Военные нанотехнологии -
ISBN 5-94836-096-2
Скачать (прямая ссылка):
Малые беспилотные транспортные и боевые средства могут рассматриваться в качестве шага на пути создания боевых транспортных роботов макроскопических размеров. Ниже, в разделе 4.1.16, обсуждаются проблемы создания сверхмалых устройств и роботов на основе нанотехналогии и микросистемной техники.
Уже в течение ближайших пяти лет следует ожидать значительного обновления (апгрейда) электронного оборудования существующих боевых и транспортных средств за счет внедрения новых НТ-матери-алов и устройств. Затем (в течение последующих 5-10 лет) такие материалы и устройства будут широко внедрены в системы электропитания, управления и контроля, а приблизительно через 10 лет станут привычными и распространенными.
4.1.8. Ракетные топлива и взрывчатые вещества
Обычно ракетные топлива и взрывчатые вещества состоят из горючего и окислителя, при реакции между которыми выделяется химическая энергия и возникают газовые системы с высокими давлением и температурой. Именно давление таких газов создает механические силы, используемые в военно-технических целях (например, ракета ускоряется за счет отдачи вытекающих из сопла раскаленных газов, пули или снаряды вылетают из ствола, бомбы разрываются с образованием поражающих осколков и взрывной волны и т.п.). Горючее и окислитель могут представлять собой разные вещества (которые перед реакцией необходимо каким-то образом быстро смешивать) или быть объединенными в какой-либо сложной молекуле, как это имеет место, например, в случае известной взрывчатки THT !тринитротолуол, HjC — CiHj(NOj),] и ее производных. В этих молекулах нитро-группы NOj служат источником кислорода в реакциях с углеродом и водородом, а в результате детонации из атомов азота образуются молекулы Nr Образно говоря, в таких сложных соединениях реагенты 4.1. Военные приложения HT | 61
просто «хранятся» во фрагментах молекул достаточно далеко друг от друга, а затем «сближаются» или смешиваются в момент намечаемой реакции. Плотность выделяющейся при реакции энергии (которую называют также теплотой взрыва при постоянном давлении) для THT составляет около 4,5 МДж/кг (Ullmans, 1982: табл. 5J5.
Использование композиционных материалов с наночастицами позволяет с самого начала обеспечить очень высокий уровень перемешивания горючего и окислителя, приводящий к очень высокой скорости требуемой реакции. Риск случайного взрыва при перемешивании может быть при этом значительно снижен или почти полностью предотвращен применением золь-гель-методики, при которой в растворе сначала синтезируются наночастицы требуемого типа, после чего растворитель выпаривается, а образовавшиеся частицы (собственно золь) формируют трехмерные скелетные структуры с порами (гель). Этим способом уже давно производят известные термитные составы (смесь оксида железа с алюминием), широко используемые в разных поджигающих составах и при сварочных работах. Известно также, что аналогичным методом (получение геля из раствора) можно выращивать нанокристаллы весьма перспективных в военном отношении веществ, и этот способ уже используется для производства так называемых «внедренных» взрывчатых веществ (типа RDX и PETN, вводимых в матрицу оксида кремния).
Существует и более сложная методика, позволяющая формировать описанную выше золь-гель-матрицу непосредственно из компонент горючего, т.е. сразу синтезировать матрицу с заданным распределением наночастиц горючего и окислителя со строго выдержанным стехиометрическим соотношением. Более того, варьируя состав такой системы, можно даже регулировать процессы горения и энерговыделения |CMS, 2002; 41].
Еще более радикальной представляется идея создания молекул нового типа с очень высокой плотностью энергии. Некоторые из предлагаемых учеными методов выглядят весьма непривычными не только для химиков-традиционалистов, но даже и для энтузиастов молекулярных HT с использованием ассемблеров и т.п. Например, в некоторых проектах предполагается «упаковывать» атомы горючего (азота, углерода или водорода) в очень компактные структуры, что должно позволить значительно повысить плотность содержащейся в них энергии. Для справки укажем, что показатели наиболее известных существующих взрывчатых веществ, а именно уже упоминавшегося тринитротолуола и нитрогликоля (ONO2)2(CHj)2, составляют ff" 160 Глава 4. Потенциальные возможности военных применений HT
4,5 МДж/кг и 7,4 МДж/кг соответственно IUIlmans, 1982: табл. 5|. В качестве примера новых, необычных соединений можно привести гипотетические азотсодержащие фуллерены (например, C4gN |2), свойства и характеристики которых исследователи сейчас пытаются моделировать на компьютерах в Ливерморской национальной лаборатории США, для использования с окислителями различных типов (например, с перхлоратами или оксидами металлов). Основной вопрос заключается в том, окажутся ли новые типы взрывчатых веществ (синтезируемые пока лишь теоретически, методами абстрактного «молекулярного дизайна») достаточно стабильными для хранения и транспортировки. Исследователей вдохновляет надежда на существенное увеличение плотности выделяемой энергии (десятки процентов), причем некоторые специалисты даже считают, что новые методы позволят увеличить мощность взрывчатых веществ в два раза.
