Нанопокрытия в военной промышленности
Исследования по разработке и реализации нанотехнологий направлены на создание новых материалов с заданными свойствами, в том числе:
конструкционных материалов, сочетающих высокую жаропрочность, жесткость и упругость, вязкость разрушения и пластичность с долговечностью и возможностью функционирования во всем диапазоне рабочих температур (критично при создании новых видов ракетно-космической и авиационной техники, включая гиперзвуковые летательные аппараты);
металлических сплавов, обладающих уникальными комбинациями электромагнитных, теплофизических, эмиссионных и других свойств с высокими уровнями электрофизических и механических характеристик, в разы превышающих существующие аналоги;
неорганических неметаллических материалов (силикаты, тугоплавкие оксиды, металлоиды – карбиды, нитриды, бориды и углеродоподобные – синтетические алмазы, фуллерены и нанотрубки), позволяющих получить различные композиты с широким спектром применения (от индивидуальных и коллективных средств защиты до высокопрочных элементов электроники и оптоэлектроники);
полимерных композиционных материалов, получаемых посредством объемного и поверхностного модифицирования полимеров наноматериалами различной природы.
Использование наноматериалов как компонентов и модификаторов быстропротекающих процессов горения и взрыва в энергетических конденсированных средах (к числу которых относятся ракетное и специальное топливо, пороха, пиротехнические составы, взрывчатые вещества) может значительно изменить эффективность их боевого применения в качестве энергетических источников ракетного, реактивного, ствольного, кинетического оружия и боеприпасов (рис.4).
Это связано с возможностью повышения полноты реализации энергии, выделяющейся при окислении металлических горючих, за счет значительного увеличения реакционной активности нанодисперсных металлических порошков, окислителей и взрывчатых веществ, а также каталитической активности нанодисперсных модификаторов горения.
Как показали исследования, применение нанодисперсных металлических горючих (алюминия, магния, бора, их сплавов и модификаций), окислителей, взрывчатых веществ и катализаторов позволит обеспечить расширение пределов регулирования скорости горения твердого ракетного и специального топлива, снижение потерь удельного импульса в камере ракетного двигателя с приращением дальности полета до 25% и увеличением массы целевой нагрузки до 20%; повышение в 1,5…2,1 раза эффективности действия взрыва объемно-детонирующих боеприпасов.
Важным прикладным аспектом использования нанотехнологий является снижение заметности военнослужащих и образцов ВВСТ.
C 2005 г. в США проводятся испытания экспериментального принципиально нового ударного корабля Sea Shadow, обладающего повышенными характеристиками скрытности от технических средств обнаружения и систем наведения высокоточного оружия. В конструкции корабля нашли реализацию все последние достижения в области наноматериалов и нанотехнологий.
Отечественными нанотехнологами также разрабатываются специальные покрытия для снижения заметности объектов в широком диапазоне длин волн (акустическом, ИК, радиолокационном). В качестве первых результатов можно отметить успешные испытания радиопрозрачного наноструктурированного материала для покрытия надстроек надводного корабля (рис.5).

Ожидается, что надводные и подводные корабли, летательные аппараты, боевые бронированные машины (ББМ) будут практически "невидимыми" для средств обнаружения вероятного противника при одновременном обеспечении требуемого уровня электромагнитной совместимости бортовых радиоэлектронных средств и улучшении их эксплуатационных характеристик.
Одним из способов снижения заметности перспективных образцов ВВСТ в оптическом диапазоне длин волн может стать использование текстильных материалов, металлизированных методом магнетронного распыления.
В его основу положено использование аномального тлеющего разряда в инертном газе с наложением кольцеобразной зоны скрещенных неоднородных электрического и магнитного полей, локализующих и стабилизирующих газоразрядную плазму в области катода. Образующиеся в разряде положительные ионы ускоряются в направлении катода, бомбардируют его поверхность, выбивая из нее частицы материала, которые осаждаются в виде пленки на подложке.
Высокая кинетическая энергия частиц обеспечивает хороший уровень адгезии образующейся пленки к подложке (ткани).
Метод позволяет наносить на ткани тонкие пленки меди, алюминия, титана, латуни, серебра, нержавеющей стали, бронзы, других металлов и сплавов.
Реализация способа в промышленных условиях позволит без использования химических препаратов осуществлять металлизацию тканей, их поверхностное крашение и заключительную отделку в одной установке.
На такой технологической основе возможно создание тканей, экранирующих различные виды излучения, металлизированных тканей для монтажа радарных станций дальнего обнаружения, материалов для фильтрации электромагнитной волны определенной длины, слоистых пластиков (рис.6).
Достижения в области наноматериалов перспективны при организации качественного обеспечения водоснабжения потребителей в полевых и экстремальных условиях (рис.7).
В этой области отечественные ученые занимают одно из лидирующих мест в мире, синтезируя слоистые углеродные соединения с использованием неуправляемой холодной цепной реакции автокаталитического распада графита (радикальная деструкция). Получаемая "графитная нановата" состоит из множества атомарных углеродных слоев (графенов), которые увеличивают объем исходного материала в 500 раз.
Радикальная деструкция или "распушение" графита достигается за счет разрыва молекулярных ван-дер-ваальсовых связей (после химического смачивания и термоудара при 2000°С в течение 2…3 с). В результате графит превращается в легчайший черный пух, содержащий до 20% наноструктур (графенов, линейных и ветвящихся нанотрубок, наноколец, нанофракталов).
Технология нашла применение в простых в эксплуатации и дешевых фильтрах "Геракл", в которых использован уникальный по свойствам слоистый углеродный наносорбент с частицами серебра и углеродной смеси высокой реакционной способности (УНС-УСВР) (рис.8).
Наливной УНС-УСВР-фильтр можно самостоятельно изготовить за 3…5 мин из пластиковой бутылки емкостью 1 л с использованием комплекта поставки, в который входят набор гидрофобной фильтрующей ваты и пакет с УНС-УСВР в герметичной упаковке.
Фильтр "Геракл" незаменим в случаях, когда за короткое время нужно изготовить сотни тысяч наливных фильтров. Так, в 2005 г. по просьбе правительства США партия таких фильтров была отправлена в качестве гуманитарной помощи в пострадавший от урагана штат Луизиана.
Вариант проточного бактерицидного фильтра со сменным картриджем подключается непосредственно к водопроводному крану и способен исключить любые загрязнения питьевой воды, включая хлороорганику и остаточный алюминий, которые с мельчайшей ржавчиной постоянно присутствуют в водопроводе.
По важнейшим характеристикам очистки воды от опасных примесей и микроорганизмов, нефтепродуктов фильтр в десятки раз превосходит зарубежные аналоги.
По оценке экспертов, выделены следующие области применения УНС-УСВР:
обезвреживание токсичных отходов и деструкция боевых отравляющих веществ;
высококачественная очистка питьевой воды;
ликвидация аварийных проливов нефти и нефтепродуктов на суше и водной поверхности, рекультивация грунтов;
создание медицинских препаратов;
удаление из табачного дыма сильнейших канцерогенов – полиароматических углеводородов;
влагоудержание в песчаных и солонцовых почвах;
тепловая и антикоррозийная защита тепловых магистралей и котлового оборудования;
очистка сточных вод.
Специалисты Минобороны России анализировали воздействие УНС-УСВР при нанесении на раны, ожоги, трофические язвы, приеме внутрь, очистке плазмы крови. Предварительные результаты показали, что ранозаживляющий эффект нанопорошка на основе УНС-УСВР может привести к значительному снижению летальных исходов, сокращению сроков острого воспаления, созданию раневой среды, неблагоприятной для активной вегетации микробной флоры.
В целом анализ представленных материалов свидетельствует, что с точки зрения внедрения нанотехнологий в вооружение, военную и специальную технику в нашей стране не наблюдаются серьезные военно-техническое и технологическое отставания от армий ведущих иностранных государств.
Нанотехнологии постепенно находят применение в технических и боевых средствах, имеющих непосредственное отношение к реализации основных видов военной деятельности (поражение, подавление, выведение из строя живой силы, военных объектов, вооружения и военной техники; защита и маскировка войск, техники, личного состава; обеспечение мобильности, маневра силами и средствами, перемещение и доставка к цели средств поражения и информационных средств), а также к основным видам ее обеспечения (разведка и освещение обстановки; связь и управление войсками; навигация, целеуказание и управление оружием; действие и жизнедеятельность личного состава в штатных и экстремальных ситуациях; восстановление, ремонт, эксплуатация и техническое обеспечение войск, вооружения и военной техники).
В обозримом будущем нанотехнология станет ключевой отраслью для создания сверхэффективного наступательного и оборонительного вооружения, средств связи и управления.




Made on
Tilda