Марк Медовник - Из чего это сделано? Удивительные материалы, из которых построена современная цивилизация

Углеродное волокно, как назвали они свое детище, было получено из графита, сплетенного в тонкие нити, при этом ученые максимально использовали огромную прочность и жесткость шестиугольных слоев. Как всегда в случае с чистым графитом, структурная зависимость от сил Ван-дер-Ваальса делала его уязвимым. Впрочем, покрытие волокон эпоксидным клеем решило проблему. Так родился углепластик, новый композиционный материал на основе углеродного волокна.

Хотя в авиастроении он в конце концов вытеснил алюминий (новейший «Боинг-Дримлайнер» на 70 % состоит из углепластика), понадобилось немало времени, чтобы доказать полную пригодность этого материала для авиационной промышленности. Впрочем, производителям спортивного оборудования углепластик сразу понравился. Он настолько изменил эксплуатационные качества спортивных ракеток, что поклонники традиционных материалов вроде дерева и алюминия быстро оказались в проигрыше. Живо помню тот день, когда мой друг Джеймс появился на теннисном корте, размахивая углепластиковой ракеткой с характерным черным плетением из углеродного волокна. Перед игрой он дал мне пару раз испробовать ее невероятную легкость и в то же время силу, а потом забрал ее и одержал надо мной сокрушительную победу. Есть что-то обескураживающее в том, что противник играет ракеткой вдвое легче и вдвое мощнее твоей. «Ну, углепластик, держись!» – воскликнул я перед началом игры, но это не помогло. С новым материалом серьезные перемены пришли в те виды спорта, где требуются легкость и высокая мощность, – то есть практически во все. Круто изменился в 1990-е годы велосипедный спорт: появились велосипеды с более обтекаемыми контурами, в которых применялись конструкции из углеродного волокна. Пределом совершенства таких велосипедов стали, вероятно, те, на которых Крис Бордман и Грэм Обри пытались побить часовой рекорд в своем классическом поединке. В 1990 годы оба британских велосипедиста установили мировые рекорды, а потом обгоняли друг друга на все более навороченных велосипедах из углеволокна. В 1996 году Крис Бордман проехал за час 56,375 км – и навлек на себя гнев Международного союза велосипедистов, который немедленно запретил к использованию новые конструкции из углеволокна, опасаясь, что они изменят традиционный спорт раз и навсегда.

«Формула-1», напротив, совсем иначе отнеслась к новинке и постоянно вносила изменения в правила, способствуя дальнейшему усовершенствованию материала. Действительно, передовые технологии – неотъемлемая составляющая этого спорта, и успех достигается как мастерством гонщика, так и новаторскими решениями конструкторов. Даже в беге не обошлось без углеволокна. Все больше спортсменов-инвалидов пользуются транстибиальными протезами. В 2008 году Международная ассоциация легкоатлетических федераций пыталась помешать этим спортсменам выступать против здоровых на том основании, что углепластиковые протезы нижних конечностей дают им преимущество и это якобы несправедливо. Однако Спортивный арбитражный суд отменил запрет, и в 2011 году безногий южноафриканец Оскар Писториус участвовал вместе с обычными спортсменами в эстафете 4 400 м мирового чемпионата в ЮАР, и его команда завоевала серебро. Углеродное волокно может сыграть весомую роль в легкой атлетике, если только легкоатлетические федерации не выступят против, по примеру велосипедных.

Успех композитов на основе углеволокна окрылил инженеров, которые вынашивают теперь идею грандиознейшего из проектов. Достаточно ли новый материал прочен, чтобы осуществить давнюю мечту человечества – построить лифт в космос? Космический лифт, или, как его еще называют, небесная праща, лестница в небо, космический фуникулер, – это сооружение, которое должно связать точку на земном экваторе с расположенным прямо над ней спутником на геостационарной орбите. С таким лифтом космические путешествия в кратчайший срок стали бы доступны самым широким массам. Людей и грузы можно было бы с легкостью отправлять в космос при минимальных энергетических затратах. Идею лифта разработал в 1960 году советский инженер Юрий Арцутанов. Чтобы ее осуществить, понадобится трос длиной 36 000 км, который соединит спутник с кораблем, находящимся в океане в зоне экватора. Все исследования показывают, что идея технически осуществима, при условии, что трос выполнен из материала с чрезвычайно высоким отношением прочности к весу. Почему речь идет именно о весе? Дело в том, что трос должен в первую очередь выдерживать собственный вес, чтобы не лопнуть. При длине в 36 000 км понадобится материал настолько прочный, что сделанная из него нить сможет удержать слона. На практике, однако, даже самая прочная нить из углеволокна способна удержать лишь кота. Впрочем, это из-за того, что в ней полно дефектов. Теоретические расчеты убедительно доказывают, что прочность углеволокна, совершенно свободного от дефектов, была бы гораздо выше и даже превосходила бы прочность алмаза. Ученые начали изучать возможность создания такого материала.