Новочеркасцы изучали возможности улучшить термоэлектрические свойства через легирования. Впрочем, особых успехов тут мне не известно. А Сухумцы, из Сухумского физико-технического института, отчаявшись с нами соревноваться, стали готовить сами термопары. Термопара-то состоит из двух ветвей. В нашем случае второй ветвью служил селенид кадмия. Однако, эта ветвб была обращена от активной зоны реактора. Поэтому требований к ней было меньше и её просто напыляли на наши кристаллы. Это легко. Ну, а затем стали сухумцы разрабатывать технику применения, монтировать панели термогенераторов, ну, то есть уже конечный продукт делать. Вот и пошла такая жизнь – раз в полгода самый старший из нашей группы брал здоровенную коробку с кристаллами и ехал в Сухуми. Возвращался полный приятных впечатлений от гостеприимства, местного вина и полного отсутствия начальства, кое сдерживало его дома от увлечения аналогичными напитками.

Постепенно встала ещё одна проблема. Дело в том, что кристаллы выращивались в форме тигля – цилиндры. А в термогенератор их надо было вставлять в форме довольно тонких пластинок. Да ещё с правильной кристаллографической ориентацией. Приходилось пилить. И вот москвичи показали, что при такой пилёжке происходят очень неприятные процессы. Дело в том, что пилёжка всегда искажает кристалл и портит его. Но в нормальных материалах можно сошлифовать искажённый слой или стравить. А в суперионниках из-за высокой диффузионной подвижности этот слой оказывается очень толст – далеко внутрь кристалла успевают убежать дефекты за время пилёжки. Напрягли наши парни рэпу и нашли выход. Придумали такую пилу – два вертикальных шкива, соединённых леской. При их вращении леска проходит снизу и сверху от центров шкивов. На нижнем участке она захватывает абразив с клеем – алмазную пасту, пасту ГОИ или самопал – а на верхнем встречает кристалл. Ну и пилит его. Оказалось, что такой способ не порождает дефектности. Но уж больно он медленен! На один распил уходит дня 4. Начали было парни строить такие пилы массово. Но оказалось, что это дело требует ресурсов дофига. А тут случился такой вот случай. Выращивали-то мы в тиглях графитовых. И вот старшие парни прочитали где-то, что тигли эти надо после каждого захода отжигать на воздухе.

Чтобы всякая, значит дрянь, на стенках не скапливалась, а сгорала. Пока кристаллов растили мало всё было хорошо – успевали. А как попёр поток – так перестали успевать. И вот в один из разов, когда запарка стала катастрофической, я плюнул на это дело, спрессовал шихту по форме канала тигля и засыпал её графитовым порошком. Ну и утрамбовал. Типа такой «ленивый тигель» получился. При этом у одной прессовки отломился кусочек. Но было уже совсем некогда и со словами: «Ну и чёрт с тобою!» я его утрамбовал вместе с основной частью. К моему удивлению все эти закладки успешно выросли, сохранив форму, включая отколотый кусочек. При этом кусочек оказался кристаллографически ориентирован так, что его и пилить было не надо. Стало ясно, что ориентацию можно задать, наклоняя кристалл при выращивании относительно температурного градиента. Мало того, если такие прессовки держат форму, то можно вообще вырастить сразу кристалл в форме элемента панели термогенератора.

Сначала эти идеи парни встретили с недоверием. И, вообще-то говоря, были у них к тому основания. Я тут только про удачные идеи рассказываю. А были и неудачные. Например, такая. Закладка с кристаллом при выращивании движется в керамической трубе. По уму-то надо было брать трубу из алунда – спечённой окиси алюминия. Но в СССР существовали фонды, так просто такие трубы было не купить, не достать и мы пользовались тем, что было под рукой – высококремнезёмистый форфор. У него есть один недостаток – он менее стоек к перепадам температур из-за большего коэффициента теплового расширения. Ну вот, пока растили медленно, это было неважно. Но как стали с высокой скоростью растить, так оказалось, что просто сдвигать навеску недостаточно, ещё надо печь охлаждать. И тут оказалось, что для фарфора такие тепловые нагрузки слишком велики. Трещать он стал. Сначала треснувшие трубы просто выбрасывали и заменяли на целые. Но потом, по мере того как запас труб стал показывать тенденцию к истощению, начался поиск ответа на извечный вопрос: «Что делать?». И один мой приятель придумал (а может вычитал) клей, которым треснутую трубу можно склеить. Попробовали – получается. Но состав у его клея был очень сложный, много компонент. А ваш покорный слуга, как истинный поклонник простоты, его упростил. Ну, вроде посмотрели – держится. Ну и ладно. А оказалось, что в таком виде этот клей стал электропроводен. Ну и стало пробивать на корпус. И кое-кому сильно пробило. И было мне за эти нововведения в рог.

Или вот ещё была история. Когда оказалось, что растут кристаллы не в оптимальной кристаллографической ориентации, задумался я чё б такое предпринять, чтоб это исправить? В общем, в результате комбинации разных завиральных идей пришёл я к выводу о том, что надо давление повысить над поверхностью кристалла. А кристалл выращивается в кварцевой ампуле. А у неё прочность конечна. Да ещё при высоких температурах кварц размягчается и прочность его снижается. Короче, вышло из этого всего безобразие – ампулы с повышенным давлением часто взрывались. А один раз долбануло так, что всю установку разнесло и меня контузило. Хорошо ещё, осколками не посекло – они ж, гады, горячие 1200 С! В общем, за это меня тож по головке не погладили.

Ну и тут стали мне парни говорить – чё, мол, такое удумал – в книжках про это ничего не пишут! А на самом деле, я потом уже узнал, что писали про такое. Известен был этот метод, назывался он «метод мягкого тигля». Просто были мы тогда ещё зелены и мало эрудированны. На конференции ездить не получалось, так варились в своём соку. Ну, вот книжки ещё читали.

Но поскольку некоторые из моих идей давали всё ж хороший результат, то решили мы общими усилиями попробовать растить кристаллы сразу в виде готового изделия. И получилось! Мало того, что форма сохранялась, так из-за меньших размеров можно стало кристалл наклонить относительно градиента температурного, так, что они стали расти сразу же ещё и в нужной ориентировке! Короче, трумф! Кристаллов стало много, пилить их больше не надо, просто стёр пыль и вставляй в панель термогенератора! Начали мы радостно потирать ручёнки. Но рано радовались. Потому что с этого места начались одни неприятности.

Начались они с того, что в 80-м году наш спутник с реактором на борту грохнулся на Канаду. Стоял ли там наш термогенератор или не стоял – нам не докладывали. Но всех, кто был к этой программе причастен, били по голове долго сильно и, я бы сказал, сладострастно. Мы стояли в самом конце цепочки, поэтому нам досталось относительно слабо. Сильнее всего получили Сухумцы. И это было только начало неприятностей.

В 81-м году сов.правительство (уж не знаю кто, может МинВуз, может кто ещё) приняло решение о борьбе с мелкотемьем в ВУЗовской науке. Ну, то есть оно называлось как-то по другому, но нас коснулось именно этим концом.

Тут надо пояснить, особенно для молодых, как работала система. В системе планового хозяйства использовались т.н. ГосКомТруд и ГосКомЦен. Это такие конторы, которые следили за тем, чтоб всякий труд был справедливо оплачен и чтоб цена на продукт тож была справедлива. И вот ГосКомЦен порешил, что заработная плата не может составлять меньше 20% от суммы контракта. А ГосКомТруд порешил, что нельзя человеку работать больше чем на полторы ставки. Отсюда возникло количественное ограничение на объём работ, который может выполнить всякая контора. Берём штатное расписание, умножаем сумму зарплаты на 1,5 и получаем предел, за который заходить противозаконно. Вплоть до уголовки. Полученную сумму умножаем на 5 и получаем предельный объём работ. А у нас в универе объём был всегда на пределе. И могли бы и больше, да руководство универское не разрешало – сидеть не хотелось. И получалось, что кто успел первым свою работу заявить – тот и получал такое разрешение. Ну, или если начальству умел анус правильно облизать. Тогда можно было и без очереди. А у нас подобралась компания – студенты ж, и один, самый старший успел за это время стать аспирантом – не умели мы ни анус облизать, ни в очередь правильно встроиться. Но пока постановления правительства не было, наши преподы с кафедры нам эти проблемы решать помогали. Проносило. А тут оказалось, что руководству универа легче приятнее и удобнее заключить один большой контракт и стать его начальником не только по административной линии, но и вообще по технической тоже и контролировать все расходы. И согласно постановлению это не только можно, но и теперь уже и нужно было сделать. И оно, руководство, так и поступило. А поскольку его собственные интересы лежали в стороне от наших кристаллов, то нам просто прикрыли лавочку. Запретили работать да и всё на этом. А вслед за этим и программа реакторов в космосе закрылась. Понятно – нафига они, если нет термогенераторов? А их не будет без таких вот мелких поганцев, как мы.

С тех пор я уже много чего выращивал и много чего вырастил. Кристаллы, моего производства работают или исследуются почти по все планете. Прикинул тут – из крупных участков суши их нет только в Антарктиде, Гренландии и Африке. Почему в первых двух понятно – там и народу-то нету. А вот почему в Африке… не знаю. Как-то не занесло их туда. Короче, опыт у меня сейчас накопился просто офигенный. Но вот те, самые первые свои кристаллы вспоминаю с нежностью. Какая была обстановка! Как мы радовались успехам и стоически переносили неудачи! Как приятно было участвовать в проекте общечеловеческого масштаба! Как там у Маяковского: «мой труд вливается в труд моей республики». В общем, такого больше уже не повторилось.

Эпилог.

В 2000-м году Ростовский (который на Дону) универ перенёс свои прекрасные конференции на берег чёрного моря, в Сочи. Мы с женой решили воспользоваться случаем, взяли младшую дочь – она ещё в школу не ходила, и в начале сентября приехали туда на пару дней раньше начала конференций. Пустой пансионат, от организаторов только часть оргкомитета. При поселении администратор извиняясь сказала – мол, не готовы мы ещё, эту пару дней будете кормиться вместе с внесистемными отдыхающими. И вот попали мы за столик с пожилой парой. Они, увидев нашу дочь стали с ней разговоры разговаривать, ну и мы с женой подключились. Короче, слово за слово, познакомились. И тут оказалось, что мужик этот работал в Сухумском физитехе военпредом и принимал готовые термогенераторы с нашими кристаллами. Ёлы-палы! Как на меня повеяло теми временами! Пустились мы с ним в воспоминания. Я вспомнил фамилии, которые называл наш дежурный гонец, он тоже вспомнил всякое. В общем, общались мы долго. И рассказал этот мужик, как в 91-м перестали платить зарплату, потому что Грузия ж – независимая! А потом уже Грузинская власть перекрыла всякие договора с Россией. И тем самым денег не стало вовсе. И начал народ разбегаться. И появились местные мародёры в поисках чего бы скрутить-спереть. А потом пришли грузинские войска, если можно так назвать эти бандитские отряды. И эти уже не тырили, эти грабили. А чё не могли утащить – портили. Потом и вовсе подожгли здание. А потом, когда всё что могло сгорело, расстреливали остатки из пушек. А потом, взорвали, чё не расстрелялось.

Как-то тогда мне было не до анализа. А потом я подумал – в самом деле всё грузинское поведение укладывает в общую схему. Разрушили науку и бразование у себя, в Core-Georgia, разрушали сладострастно науку в Абхазии и потом в ЮО, помните, в числе самых главных целей был универ. Почему они так не любят науку? Причём, у нас в Уральском универе прекрасно учатся ребята грузинской национальности – никаких аномалий за ними не видно. В чём тут дело? Не знаю. Загадка природы.

Ну вот, казалось бы и вся история. Но не тут-то было!

Поскриптум к эпилогу.

В 2007-и на одной из ростовских же конференций в Сочи приехала большая команда ребят из Махачкалы – ДагНаучЦентр. Среди них были и балбесы, но я встретил и нескольких очень толковых парней. И вот в разговоре с одним из них услышал я такие слова: «Мы тут вместе с Сухумским физтехом…». Э?!!! – сказал я каким-таким физтехом? Он же мёртв? А вот уже и нет – отвечал мне мой собеседник! Мы его потихоньку восстанавливаем. Конечно, до его прежнего масштаба нам может и никогда не добраться, но мало по малу… пыхтим, короче. И вспомнил я высцкого:

Кто сказал, что земля не поёт,

Что она замолчала навеки?

Нет, звучит она, стоны глуша,

Изо всех своих ран и контужин.

Ведь земля – это наша душа.

Сапогами не вытоптать душу.

Вот теперь, пожалуй, всё. Потому что ясно, что всё никогда не наступит. Чёрта с два! Нифига с нами не справиться! Мы ещё поставим наш флаг на Нептуне и Титане!