Обладунки XXI століття — з павутини і рідини

«Порох / Явив свій димний лик і розметав / Обладунки лицарів, / Як іржаве залізо», — писав про появу вогнепальної зброї великий Максиміліан Волошин у своїй трагедії матеріальної культури «Шляхами Каїна». Дійсно, з широким впровадженням пороху, куль і снарядів тодішні засоби індивідуального захисту миттєво застаріли і покинули театри військових дій. З того часу у буквальному сенсі слова покоління вчених і інженерів усього світу билися над тим, щоб створити нові матеріали, здатні захистити солдатів від «вогнепалу». Але тільки у міру освоєння нанотехнологій людство впритул наближається до створення легких і ефективних засобів індивідуального захисту (ЗІЗ).

Чудовий помаранчевий гель

Про те, що британська і американська армії (а також армії інших країн — учасниць блоку НАТО) ось-ось перейдуть на нові захисні бойові шоломи, в які буде додано інноваційний в’язкий наногель, здатний миттєво поглинати імпульс сили, тобто служити надійною і легкою бронею, найрізноманітніші ЗМІ говорять і пишуть ось вже кілька років кряду. Відомий навіть колір цього «чудо-гелю» — помаранчевий, вочевидь через те, що саме так він забарвлений у презентаційному ролику, який мандрує по мережі Інтернету і слугує джерелом натхнення для журналістів, які пишуть про нанотехнології та різні наукові відкриття у рубриках «Калейдоскоп» або «Це цікаво».

Певна частка правди у цих статтях, зрозуміло, є. Дійсно, винайдений Річардом Палмером, співробітником компанії «Blue Divine Ltd», в’язкий наноматериал при ударі ножа, кулі чи осколка миттєво переходить у твердий стан і утворює на шляху смертельного металу непробивний заслін (як свого часу в амереканській армії був винайдений репеллент, який попереджує нападение акул). Цей фазовий перехід відбувається менше ніж за одну мілісекунду, що і дозволяє створити захист від різних механічних впливів. Принцип дії нової броні заснований на властивостях «розумних молекул», які миттєво об’єднуються в блоки при ударному впливі, а по закінченні удару розчіпляються, повертаючи матеріал у вихідний в’язкий стан.

Експерти відзначають, що т. зв. неньютонівські рідини, в’язкість яких залежить від градієнта швидкості потрапляючих у них предмету, самі по собі новиною для науки не є. Наприклад, так поводиться суміш кукурудзяного крохмалю і води. При повільному русі молекули легко ковзають одна вздовж одної, а при енергійному впливі зчіплюються, поглинаючи при цьому кінетичну енергію. До речі, саме цю властивість відзначав у своєму відомому гумористичному оповіданні «Бритва в киселі» письменник Аркадій Аверченко — сучасник вищезгаданого Максиміліана Волошина.

Як кажуть, хто ж знав, що технології для створення нової легкої броні, здатної захистити особовий склад від вогнепальної зброї, настільки близькі … Адже тривалий час були спроби створення саме традиційних, сталевих обладунків. І якщо каски у ХХ столітті все-таки показали певну ефективність у ході бойових дій — захист від випадкових куль на вильоті і осколків, — то різні переносні бронещитки і тим більше сталеві кіраси, лише сковували рух особового складу, роблячи його зручною мішенню і практично не захищаючи від вогню противника.

Легка каска, м’який жилет

На жаль, дійсність виявилася далекою від теорії — може бути, не так, як запуск першого супутника від колонізації Марса, але «чудо-гель» вимагає ще серйозного доопрацювання. І хоча захисний м’який пластичний полімер, що твердне при силовому впливі, вже використовується у спорті, наприклад в костюмах гірськолижників, які розвивають високі швидкості, проте від куль «розумні молекули» самі по собі рятувати не навчилися.

Як кажуть, стріляниною кульками з духової рушниці по дослідним зразкам продукції добре займатися на полігоні, а до бойової обстановки і серійного виробництва матеріал ще має «дорости». Так що ті ж британці пішли спрощеним шляхом — хоча розроблений ними гель D30 для захисних шоломів сам по собі зупинити кулю не може, використання його у поєднанні з іншими матеріалами дозволить не тільки підвищити надійність каски, а й полегшити її вагу, що не менш важливо.

Таким самим шляхом пішли російські та американські інженери: і в Росії, і за океаном працюють над новою конструкцією бронежилета із застосуванням елементів «рідкої броні». Якщо говорити спрощено, новий бронежилет складається з особливої тканини, просоченої тим самим захисним гелем. На відміну від стандартних бронежилетів, сила від удару кулі або ножа у «рідкої броні» не зосереджується в одному місці, а розподіляється по поверхні. Це дозволяє якщо не уникнути, то хоча б зменшити «побічний ефект» у вигляді гематом (синців), що залишаються на тілі від попадання кулі під традиційним кевларовим бронежилетом.

До речі, обробивши захисним гелем кевларову тканину, інженери змогли значно поліпшити її захисні характеристики: гель при ударі, крім власної жорсткості, додатково скріплює окремі волокна тканини, заважаючи їм розійтися під дією проникаючого предмета. Що особливо важливо, це дозволяє істотно поліпшити опірність бронежилета не тільки від вогнепальної, а й холодного зброї — адже, як відомо, традиційні бронежилети захищають від гострих колючих предметів значно гірше, ніж від куль.

Крім того, за допомогою нової технології можна ефективно захищати не тільки груди, спину і голову, але також руки і ноги солдатів. Оброблена інноваційним гелем тканина в звичайних умовах залишається гнучкою і практично не сковує рухів людини, однак під дією енергії кулі або удару ножем вона твердне — перетворюється на броню.

У Росії розробку «рідкої броні» з 2006 року курирує єкатеринбурзький Венчурний фонд ВПК, який планує не зупинятися на дослідних зразках, а вивести цей продукт на ринок. І вже в 2007 році фахівці провели перші випробування російського захисного наногелю. Російські інженери розраховують використовувати «рідку броню» не тільки для виробництва ЗІЗ (бронежилетів, шоломів тощо), але і для посилення захисту будь-яких інших об’єктів — вертольотів, катерів, автомобілів. Взагалі, сфера застосування нової технології величезна. Адже «рідка броня» може бути застосована не тільки у військових цілях, але і у цивільних — для рятувальників, пожежників, приватних охоронних служб, в гірничодобувній і аерокосмічній галузях…

Російський «бронегель» складається з рідкого наповнювача — поліетиленгліколю і твердих кварцових наночастинок, які при попаданні кулі миттєво зчеплюються, перетворюючись на твердий композитний матеріал. Цей гель працює тільки зі спеціальною тканиною, склад якої тримають у секреті. Британські фахівці, у свою чергу, розробили гель, сумісний із звичайними кевларовими нитками, — і це не краще і не гірше, просто інший підхід до вирішення проблеми.

Свій варіант «рідкої броні» розробив і випробував московський Науково-дослідний інститут Сталі спільно з Інститутом прикладних нанотехнологій з підмосковного Зеленограда. Фахівці обробили шари стандартної балістичної тканини гелієвою композицією на основі фтору з наночастинками окису корунду.

Золотий панцир

До нанотехнологій можна віднести і ще одну російську розробку для ЗІЗ. Так, ще у 2011 році російська компанія «Каменськволокно», що виробляє хімічні волокна різного призначення, представила на виставці «Milipol 2011» у Парижі арамідне волокно AuTx, що отримало назву «золотий текстиль». Волокно AuTx було розроблено спільно з британською компанією Alchemy Technologies. Його основу складає волокно гетероциклічного сополимеру арамідної сім’ї. При цьому динамічна міцність AuTx вдвічі більша, ніж у інших подібних волокон і ниток. Таким чином, бронежилети, виконані із «золотого текстилю», важать удвічі менше аналогічних засобів захисту, виготовлених із застосуванням традиційного кевлара. Шкода, що першими, хто зацікавився розробками «Каменськволокна», були закордонні споживачі. Більше того, зразки засобів індивідуального захисту, виконані з AuTx, пройшли бойові випробування у спецпідрозділах США і Великобританії, дислокованих в Афганістані. Щоправда, російське військове керівництво таки планує протягом найближчих 15 років створити принципово нове озброєння на основі нанотехнологій для боротьби з радіаційним, хімічним і біологічним тероризмом.

Відомо, що AuTx стійкий до вогню і, отже, може застосовуватися при виробництві одягу для пожежників. За заявою розробників, AuTx не тільки практично не схильний до старіння, а й навпаки, міцність його волокон при зберіганні навіть збільшується, хоча і незначно (приблизно на 1% за 5 років).

При виробництві волокна AuTx піддаються впливу особливий реагент, що дозволяє «золотому текстилю» практично не втрачати своїх властивостей при контакті з водою, маслом та іншими рідинами. Для порівняння: традиційний кевлар втрачає свою міцність під впливом сонячних променів і при намоканні. При нагріванні кевлар стає крихким, а його зберігання при високій температурі прискорює старіння матеріалу.