АРКТИЧЕСКИЕ ХРОНИКИ
Часть 1. Экспедиция, начало пути
Два года назад я защитил дипломный проект в одном из академических институтов Подмосковья, где почти три года учился и стажировался научному ремеслу по системе «Академ-втуз». Семейные обстоятельства не позволили мне воспользоваться распределением в одно из НИИ в Подмосковье, где меня уже ждали как будущего аспиранта, поэтому пришлось вернуться домой в Куйбышев. В поисках работы, имея на руках рекомендательное письмо от известных ученых, я стал обходить кафедры родного факультета, но везде получал отказ (включая и кафедру Технология твердых химических веществ (ТТХВ), на которой я учился), пока не пришел на кафедру Химическая технология органических соединений азота (ХТОСА), где меня без лишних разговоров приняли на работу, чему я был крайне удивлен. Но, как оказалась впоследствии, принятие меня на работу на эту кафедру было не случайным – судьба определила для меня направление, ведущее к будущей встрече с космосом.
Первый год работы я знакомился с кафедрой и занимался не совсем тем, чем хотел, но судьба опять была благосклонна ко мне и свела с одним из доцентов кафедры, который посоветовал перейти в лабораторию по разработке генераторов паров металлов для ракетного зондирования атмосферы и ближнего космоса. В итоге я уверенно встал на дорогу, ведущую в нужном для меня направлении.
К тому времени, эксперименты по созданию искусственных светящихся облаков (ИСО) в верхней атмосфере Земли стали обычным инструментом изучения параметров околоземной среды. В СССР подобные эксперименты проводились уже с начала 60-х годов на станциях ракетного зондирования атмосферы (СРЗА) полигона "Капустин Яр" и острова Хейса. В последующие годы для экспериментов с образованием ИСО использовались и научно-исследовательские суда Госкомгидромета СССР «Профессор Зубов» и «Профессор Визе».
В 1980 году была организована комплексная высокоширотная экспедиция на остров Хейса архипелага Земля Франца-Иосифа, в которой принимали участие 38 специалистов СССР из различных областей науки и техники. Одной из задач экспедиции было исследование атмосферы с помощью ИСО бария и лития на высотах до 180 км вблизи географического северного полюса планеты. Организаторами экспедиции были Институт экспериментальной метеорологии (ИЭМ) и Центральное конструкторское бюро гидрометеорологического приборостроения Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (ЦКБ ГМП), (г. Обнинск, Калужская область). В экспедиции принимали участие 8 научных организаций СССР, в том числе, кафедра ХТОСА Куйбышевского политехнического института (КПтИ).
Для создания облаков предполагалось использовать пиротехнические генераторы паров металлов, разработанные на кафедре ХТОСА и ранее показавшие высокую эффективность при исследовании атмосферы на СРЗА в средних широтах Земли (полигон «Капустин Яр»). Поэтому в состав экспедиции был откомандирован и сотрудник кафедры ХТОСА Инженерно-технологического факультета куйбышевского «политеха», которая разработала и изготовила эти генераторы. В его обязанности входило сопровождение контейнеров к месту пуска ракет, их обслуживание и установка в приборные отсеки ракет.
Этим сотрудником кафедры был я, инженер Александр Пыжов, двумя годами ранее окончивший «политех» и уже не раз успевший побывать на станции ракетного зондирования атмосферы, расположенной на территории полигона «Капустин Яр», где проходили первые натурные испытания генераторов, и где я второй раз повстречался с космосом в средних широтах планеты.
Полигон «Капустин Яр» знаменит тем, что с него 22 июля 1951 года впервые в истории был совершен суборбитальный полет в космос на высоту 101 км геофизической ракеты В-1В (Р-1В) с двумя собаками на борту (клички Дезик и Цыган), которые затем благополучно приземлились в контейнере на парашюте в нескольких километрах от стартовой площадки.
Здесь уместно сказать, что однажды наша команда проезжала мимо памятника первой советской баллистической ракете Р-1 (модификация немецкой «Фау-2»), установленного на месте её первого пуска на полигоне в 1947 году, и с которой фактически началась вся ракетная история страны. 16 мая 1957 года с этого же полигона, также впервые в мире была успешно запущена в суборбитальный полет ракета Р-2А с животными (собаки Рыжая и Дамка) и аппаратурой, которая поднялась на высоту 210 км.
Кстати, другой сотрудник кафедры, мой непосредственный начальник, первым прошедший «школу» этого полигона, ассистент Анатолий Иванович Дробыжев позже был откомандирован в морские экспедиции для участия в ракетных исследованиях атмосферы в южных широтах планеты на научно-исследовательских судах «Профессор Визе» и «Профессор Зубов». А мой коллега и товарищ Владимир Андреевич Рекшинский, который уже в те годы проявил себя как химик-технолог, что называется, «от бога» остался на кафедре заниматься подготовкой генераторов для последующих морских экспедиций.
Стечение всех этих обстоятельств, в конечном счете, привело меня в бескрайние просторы сурового Северного Ледовитого океана, где я вторично прикоснулся к космосу, с помощью генераторов паров металлов, в изготовлении и испытании которых теперь принимал участие и я.
Но об этом чуть позже. Теперь несколько слов о том, что же представляют собой генераторы паров щелочных и щелочноземельных металлов, разработкой и изготовлением которых занималась наша кафедра ХТОСА.
Сначала немного истории. В середине прошлого века в стране был усовершенствован процесс получения наиболее важного представителя неорганических азидов – азида натрия, натриевой соли азотистоводородной кислоты. В КПтИ на кафедре ХТОСА в 1956 году был разработан новый, более эффективный способ получения азида натрия из гидразина (Патент РФ 2472700), который с 1968 году начал внедряться на заводах страны. В дальнейшем на кафедре были разработаны научные основы новых методов синтеза и прогрессивных технологий получения многих неорганических и органических азидов.
В это время, на фоне проходящих в стране массовых исследований по применению самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) - новой технологии получения веществ в режиме горения, Петровым Г.Г. в 1975 г. была показана возможность «азидного» способа получения паров бария (Азотное горение металлов. Петров Г.Г. Журнал ФГВ, №3, 1975 г). В связи с этим (и не только) на кафедре ХТОСА была сформирована лаборатория по исследованию возможности применения азидов металлов в СВС-процессах по двум направлениям: «Синтез тугоплавких нитридов и карбонитридов металлов в режиме СВС» и «Генерация паров щелочных и щелочноземельных металлов в верхних слоях атмосферы, ионосферы и околоземного космического пространства».
Такое разделение направлений СВС-процессов в лаборатории кафедры ХТОСА было не случайным. Традиционно в СВС-процессах тугоплавкие абразивные материалы, например, нитрид или карбонитрид титана и изделия из них получают путем горения в реакторе порошка титана или отформованного из него изделия в атмосфере азота. Но существовала и более эффективная возможность получения нитридов металлов с помощью использования смеси азидов щелочных металлов с порошками металлов, нитрид которого получают. В подобных процессах азиды щелочных металлов являются азотирующими агентами - поставщиками азота-окислителя, а азотируемый металл – горючим, в результате чего образуется тугоплавкий нитрид металла, а щелочной металл при этом выделяется в парообразном виде. Поэтому, кафедральное направление СВС, занимающееся процессами получения паров металлов для формирования из них облаков в космосе стало заниматься оптимизацией процесса получения паров щелочных и щелочноземельных металлов, а сотрудники кафедры, реализующие другое направление, проводили исследования по оптимизации процесса получения нитридов и карбонитридов металлов в режиме СВС.
Однажды я сам случайно увидел конечный результат процесса получения паров щелочного металла в реакторе СВС до того, как он должен был превратиться в свой гидроксид. Как-то раз, мы с коллегой Владимиром Рекшинским проводили очередной эксперимент по изучению влияния некоторых параметров окружающей среды на скорость СВС процесса, в результате которого образуются пары натрия и компактный нитрид титана. Это был рядовой эксперимент, подобный тем, которые мы провели не один десяток раз, но в этот раз после эксперимента, сбросив давление в реакторе, мы почему-то не провели «выдержку», в течение которой пары натрия в реакторе превращаются в оксид, а затем и в гидроксид натрия. Не проведя выдержку, мы отвернули крышку и приоткрыли реактор. За то короткое время, в течение которого крышка реактора была приоткрыта, краем глаза я успел заметить внутри на его стенках слой белого пушистого «инея», который стал на наших глазах постепенно воспламеняться. Этот «иней» был натрием, пары которого сконденсировались на массивных холодных стенках реактора.
За счет высокой теплоты горения, образующиеся барий, литий и другие металлы выделяются в парообразном состоянии, а тугоплавкий нитрид металла, имеющий температуру плавления значительно больше, чем температура процесса, оставался в виде компактного твердого остатка. Выход испаряемых металлов при горении разработанных составов в лабораторных условиях достигал более 99 %, причем, какие-либо посторонние примеси - загрязнители отсутствовали. Кроме того, пары всех приведенных металлов получались химическим путем – за счет разложения соответствующего азида металла, что является дополнительным фактором повышения выхода металла и его чистоты в парообразном состоянии. В дальнейшем были разработаны простые и доступные способы получения практически всех упомянутых азидов металлов.
Многолетние исследования, выполненные сотрудниками кафедры ХТОСА Шмельковым В.В., Дробыжевым А.И, Ериным В.М., Егоровой Л.Ф., Исаевой И.М., Зотовой В.М., Рекшинским В.А., и многими другими, под руководством Косолапова В.Т, к которым в 1979 году подключился и я, автор этого повествования, позволили разработать пиротехнические составы для генерации паров бария и лития (АС СССР № 1037630), и создать генераторы для их инжекции (Патент РФ № 2488265). Проведенные впоследствии натурные испытания этих генераторов в условиях полярных, средних и южных широт, в которых сотрудники кафедры ХТОСА также принимали участие, показали высокие эффективность и надежность работы этих устройств
А теперь, несколько слов о наших генераторах паров металлов и процедуре их доставки на остров Хейса, что на практике оказалось не таким уж простым делом.
Генераторы паров металлов представляют собой типичные пиротехнические устройства, которые, как и другие подобные устройства требуют соблюдения определенных правил обращения с ними. Особенностями этих устройств является то, что без специального стартового устройства привести их в действие было достаточно затруднительно, а также почти мгновенное время их работы, несмотря на массу составов в них до нескольких килограммов. Высокая скорость горения составов диктовалась необходимостью образования сферических ИСО.
Перевозка генераторов, как и других подобных устройств, разрешалась поездом, но только в отдельном купе или автомобильным транспортом в сопровождении вооруженной охраны. Поэтому мне, инженеру кафедры ХТОСА оформили разрешение на ношение оружие, а для охраны генераторов в процессе их транспортировки до места назначения выдали револьвер-наган. Сейчас охраной подобных грузов занимаются только специализированные организации. Кроме того, пришлось оформить и пропуск в пограничную зону, потому что все морское северное побережье страны находится в пограничной зоне, причем, оформление пропуска оказалось не такой уж быстрой процедурой. Затем нужно было получить заключение врачебно-консультационной комиссии о том, что я здоров и поэтому могу «принимать участие в экспедиции в районах крайнего севера».
После того, как я получил все разрешительные и сопроводительные документы, и оформил командировку сроком на один месяц, получив на расходы 900 руб. (гигантскую по тем временам сумму, равную моей зарплате за полгода), а также оружие, генераторы были загружены в автомобиль УАЗ-450 («Буханка»). На следующий день рано утром мы с водителем тронулись в путь из Куйбышева в Обнинск. На календаре было 18 октября 1980 года. В полночь следующего дня мы встали на стоянку на окраине Обнинска, а утром доставили генераторы до места их хранения. Через два дня мне сообщили, что экспедиция отсрочена, а 23 октября я был уже дома.
Через шесть дней я вернулся в Обнинск, где в Институте экспериментальной метеорологии (ИЭМ) меня облачили в полярную амуницию и проинструктировали уже как участника полярной экспедиции. Затем имущество экспедиции было погружено на грузовые автомобили и 3 ноября днем мы были в московском аэропорту Домодедово, где нас ожидал грузопассажирский Ан-26, в который было загружено все имущество экспедиции. Отличительной особенностью самолета Ан-26 от пассажирского Ан-24 является выпуклый обзорный прозрачный купол на рабочем месте штурмана, который значительно увеличивал обзор наблюдаемой местности по маршруту полета.
Вечером наш борт поднялся в воздух и взял курс на Архангельск. Потом был пограничный контроль в Архангельске и полет над заполярными прибрежными областями страны до поселка Диксон, с аэродрома которого 14 ноября мы стартовали на остров Хейса архипелага Земля Франца-Иосифа (ЗФИ) - последней точки нашего воздушного маршрута.
Так начиналась высокоширотная экспедиция на ледяной край света, которая для меня была продолжением второй встречи с космосом, но уже в полярных широтах.
Александр Пыжов