Юный техник, 2015 № 09

И снова геоход…

— Первый геоход для бурения тоннелей, в десятки раз превосходящий по техническим параметрам существующие образцы, будет собран в Кузбассе в 2015 году, — сообщил журналистам Андрей Ефременков, директор Юргинского технологического института Томского политехнического университета.

По словам руководителя проекта, новая разработка основана на совершенно ином принципе, нежели те, которые используют существующие механизмы.

— По сути, наш геоход — это саморез, ввинчивающийся в толщу породы. Благодаря этому удалось добиться поразительной производительности. Если самый быстрый в мире проходческий щит может пройти за сутки до 10 метров, то наша технология обеспечит до 5 метров за 1 час, — заявил А. Ефременков.

Он также пообещал, что геоход сможет бурить тоннели диаметром 3,2 м и больше. В отличие от современных щитов, которые могут двигаться только горизонтально, геоход может двигаться по любой траектории, в том числе вертикально.

При бурении геоход использует свою переднюю вращающуюся часть, в то время как хвостовая остается неподвижной и фиксируется в почве за счет специальных крыльев противовращения. Диаметр тоннеля, который способно пройти устройство, практически не сказывается на производительности геохода.

Геоход может использоваться при проходческих работах и спасении людей из-под завалов в шахтах, строительстве линий метро и даже при прокладке коллекторов в системе городского ЖКХ.

Здесь, видимо, самое время вспомнить, что это далеко не первая попытка горных инженеров «ввинтиться» под землю. Еще перед Второй мировой войной в Германии и СССР были развернуты работы по созданию аппаратов, которые могли бы перемещаться под землей примерно так же, как субмарины плавают под водой.

В Германии этим проектом занимался Клаус Филипп Мария Шенк граф фон Штауффенберг. Говорят, в основе конструкции лежало изобретение немецкого инженера В. фон Верна, запатентованное в 1933 году. Он предложил аппарат, который представлял собой огромный самоходный бур, позволявший транспортному средству в буквальном смысле ввинчиваться в твердую породу.

Есть также версия, что немцы использовали в основе своей разработки и идеи инженера Евгения Толкалинского, который в 1918 году эмигрировал из революционной России на Запад.

Так или иначе, согласно расчетам немецких инженеров, подземоход, или геоход, должен был перемещать команду из 5 человек и нести боезаряд в 300 кг, передвигаясь под землей со скоростью 7 км/ч. Предполагалось, что эти подземные лодки будут использованы для вторжения в Великобританию, проделав ходы под Ла-Маншем. Но операция «Морской лев» не состоялась, Британские острова атаковали с воздуха. В итоге разработка немецкой подземной лодки была заморожена.

Аналогичные работы велись и в советской России. В 30-е годы ХХ века изобретатель А. Требелев, конструкторы А. Баскин и А. Кириллов создали свой проект. Подземная лодка доходит до нефтяного пласта и «плывет» от одного «озера» к другому, таща за собой трубопровод, по которому затем на поверхность начнут качать «черное золото». Пригодился бы такой агрегат и при прокладке шахт и тоннелей.

Первые испытания лодки-крота были проведены на Урале, в рудниках под горой Благодать. Аппарат вгрызался внутрь горы, своими фрезами крошил крепчайшие породы. Но конструкция лодки оказалась все же недостаточно надежной, ее механизмы часто отказывали, и дальнейшие разработки в данном направлении были признаны несвоевременными. Тем более что приближалась Вторая мировая война.

Так выглядела одна из конструкций А. Требелева.

Во время войны подземную лодку не удалось использовать ни немецким, ни советским конструкторам. Но это вовсе не значит, что идея ее создания канула в Лету.

Говорят, в 1945 году, после разгрома фашистской Германии, в руки советских специалистов попали чертежи и остатки странного механизма. Эксперты пришли к выводу, что перед ними аппарат, предназначенный для проделывания ходов под землей.

Проект отправили на доработку. В 50-е годы ленинградский профессор Г. Бабат предлагал использовать для снабжения энергией подземохода сверхвысокочастотное излучение. А московский профессор Г. Покровский примерно в те же годы произвел расчеты, показывающие принципиальную возможность использования процессов кавитации не только в жидкой, но и в твердой среде. Пузырьки газа или пара, по его мнению, способны весьма эффективно разрушать горные породы.

Говорил о возможности создания «подземных торпед» и академик А. Д. Сахаров. По его мнению, можно создать условия, при которых подземный снаряд будет двигаться не в толще пород, а в облаке распыленных частиц, что обеспечит сказочную скорость продвижения — десятки, а то и сотни километров в час!

Схема «подземного крейсера», описанная в одном из научно-популярных журналов. Цифрами обозначены:

_{1 — «лапы» для перемещения субтеррины, 2 — отсек управления и навигации, 3 — гусеницы подземохода, 4 — силовой отсек, 5 — энергетический отсек с одним или двумя ядерными реакторами, 6 — шнек для ввинчивания в породу, 7 — двигательный отсек (внутри), 8 — фрезеры для разрыхления горных пород.}

Вспомнили и о разработке А. Требелева. Проектом заинтересовался лично Н. С. Хрущев. Для серийного производства подземных лодок срочно стали возводить огромный завод. Было создано несколько вариантов подземохода, которые отправили для испытаний опять-таки на Урал. Первый цикл испытаний прошел удачно — подземная лодка со скоростью пешехода уверенно проделала ход с одного склона горы на другой, но во время второй серии испытаний произошел загадочный взрыв, и подземная лодка погибла со всем своим экипажем.

Испытания подземной лодки так и не были доведены до конца. Но это не значит, что к идее геохода не вернутся уже в наши дни. Проект создания геохода в Кузбассе лишь одна из таких попыток…

Дерево прочнее стали?

В наши дни в промышленных целях используют два источника целлюлозы — древесину и хлопок. После химической обработки на ее основе изготавливают целлофан, пластические материалы, вискозные волокна для производства тканей. При изготовлении бумаги тоже применяют целлюлозу. А хлопок вообще состоит из нее на 99,8 %. Обработанный смесью серной и азотной кислот, он становится взрывчатым веществом пироксилином.

Наноцеллюлоза — набор волокон целлюлозы с шириной волокна от 5 до 20 нм и длиной от 10 нм до нескольких микрон — имеет сходство с обычной целлюлозой, но превосходит ее по многим качествам. Свойства псевдопластичности позволяют материалу вести себя как жидкость при тряске и взбалтывании, а в обычных условиях он становится вязким. Эти свойства позволяют использовать ее для создания сверхлегких и сверхпрочных материалов.

В Лаборатории клеточных и микробных биотехнологий ПГНИУ в сотрудничестве с Институтом экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения РАН впервые получили наноцеллюлозу биотехнологическим путем. Ученые нашли штамм плесневых грибов Aspergillus niger, которые эффективно разрушают лигнин — органическое вещество в стенках растительных клеток. Этот своеобразный клей и выедают грибки, что позволяет получать наноцеллюлозу в 3,5 раза легче и дешевле.

Обычно целлюлоза идет на производство бумаги.

В этих пробирках содержится наноцеллюлоза.

«В качестве сырья для нового материала мы планируем использовать отходы целлюлозно-бумажных комбинатов, которые образуются в больших количествах. Только на территории Пермского края находится более 8 млн. т неутилизированных отходов», — рассказала журналистам сотрудник лаборатории Эльвира Позюмко.

Собственно, речь идет о создании материала, основу которого составляют игловидные кристаллы. Это обусловливает его прочность, которая превосходит нержавеющую сталь. Материал может быть использован в различных отраслях производства — от супергибких экранов до бронежилетов. Пока новая технология находится в экспериментальной стадии. Дело за реализацией проекта в реальном производстве.

Некоторые местные предприятия уже выразили готовность принять участие в разработке технологии…

Разработка пермяков — не единственная в своем роде. Например, воронежские химики А. М. Левина, М. Н. Левин и М. И. Белозерских получили несколько патентов на производство наноцеллюлозы — в частности, из растительного сырья различного происхождения. Но предложенные ими способы требуют сложной химической переработки, состоящей из нескольких стадий. Поэтому многим специалистам кажется более привлекательным способ получения наноцеллюлозы, разработанный тем же профессором Воронежского государственного университета М. Н. Левиным, из свекольного жома, который в изобилии получается при производстве сахара. Новый материал будет использован для изготовления одноразовой посуды и бумажной упаковки, которые, по утверждению разработчика, окажутся раз в 10 прочнее обычных.

Работают с наноцеллюлозой и за рубежом. Британские ученые из института Edinburgh Napier University совместно с сотрудниками бумажной мануфактуры Sappi занимаются разработкой технологии, которая не требует большого количества дорогостоящих химикатов, а также не создает много отходов. Инновационный материал делается путем интенсивной обработки древесной массы, в результате чего высвобождаются настолько мелкие волокна целлюлозы, что внутрь одного человеческого волоса может поместиться около 2 000 таких частиц. Сообщается, что новый материал очень прочен, а кроме того, наноцеллюлоза полностью биоразлагаема.

Во второй половине 2015 года Sappi планирует построить завод для изготовления материала по новой технологии в Австралии, а к 2020 году ожидается, что мировой спрос на такую продукцию составит около 35 млн. т в год.

А вот американские специалисты обнаружили, что наноцеллюлозу производят бактерии чайного гриба. Профессор биологии Малькольм Браун, под руководством которого проводились исследования, считает, что, используя «чайную» технологию, можно начинать производство наноцеллюлозы в промышленных масштабах.

С. СЛАВИН