Знай наших!
Не совсем корабли
По словам проректора по научному и инновационному развитию университета Алексея Тишкина, эта программа сейчас только создается. Вуз привлекли для участия в узкой, но чрезвычайно важной области контроля качества материалов, которые будут использоваться для строительства космических кораблей.
В университете разработаны методики, позволяющие анализировать структуру металлических сплавов, обнаруживать дефекты, не только находящиеся на поверхности, но и спрятанные глубоко внутри. Там дефект не только обнаружат, но и поймут, откуда он взялся.
Проект международный. Известно, что сами материалы производятся в Италии. Российский участник программы — это Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН.
Казалось бы, при чем тут АлтГУ? Оказывается, у вуза с институтом РАН совместная лаборатория, которая находится на базе классического университета. Работать над проектом будут и сотрудники института, и ученые с кафедры общей и экспериментальной физики АлтГУ.
Заведующий этой кафедрой Владимир Плотников уже не в первый раз встречается с журналистами, которые, по его словам, пытаются все исказить, сообщая, что вуз строит ракеты.
«В стенах нашего университета речь идет не о кораблях, а о материалах для особо ответственных изделий, — объясняет Владимир Александрович. — Ответственные изделия должны обладать наивысшими качеством и отсутствием дефектов. Наличие дефектов может вывести из строя это ответственное изделие. В том числе и изделия для космических кораблей».
Алтайские физики будут проводить многомерный контроль, используя самые разнообразные методы контроля и виды диагностики, чтобы проанализировать состояние материалов.
«В результате мы получим набор параметров, характеризующих изделие или материал, — рассказывает Владимир Плотников. — Так можно узнать, какой есть в материале дефект, и оценить степень его опасности».
Материалы, из которых конструируют космические корабли, — это металлы. В их числе сталь, но в основном используются легкие сплавы на основе алюминия. Они обладают высокой прочностью и другими полезными свойствами.
«Из этих материалов можно сделать не только деталь космического корабля, но и вообще что угодно, скажем, оболочку бака для топлива», — приводит пример Владимир Плотников.
Опасные вакансии
Дефекты могут возникнуть всевозможные. Например, трещины. Это не всегда те трещины, которые можно увидеть невооруженным глазом, или, как их называют физики, макротрещины. Кроме них есть и микротрещины, и даже нанотрещины, которые иногда не подвластны даже микроскопу. Кстати, даже большая макротрещина может оказаться внутри материала невидимой, а это приводит к разрыву материала и разрушению изделия.
«Опасность микро- и нанотрещины, как и любых дефектов, в том, что они всегда начинают эволюционировать, - говорит Владимир Плотников. - Нанотрещины превращаются в микротрещины, микро- в макро- и так далее».
Наибольшее внимание алтайские ученые уделяют сварным швам, в которых концентрируется больше всего таких дефектов. Разумеется, когда создают космический корабль, используют совершенно особый вид сварки, которая проводится в специально созданных условиях. Однако это, к сожалению, не исключает появления дефектов.
«Мы контролируем все сварные швы, вплоть до создания некого портрета структуры материала, — продолжает рассказ алтайский физик. — Создается таблица с набором параметров этой структуры. Она включает много методов, известных во всем мире. Ведь есть дефекты, о которых мы принципиально не можем знать, это так называемые кристаллографические дефекты».
Например, доброе слово «вакансия» в этом случае таит в себе опасность. Вспомним школьный курс физики и химии. Представим себе кристаллическую решетку металла. В каждом узле решетки находится атом. В идеале. Но если в каком-то узле атома нет — это дефект, называемый физиками вакансией. Такие узлы имеют свойство концентрироваться в одном месте, образуя целый вакансионный комплекс. Если он большой, то получается некий локализованный объем, которые физики называют порой.
«Если мы облучим материал радиацией, то возникнет избыточная концентрация таких дефектов, — поясняет ученый. — Это приводит к снижению прочности материала. Другой вид таких кристаллографических дефектов называется дислокацией».
По утверждению Владимира Плотникова, если в материале или шве есть вакансии и дислокации, ничего не случится. А вот если вакансии и дислокации объединятся, возникнут микротрещины, которые превращаются в макро- и далее по списку.
«Как правило, образование микротрещин — это результат обработки материалов, — рассказывает завкафедрой общей и экспериментальной физики. — Однако кроме фундаментальных дефектов есть и другие. Это несплошности, крупные поры. Когда металл расплавлен, он выделяет газ. Затем этот газ выделяется и образует некие полости, которые затем превращаются в трещины».
Ученые недаром уделяют трещинам много внимания. Именно они имеют свойство развиваться при воздействии на материал, что приводит к плачевным последствиям. Кстати, последствия совершенно типичны, зачастую они приводят к краху космических миссий с многолетней подготовкой.
«Довольно часто при строительстве объектов, не только космических кораблей, возникают дефекты, которые приводят к разрушению, — говорит Владимир Александрович. — Само собой, это возникает и по причине недостаточного контроля».
Дефекты выявляются самыми разными методами. Как говорит Владимир Плотников, эти методы во всем мире одни и те же: вихретоковый электромагнитный метод, ультразвуковой метод, акустико-эмиссионный метод, тепловые методы, метод рентгеновского просвечивания. Да, металл можно просветить так же, как человека. Правда, мощность для этого потребуется огромная. Такой метод опасен для человеческого здоровья, поэтому проводится в специальных условиях.
«В результате всего комплекса методов достоверность характеристики материала довольно высока, — отмечает ученый. — Я думаю, что и раньше контроль осуществлялся немалый. Просто сейчас идет речь о совершенно новых материалах, для контроля которых необходимы новые методы».
А наши могут
Как говорилось выше, методы известны и в мировой практике используются довольно широко. Однако подходы разные, и в них вся соль.
В АлтГУ сконструированы приборы, которых больше нигде в мире нет. Например, установка по вихретоковому магнитному контролю.
«Это известный, давным-давно разработанный способ, но нам удалось фундаментально его изменить, — делится Владимир Плотников».
Поясним, чтобы было понятно не только физикам, но и лирикам. Грубо говоря, металлы можно поделить на два типа.
Первый тип — ферромагнитные металлы, которые могут намагничиваться, как сталь, и если стальной стержень подержать в электромагнитном поле, он на некоторое время сам станет магнитом. Второй тип — металлы парамагнитные, которые намагничиваться не могут. К таким относится и алюминий.
Вихретоковый метод основан как раз на свойстве металлов намагничиваться, поэтому он может использоваться только с металлами ферромагнитными. Но как быть с алюминием и его сплавами, из которых, как мы уже говорили, будут строить детали для космических кораблей нового поколения?
Для наших ученых нет ничего невозможного
«Мы изменили конфигурацию датчика устройства, — рассказывает физик. — В результате интенсивность электромагнитного поля, которое возбуждается в материалах, становится колоссальной. Плотность энергии так высока, что наконечник зонда светится. Это позволяет контролировать и парамагнитные материалы».
Это позволяет алтайским ученым конкурировать с коллегами на Западе. Недавно они провели в лаборатории кафедры контроль специально смоделированных дефектов сварных соединений, которые не смогли определить с помощью вихретоковых анализаторов в Канаде. Наши физики обнаружили все дефекты.
«То же самое с другими методами, — рассуждает Владимир Александрович. — Все они давно известны, просто мы наполняем их новым содержанием. Есть свои тонкости, принципиально меняющие возможности контроля».
На вопрос, насколько зависит от алтайских ученых успех новой лунной миссии, Владимир Плотников разводит руками: поживем — увидим. Однако в силах своей кафедры ученый уверен. Наши физики обещают сделать все возможное, чтобы корабли летали.
Источник: Вечерний Барнаул от 13.12.2013