Использовать металл в качестве топлива для обогрева энергетически, конечно, невыгодно — на его производство приходится тратить гораздо больше энергии, чем можно получить при сгорании. И все же горение железа в технике широко используют. Чтобы в толстом стальном листе прорезать отверстие, достаточно разогреть его в одном месте добела и направить туда струю чистого кислорода. «Рисуя» на листе струей, удается получать отверстия самой замысловатой формы.

Горение всех металлов, особенно магния, сопровождается ослепительно ярким светом. Этим еще в XIX веке воспользовались фотографы. На полочку фотовспышки (рис. 1) клали зажженную селитровую бумагу. Она медленно тлела, пока фотограф не нажимал на резиновую грушу.

Струя воздуха выдувала магниевый порошок, и он ослепительно вспыхивал. В Германии для освещения дворцов и театров применяли лампы с магниевой лентой, подававшейся часовым механизмом. Одного мотка ленты хватало на десять часов.

В 1894 г. немецкий изобретатель Г.Гольдшмит создал горючую смесь — термит. Она состояла из окиси железа и алюминиевого порошка. При нагревании термита алюминий начинал гореть, отнимая кислород у окиси железа. Смесь сгорала ослепительно ярким пламенем, образуя при этом чистое расплавленное железо.

Первоначально термит применяли для сваривания рельсов. Достаточно было в промежуток между ними положить термитную шашку и поджечь, как он тотчас заполнялся расплавленным железом, которое, застывая, намертво соединяло рельсы. Сегодня существует множество термитных составов, пригодных как для ремонта авианосца в походе, так и для латания дыр в кузове автомобиля своими силами.

В 1923 году один из основоположников нашей космонавтики, Ф.А.Цандер, предложил сжигать ставшие не нужными в полете стабилизаторы и крылья, которые работают лишь в плотных слоях атмосферы, опустевшие топливные баки. Как показали его расчеты, это позволило бы значительно повысить скорость ракеты, получить аппарат, способный достичь Марса и вернуться обратно. Оставалось, правда, решить технические проблемы. Например, чтобы расплавить бак, его нужно предварительно как-то смять, сложить и подать в плавильную печь. Да и печь эта должна быть в сотни раз легче обычной, ведь стоит она на ракете.

Между тем сама по себе идея сжигания металлов в реактивных двигателях оказалась для ракетной техники весьма плодотворна.

Вот как устроен, например, ракетный двигатель твердого топлива РДТТ. В тонкостенном корпусе из углепластика расположен заряд твердого топлива, состоящего из веществ, содержащих кислород и водород, а также алюминиевый порошок. При сгорании углеводородов образуются газы, а горение алюминия повышает их температуру до 3000 °C. Продукты сгорания вытекают из такого двигателя со скоростью 2500–2600 м/с. Эта скорость достаточна, чтобы применять РДТТ в межконтинентальных и космических ракетах.

Американский космический корабль «Спейс Шаттл», например (рис. 2), оснащен двумя РДТТ весом по 568 т каждый на твердом топливе с большим содержанием алюминия. Они помогают ему разогнаться до скорости 1390 м/с.

Металлы могут гореть не только в кислороде, но и во фторе, выделяя при этом больше энергии. За рубежом ведутся работы над ракетным двигателем, в котором первоначально во фторе сжигается расплавленный литий, а затем к продуктам реакции подмешивается водород. Достигнута скорость истечения более 5000 м/с. Такой двигатель позволил бы сократить взлетный вес космических ракет в 1,5–2 раза.

Как полагают энергетики, металлическое топливо смогло бы решить и их давнюю проблему. Вы знаете, наверное, что перед энергетиками постоянно стоит задача «консервировать» излишки электроэнергии, не востребованные потребителями, скажем, в ночное время. Не останавливать же электростанцию!

Чаще всего проблему предлагают решить, получая водород электролизом воды. Но хранить этот газ трудно. Гораздо выгоднее производить алюминий или натрий. Судя по значительному числу патентов, эта идея занимает умы изобретателей США и Японии.

Вот одна из идей (см. рис. 3).

Представьте: в цилиндр двигателя через канал в керамическом изоляторе подают алюминиевую проволоку. В момент, когда поршень находится в верхней мертвой точке и воздух сильно сжат и нагрет, производится электрический разряд. Он распыляет небольшую порцию металла, которая тут же воспламеняется и сгорает. Разряды могут следовать один за другим, и при этом всякий раз будет точно и вовремя распыляться нужная порция металла, что позволит вести процесс расширения при постоянном давлении или температуре. А это даст возможность получать от двигателя очень высокий КПД. Добавим к этому, что для получения одного и того же количества тепла алюминию нужно почти в два раза меньше воздуха, и вспомним еще, что окись алюминия твердая; ее можно полностью выловить из выхлопной трубы и собрать, как пыль в мешке пылесоса.

А.ИЛЬИН

Рисунки автора

Фуллерены принято причислять к довольно обширному классу наноструктур — то есть образований, размеры которых не превосходят миллиардных долей метра. Тут фигурируют множество частиц — от малых «шариков», состоящих из нескольких десятков атомов углерода, до гигантских по понятиям наномира многооболочечных фуллеренов — так называемых углеродных «луковиц», состоящих из сотен и даже тысяч атомов.

Некоторые исследователи, например, доктор химических наук А.Л. Ивановский, даже говорят о том, что сейчас можно составить своего рода периодическую систему фуллереновых элементов. Синтезированы уже фуллереновые полимеры, пленки, кристаллы разных видов…

Более того, в 1991 году были открыты полые нанотрубки, и все началось снова. Число работ и публикаций, посвященных и этим углеродным наноструктурам, перевалило за многие сотни. Из уникальных объектов загадочного наномира они за последние годы превратились во вполне привычные объекты научных исследований, которые находят все большее практическое применение. Помимо множества разнообразных нанотрубок, существуют и их ассоциаты — «жгуты», кристаллы и т. д.

Из нанотрубок получают также очень интересные материалы, например, уникальной прочности нанобумагу или нанонитки, которые в 50 — 100 раз прочнее стали. Собираются наладить и производство канатов для космических «лифтов».

Так выглядят пиподы под оком электронного микроскопа.

Некоторое время «наноклубки»-фуллерены и нанотрубки использовали порознь. А уже в XXI веке исследователям пришлось удивиться еще раз. Оказалось, что фуллерены и нанотрубки могут реагировать не только с себе подобными, но и друг с другом. При этом возникают симбиозные структуры — нанотрубки, внутри которых находятся фуллерены.