Эврика-81

DjVu

      Тайна стекла
      Можно без преувеличения сказать, что с созданием телескопа и микроскопа в XVII веке связано и рождение новой научной дисциплины — оптики. А развитие оптики повлекло за собой совершенствование технологии изготовления линз и призм. Стеклом занялись многие ученые в разных странах. Казалось, что о стекле мы уже знаем все. И вдруг — явление оптического пробоя в стеклах. Открытие этого явления — результат нашего знакомства с одним из важнейших открытий второй половины XX века — лазером.
      Хотя с момента создания первого лазера прошло в общем-то совсем немного времени, он уже чрезвычайно прочно вошел в арсенал современной техники и используется в самых разных областях. Здесь и лазерная дефектоскопия, и обработка материалов, когда лазерный луч прожигает крохотное отверстие в металле, и упрочнение деталей. При помощи лазеров осуществляется локация, они помогают маркшейдерам и строителям, которые используют лазерный луч как отвес или им меряют отклонение от горизонта-
      ли. Вообще-то с помощью лазера можно даже делать надписи внутри прозрачного кристалла. Наконец, лазер прочно завоевал себе позиции в медицине, в первую очередь в офтальмологии.
      Но, пожалуй, главное не это. В эпоху энергетического кризиса особое значение приобретает управляемый термояд. И как один из перспективных вариантов решения этой злободневной проблемы — лазерный термояд, основанный на том, что атом сжимается мощными лазерными пучками. В этом случае исключительное значение приобретает увеличение мощности лазеров. Речь идет о создании лазеров с гигантским импульсом порядка 107 секунды и короче, обладающих одновременно большой мощностью. Раньше в технике вопрос о создании подобных лазеров не ставился.
      Но едва они появились, как ученые столкнулись с загадочным обстоятельством. Неожиданно элементы оптической системы и сам рубиновый стержень, стоящий десятки тысяч рублей, почему-то стали выходить из строя. Напомним, что простейший лазер состоит из яркой лампы для оптической накачки, рубинового стержня, который рождает лазерный луч, и двух зеркал, образующих резонатор колебаний. Современные лазеры содержат множество сложных устройств для фокусировки и поворота луча — линзы и призмы. А также оптические элементы, служащие для умножения частоты, — прозрачные кристаллы, которые стоят порядка 5 — 10 тысяч рублей.
      Цена дорогостоящих элементов указана не случайно: как известно, от фундаментальных научных работ не требуют экономического эффекта. Более того, сами ученые затрудняются указать область применения их открытий. Так, великий Фарадей, показывавший свою лабораторию премьер-министру Англии Гладстону, на вопрос последнего, какое практическое значение имеет открытие электромагнитной индукции, пожав плечами, ответил: «Вы можете обложить ее налогом». Сегодня же невозможно представить себе развитие техники, не использующее открытие Фарадея.
      И тем не менее, говоря о цене оптических элементов лазера, которые выходят из строя, сразу вспоминается крылатое выражение: самое практичное — это хорошая теория. Действительно, решение проблемы оптического пробоя, а именно так был назван загадочный выход из строя оптических элементов лазера, имеет большое практическое и, следовательно, экономическое значение для науки и народного хозяйства.
      Как внешне проявляется явление пробоя? Вроде бы лазер работает нормально. Но вот на выходе неожиданно теряется фокусировка. Оказывается, что на одном из элементов внутри или на поверхности неожиданно возникает крохотная точка, еле видимая простым глазом. А иногда ее невооруженным глазом и не увидеть — ее размер может быть около микрона. Иног-
      да перестает генерировать сам лазер — значит, в теле рубинового стержня возник пробой. Внешне пробой, если его можно различить простым глазом, — это крохотная буль-бочка, возникшая в стержне. А если в линзе, то это непрозрачная точечка, похожая на крохотный пузырек в стекле. Оптический пробой стал серьезным препятствием на пути создания лазеров. Тем более что развитие лазерной техники потребовало создания синтетических кристаллов на основе стекла как более дешевого материала. Если раньше кристалл граната с добавкой ниодима стоил десятки тысяч рублей, то теперь их с успехом заменили лазеры из ниодимово-го стекла — значительно более дешевые.
      Но опять-таки стекло подвержено оптическому пробою.
      Поэтому начиная с 1970 года группа молодых ученых в различных научно-исследовательских институтах начала работать над решением этой проблемы. Среди них сотрудники Государственного оптического института Игорь Алешин, Владимир Комолов, Валерий Салядинов, молодые фианов-цы Александр Епифанов, Андрей Виноградов, Валерий Ковалев из флагмана советской науки — Физического института АН СССР, Владимир Нечитай-ло и Михаил Трибельский из НИИ органических полупродуктов и красителей, Владимир Радченко — сотрудник НИИ ядерной физики МГУ. Необходимо было разобраться в механизме разрушения, возникающего в стекле, и на этой основе дать соответствующие рекомендации конструкторам и технологам, создающим лазерную технику. Были проведены десятки тысяч сложных измерений в процессе экспериментов. По ходу дела пришлось конструировать специальные лазеры и необходимую научную аппаратуру.
      В результате исследований выяснилось, что причина оптического пробоя — наличие инородных микровклю-
      чений в стекле. Так, кристаллы лазера выращиваются в тиглях из... платины. А использование этого драгоценного металла, отличающегося минимальной химической активностью, вызвано необходимостью создать абсолютно стерильную атмосферу, в которой выращивался кристалл. Однако мельчайшие частицы платины размером во много раз меньше микрона тем не менее попадают в стекло. Что же происходит тогда с линзой? Когда луч большой мощности попадает на нее, то из-за того, что она непрозрачная, частица начинает поглощать лучистую энергию. При этом лучистая энергия переходит в тепловую. В соответствии с законом теплообмена частица начинает передавать тепло в окружающую ее зону.
      Но может возникнуть ситуация, когда теплоотвод не поспевает за нагревом, — вот тут-то начинается своеобразный тепловой взрыв. Можно провести аналогию с порохом. Когда порох горит на воздухе в свободном обмене, взрыва не происходит, потому что есть свободный отвод энергии. Но когда этот же процесс возникает в замкнутом объеме и энергию отводить некуда, накопившаяся энергия прокладывает себе дорогу силой взрыва.
      Чем температура в зоне микровключения выше, тем больше поглощение этой лучистой энергии. А чем больше поглощение, тем выше температура. Возникает лавинообразный процесс — взрыв. При тепловом взрыве выделяющаяся энергия, кроме того, может изменять окружающую частицу структуры стекла: оно станет непрозрачным. Теперь очаг увеличился. Лучистая энергия, попадая в него, производит все новые и новые взрывы, все увеличивая и увеличивая непрозрачную зону. В ней начинают возникать пузырьки и
      микротрещины, уже различимые невооруженным глазом. В конце концов стекло попросту может разрушиться.
      Таков механизм оптического пробоя. Найдя его, ученые стали ставить эксперименты с целью изучить влияние лазерных лучей различной мощности на типы стекол, применяемых в лазерной технике, содержащие всевозможные включения. Ведь достаточно, чтобы к 100 миллионам атомов в среднем примешался один только атом инородного включения, как возникает опасность пробоя.
      Конечно, один атом примеси сам по себе не опасен, но он образует опасные конгломераты, которые в дальнейшем поглощают лучистую энергию, вызывая оптический пробой стекла.
      Наконец были выявлены включения, наиболее опасные для пробоя. В итоге ученые смогли дать рекомендации по созданию новых типов стекол, обладающих во много раз большей оптической стойкостью, чем обычные.
      Однако, помимо решения важной прикладной задачи, были проведены и фундаментальные исследования. Была изучена проблема порогов. Оказалось, что для всякого прозрачного оптического материала существует свой предельный теоретический порог разрушения под воздействием лазерного излучения. А это обстоятельство чрезвычайно важно при конструировании лазеров, особенно большой мощности.
      Сегодня трудно предсказать, когда появится лазерный термояд. Но когда он появится, надо помнить, что в решении этой проблемы века есть и вклад молодых ученых — лауреатов премии Ленинского комсомола, которая им присуждена за цикл работ по исследованию оптического пробоя стекла.
     
      Путь к мечте
      Поступив в Московский инженерностроительный институт, Женя Фирскин счастливым себя не считал. Дело в том, что он хотел поступить на механический факультет, но по конкурсу не прошел, и пришлось ему стать технологом по производству строительных материалов. Да еще на вечернем отделении. Работал он в разных местах не по специальности. Но на последнем курсе, чтобы профиль работы соответствовал обучению, поступил старшим лаборантом в отраслевую лабораторию Министерства промышленности строительных материалов при МИСИ. Эта лаборатория комплектовалась учеными МИСИ, а выполняла заказы министерства.
      И буквально с первых же дней прихода в лабораторию Женя понял, что самое интересное для него — это как раз технология строительных материалов. А поняв, обрадовался. Произошло это в 1969 году, Ему сразу же пришлось заниматься проблемой легких несгораемых наполнителей бетона.
      Дело в том, что бетон, традиционный строительный материал, очень тяжел. И если возникает необходимость воз-
      водить из бетона или железобетона конструкции, не несущие сколько-нибудь значительной нагрузки, то это приводит к ощутимому перерасходу средств. Особенно на Севере и в Сибири. Одно дело возить легкие конструкции, другое дело — бетонные: и транспортные расходы резко возрастают, и монтажные — нужны мощные краны. Да и сам бетон недешев — сколько на него идет дорогого цемента.
      Поэтому ученые стали искать легкие наполнители, чтобы уменьшить вес бетона, и вообще альтернативные решения, благо развитие химической промышленности позволило создавать плиты-сандвичи. Сандвич обычно представляет собой слой легкого теплоизолирующего полимера, который зажат между двумя тонкими листами алюминия. Такую панель размером два метра на один свободно может поднять и перенести один рабочий.
      Область применения подобных панелей очень широка: из них удобно монтировать дома не только на севере, крепя их на несущем каркасе, но и на жарком юге: крыши из tuy панелей задерживают жаркие лучи солнца.
      Однако неожиданно у полимеров органического происхождения, которыми заполняли сандвичи, обнаружилась ахиллесова пята — полимеры горели. В конце 60-х годов при строительстве текстильного комбината, крышей которого служили такие сандвичи, вспыхнул пожар. Этот случай заставил ученых заняться поиском негорючих наполнителей. И по счастливому совпадению Женя Фирскин оказался на «направлении главного удара».
      Он экспериментировал с разными материалами: делал гранулы из асбеста, цемента, гипса, различных смол. Как-то в руки ему попался стакан с жидким стеклом. Стекло было загрязнено машинным маслом. Внимательно рассматривая стакан, Женя заметил, как жидкое стекло обволакивало капли масла. Но как только масло поднималось вверх — масляные капли исчезали. Сразу же возникла идея: капать жидкое стекло в масло для получения гранул. Нет сомнения, что среди обязательных талантов, которыми должен обладать изобретатель, не на последнем месте стоит наблюдательность.
      Раз жидкое стекло — а для миллионов людей это обычный конторский клей — можно превратить в гранулы, значит, надо найти соответствующий химический состав, который будет более стабильно Обволакивать гранулы, до тех пор, пока жидкое стекло высохнет и обретет нужную прочность.
      Женя долго экспериментировал, пока нашел состав типа электролита. Но самого главного свойства своих гранул Женя не* только не знал, но даже и не подозревал о его существовании. Помог случай. Лаборатория, где Женя вел свои эксперименты, размещалась в подвале старинного особняка, который потихонечку пришел в аварийное состояние. Лабораторию стали переселять в подвал другого особняка. Но пока на новом месте заканчивался ремонт, Женя решил поработать дома.
      И вот, уже работая дома, Женя изготовил порции гранул из жидкого стекла и поставил их сушить. Вдруг звонок: оказалось, что Адольф Петрович — научный руководитель лаборатории профессор Меркин — срочно просит привезти гранулы в институт.
      А как их везти, если они сырые? И профессора нельзя заставить ждать! Но выход всегда можно найти, взгляд Жени упал на сковородку. Через минуту он бежал на кухню со сковородкой, полной гранул. «Поджарю их как кофейные зерна», — подумал он, ставя сковородку на конфорку. Неожиданно снова звонок. Оставив сковородку на огне, Женя поспешил к телефону, а когда вернулся — застыл в изумлении. Все гранулы полопались и вспучились. Причем объем вспученной массы почти в 100 раз превышал объем исходных гранул. Оказывается, его гранулы вспучиваются, а это значит, что они идеальный наполнитель.
      Архимед сказал: «Дайте мне рычаг, и я поверну Землю». Гранулы, вспучивающиеся при незначительном подогреве, стали тем ключом, открывшим дверь, за которой таилось новое направление в науке о строительных материалах. И в лаборатории профессор А. Меркин и заведующий кафедрой технологии теплоизоляционных материалов профессор Ю. Горлов с огромным интересом встретили новое свойство гранул.
      Когда опыты закончились и отчет о проделанной работе можно было представить в Министерство пром-стройматериалов РСФСР — заказчику, Женя решил из двух консервных банок и спирали соорудить электрическую печку, чтобы во время доклада наглядно продемонстрировать специалистам явление вспучивания гранул.
      Доклад прошел на «ура». Последовало распоряжение министерства: на
      трех заводах отрасли начать опытное внедрение. Теперь надо было как-то «окрестить» новый материал. Женя — теперь уже Евгений Семенович, руководитель сектора, — долго думал, прежде чем родился новый термин — «стеклопор».
      Спектр исследований по стеклопору стал расширяться, и Фирскину потребовались помощники. Ими стали Валерий Федин и Надежда Чвилева. Как только о стеклопоре появилось сообщение в научных журналах, в лабораторию посыпались запросы. Порой в неделю приходило до тридцати писем. Новым теплоизоляционным материалом интересовались все: и строители, и работники стройиндустрии, и химики, и энергетики, и даже самолетостроители.
      Неожиданно для его авторов стеклопор, открывая новые качества, находил применение в самых неожиданных областях. Например, он оказался очень хорошим звукопоглощающим материалом. Обычно помещения с высокими требованиями акустики облицовывались, скажем, пробкой. Но пробка горит, а стекло нет, пробка очень дорогая, а стеклопор не только дешевый, но его и сделать нетрудно.
      Или другой пример: на одном из деревообделочных комбинатов начали изготавливать сборно-щитовые домики для БАМа и для нужд сельского строительства. В качестве утеплителя предполагали применить фенопласт. Но врачи предупредили: фенопласт токсичен. На выручку пришел стеклопор.
      Кстати, панели-сандвичи также можно утеплять стеклопором. Сейчас начинается эра широкого применения различных полимерных материалов для нужд строительства. Но оно сдерживается из-за трех обстоятельств: во-первых, полимеры пока еще дороги, во-вторых, их механическая прочность оставляет желать лучшего, и, в-третьих, они горят. В лаборатории возникла идея использовать стеклопор в качестве наполнителя полимерных материалов и сразу убить уже не двух,
      а трех зайцев. В первом случае он экономит расход дефицитных полимеров, во втором, как показали исследования, повышает прочность и, наконец, будучи вкрапленным в материал, препятствует распространению огня.
      В лаборатории стоит конторский шкаф. Но за его стеклами на полках лежат не книги, а полученные образцы. Этакая мини-выставка. Чего здеь только нет: и декоративная штукатурка из стеклопора, и огнезащитные покрытия, и даже битум, наполненный белыми гранулами стеклопора, — образец новой легкой кровли. В таком сочетании материал почти не пропускает воду. Вспученный стеклопор в последнее время все шире начинает применяться на строительстве, вытесняя традиционные минеральные заполнители. Ведь у стеклопора есть огромное преимущество, увиденное Женей на кухне: для его вспучивания достаточно температуры 300 — 400 градусов. В то время как для вспучивания традиционных наполнителей нужна температура намного выше 1100 — 1250 градусов, поэтому их вспучивание, как правило, производится в одном месте, а наполнение в другом. Или же всю деталь перевозят целиком на стройку. Но и в том и в другом случае возят воздух. Сами же гранулы стеклопора легко можно перевезти на стройку, там на несложной установке нагреть и тем самым вспучить.
      Авторам выдали более 10.авторских свидетельств на изобретение как способа получения стеклопора, так и областей его применения. А также патенты в ряде зарубежных стан.
      В 1978 году Евгений Фирскин стал лауреатом премии Всесоюзного общества изобретателей и рационализаторов среди молодежи. А в 1979 году ему и его товарищам Валерию Федину и Надежде Чвилевой «за разработку, создание и внедрение суперлегкого минерального гранулированного материала стеклопор» присуждена премия Ленинского комсомола.
      Начнем со своеобразного рекорда: из всех работ в области науки и техники, удостоенных премии Ленинского комсомола 1979 года, работа «Создание и внедрение в промышленность комплексного электрооборудования для металлорежущих станков с адаптивным управлением» содержит максимальное количество изобретений — 40!
      Эта цифра сама по себе говорит об очень многом, и прежде всего о сложности и новизне задач, которые пришлось решать молодым ученым и инженерам. Но начнем с самой проблемы.
      Современная технология обработки металлов, как известно из институтского курса, состоит из четырех разделов: литья, обработки давлением, сварки и обработки резанием. Но хотя первые три отрасли в наше время бурно развиваются, обработка резанием остается наиболее важной отраслью, хотя бы уже только потому, что в ней занята львиная доля людей, работающих в промышленности. И действительно, без станочников невозможно развитие машиностроения.
      Можно смело утверждать, что нет ни одной отрасли техники от самолетостроения до производства детских игрушек, в которой бы не было станочников.
      Исходя из этого, повышение производительности труда и улучшение качества обработки в области резания металлов дает огромный эффект всему машиностроению в целом.
      Как известно, от квалификации рабочего, будь он токарем, фрезеровщиком, шлифовщиком и т. д., зависят и производительность и качество обрабатываемых деталей. И здесь большую роль играет опыт. В наше время все большее значение приобретает создание станков, которые могут работать без человека, точнее, станков с числовым программным управлением, когда человек лишь составляет и закладывает в них программу, включает их и следит за своевременной профилактикой станочного парка. За такими станками с ЧПУ — числовым программным управлением, выпуск которых растет год от года, будущее.
      Но пока в общей массе станков их /дельный вес невелик. А решать проблему производительности и качества надо немедленно.
      Что делает токарь или фрезеровщик, который на обычных полуавтоматических станках обрабатывает деталь? Как он управляет станком? В сущности, все сводится к тому, чтобы своевременно в зависимости от конкретных условий менять подачу резца и вообще режущего инструмента и скорость резания, то есть обороты шпинделя станка.
      А можно ли этот опыт и мастерство заменить автоматикой? В принципе, безусловно. Можно «обвешать» станок и резец датчиками, которые будут передавать информацию в ЭВМ. Та оценит информацию и выдаст команду на исполнительные органы. Подобные эксперименты, самые различные, велись уже давно. По нагреву резца пытались оптимизировать процесс резания. Но эти исследовательские работы не шагнули в практику. Почему? Да потому, что станок в итоге оказывается столь сложным в эксплуатации, что утрачивает в значительной степени надежность.
      И тем не менее считалось, что процесс оптимизации работы станка надо обязательно начинать с резца.
      Но в ЭНИМСе — Экспериментальном НИИ металлорежущих станков — выпускники кафедры электропривода Московского энергетического института рассуждали иначе. А что, если нагрузку станка изменять не прямо с резца, а косвенно — на электродвигателе? Ведь вся электрическая энергия двигателя самим станком преобразуется в механическую за вычетом потерь на трение.
      Следовательно, есть возможность измерять усилие резания по расходу энергии, поглощаемой электродвигателями. У такой перспективы одно очень важное преимущество: не надо весь станок обвешивать датчиками, а достаточно поставить в силовую, сеть
      самого станка один датчик активной мощности. Как в таком случае будет выглядеть принцип адаптивного управления станком? (По-латыни «адаптация» означает прилаживание, приспособление живых существ к окружающим условиям.) Режущий инструмент, передвигаясь вдоль обрабатываемой детали, встречает утолщение или прилив. Следовательно, изменяется глубина резания. Неизбежно возрастает потребление энергии, так как возрастает усилие резания на самом инструменте.
      Адаптивная система, управляющая станком, построена на принципе рассогласования сигнала. Для этого исследователи обвесили станок датчиками, собирающими информацию об усилиях резания, использовали таким образом консервативный путь. Одновременно они анализировали расход электроэнергии, а значит, пошли по новому пути. А это сопоставление было необходимо, чтобы определить предельные величины сигналов рассогласования для управления станком, чтобы должным образом настроить систему.
      Так вот, в тот момент, когда режущий инструмент вгрызается в прилив на обрабатываемой заготовке, вызывая рост потребления энергии, будь на рабочем месте станочник, он тут же бы изменил обороты или подачу — именно в этот момент в адаптивную систему поступает сигнал рассогласования. Повинуясь сигналу, система выдает на двигатель команду снизить обороты. Причем тем больше, чем больше толщина прилива. Или уменьшить величину подачи инструмента. Так система в буквальном смысле слова приспосабливается к конкретным условиям резания.
      Но вот за приливом на детали следует утоньшение. При этом режущий инструмент или вообще оказался в воздухе, или глубина резания уменьшилась. Расход электроэнергии резко падает. Теперь снова появляется сигнал рассогласования, но уже с нижне-
      го предела. Обороты двигателя увеличиваются, подача возрастает.
      Внешне вся адаптивная система помещается в небольшой коробке, прикрепленной к станине. Если снять с коробки крышку, можно увидеть печатные платы с микросхемами, из которых и состоит в основном система. Это унифицированные электронные модули и регулируемые тиристорные электроприборы.
      Сегодня САУ — система адаптивного управления — шагнула в заводские цехи: уже серийно выпускаются электроприводы и комплектные устройства адаптивного управления, ими оснащаются токарные станки, выпускаемые на таких известных заводах, как «Красный пролетарий» и «Станкокон-струкция» в Москве, зубофрезерные станки Витебского завода имени Коминтерна, Вильнюсского завода имени 40-летия Октября, фрезерные станки Ульяновского завода тяжелых уникальных станков, Вильнюсского завода «Жальгерис», шлифовальные станки Московского завода автоматических линий имени 50-летия СССР и др. В общей сложности более 50 моделей различных станков, составляющих продукцию 20 станкозаводов, вооружено САУ и регулируемыми электроприводами. Экономический эффект от внедрения разработанного электрооборудования в народное хозяйство уже к 1979 году составил около 3 миллионов рублей. А в одиннадцатой пятилетке, по расчетам экономистов, он должен превысить 10 миллионов рублей.
      Внедрение САУ в металлообработку чрезвычайно перспективно. Может возникнуть вопрос: а не конкурирует ли САУ с ЧПУ? Выше говорилось — за станками с ЧПУ будущее. Правильно. Но следует учитывать, что станки с ЧПУ предпочтительно использовать в мелкосерийном и индивидуальном производстве. Станки с САУ эффективны в машиностроении как при крупном, так и при мелкосерийном производстве.
      САУ уже сегодня способно принести максимальную пользу. Станки с САУ могут с успехом обслуживать молодые рабочие, не имеющие опыта. Его им заменит автоматика.
      С другой стороны, САУ, безусловно, окажется помощником ЧПУ. Когда станок работает по программе, то последняя вряд ли может учесть все нюансы процесса. Например, износ режущего инструмента. А САУ немедленно отреагирует на износ, изменив скорость и подачу. Стало быть, САУ в будущем будет помогать ЧПУ.
      Работа над САУ была начата в 1972 году в ЭНИМСе, в его вильнюсском филиале и на ряде заводов, а также в Московском энергетическом институте и Чебоксарском ВНИИреле-строения. Всем комплексом работ руководил Юрий Богачев, выпускник МЭИ, в прошлом секретарь институтского комитета комсомола. Одиннадцать молодых ученых и инженеров разрабатывали САУ под научным руководством заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, профессора А. Сиротина.
      Их научный поиск получил высокую оценку — премию Ленинского комсомола «за создание и внедрение в промышленность комплектного электрооборудования для металлорежущих станков с адаптивным управлением».
      Когда «Комсомольская правда» опубликовала список лауреатов, они единогласно приняли благородное решение — передать денежную часть премии Ленинского комсомола в фонд солидарности с героическим народом Вьетнама, пострадавшим от китайской агрессии, с тем чтобы эти средства были использованы на строительство детских учреждений.
      5 декабря 1979 года секретарь ЦК ВЛКСМ А. Жуганов обратился к ним с письмом:
      «Лауреатам премии Ленинского комсомола 1979 года в области науки и техники тт. Богачеву Ю. П., Кондри-кову А. И., Ладику В. Н., Чернышову В. В., Крищюкайтису В. А., Розману Г. И., Белоусову В. И., Крончеву Г. И., Лукашеву Ю. А., Кальсину В. Н., Гордовому В. А.
      Уважаемые товарищи!
      Центральный Комитет ЦК ВЛКСМ выражает вашему авторскому коллективу искреннюю благодарность за благородный поступок — решение передать денежную часть премии Ленинского комсомола в области науки и техники в «Фонд солидарности». Это яркий пример проявления интернационального долга, высоких гражданских и нравственных качеств советской молодежи.
      Желаем вам, дорогие друзья, крепкого здоровья, дальнейших творческих успехов, больших свершений на благо нашей социалистической Родины».
     
      Атака на атеросклероз
      Наверно, поводом к созданию ценного химического соединения мети-лизоцианата, или сокращенно МИЦ, следовало бы считать тревожную весть, когда ученые неожиданно обнаружили в теле антарктического тюленя следы ДДТ — широко распространенного гербицида. Но в действительности началом надо считать получение и широкое распространение в технике нового класса О-силилуретанов.
      Это разноцветные жидкости тяжелее воды, попахивающие аммиаком. Применяются они, например, в производстве конденсаторов, которые, как известно, имеют электроизоляционное покрытие на эпоксидной основе.
      Для этого конденсатор опускают в ванну со смолой, затем сушат при температуре 200 градусов. Но вся беда в том, что сам конденсатор далеко не всегда способен выдерживать такую высокую температуру, и технологический брак в производстве доходил до 50 и более процентов. А когда добавили в смолу 3 — 5 процентов О-силилуретана от ее веса, температура сушки снизилась вдвое и брак прекратился.
      Или другой пример: эмаль с добавками О-силилуретана на силиконовой основе затвердевает при комнатной температуре. Вполне закономерно, что в Государственном научно-исследовательском институте химии и технологии элементоорганических соединений — ГНИИХТЭОСе полным ходом шла работа над этим классом очень нужных в народном хозяйстве соединений.
      Но вернемся к антарктическому тюленю, в котором был обнаружен ДДТ. То, что сельскому хозяйству необходимы гербициды, очевидно. Но применять их нужно очень осторожно, с тем чтобы не нанести вреда окружающей среде, и в первую очередь животному миру.
      Поэтому было дано задание на выпуск нового гербицида севина, который в отличие от ДДТ не накапливается в живом организме. Но для промышленного производства севина необходим очень важный компонент МИЦ — метилизоцианат, о котором упоминалось выше. Это жидкость с резким запахом хрена, легче воды, кипящая при температуре 38 градусов, что осложняет ее технологическое использование.
      Может возникнуть законный вопрос: неужели нельзя было получить МИЦ раньше? Получить в колбе можно, но в данном случае речь идет, как говорят химики, о получении не в стекле, а в металле. Иначе говоря, имеется в виду технология получения вещества не в лаборатории, где счет идет на граммы, а на заводе, в реакторе, который выдает тонны продукции.
      И вот здесь-то загвоздка. Никоим образом не умаляя значения «чистой» науки, скажем, что для народного хозяйства не менее важно и создание эффективной промышленной технологии. И решить эту задачу очень сложно, доказательством чего служит история МИЦа.
      Технология производства МИЦа была разработана и... не внедрена. Дело в том, что для его получения применили газ фосген — сильнейшее отравляющее вещество, да еще при повышенном давлении и температуре около 200 градусов. Спрашивается, какой инженер по технике безопасности рискнет утвердить такой технологический регламент? Ведь достаточно малейшей утечки в сальниках, как газ прорвется в помещение цеха. И естественно, проект не был принят.
      А вот кандидат химических наук Алексей Кирилин в ГНИИХТЭОСе с самого начала решил применить для получения МИЦа совершенно безобидные С02 и гексаметилдисилазан — ГМДС, внешне напоминающий аммиачную воду.
      Разработав новую технологию получения МИЦа, А. Кирилин со своими научными руководителями задумались: а где можно найти промышленное применение новому соединению, кроме уже известного севина? В это же время на другом конце Москвы, во Всесоюзном научно-исследовательском химико-фармацевтическом институте, был получен новый лечебный препарат пармидин.
      Как показала химическая проверка, а только после нее, по существующим в СССР правилам, можно рекомендовать промышленное производство нового лекарства, пармидин эффективно лечит атеросклеротические поражения периферических сосудов, атеросклеротические и диабетические поражения сосудов почек и глаз и, наконец, сосудов сердца и мозга. Причем, что очень важно, противопоказаний для лечения пармидином не имеется.
      И естественно, получив такой превосходный препарат, специалисты ломали голову над тем, как побыстрее на заводе «Акрихин» под Москвой наладить его выпуск. А ломали потому, что для этого был необходим МИЦ. В одной из командировок они услышали, что в ГНИИХТЭОСе разработан способ производства МИЦа. Химики и фармацевты встретились, и началась совместная работа. Прежде всего в центральной заводской лаборатории завода «Акрихин» сначала в стекле повторили все опыты А. Кирилина и только после этого решили строить опытно-промышленную установку.
      Промышленное внедрение — процесс не менее сложный, чем само открытие. В этом А. Кирилин и инженеры «Акрихина» убедились, едва был построен реактор. В колбе процесс получения МИЦа шел достаточно быстро: наливали ГМДС, продували С02 и метиламин, на все уходило 5 — 6 часов. А в реакторе на это затрачивалось уже 24 часа. К тому же треть образующегося О-силилуретана превращалась в мочевину. Внедрять процесс оказалось нерентабельным. Тогда акрихиновцы Иван Тюляев и Андрей Шмаков переконструировали реактор, интенсифицировав процесс механическим способом. А. Кирилин придумал соответствующий катализатор — в итоге объе-
      диненных усилий время реакции сократили до 8 часов и избавились от брака.
      Казалось бы, все в порядке, ан нет. Когда дело дошло до большой промышленной установки для получения пар-мидина, где надо было конденсировать МИЦ с дилолом, то процесс тянулся 152 часа — более шести суток. А МИЦ — «коварное соединение», кипящее при 38 градусах, что отмечалось выше. За это время определенная его часть улетучивалась. А раз так, в реакторе пошли побочные процессы и, естественно, стали получаться побочные продукты. В итоге резко упал выход самого лекарства.
      А. Кирилину и И. Тюляеву пришлось искать новый катализатор. И когда они его нашли, процесс пошел за три часа! Это был успех. Однако на этом работа не закончилась. Надо было искать резервы на вновь созданной установке. И их нашли, создав безотходную технологию.
      В отходах производства три продукта. Так вот, если один из этих продуктов соединить с другим путем барбо-тажа, когда вовнутрь жидкости струями подается газ, то в итоге получится соединение, служащее исходным продуктом для получения самого МИЦа.
      В результате этой работы по созданию МИЦа и пармидина, которая длилась 5 лет, уже сегодня удалось резко сократить импортные поставки аналогичного препарата. В 1979 году перевыполнен план выпуска пармидина: при плане 200 тысяч упаковок фактически выпущено 235 тысяч упаковок. И в недалеком будущем по мере расширения производства можно будет вообще отказаться от импорта. Экономический эффект за 1979 год составил в общей сложности 550 тысяч рублей.
      А. Кирилину, И. Тюляеву и А. Шмакову за разработку и внедрение новых кремнийорганических продуктов была присуждена премия Ленинского комсомола.
      В процессе работы получено 17 авторских свидетельств на изобретение и патенты в США, Англии, Канаде, Франции и ФРГ.
      И конечно, главное — это массовое использование лекарства, сохраняющего здоровье советских людей.
      И наконец, перспективы: наверняка МИЦ понадобится кому-то еще для своей технологии.
     
      Раскрывая секреты трибоники
      Прежде всего, что такое трибоника? По-гречески «трибос» — трение. А трибоника — наука о трении. Обычно в представлении инженеров трение — вещь вредная, и конструкторы машин часто ломают голову, как его уменьшить. Но вспомним один из рассказов замечательного фантаста Герберта Уэллса, посвященный изобретателю, который вообще сумел избавиться от трения на земле. Мгновенно возникла драматическая и вместе с тем комедийная ситуация: люди не могли ходить, автомобили ездить, резцы снимать стружку с детали — короче говоря, жизнь остановилась. Так что без трения обойтись нельзя, изучением его механизма занимаются ученые в разных странах.
      Вопросы трения, износа и контактной жесткости играют главную роль, когда речь идет о проектировании долговечности и надежности деталей и узлов различных машин и механизмов. Необходимо учитывать огромное практическое значение этих задач для народного хозяйства — ведь в результате внешнего трения происходит износ деталей, после чего машины и механизмы направляются в ремонт. В нашей стране в среднем расходы на ремонт в машиностроении достигают в год значительной цифры — около 12 — 15 миллиардов рублей.
      Следовательно, создание «хорошей» теории процессов трибоники может тут же отозваться в практике большим экономическим эффектом. Обычно при проектировании конструктор не представляет себе во всех деталях, как будет изнашиваться в процессе работы тот или иной узел. Перестраховываясь, конструктор делает его попрочнее, а значит, дороже, потому что на него идет больше металла, чем нужно, или идет более прочный металл, когда в действительности в этом нет нужды. В итоге без всяких на то оснований машина становится дороже и тяжелее и, следовательно, хуже.
      Вот почему советские ученые сосредоточивают свое внимание на развитии теории контактных задач, позволяющих создавать с большой точностью методы расчета на прочность различных узлов и сопряжений. Следует отметить значительный вклад в решение этой проблемы такого известного механика, как член-корреспондент АН СССР Л. Галин.
      Ирина Горячева еще студенткой мехмата МГУ, а затем аспиранткой была ученицей Льва Александровича Галина, и естественно, что новая работа младшего научного сотрудника Института проблем механики АН СССР Ирины Горячевой «Применение методов теории упругости к вопросам трения, износа и контактной жесткости», удостоенная премии Ленинского комсомола, была написана под влиянием его научных концепций.
      Работа состоит из трех разделов. Первый называется «Контактные задачи для вязко-упругих тел; исследование трения качения». А что скрывается за этими малопонятными названиями? Рассмотрим проблему применительно к такому случаю, как перекатывание колеса по рельсу. Ирина Горячева детально изучает этот случай, представляющий огромный практический интерес для железнодорожников.
      На любой станции можно видеть свалку старых рельсов, снятых с дороги, а рядом — колесные пары, также вышедшие из употребления. Отчего стираются рельсы и поверхности колес? От качения? Исключено. Следовательно, только от трения. А как может возникнуть трение? Только от пробуксовки. Однако же пробуксовку обычно наблюдали раньше, когда паровоз пытался тронуть состав с места, или в дороге на крутом подъеме. Тем не менее время от времени все рельсы, а не только на подъеме или перед перроном, приходится заменять. Следовательно, механизм качения колеса по рельсу в действительности значительно сложнее.
      В том месте, где колесо соприкасается с рельсом, возникает площадка контакта. Если учесть, что колесо на площадке контакта начинает в определенный момент деформироваться (очевидно, сжиматься и, следовательно, менять форму), а рельс, в свою очередь, прогибаться (он уже не прямолинейный), то становится ясным, что возникают новые силы — силы трения скольжения. Они, естественно, дают износ: и рельс и колесо со временем приходят в негодность.
      В заключительной части этого раздела работы говорится: «Проведенные исследования позволяют правильно поставить задачу и выяснить в каждом конкретном случае роль тех или иных факторов (влияние микроскольжения, несовершенной упругости, относительной мягкости материалов и т. д. на формирование общего сопротивления качению). Определить роль каждого из этих факторов экспериментальным путем оказывается очень трудным.
      Результаты проведенных здесь теоретических исследований могут найти широкое применение при расчетах всех видов колесного транспорта, подвижных опор движущихся частей машин, механизмов и приборов всех видов и назначений, в частности в подшипниках качения».
      Второй раздел называется «Контактные задачи теории упругости при наличии износа».
      Известно, что расчеты на износ — основа для создания долговечных машин. Однако ввиду чрезвычайной сложности самого процесса изнашивания расчеты пока находятся в начальной стадии развития. На сегодня существуют две основные прикладные задачи теории износа. Это нахождение предельных параметров процессов, вызывающих износ: давления,
      скорости скольжения, температуры окружающей среды, при которых вообще возможна работа данного узла трения. И вторая задача — определение срока службы узла при заданном режиме работы.
      Все эти задачи были исследованы при помощи математических моделей и рассчитаны на ЭВМ.
      Последний раздел посвящен изучению контактного взаимодействия шероховатых тел. Общеизвестно, что идеально гладких поверхностей не существует, все они шероховаты. Если посмотреть на них в растровый электронный микроскоп, обладающий большой глубиной резкости, то перед нашим взором предстанет удивительная картина, которую можно наблюдать только с самолета, пролетающего над горной грядой: пики и седловины, ущелья и хребты. Может быть, эта аналогия и натолкнула инженеров на мысль описывать геометрические характеристики поверхностей с помощью топографических карт.
      Что произойдет, если прижать одно твердое тело к другому? Они соприкоснутся друг с другом лишь в отдельных участках поверхностей — скорее всего в контакт придут их наиболее высокие выступы.
      Например, плитки Иогансона, чьи поверхности приняты за эталон, так как они зеркально-гладкие, соприкасаются друг с другом по площади, составляющей примерно одну сотую от той, по которой они соприкасались бы, будь они идеально гладкими. А это з.начит, что истинное давление в точках касания в сто раз превышает то, которое получили бы, не учитывая шероховатости поверхностей. Для более грубых поверхностей (известно, что по ГОСТу существует 14 классов шероховатостей) это отношение будет еще больше.
      С другой стороны, шероховатость поверхности играет и положительную роль в процессах трения и изнашивания, так как создает микрорезервуары, удерживающие смазку на поверхности. Инженеры давно знают об этом. И не случайно, что такое внимание уделяется технологии подготовки рабочих поверхностей зубьев шестерен, подшипников качения, кулачковых механизмов и других элементов машин, работающих при больших контактных давлениях. Каждая дополнительная технологическая операция, а сейчас известно уже более ста способов упрочнения поверхностей деталей машин, делает их более дорогими.
      Какую же технологию обработки поверхности выбрать? Обоснованный ответ на этот вопрос может быть дан лишь тогда, когда мы узнаем значение истинных напряжений в зоне контакта.
      Теоретические основы- проблемы и были разработаны Ириной Горячевой, ей удалось не только создать математическую модель этой прикладной задачи, но и дать ее точное решение.
      Интересная сторона проблемы — слияние пятен контакта, расположенных поблизости друг от друга. Обычно при инженерных расчетах, определяя давление в зоне контакта, влиянием соседней контактной зоны пренебрегали. И зря! Вот упрощенный пример. На какую-то деталь давят два штампа, находящихся рядом. При этом отдельно считали давление под первым штампом и под вторым. Давление определяли школьным способом, как семиклассники, делили силу на площадь штампа. Но в действительности возникают напряжения в металле и вокруг штампа, что в расчет не принималось. А эти две зоны вдруг оказываются взаимно перекрытыми. И напряжение в них вовсе не нулевое.
      Аналогичная картина имеет место и при контакте шероховатых тел, только здесь внедряются уже не два штампа, а их бесчисленное множество.
      Все проведенные теоретические исследования и расчеты хорошо согласуются с экспериментальными результатами на моделях, выполненными в лаборатории «Теории трения и износа Института проблем механики АН СССР», и позволяют раскрыть еще один секрет трибоники.
      выздоровления
      Модель аппарата доктора Илизарова состоит из четырех стержней, которые соединяют два кольца, в кольцах туго натянуты перекрещенные спицы. Как все просто! И как все сложно! Огромный комплекс — Курганский научно-исследовательский институт экспериментальной и клинической ортопедии и травматологии — вырос, в сущйости, для изучения возможностей этого простенького аппарата для разработки внедрения в практику и творческого развития нового метода лечения тяжелейших недугов, которые учатся и часто умеют побеждать опять-таки с помощью не так уж и хитроумно соединенных воедино металлических колец и спиц.
      Кости — единственные твердые образования в теле человека. И логика, опыт услужливо подсказывали, что относиться к костям следует соответственно, как к чему-то отвердевшему раз и навсегда, даже прилагательное придумали — окостеневший — отвердевший, значит, навечно.
      А ну как произошло несчастье: человек попал в аварию или просто оступился, неудачно упал... сломалась кость. Уповай тогда лишь на то, чтобы простеньким оказался перелом, ничто не осложняло капризного процесса сращения отломков. Закуют их в гипсовый панцирь, помучаешься несколько недель, глядишь — все обойдется.
      Но кости срастались далеко не всегда. Есть такой закон, иронично названный «законом бутерброда». Согласно ему этот самый искомый бутерброд, если упадет со стола, то обязательно маслом вниз. Попадая под действие сего закона, кости тоже имеют обыкновение ломаться в самых неудобных, с точки зрения хирурга-травматолога, местах. И тогда трагедия: не срастается кость.
      Чего только не напридумывали костоправы за многовековую историю медицины. Еще древние египтяне делали повязку из пальмовых листьев, потом изобрели гипсовые повязки. Была целая эра внутрикостного остеосинтеза — вгоняли внутрь сломанной кости спицы, штыри. Пробовали скреплять проволокой, металлическими лентами, пластинками и винтами. Распинали больных на постели с помощью целой системы хитроумных, прямо скажем, приспособлений для скелетного натяжения, удерживая руку или ногу в многонедельной неподвижности солидными грузами. Но полного успеха не достигали: меткая и жесткая фиксация отломков не обеспечивалась.
      Выход нашел врач Гавриил Абрамович Илизаров. Теперь в институте любят рассказывать, как он в далекой сельской больнице экспериментировал с обычными вязальными спицами, крепя ими то ли сломанный черенок лопаты, то ли оглобли и дугу, то ли тележное колесо. Не в этом суть. Сломанные кости, проткнутые металлическими спицами под углом девяносто градусов, которые туго натягивались и закреплялись в двух кольцах, соединенных, в свою очередь, четырьмя стержнями, фиксировали отломки настолько прочно, что больного можно было поднять с постели на второй-третий день после операции. (Кстати, весьма несложной операции. Конечно, когда тебе протыкают кость спицей — удовольствие небольшое, но... вспомните хирургические ланцеты, разрезы в полбедра, загнанный внутрь кости штырь и... выберите из двух зол.) Главное, пациент мог ходить. Начинали работать мышцы, нормально функционировало кровообращение. Да еще учтите такие немаловажные факторы, как тонус, настроение. В общем, результаты поразили самого автора изобретения. Больные вылечивались в два, а то и в три раза быстрее.
      Да, да. Теперь в Кургане это самое обычное явление, когда больного, сломавшего ногу или руку, выписывают здоровым и трудоспособным уже в конце третьей недели. Лабораторные анализы подтверждают, что кость срастается на пятые сутки, а через три недели выдерживает нагрузку на разрыв свыше двухсот килограммов. Вот что такое компрессионный метод! (Напомним, что компрессия — это сжатие. Аппарат Илизарова намертво сжимает отломки кости — отсюда и название метода.)
      Остановись Илизаров на этом — все равно его имя вошло бы в историю мировой медицины. Тысячам больных он возвратил счастье, — а что такое счастье уметь нормально ходить, бегать, поймет по-настоящему страдающий годами хромотой человек, от которого отказались уже все врачи, опустив в бессилии руки. Возвратил с помощью принципиально нового метода — впервые в мировой практике найденного способа жестко фиксировать кость.
      Но он пошел дальше. Рядом с термином «компрессия» (сжатие) появился второй «дистракция» (растяжение). И перевернулись взгляды на живую кость как на нечто окостеневшее.
      Конструкция аппарата позволяла постепенно растягивать отломки, потихонечку, не больше миллиметра в сутки, отдалять их друг от друга. Пространство между ними заполнялось костным регенератом, регенерат превращался в обычную костную ткань. Кость росла.
      Причем ее регенерационные возможности оказались лучше, чем у большинства других тканей человеческого организма. Вспомните, даже на коже остается шрам после глубокого пореза. Новую же костную ткань способен отличить от старой лишь гистологический анализ.
      До полуметра удлиняют в Курганском институте укороченные ноги. Метод чрескостного компрессионно-дистракционного остеосинтеза позволяет устранять многочисленные врожденные дефекты конечностей. Причем в большинстве случаев делается это бескровно, то есть без оперативного вмешательства.
      Хирург-травматолог превратился, по существу, в скульптора. В скульптора человеческого скелета. А поскольку мягкие ткани всегда подтягиваются в росте вслед за костью (вспомните народное: была бы кость цела, а мясо нарастет), то и в скульптора человеческого тела.
      Естественно, здесь описана лишь схема. На практике все сложнее. На практике встречаются тонкости. Для того и появился крупный научно-исследовательский институт, чтобы раскрыть на базе существующего метода те возможности аппарата, которые мы еще не знаем, чтобы усовершенствовать сам аппарат, чтобы провести тонкие биохимические, гистологические, радиологические исследования процессов, которые возникают в измененном по велению врачей скелете живого человека.
      И еще появились ученики.
      Несмотря на то, что темп и нагрузки в работе, предложенные Гавриилом Абрамовичем Илизаровым, выдерживают далеко не все, учеников множество. Их обычный путь в Курган — услышали, вначале приняли за чудеса, приехали, чтобы узнать подробности, увлеклись и остались. Это общее у всех. Разница может быть в другом: кто-то приехал в Курган студентом, кто-то дипломированным врачом, кто-то кандидатом или доктором медицинских наук. Идет время. У учеников Илизарова появляются свои ученики.
      Девяти молодым ученым Курганского НИИ присвоена премия Ленинского комсомола за цикл работ по разработке и совершенствованию конструкций аппаратов для чрескостного остеосинтеза, методов исследования, экспериментально-теоретического обоснования и внедрения в практику травматологии и ортопедии новых способов лечения больных по Илизарову.
      ...По Илизарову. Точные слова. Они действительно работают «по Илизарову», развивая и находя все новые точки приложения лучших сторон его метода.
      И работа эта поистине грандиозна. Представьте, сколько у человека костей, косточек, суставов, сколькими способами они могут быть повреждены, сколько различных осложнений встречается в ходе процесса лечения,
      насколько по-разному эти осложнения протекают. А сколь хитроумна природа, наделяя человека врожденными дефектами. И за каждой патологией — конкретная человеческая трагедия.
      И всегда надо найти свой, самый оптимальный и самый удобный, самый эффективный способ лечения, самую подходящую модель аппарата, разработать наиболее доступную методику его наложения. Такую, чтобы ее по силам было применить в любой клинике любому врачу.
      Теперешние модификации аппарата и похожи и непохожи на ту, самую первую, модель. Думая о массовом применении своего изобретения, Или-заров унифицировал его узлы. Аппарат чем-то напоминает детский конструктор, в котором, как все помнят, из небольшого количества деталей можно собрать множество предметов.
      Множество разновидностей аппарата Илизарова также можно собрать из весьма ограниченного числа деталей. Такую разновидность, которая лучше всего подходит для данного конкретного случая. Главное — думай. Это, пожалуй, единственный путь в борьбе с тем разнообразием неприятностей, которые, к сожалению, достаются на долю больных. Думай — и конструируй прямо за операционным столом. Вот почему Илизаров вполне резонно считает, что студент, выбравший специальностью травматологию, должен еще в вузе пройти специальный курс механики, овладеть конструкторскими навыками.
      И уж конечно, в Курганском НИИ налажено содружество с конструкторами. Вернее, конструкторы — полноправные соавторы в общей работе. Один из лауреатов премии Ленинского комсомола Александр Предеин занимается конструкторскими разработками и усовершенствованием деталей и узлов аппарата. Именно за его кульманом обретали первые очертания дуги с повышенной жесткостью, рождались различные устройства, позволяющие быстрее монтировать аппарат во время его наложения, контролировать усилия, возникающие в конструкции, повысить надежность фиксации спиц.
      Другой лауреат — Геннадий Шевченко тоже по специальности конструктор. Ему принадлежит идея использовать спицы в качестве исследовательских приборов. С помощью датчика впервые в мировой практике появилась возможность объективно оценить температуру, возникающую при сверлении живой кости, дать конкретные рекомендации наиболее приемлемых режимов проведения спиц через кости и мягкие ткани. Геннадий предложил также новую форму заточки спицы. Все это сократило количество осложнений.
      Усовершенствование конструкции аппарата — одно из направлений поиска, ведущегося в Кургане. Другое — теоретическое обоснование тех изменений, которые идут в организме при такой непростой его перестройке. Один из теоретиков, биолог Людмила Палиенко, исследует самую глубинную сторону процесса восстановления клетки.
      Каковы источники регенерации костной ткани? Где заложены резервы этих источников? Как ведут себя исходные клетки, из которых в дальнейшем образуется костная ткань в тех или иных условиях? Чем можно стимулировать регенерационный процесс? А если он осложнен воспалением? Почему возникло воспаление? Да и где, в конце концов, предел? То есть до каких пор можно все-таки удлинять кость?
      Круг этих, казалось бы, чисто теоретических вопросов дает уже практический выход. Хирурги учитывают рекомендации Людмилы при разработке новых методик.
      Цель лечения у травматолога или ортопеда не только удлинить или исправить конечность. Цель — вернуть человеку способность нормально и красиво ходить; «проведя оптимальную реконструкцию скелета, восстановить опорную функцию, нормализовать мышечную активность и периферическое кровообращение», как говорят врачи. Уже по одному перечислению видно, сколь непроста задача. Тем более что больных, много лет бывших инвалидами, учить ходить приходится, по существу, заново.
      Физиолог Алексей Шейн предложил ряд новаторских методик исследования нервно-мышечного аппарата, создал математический аппарат для анализа данных, разработал программы для обработки их на электронно-вычислительной машине. Все это позволяет своевременно корректировать объем и тактику лечебно-физкультурных и физиотерапевтических процедур. Или, говоря проще, благодаря работам Алексея Шейна обучение ведется под строгим и объективным контролем приборов.
      Несколько лет назад любое сообщение, приходящее из Кургана, воспринималось как чудо: работает где-то в Сибири маг, волшебник, ставит на ноги неизлечимых больных. Сегодня заслуги лауреата Ленинской премии профессора Илизарова общепризнаны. Не магом, не волшебником оказался доктор из сельской больницы, а главой самого перспективного направления в травматологии и ортопедии, автором метода, применяя который по силам получать результаты, еще вчера казавшиеся чудесами.
      Метод надо передать в надежные руки. Людям, умеющим не только перенять сумму накопленных приемов, но и способным развить его, найти новые точки приложения.
      Хирург Геннадий Сушко один из тех, кто существенно расширил сферу применения чрескостного компрес-сионно-дистракционного метода. Дело в том, что анатомические особенности строения ключицы и окружающих ее органов и тканей не позволяли применять аппараты, имеющиеся в институте. Г. Сушко в соавторстве с Г. Илизаровым предложил свою конструкцию для лечения сложных переломов ключицы. Достигнуты отличные результаты. Уже разработана документация для серийного производства аппарата Сушко — Илизарова.
      Лечением детей с врожденным отсутствием малоберцовой кости занимается хирург Анна Аранович. Патология эта встречается нечасто. Но когда встречается... как без содрогания смотреть в глаза детям, которые с трудом передвигаются на громоздкой ортопедической обуви. Анне удалось разработать методику лечения этих из ряда вон выходящих ошибок природы, причем щадящую, бескровную методику. Аппарат постепенно вытягивает маленькие, хрупкие ножки, исправляет их кривизну, формирует стопу. Ребенок учится ходить, бегать и... одновременно учится смеяться, радоваться, жить нормальной жизнью.
      Не менее сложными случаями, но уже среди взрослых, занимаются хирурги Валерий Голиков и Арнольд Попков. Первый специализируется по особо сложным переломам бедренной кости, второй — когда требуется удлинить бедро и одновременно избавить человека от патологии тазобедренного сустава. Эти операции удаются пока немногим ортопедам-травма-тологам. И Валерий, и Арнольд разра" ботали доступные для обычных клиник схемы наложения аппаратов Илизарова, причем предложенная методика с помощью датчиков позволяет строго контролировать каждый этап процесса лечения.
      Институт профессора Илизарова оснащен по последнему слову медицинской науки и техники. Но не сложнейшие приборы поражают больше всего, а... кабинет лечебной физкультуры, где больные занимаются у зеркал во всю стену. Ну никак не укладывается в голове этот контраст: самые тяжелые случаи хромоты и этот, прямо-таки репетиционный балетный зал.
      Но на поверку никакого контраста нет. Принцип Илизарова не «подлатать» больного, чтобы хоть как-нибудь передвигался (а ведь учитывая, что здесь сталкиваются в основном с особо сложными патологиями, многие согласны и на это), а стопроцентное здоровье и... красивая походка. Для косметических целей часто необходимо утолщение кости. Именно в этой области работает хирург-экспериментатор Наталья Петровская. И в институте могут теперь сказать больным: «Ходите вы нормально, но вот одно бедро потоньше другого. Давайте уж лечиться до полного выздоровления».
      До полного выздоровления!.. Именно так лечат самые тяжелые людские недуги и сам доктор Илизаров, и его ученики.
     
      Автоматика урожая
      Не будет преувеличением сказать, что созданию машин всегда сопутствует рождение автоматических средств для контроля за их работой или для управления ими.
      В современном сельском хозяйстве, насыщенном мощными тракторами и производительными машинами, потребность в подобных приборах огромна. И группа молодых ученых ВИМа — как сокращенно называют Всесоюзный НИИ механизации сельского хозяйства — поставила перед собой смелую задачу: создать такие приборы. В группу входили специалисты разных отраслей техники: Михаил Тамиров и Александр Евстратов — специалисты по радиоэлектронике, Владимир Семенов — по вычислительной технике, Анатолий Клоков — «чистый» инженер-механик.
      Ребята начинали с пахотных тракторов — необходимо было определить загрузку в процессе работы самого массового трактора ДТ-75М. Исследования они вели совместно с НАТИ (Научно-исследовательский тракторный институт) и объединением «Агроприбор».
      При пахоте, где у трактора большой расход энергии, необходимо правильно загружать двигатель в зависимости от скорости движения машины. Если трактор двигается слишком медленно, на низкой передаче, то скорость вспашки мала, следовательно, низка и производительность. Или наоборот, двигатель перегружен, если передача оказывается слишком высокой. Мотор ревет, перегревается, возникает пробуксовка, перерасходуется топливо. Если долго так вести машину, то недолго ее «запороть».
      И наконец, есть оптимальный режим, когда двигатель загружен на все 100 процентов своей мощности. Как сделать, чтобы тракторист вел пахоту в наиболее рациональном режиме? Для этой цели был сконструирован магнитно-индукционный датчик размером в несколько сантиметров, фиксирующий вращение грузиков регулятора топливного насоса. В кабине тракториста результаты измерений поступают в небольшой прибор со шкалой, на которой стрелкой обозначены недогрузка, нормальная работа и перегрузка двигателя. Такой прибор помогает трактористу, особенно молодому, правильно вести пахоту. Если стрелка показывает недогруз — надо включить более высокую передачу, если перегрузка — перейти на низкую.
      Десятки тысяч приборов уже выпущены промышленностью. Однако для больших колесных тракторов типа «Кировец» такое устройство недостаточно. В отличие от гусеничных колесные машины зачастую работают со значительной пробуксовкой. Л когда машина чрезмерно буксует на пахоте — это не только ненужный износ двигателя и трансмиссии, но и снижение производительности труда. Избавиться от пробуксовки можно, перейдя в момент буксования на низкую передачу, то есть снизив скорость. Л сигнализируют об этом два датчика оборотов. Один ставится в карданном валу трактора, другой на колесе плуга. Табло портативного прибора показывает, как и в первом случае, когда надо снизить скорость вспашки, а когда можно ее увеличить.
      Интересно отметить, что прибор разрабатывался в содружестве с венгерскими специалистами.
      Как известно, после пахоты приходит время сева. Конструкция сеялки сама по себе несложная: семена засыпают в семенные ящики, из которых они текут вниз по специальным трубкам — сошникам, а из них в землю. Но вот стоит земле забить сошник, как подача семян прекращается. Или наоборот, забилась трубка сверху — опять зерно не поступает в землю. А тракторист находится в кабине трактора — ему не видно, как работает сеялка.
      Поэтому для наблюдения за сеялкой вдоль семенных ящиков пркреплена доска, и на ней стоит специальный человек, который, по сути дела, следит за сошниками. Теперь подсчитаем. Одну сеялку с 24 сошниками обслуживает один человек. Но мощный «Кировец» тащит за собой 6 сеялок. Значит, 6 человек следят за 144 сошниками. А как же иначе? Без людей трактор вообще может пройти целый гон, и тракторист, не увидев забившихся сошников, даже не заметит, что гонял машину впустую.
      Труд людей на сеялках никак не назовешь легким. Целый день в пыли, на трясущейся доске проработать очень тяжело. А надо иметь в виду, что рабочие скорости скоро возрастут до 15 километров в час — трактора становятся более мощными, и тогда вообще невозможно будет человеку стоять на доске.
      Вот какие предпосылки привели молодых ученых ВИМа к проблеме создания автоматики на сеялках. Эту сложную проблему они решали в содружестве с предприятиями Минэлек-тронпрома, Мйнтракторсельхозмаша и ГСКБ «Посевмаш».
      Принцип работу датчиков очень прост: в каждый сошник вставили по фотоэлементу. Если в него цепочкой пролетели семена, то он не реагировал: все в порядке. Но вот сошник забило землей. Тогда в нем начинает расти столбик семян. Поднимаясь выше, он достигает уровня фотоэлемента и наглухо преграждает ход лучу. Теперь срабатывает автоматика. То же самое получается, когда сверху из семенных ящиков не поступает зерно, — датчик настроен на прерывистый импульс.
      Как только срабатывает автоматика — на табло прибора в кабине тракториста вспыхивает номер сеялки и номер сошника, который забит. А чтобы обратить внимание тракториста на это обстоятельство, раздается тревожный сигнал зуммера.
      Прибор такого же назначения для целины был разработан совместно с ЦелинНИИМЭСХ и НПО «Агроприбор». В этом случае вместо фотоэлементов были установлены пьезокристаллы, которые реагировали на сотрясение от падающих на них зерен. Сигналами о том, что сошники забиты, служили яркие огни, которые вспыхивали на тех сеялках, где они установлены.
      Такая несколько «адаптированная» схема приборов, так же как и первая, отлично прошла испытания.
      Но мало посеять. Надо быть уверенным в том, что семена заделаны на должную глубину и что соблюдены нормы высева. В противном случае растение не будет нормально развиваться.
      Для этой цели вимовцы совместно с Ленинградским сельхозинститутом разработали прибор контроля глубины заделки семян — датчик глубины хода сошников. Если глубина недостаточна или чрезмерна — сигнал поступает к трактористу и он может провести необходимую регулировку.
      Все эти приборы позволят в конечном итоге, с одной стороны, сократить число людей на севе, что само по себе очень важно, с другой — резко поднять качество работ.
      В заключение еще об одном очень важном приборе, предназначенном для агрономов. Речь идет о переносном приборе для контроля нормы высева семян. Если через сошник будет поступать семян меньше, чем предусмотрено то1 в результате недосева с поля уберут урожай меньше предполагаемого. Если будет поступать семян, наоборот, больше нормы, то соответственно уменьшится площадь питания растений. А это значит, что опять-таки урожай будет низким.
      Поэтому строгое соблюдение технологии процесса — основа будущего урожая. Но спрашивается: как определить число семян, или, иначе говоря, правильную регулировку сеялки?
      Раньше, чтобы ответить на этот головоломный вопрос, поступали так: сеялку приподнимали и вывешивали, так чтобы колеса не касались земли. Затем вхолостую начинали прокручивать. При этом, естественно, из сошников текла струйка семян. Семена собирали в мешочек, затем взвешивали его. И потом делили вес мешочка на средний вес одного зернышке! семян. И наконец, учитывая примерную скорость холостой прокрутки сеялки, прикидывали, какой путь она прошла. Теперь, зная путь и ширину сеялки, можно подсчитать площадь. А зная площадь и количество семян, уже нетрудно вычислить плотность высева.
      Однако такой эксперимент корректным, как говорят ученые, не назовешь — уж очень много исходных данных берется приблизительно. Прибор, созданный в ВИМе, абсолютно точен. Фотоэлемент ставится в сошники и считает в процессе реального хода сеялки все до единого зернышка, которые пролетают мимо него. И выдает точную цифру. Скорость и путь, пройденный сеялкой, также известны. Теперь остается только умножить пройденный путь на ширину сеялки. А затем разделить число, указанное на табло прибора (количество засеянных семян) на площадь. Ответ готов.
      И что самое важное — можно регулировать сеялку прямо на ходу. Все эти приборы успешно внедряются в сельское хозяйство. В 1979 году экономический эффект их применения составил около 2 миллионов рублей.
      В процессе работы молодые ученые получили 12 авторских свидетельств на изобретение.
      «За обоснование, разработку и внедрение в производство комплекса приборов для автоматизации, контроля энергетических, эксплуатационных режимов и технологических процессов мобильных сельскохозяйственных агрегатов» М. Тамирову, А. Евстратову, А. Клокову и В. Семенову присуждена премия Ленинского комсомола.
      А каковы дальнейшие планы? На этот вопрос Михаил Тамиров отвечает:
      — Мы сделали приборы для пахоты и сева. Теперь будем работать над приборами для уборки урожая. Проблему надо решать комплексно.
     
      Для гигантов энергетики
      Бурное развитие техники вызвало строительство особо мощных электрических станций. Экономичность же этих станций, в свою очередь, зависит от мощности турбогенераторов, установленных там. Чем они мощнее, тем выгоднее. Именно это соображение побудило сотрудников ленинградского объединения «Электросила» создать крупнейший в Европе турбогенератор мощностью 1200 мегаватт.
      Однако создание впервые в мире столь могучей электрической машины поставило перед ее создателями и новую проблему — возбуждение. Из школьного курса физики известно, что токосъем с вращающихся частей динамомашины, а также подвод тока к якорю мотора обычно осуществляются щетками, которые скользят по контактным кольцам. То же происходит в электроприборах, с которыми мы встречаемся в быту: генератором в «Запорожце» или в «Жигулях», электромотором в пылесосе или полотере.
      Из опыта «общения» с ними мы знаем, что щетки время от времени изнашиваются и искрят, а контактные кольца греются выше нормы. Дело в том, что износ щеток и вообще надежность щеточного токосъема зависят от окружной скорости вращения контактных колец. Чем выше эта скорость, тем менее надежен токосъем. А это, в свою очередь, связано с диаметром контактного кольца и скоростью его вращения. В определенных условиях, а речь идет о кольце генератора в 1200 мегаватт, чей диаметр достигает полуметра, щетки станут очень быстро изнашиваться и, следовательно, они уже неприемлемы из-за низкой надежности.
      Неожиданная же остановка работы такого большого генератора, питающего током целый промышленный узел, абсолютно недопустима. Из-за этого при создании 1200 мегаваттного генератора пришлось впервые в мировой практике конструировать новую бесще-точную систему возбуждения.
      Может возникнуть вопрос: а разве раньше на «Электросиле» не выпускали больших генераторов? Да, выпускали. И на 300, и на 500 и даже на 800 мегаватт. Но все эти машины были щеточными и применять на них новую систему не было оснований.
      Впрочем, сразу оговоримся. Конструкторы «Электросилы» готовились к созданию бесщеточной системы возбуждения на мощных перспективных генераторах. И решили провести своего рода конструкторскую репетицию на 300-мегаваттном генераторе, предназначавшемся для Кирш-ской ГРЭС. Сама идея ее была выдвинута еще в сороковых годах и достаточно широко известна. Напомним, что паровая турбина вращает генератор. Чтобы он начал вырабатывать ток, необходимо подавать постоянный ток в обмотку возбуждения. Для этой цели при помощи индукции во вторичной обмотке во вращающемся роторе наводится переменный ток, который, проходя через выпрямители, превращается в постоянный. Здесь для конструкторов было особенно важным оптимально скомпоновать выпрямители на вращающихся частях генератора. Эта задача была решена, и в 1972 году новый турбогенератор дал промышленный ток.
      Однако когда на «Электросиле» приступили к генератору мощностью 1200 мегаватт, то обнаружили, что воспользоваться полностью опытом создания предыдущей бесщеточной машины, соответственно все увеличив в четыре раза, рассматривая ее как модель, невозможно.
      На это был ряд причин. Первая: при четырехкратном увеличении длина сердечника якоря превысила бы 2 метра.
      Он обычно охлаждается потоком воздуха, нагнетаемого вентилятором. При небольших размерах такое охлаждение эффективно и, главное, равномерно. Но при большой длине сердечника, как показали расчеты, равномерно охлаждать его не удастся. Следовательно, возникнут тепловые перекосы и в итоге неустранимая вибрация.
      Следующая проблема — балансировка такого длинного сердечника. Ведь он состоит из пакета, который набирается из отдельных тонких листов электротехнической стали. Причем различная толщина этих листов ведет к значительному дебалансу ротора. И очевидно, что балансировка такого сердечника, да еще с обмоткой, практически невозможна.
      И наконец, в определенных режимах работы в обмотке якоря могут возникать токи короткого замыкания. Если пакет, о котором шла речь, короткий, их величины не превышают опасных значений, но при длинном пакете их величины окажутся настолько большими, что начнет гореть изоляция обмотки. А это уже авария.
      Вот из-за этих трех причин молодые конструкторы «Электросилы», перепробовав множество вариантов, остановились на совершенно необычном.
      — Давайте разрежем длинный пакет на две равные части, — решили они. Иначе говоря, вместо одной машины возбуждения, в длинном сердечнике которой возникает столько неприятных явлений, поставили две, тем самым устранив одну проблему.
      Но зато встала другая, не менее хитрая задача: надо было объединить обе машины и механически и электрически. Тут было над чем поломать голову, так как анализ патентной литературы ничего не дал. Все надо было изобретать самим. Вот почему придуманный ими узел получил всемирное признание. В СССР это авторское свидетельство на изобретение № 555471 и патенты в ГДР, США, Канаде, во Франции и Швеции.
      В чем сущность изобретения? Сквозь полный вал одной из машин был проведен токопровод. Его надо было связать с валом второй машины. Для этого в торце одного из валов было сделано полое отверстие. В него и заходила вилка другого вала. Она состоя-
      ла из жестких токосъемников, прикрепленных на гибких шинах, которые другим концом крепились к токопро-воду, проходящему по полому валу. На оба зуба вилки надевались массивные хомуты. Когда валы начинали вращаться, то под действием центробежных сил жесткие токосъемники вилки одного вала начинали прижиматься к контактам другого вала. Но такой контакт ненадежен, так как их масса относительно мала. А вот массивные хомуты под действием тех же сил на вращающемся валу плотно прижимают контакты одной машины к контактам другой. Таким образом, через токо-провод в полом валу, через эту хитроумную муфту, создается единая электрическая цепь во вращающихся машинах. Так удалось решить самую главную задачу — связать обе машины и механически и электрически, заставить их работать «в общей упряжке».
      Но, помимо решения главной задачи, возникло множество побочных, хотя и существенных, проблем. Так, возник вопрос: как контролировать напряжение ротора турбогенератора, чтобы оно не превысило предельного и не привело к пробою изоляции? Ведь щеток и контактных колец теперь нет.
      А почему нельзя вернуться к щеткам и контактным кольцам в их новом качестве — вспомогательном? Если кольца надевать не на вал турбогенератора, что, как отмечалось выше, невозможно, а на вал машины возбудителя? Причем выбрав самый маленький ротор, резко снизив нагрев и вибрацию щеток и колец. Но в бесщеточ-ных машинах есть уязвимое место — это вращающиеся выпрямители, которые в процессе работы выделяют много тепла и их надо принудительно охлаждать.
      Само собой разумеется, что без выпрямителей тока, преобразующих переменный ток в постоянный, бес-щеточных машин вообще быть не может. Но коль скоро выпрямители греются, то для их охлаждения используют воздух, который, в свою очередь, охлаждается во время прокачивания его через радиаторы-теплообменники, в последних циркулирует холодная вода.
      Так вот, если вдруг в теплообменнике почему-либо окажется слишком холодная вода (а по идее вода и должна быть холодной, чтобы остужать воздух), то на поверхности трубок начнется отпотевание. А появление влаги очень опасно: попав на открытые токоведущие части вращающегося выпрямителя, она может вызвать короткое замыкание.
      Поэтому конструкторы придумали датчик, который при появлении влаги тут же включает сигнализацию. А эксплуатационники в ответ должны повысить температуру воды в теплообменнике, предотвращая отпотевание.
      Процесс создания бесщеточной системы возбуждения генератора мощностью 1200 мегаватт сопровождался решением и ряда сложных технологических проблем, которые преодолевали лучшие молодые производственники «Электросилы» непосредственно на своих рабочих местах. Именно этим объясняется состав группы лауреатов — три инженера и трое рабочих: два ведущих конструктора Владимир Витченко, Юрий Самсонов, конструктор Владимир Шалаев, фрезеровщики Евгений Макаров и Юрий Рябченко и обмотчик Дмитрий Охлабыстин.
      Вот лишь один из многочисленных примеров творческого вклада рабочих.
      Нужно было впервые на практике отработать технологию укладки и пайки транспланированных стержней обмотки якоря. А транспланированная обмотка отличается от обычной тем, что провода предварительно переплетают наподобие девичьей косы и только потом укладывают в пазы. Придумав соответствующее приспособление, обмотчик Дмитрий Охлабыстин быстро решил эту трудную задачу.
      Общими усилиями группы молодым электросиловцам удалось успешно решить сложнейшую инженерную проблему. Экономический эффект составляет более 200 тысяч рублей. В 1980 году новый агрегат, установленный на Костромской ГРЭС, даст промышленный ток.
      И в этом будет немалая заслуга молодых электросиловцев, которым присуждена премия Ленинского комсомола «за разработку и внедрение бесщеточной системы возбуждения турбогенератора мощностью 1200 мегаватт».
     
      Вторая молодость старых цехов
      В наше время рост производства промышленной продукции идет в основном не за счет строительства новых предприятий, хотя новых заводов и фабрик строится много, а за счет реконструкции уже действующих.
      И это вполне объяснимо: реконструкция окупается значительно быстрее, чем новое строительство. Да и нет проблемы с кадрами. Чего не скажешь о новостройках: здесь нужно искать рабочую силу, которой в стране не хватает, строить жилье, школы, больницы и т. д. А все это дополнительно удорожает ввод в строй нового предприятия.
      При реконструкции же действующих предприятий эти проблемы не возникают. Зато возникают другие. Реконструкцию проводят не на пустом месте, что, кстати, было бы очень удобно инженерам, а в старых цехах. Порой хотелось бы построить новый цех, а на заводской территории нет свободного места. Инженерам приходится выкручиваться и находить оптимальные решения в каждом отдельном случае, потому что ни один завод, даже выпускающий одну и ту же продукцию, а в данном случае речь пойдет о трубных заводах, не похож на другой.
      Но, прежде чем рассказывать о работе молодых ученых и инженеров, напомним вкратце о самом процессе производства бесшовных труб. Бесшовные трубы диаметром от 30 до 102 миллиметров широко применяются и в машиностроении и в строительстве. В последнее время особо возросла потребность в трубах так называемого нефтяного сортамента. Без последних невозможен процесс бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. А если учесть, что глубина бурения скважин достигает 8 километров, нетрудно представить, как много труб потребляют нефтяники и газовики.
      Процесс производства бесшовных труб сводится к следующему: сначала заготовки в виде круглых штанг поступают в печь, где металл нагревается до температуры около 1200 градусов и затем поступает на прошивной стан. Там вращаются валки с огромной силой (свыше 100 тонн), зажимают заготовку, направляя ее на специальную головку, которая насквозь прошивает металл. Одновременно валки начинают формовать будущую трубу, придавая ей цилиндрическую форму. В итоге с прошивного стана сходит полая заготовка, называемая гильзой. Это полуфабрикат. Потом в гильзу вставляют оправку — круглый стержень, диаметр которого соответствует будущему внутреннему диаметру трубы, — и отправляют в прокатный стан, где гильза проходит через систему валков, установленных в клетях. Скорость вращения валков непрерывной прокатки в различных клетях разная. Валки в начале стана вращаются медленнее, чем в конце. Таким образом, гильза, поступая на стан непрерывной прокатки и обжимаясь в валках, начинает вытягиваться в длину. Если длина гильзы, поступающей с прошивного стана, составляет всего 6 метров, то на непрерывном стане ее можно раскатать до длины в 30 метров. При этом, естественно, рост длины трубы идет за счет уменьшения ее наружного диаметра и толщины стенки. Внутренний же диаметр благодаря оправке не уменьшается. Так получается труба. Но это еще не готовая продукция. Ее надо довести до кондиций: откалибровать в пределах разрешенных допусков. Это происходит на редукционно-калибровочном стане.
      Такое сложное производство полностью механизировано, тем более что скорость непрерывной прокатки составляет 40 километров в час. За такой скоростью человек просто физически поспеть не может! И если с верхней площадки окинуть взглядом огромное помещение цеха, то людей почти не видно.
      Два таких цеха, один на Днепропетровском трубном заводе, другой на Никопольском, предстояло реконструировать. Прежде всего надо было поставить новый прошивной стан, обладающий производительностью втрое больше старого. Но и это не все. Надо было увеличить диаметр и, следовательно, вес заготовки, чтобы получать трубы диаметром 95 миллиметров в Днепропетровске и 115 в Никополе — именно в таких трубах промышленность испытывает максимальную потребность.
      Вторая задача — увязать между собой технологию работы прошивного, непрерывного и редукционного станов.
      Итак, начнем с прошивки. Прежде чем заготовка поступает на прошивной стан, она греется в печи. На Днепропетровском заводе эта печь кольцевого типа, когда под печи вращается как карусель. При этом длина заготовок невелика — всего один метр. В Никополе, для сравнения заметим, печь позволяет греть заготовки длиной до четырех с половиной метров. Чтобы поднять производительность нагревательной печи, авторы проекта предложили укладывать в ней заготовки в два ряда. Теперь раскаленная заготовка поступает на прошивку. Но ее диаметр больше, чем раньше. Л такая заготовка может, и это бывало, буксовать в валках прошивного стана. Когда это случается, раздается страшный визг и скрежет, с заготовки летят огненными искрами куски окалины, все шарахаются, пока, наконец, автоматика не остановит процесс. Но главное, что заготовка теперь брак, и ей один путь — на переплавку. Пробуксовка при прошивке заготовок увеличенного диаметра неизбежна. Но отказаться от увеличения диаметра — значит отказаться от прироста производительности. Где же выход?
      И снова изобретательность выручает молодых инженеров: они предложили на начальной части валка нарезать профильные канавки. Каков же механизм их работы? Металл, попадая на канавки, затекает в них, образуя на заготовке винтовые буртики, они-то и препятствуют буксованию заготовки в валках. Но тогда возникает вопрос: а что же дальше происходит с этими буртиками? Ведь наружная по-
      верхность трубы должна быть ровной. Так вот, для того чтобы буртики затем разровнять, вторая часть поверхности валков выполнена гладкой. Л когда заготовка без пробуксовки входит в прошивной стан, гладкая часть валков и выравнивает наружную поверхность гильзы.
      Теперь очередь за непрерывным станом. И снова проблема: время прошивки 5 — 6 секунд, а время прокатки в непрерывном семиклетьевом стане в Днепропетровске (а в Никополе даже девятиклетьевом) уже 7 — 8 секунд. Разница в одну-две секунды означает, что если скорости обоих процессов не уравнять, то перед прокаткой «выстроится очередь» гильз, которые начнут охлаждаться. Следовательно, при прокатке охлажденных гильз резко возрастут усилия, валки начнут, как говорят трубники, «играть»: то сходиться, то расходиться. В итоге разные стенки — явный брак.
      Решено было интенсифицировать процесс непрерывной прокатки, но оказалось при этом, что оправка внутри трубы сильно обжимается и усложняется ее извлечение из трубы. Где же выход? И снова изобретение, на сей раз использование триполифосфат-ной смазки, которую наносили при помощи оправки на внутреннюю поверхность прокатываемой трубы — авторское свидетельство № 495114.
      Итак, вроде бы все задачи решены? Ан нет. Молодые энтузиасты хозяйским взглядом окидывают новую технологию, Может быть, где-нибудь притаился еще не выявленный резерв? Посмотрели на редукционный стан и буквально «с пола» подняли богатую идею.
      Когда труба проходит редукционный стан, ее приходится обрубать на полтора метра с каждого конца: именно эти куски на концах утолщены. Процесс неизбежен: труба вытягивается, только когда она вся находится в валках. До сих пор концы отправляли в переплавку. Ребята предложили отрезать не по полтора, а по два метра и отправлять не на переплавку, а в соседний цех холодной прокатки, где из такого «отхода производства» прокатают нормальную трубу.
      Что же дала реконструкция двух цехов, основанная на изобретениях и разработках молодых ученых и инженеров?
      250 тысяч тонн прироста продукции ежегодно, что составляет около 3,5 процента всех производимых в СССР бесшовных труб и равносильно вводу в строй нового большого цеха. Экономический эффект 18,3 миллиона рублей в год.
      В процессе работ было получено 39 авторских свидетельств на изобретение.
      Помимо всего, найдены решения, которые позволят в недалеком будущем быстро провести реконструкции на других устаревших станах. Так было изобретено устройство для извлечения оправки из труб — трубосъемочный стан, использование которого только для Днепропетровского завода должно дать годовой экономический эффект в размере 400 тысяч рублей.
      Создана АСУ — автоматизированная система управления процессом. Все новые решения, уже успешно апробированные, заложены в проект нового трубопрокатного стана 102/219, который будет строиться в одиннадцатой пятилетке на Выксунском металлургическом заводе, и в проект реконструкции Синарского трубного завода на Урале.
      За разработку и совершенствование высокоэффективных процессов непрерывной прокатки стальных бесшовных труб, создание нового трубопрокатного оборудования большой единичной мощности и их внедрение на отечественных металлургических заводах большой группе молодых рабочих, конструкторов и ученых была присуждена премия Ленинского комсомола.
      Это Петр Лоскутов и Александр Ратнер — младшие научные сотрудники ВНИИ трубной промышленности, конструктор Нина Федякина и электромонтер Александр Саниташ из ВНИИ металургического машиностроения, Анатолий Юрков — вальцовщик Никопольского южнотрубного завода и Александр Журба — заместитель начальника цеха Днепропетровского трубопрокатного завода, перечень завершают ученые из Днепропетровского металлургического института Александр Зайц, Александр Чус и Александр Зеленцов из Московского института стали и сплавов, а также Юрий Вильде — конструктор производственного объединения «Электростальтяжмаш».
      Рентген-разведчик
      Человечество уже почти сто лет знает и широко использует замечательное открытие Конрада Рентгена — рентгеновские лучи.
      В наши дни без рентгена немыслимы медицина, техника, самые различные области науки, в первую очередь физика. Но интересная деталь: как правило, рентгеновские лучи приходится колимировать. Колиматор — щель, через которую проходит узкий пучок лучей. Этот пучок и обнаруживает раковую опухоль в медицине и внутренние трещины и пустоты в отливке металла.
      А если использовать не узкий коли-мированный, а широкий, расходящийся почти под углом 180 градусов поток рентгена?
      Именно эта идея пришла в голову молодым кандидатам наук Виталию Аристову, Ивану Шмытько и Евгению Шулакову из Института физики твердого тела АН СССР.
      В 1972 году они решили именно таким образом исследовать качества различных кристаллов.
      Для чего? Дело в том, что в соответствии с общими законами оптики рентгеновский луч, входя в кристалл, частично пройдет сквозь него, частично поглотится и частично отразится. Причем отражаться он будет от каждой плоскости кристаллической решетки. Более того, каждой плоскости соответствует свой угол отражения. Это чрезвычайно существенное обстоятельство, так как в кристалле плоскостей бесчисленное множество. И если направлять на него колимированный луч, то как найти плоскость с таким углом отражения, чтобы отраженный луч попал в приемник? Иное дело расходящийся пучок — там каждый луч найдет свой угол отражения, свою плоскость. Так возникла идея применения расходящегося, или широкого, пучка лучей.
      Многочисленные модели кристаллической решетки разных тел состоят из шариков, символизирующих атомы, и проволочек, на которых они укреплены. Но это для идеальной решетки, не имеющей дефектов. В действительности же идеальной решетки не бывает. Есть решетки с малыми искажениями, а есть и со значительными дефектами: плоскости могут быть повернуты под разными углами, а иногда некоторые плоскости вообще отсутствуют. Нетрудно догадаться, что между дефектами кристаллической решетки и прочностью кристалла есть прямая связь: все металлы, используемые в нашем народном хозяйстве, естественно, имеют кристаллическую решетку. А проблема прочности металлов и, следовательно, машин волнует инженеров.
      Однако если плоскости кристалла стоят под разными углами, то благодаря отражению от них рентгеновских лучей можно составить четкое представление о качестве кристалла. Именно в этом-то и состояла задача, которую поставили перед собой молодые физики.
      При ее экспериментальном решении возникла проблема. Размер исследуемого металла зачастую оказывался невелик — порядка одного миллиметра. Его установили перед источником рентгена не на расстоянии 20 — 30 сантиметров, как перед колимированным пучком, а почти вплотную к источнику, на 1 — 2 миллиметра. Но при этом размер кристалла оказывается слишком малым, чтобы все плоскости кристаллической решетки оказались под нужными углами и чтобы рентгеновский луч мог бы отразиться. Поэтому пришлось создать сканирующий аппарат, который, перемещая кристалл возвратно-поступательно, позволяет лучам попеременно отражаться от плоскостей. Рентгеновские лучи, отражаясь от плоскостей кристаллической решетки, попадают на фотопленку. И уже по снимку — рентгенограмме можно судить о совершенстве кристалла.
      Вот, к примеру, снимок совершенной или, точнее, почти совершенной кристаллической решетки — четкие тонкие линии, напоминающие чем~то распустившиеся лепестки цветка подчеркнуто строгой симметрии. И наоборот, с грубыми дефектами: здесь линии толсты, кажутся прерывистыми, словно кто-то чертил их пунктиром, а потом соединил, симметрия нарушена, а главное — такое впечатление, что сбита фокусировка при съемке. В конечном итоге были разработаны методы «чтения» такой рентгенограммы.
      Далее эксперименты продолжались. В свое время теоретически было предсказано, что при прохождении широкого пучка рентгеновских лучей через кристалл с совершенной кристаллической решеткой лучи сойдутся позади него в одной точке. Короче говоря, речь шла о явлении фокусировки лучей, о том, что кристалл будет «работать» как линза. Однако на практике этого явления еще нигде не наблюдали.
      Молодым физикам улыбнулась удача — впервые они экспериментально подтвердили этот факт. В журнале «Письма в ЖЭТФ» (журнал теоретической и экспериментальной физики — один из самых авторитетных физических журналов мира) была помещена их статья «Обнаружение фокусировки дифрагированных совершенным кристаллом рентгеновских лучей».
      Практическое значение открытия также очень велико. Если пучок лучей, прошедших сквозь кристалл, сфокусируется, значит, его решетка и структура в целом совершенны. Если не сфокусируется, то в нем значительные дефекты. А поскольку лучи, прошедшие сквозь кристалл, несут информацию в амплитуде и фазе волн, то при помощи рентгеновского микроскопа появляется новая возможность досконально или, как говорят экспериментаторы, тонко исследовать кристаллы. Сразу оговоримся: рентгеновского
      микроскопа, такого, который для этих целей нужен, пока еще нет. Но над его созданием уже работают, и когда он появится, ему сразу найдется дело.
      Рентген позволил также провести интересные опыты по определению электронной плотности кристалла.
      Оказалось, что если на него упадет расходящийся пучок рентгеновских лучей, которые содержат различные длины волн, то на пленке рентгенограммы появятся полосы равной толщины, которые зависят от периодичности распределения электронной плотности кристалла. И в зависимости от них можно рассчитать электронную плотность реального кристалла, что чрезвычайно важно, поскольку от этого зависит и электропроводность и теплопроводность того металла, кристалл которого теперь можно исследовать новым способом.
      Пока еще рано говорить о рентгеновской голографии: наука изучает и осваивает трехмерную оптическую голографию. Но попытка оптической фильтрации рентгеновских изображений — именно такие опыты проводили молодые ученые — шаг к решению этой проблемы. Сама же идея рентгеновской голографии, опыты с которой продолжаются и сейчас, заключается в следующем: в рентгеновских лучах снимаются два кристалла — совершенный и несовершенный. Затем обе рентгенограммы при помощи голо-графических методов сравниваются.
      Сравнение происходит методом вычитания изображения совершенного кристалла из изображения несовершенного. В итоге получают объемное изображение дефектов.
      Полученные результаты были применены для изучения реальной структуры монокристаллов кремния, германия, молибдена, вольфрама, меди и других, что наглядно демонстрирует возможность применения расходящегося пучка в практике как научных, так и заводских лабораторий.
      Кроме того, была выполнена прикладная работа: с помощью разработанных методов было прослежено улучшение структуры монокристалла молибдена. Для этой цели использовали практику ленты из молибдена и одновременно вели контроль качества структуры. Первоначально структура, как показывали рентгенограммы, ухудшилась. Затем, при больших степенях сжатия, наблюдали обратный процесс — улучшение структуры.
      Хотя творческий поиск молодых физиков уже сейчас получил вполне заслуженно высокую оценку — премию Ленинского комсомола в области науки и техники «за цикл работ по дифракционной кристаллооптике расходящегося пучка рентгеновских лучей», но главные результаты в будущем, когда их методы широко войдут в практику и заводов, и лабораторий НИИ.
     
      Предотвращенная катастрофа
      На карте полезных ископаемых нашей страны можно увидеть немало угольных бассейнов. Близость месторождения угля к крупным промышленным узлам, являющимся потребителями энергии, в значительной степени предопределяет их бурное развитие. За примерами далеко ходить не надо. Донбасс и Кузбасс в нашей стране, Саар в ФРГ, Пенсильвания в США.
      Но почему среди этого перечня нет Мосбасса — Подмосковного угольного бассейна? Ведь он находится под боком у Центрального промышленного района?
      Исторически судьба Мосбасса складывается довольно противоречиво. Он не только не развивался такими же бурными темпами, как другие месторождения, но в свое время даже вставал вопрос о его закрытии как нерентабельного.
      Дело в том, что хотя здесь сосредоточены значительные запасы бурого угля (балансовые запасы оцениваются в 3,5 миллиарда тонн) и расположены угольные пласты неглубоко — в среднем на расстоянии 50 метров от поверхности, но регион бассейна насыщен подземными водами. Они-то и препятствуют строительству и вертикальных шахтных стволов, и горизонтальных штреков, и проходке самих лав.
      Подземные воды стали главным врагом шахтеров. Причем врагом коварным, способным нанести страшный удар в тот момент, когда его не ожидают. Представьте себе угольный пласт — его длина здесь 700 — 1000 метров, ширина 80 — 120, высота, или, как еще говорят, мощность, в среднем 2,5 метра. Над ним различные породы, образующие кровлю. Под ним подстилающие породы. Если есть подземные воды, они могут (а это особенно часто бывает, когда под пластом угля оказывается русло древней реки) размыть участок под ним, образуя свободный подземный объем — карст. Но на пласт давят породы, и под силой горного давления произойдет следующее. Первый вариант: участок пласта над карстом попросту отрывается и проваливается в него. На его место в разрыв пласта поступают горные породы, ими часто оказывается песок с водой, что наиболее опасно. Когда лава доходит до места разрыва, угольная «переборка», отделяющая людей и технику от массы песка с водой, находящейся под огромным горным давлением, становится все тоньше и тоньше. Наконец она не выдерживает, и в забой врывается вода с песком. Это уже катастрофа, хорошо, если она обойдется без человеческих жертв.
      Ну если не вода с песком, а твердая порода засыплет разрыв? Тогда катастрофы не произойдет, но работа остановится. Перед комплексом машин, ведущих добычу, встанет стена пустой породы. Теоретически говоря, можно было бы пройти эту породу. Однако скорость движения комплекса 2 — 3 метра в сутки. А где кончается разрыв? Через 10 метров? Через 50? Тогда придется потратить вслепую неизвестно сколько недель непродуктивной работы. Поэтому надо знать границы разрыва. Тогда можно обойти его. Последнее делается очень просто. Вдоль пласта с обеих сторон тянутся штреки. Может возникнуть вопрос: а разве со стороны штреков нельзя увидеть разрыв пласта? Конечно, нет: ведь его ширина 80 — 120 метров, и разрыв обычно образуется где-то в средней части пласта.
      Поэтому, зная границы нарушений пласта, не доходя до разрыва, шахтеры останавливаются, заблаговременно переносят по штреку машины и оборудование на заранее приготовленный участок, расположенный за разрывом, и продолжают работу.
      Но деформация пласта необязательно сопровождается разрывом — бывает, пласт, проваливаясь в карст, просто изгибается. И наконец, бывают случаи утоньшения пласта. Его высота уменьшается с 2,5 метра до 130 сантиметров. В таких условиях машины, ведущие добычу угля, просто не могут работать. И в первом случае — изгиба пласта, и во втором — его утоньшения приходится опять-таки останавли-
      вать работу, искать границы нарушений, перебрасывать и ремонтировать технику. Проблема нарушений угольного пласта обостряется парадоксальным фактором: применение механизированных комплексов требует фронта работ. Непредусмотренная остановка комплекса срывает его добычу. Такой мощной техникой маневрировать надо точно. И то, что комплекс неожиданно натыкается на разрыв, по сути дела, сводит на нет его эффективность. В итоге длительные непроизводительные простои.
      И в этом случае также очень важно знать границы нарушений пласта, чтобы принять правильное решение: может статься, что длина изгиба или утоньшения всего 3 — 5 метров. Тогда комплекс пройдет по пустой породе и через день войдет снова в пласт. И нет нужды демонтировать и перебрасывать оборудование. Но может быть и 30 — 50 метров. Принимать же решение можно только тогда, когда мы знаем, где и каковы эти нарушения. Следовательно, надо найти способ «заглянуть» внутрь пласта.
      Именно эту задачу поставили перед собой молодые ученые ПНИУИ — Подмосковного научно-исследовательского угольного института в городе Новомосковске Тульской области.
      Традиционные методы сейсмического зондирования в геологии используются уже много лет. Но разведка ведется с поверхности земли, что дает возможность лишь определить в той общей картине «слоеного пирога», который представляют собой породы, сам пласт угля. А в данном случае нужен не сам пласт, а его дефекты. Поэтому ученые решили перенести эксперименты по сейсмическому зондированию в шахту.
      При этом надо было решить очень важный теоретический и экспериментальный вопрос: как будут в условиях Мосбасса распространяться колебания по угольному пласту. Дело в том, что пласт, ограниченный сверху и снизу другими породами, которые иначе отражают колебательный сигнал, представляет собой акустический волновод. В нем возникает сильный сигнал, который концентрируется в самом угольном пласте и не размывается по всей толще горных пород над и под пластом, поэтому его легко зафиксировать. Однако сейсмические условия Мосбасса куда -более сложные, чем, допустим, Донбасса, Кузбасса и Саарского бассейна, и кое-кто из специалистов даже высказывал сомнения в возможности использования этого метода на шахтах Подмосковья.
      Но, преодолевая неверие, молодые ученые ПНИУИ стали упорно работать над решением проблемы. Они вели сложные теоретические изыскания и эксперименты, разрабатывали и конструировали специальную исследовательскую аппаратуру. В итоге ими была сделана шахтная сейсмостанция для нахождения разрывов и других нарушений в угольном пласте.
      Как же работает станция? В шахту спускаются три человека, которые несут с собой малогабаритные блок питания, регистратор сигналов с осциллографом, тампер для возбуждения колебаний и штыри — датчики колебаний. Спустившись в лаЁу, бригада разделяется: двое направляются в один штрек с улавливающей аппаратурой, третий с тампером — в другой параллельный штрек.
      Через каждые десять метров в штреке прибита табличка с номером пикета — это для того, чтобы ориентироваться по всей длине угольного пласта, вдоль которого тянется штрек. В определенных пикетах, там, где надо изучить пласт, в него вбиваются штыри — датчики колебаний, провода от которых тянутся к регистратору. Все готово к началу работы. В это время другой член бригады поднимает над головой тампер. Этот прибор внешне очень напоминает кувалду. Он такой же тяжелый, и им с размаху
      бьют по угольному пласту. Однако в нем находится прибор с пьезокристаллом, от которого на сотни метров в обход пласта тянутся провода к регистратору колебаний. При ударе тампера о пласт пьезокристалл выдает сигнал в регистратор. В этот же момент от удара в угольном пласте возникают колебания. Волны пронизывают пласт поперек и улавливаются штырями-датчиками, а от них поступают в регистратор. Если на пути волн в каком-то месте встречается разрыв, то, двигаясь по другой породе, волны начинают затухать. На экране осциллографа вместо привычной гармонии с пиками, которые говорят о том, что волна идет по углю, вдруг появляется почти ровная линия.
      Аналогичным образом сигнал искажается при изгибе пласта и его утоньшении. А так как датчики четко привязаны к пикетам, то по мере продвижения вперед за два-три дня можно изучить полностью лаву длиной 500 — 700 метров. Затем полученные сейсмограммы обычно обрабатываются на ЭВМ. Случаи явного разрыва пласта, наблюдаемого на экране осциллографа, бывают нечасто. Поэтому их необходимо анализировать, а затем данные выдаются шахтам с указанием типа, места и размера нарушений пласта. Сейчас новый метод широко применяется на шахтах Мосбасса, давая годовую экономию около миллиона рублей.
      Заведующий лабораторией Николай Азаров, сотрудник лаборатории Андрей Анциферов, Виктор Поляков и начальник геофизического участка предприятия по осушению шахтных полей, профилактике подземных пожаров и рекультивации земель «Ново-московскшахтоосушение» Николай Киселев «за разработку и внедрение сейсмического метода прогноза нару-шенности угольных пластов» (на примере Подмосковного угольного бассейна) удостоены премии Ленинского комсомола.