Плазма — это четвертое состояние вещества, которое отличается от твердого, жидкого и газообразного тем, что атомы в плазме не связаны между собой и лишены электронов. Кстати, видимое вещество Вселенной существует по большей части как раз в форме плазмы; из нее состоят Солнце, звезды и межзвездный газ.

В данном же случае для нас интересно то, что атомы, лишенные электронов, обладают электрическим зарядом. А стало быть, ими можно управлять при помощи электромагнитных полей. Так, например, в термоядерных реакторах типа «токамак» именно с помощью таких полей плазме стремятся придать форму тонкого кольцевого шнура, из которого потом собираются черпать энергию.

Таким образом, плазму можно удерживать в определенном объеме и придать ей нужную форму. К примеру, плазме можно придать форму листа. Этим, кстати, уже пользуются на практике. Так в 1995 г. физик Эдди Гершкович из Брукхейвенской национальной лаборатории (Лонг-Айленд, штат Нью-Йорк) придумал так называемое «плазменное окно».

Понадобилось оно ему вот для чего. В некоторых областях промышленности, например в ракетной, наряду с обычной электрической или газовой сваркой применяется и электронная, когда две металлические детали соединяют между собой, нагревая их края пучком электронов. Такой способ сваривать металлы быстрее, чище и дешевле, чем обычная сварка. Но есть у него и недостаток — электронную сварку необходимо осуществлять в вакууме. Иначе в сварной шов тут же попадают примеси из окружающего воздуха и качество соединения резко ухудшается.

В общем, такой сваркой удобно пользоваться в условиях космического вакуума, но весьма проблематично на Земле. Приходится помещать свариваемые части изделия в вакуумную камеру. Ну, а. если ведется сварка дюз огромной ракеты, значит, получается, и вакуумная камера должна быть соответствующих размеров?..

И тогда Гершкович пошел на хитрость. Он предложил изолировать от атмосферы только ту часть свариваемого изделия, где сварка ведется как раз в данный момент. А для этого прикрыть данный фрагмент своеобразным «плазменным флюсом». При обычной сварке, как известно, именно флюс, плавясь, прикрывает непроницаемой для воздуха коркой место сварки. А тут роль флюса выполняет плазма, которую получают в плазмогенераторе — устройстве около 1 м в высоту и порядка 30 см в диаметре. Внутри его газ нагревается до температуры 6500 °C, и получается плазма, которая сразу же попадает в ловушку электромагнитного поля и обволакивает место сварки. При этом частицы плазмы, как и любого газа, оказывают давление, которое не дает воздуху прорваться к месту сварки, и обеспечивают надлежащее качество сварного шва.

Но можно ли использовать плазменный «щит» против ударов ракет и снарядов? По идее, не так сложно представить себе некий генератор плазмы, который будет формировать сильную струю, которая заставит взрываться и плавиться летящие ракеты и снаряды еще на подлете к цели.

Но для работы такого генератора опять-таки понадобится немалое количество энергии. Кроме того, плазменное поле как разновидность электромагнитного более действенно против тел, имеющих электрический заряд. Такой заряд довольно просто навести в металле.

Но что будет, если кому-то в голову придет идея вспомнить старое?.. Некогда стреляли каменными ядрами, а в XXI веке можно стрелять, например, снарядами с керамическими наконечниками…

Придется, видимо, подумать о многослойной защите. Возможно, каждый слой сам по себе не будет достаточно прочным, чтобы остановить пушечное ядро, но вместе они сделают это достаточно эффективно.

Попробуем же представить себе структуру такого силового поля. Первый, внешний, слой, к примеру, может представлять собой нечто вроде плазменного щита, где плазма разогрета до температуры, достаточной для испарения металлов. Затем следует второй слой, представляющий собой решетку из высокоэнергетических лазерных лучей. Она будет испарять те объекты (скажем, керамические стержни), которые прорвались через первую линию обороны.

Далее — третий рубеж защиты, представляющий собой пространственную решетку из «углеродных нанотрубок». Такие трубки во много раз прочнее стали.

Пока самая длинная из полученных в мире углеродных нанотрубок имеет длину всего около 15 мм, но, вероятно, в будущем технологи смогут создавать углеродные нанотрубки произвольной длины и плести из них сети чрезвычайной прочности. Эти сети будут вылавливать те объекты, которые смогут проникнуть через два предыдущих рубежа защиты.

Экран из нанотрубок будет невидим, так как каждая отдельная нанонить по толщине сравнима с атомом. А значит, ей будет свойственен один недостаток — она не сможет задерживать лазерное излучение. Поэтому, чтобы остановить лазерный луч, наш многослойной щит должен будет обладать еще и сильно выраженным свойством фотохроматичности, или переменной прозрачности.

В наши дни материалы с такими характеристиками используются при изготовлении солнечных очков. Переменная прозрачность материала достигается за счет использования молекул, которые могут существовать, по крайней мере, в двух состояниях. При одном состоянии молекул такой материал прозрачен. Но под воздействием УФ-излучения молекулы мгновенно переходят в другое состояние, и материал теряет прозрачность. Примерно на том же принципе действуют и очки, предохраняющие глаза военных пилотов и солдат пехоты от слепящего лазерного излучения. Так что со временем, вероятно, можно будет создавать и целые экраны из фотохромного стекла, способные противостоять самому сильному лазерному излучению.

Но есть ведь еще микроволновое, рентгеновское и терагерцовое излучения, над защитой от которых еще придется подумать. Так что в силовом щите неизбежно появление все новых и новых слоев. Таким образом, извечное противоборство «меча и щита» будет продолжено, только на новом физическом уровне.

Публикацию подготовил С. НИКОЛАЕВ

Сегодня через океанские линии связи с континента на континент передаются со скоростью 1 терабит в секунду телепрограммы, телеграммы и телефонные переговоры, информация Интернета… Казалось бы, огромная пропускная способность волоконных кабелей на многие годы обеспечит нам беспрепятственную передачу всевозможных сведений. Однако на самом деле глобальный поток информации удваивается каждый год. Так что вскоре ныне существующие каналы связи перестанут справляться. Что делать?

Надо уплотнять передачу данных, увеличивать скорость передачи информации. Добиться передачи 100 терабит в секунду можно с помощью расширения спектральной области передачи сигналов. В настоящее время используется лишь довольно узкая часть спектра шириной около 80 нанометров. И нужно этот диапазон значительно расширить.

Загвоздка лишь в том, что низкие потери светового сигнала в волокне получаются лишь на определенных частотах. Один из таких диапазонов лежит в промежутке 1300–1500 нанометров. Однако беда в том, что для него до недавнего времени не существовало ни волоконных линий связи, ни лазеров-передатчиков, ни усилителей, которые бы могли работать в таком диапазоне.