На второй день после нападения фашистской Германии на Советский Союз состоялось внеочередное расширенное заседание президиума АН СССР. Академики обратились в Государственный комитет обороны с письмом, в котором подчеркивали необходимость привлечь к научным работам для фронта все силы ученых и инженеров, работающих как в теоретических, так и в отраслевых институтах.
Академик Петр Александрович Ребиндер (справа) в своей лаборатории
Фото: Гостев Алексей / Фотоархив журнала «Огонёк» / Коммерсантъ
Академик Петр Александрович Ребиндер (справа) в своей лаборатории
Фото: Гостев Алексей / Фотоархив журнала «Огонёк» / Коммерсантъ
Наука — фронту
Президент Академии наук СССР (1936–1945) академик Владимир Комаров говорил: «Участие в разгроме фашизма — самая благородная и великая задача, которая когда-либо стояла перед наукой...»
Первоочередное значение приобрели прикладные исследования, направленные на научную помощь промышленности в условиях военного времени. Это были не только разработки новых видов оружия и конструирование средств обороны. Нужно было решать бытовые проблемы: обеспечивать технику горючим и смазочными материалами, а бойцов — теплой одеждой и обувью. В военных условиях часть заводов и источников сырья оказывалась на занятой противником территории или была разрушена, и работающим предприятиям нужно было срочно компенсировать снижение производства. Приходилось заменять дефицитные материалы более доступными и распространенными и разрабатывать новые ресурсо- и трудосберегающие технологии.
Эффект Ребиндера
В предвоенные годы член-корреспондент АН СССР Петр Ребиндер (с 1946 года академик) возглавлял в Коллоидно-электрохимическом институте (КЭИН, с 1945 года ИФХ АН СССР) лабораторию дисперсных систем. Также он заведовал лабораторией в МГУ, читал курсы в МГПУ и возглавлял кафедру физической химии в МХТИ имени Менделеева. Во время войны КЭИН был эвакуирован в Казань. Но работа не прекращалась: ни исследовательская, ни организационная.
Рассказывает дочь ученого Марианна Ребиндер: «Мы жили в Казани, и папе часто приходилось ездить в Москву. Сообщение между столицей и городами, куда были эвакуированы научные учреждения, не прерывалось. Поезда ходили, и ученые ездили в Москву на правительственные совещания».
Главные научные интересы Петра Ребиндера лежали в области исследования процессов образования дисперсных систем, их устойчивости и разрушения, поверхностных явлений на границе раздела фаз, структурообразования в дисперсных системах и молекулярного действия поверхностно-активных веществ. Ученый исследовал особенности водных растворов поверхностно-активных веществ, явления смачивания и моющего действия, стабилизацию дисперсных систем и структурообразования в них, процессов диспергирования твердых тел и управления их прочностью.
Ребиндера очень интересовали процессы разрушения твердых тел и способы изменить работу разрушения твердого тела. Он подбирал специальные жидкости, которые, будучи адсорбированы на поверхности твердого тела, резко снижали его поверхностное натяжение. В результате разрушение твердого тела происходило при намного меньшей его деформации, и работа разрушения уменьшалась на порядки.
Явление адсорбционного понижения прочности твердых тел, открытое в 1928 году, получило название «эффекта Ребиндера». Петр Ребиндер разработал физико-химические основы применения поверхностно-активных веществ в технологических процессах в самых разных областях промышленности.
Понизители твердости в бурении
В предвоенные годы Ребиндер вел работы по повышению эффективности скоростного бурения в крепких породах путем добавления специальных реагентов к промывочным растворам.
Все горные породы пронизаны множеством мельчайших трещинок. При бурении под действием режущего инструмента происходит дальнейшее развитие трещиноватости в слоях, примыкающих к внешней поверхности. Жидкость, которая хорошо смачивает поверхность микротрещин, проникает в них под влиянием капиллярного давления. Тонкая пленка жидкости на поверхностях микротрещин обладает большей энергией по сравнению с толстой пленкой, следовательно, тонкая пленка стремится к утолщению. Но в крошечной трещине утолщаться некуда. Из-за этого жидкость создает так называемое «расклинивающее давление», которое особенно велико в самых узких участках трещин, в которые только и удается проникнуть жидкости. Впервые расклинивающее давление было измерено в КЭИН в лаборатории поверхностных явлений профессором Борисом Дерягиным (с 1992 года академик).
В лаборатории Петра Ребиндера было установлено, что существуют вещества — понизители твердости, которые значительно повышают энергию смачивания и увеличивают расклинивающее действие слоев жидкости в микротрещинах. Небольшие добавки таких веществ, адсорбирующихся поверхностями разрушаемого тела, могут облегчить разрушение твердых тел под влиянием промывочной жидкости. В результате бурение происходит эффективнее, а расход долот уменьшается и появляется возможность использовать для долот менее дефицитные сплавы.
Работы были настолько важными, что при Наркомате нефтяной промышленности СССР было создано Бюро понизителей твердости. Ребиндер был его научным руководителем.
В качестве понизителей твердости использовались в зависимости от состава пород электролиты (хлористые соли алюминия, магния и натрия, карбонат натрия, едкий натр, соляная кислота) и некоторые органические вещества (углероды, мыла нафтеновых и сульфонафтеновых кислот) в концентрациях от 0,01% до 1% от промывочной жидкости.
К отработке метода приступили в 1939 году на Краснокамском нефтяном месторождении (Пермская область). В годы войны использование понизителей твердости позволило внедрять на восточных нефтяных промыслах еще более эффективные новаторские решения.
Незамерзающие смазочные материалы
В ноябре 1941 года, когда немцы рвались к Москве, сама природа пришла на помощь советским войскам. Сильные морозы обездвижили немецкую технику: танк с загустевшей в двигателе смазкой превращался в неподвижную груду железа. Самолеты не могли вылетать. Автомобили не заводились: когда моторное масло на сильном морозе превращается в густую жижу, то при запуске двигателя стартер не в состоянии сделать ни одного оборота, а аккумулятор от нагрузки сразу разряжается.
В Советском Союзе придавали большое значение созданию низкотемпературных смазочных материалов. Без них невозможно было развивать транспорт и промышленность в восточных и северных регионах СССР, где суровые зимы — не исключение, а обыденность.
Работы по совершенствованию смазочных материалов координировал Институт машиноведения им. А. А. Благонравова (в настоящее время ИМАШ РАН). По инициативе его создателя и директора академика АН СССР Евгения Чудакова в 1939 году была проведена первая Всесоюзная конференция по трению и износу в машинах; затем 12–16 мая 1941 года прошло Совещание по вязкости жидкостей и коллоидных растворов (материалы опубликованы в 1945 году).
На этом совещании лаборатория дисперсных систем КЭИН под руководством Ребиндера предложила новый подход к исследованию физико-механических свойств смазочных материалов при низких температурах. Ученые предложили отказаться от измерения температуры застывания, а вместо этого изучать температурные зависимости предельного напряжения сдвига. Эти характеристики позволили анализировать пусковые свойства смазочных масел при низких температурах, получать данные об их стекании по поверхности, сползании и др.
Дальнейшее исследование позволило сделать выводы о механизме действия широко известных присадок типа парафлоу (мыла поливалентных катионов с высшими жирными кислотами и др.), резко понижающих застываемость смазок. Лаборатория Ребиндера изучала действие присадок на способность смазок к структурообразованию и выяснила, что возможно применение значительно более эффективных, чем парафлоу, присадок (например, стеаратов поливалентных металлов, таких как трехвалентный алюминий или четырехвалентный торий. В лаборатории была синтезирована присадка йодистого тетрацетиламмония). Оптимальные концентрации присадок настолько малы, что использование даже стеарата тория оказалось вполне реально.
Использование металлических мыл, разработанных в КЭИН, в качестве присадок дало колоссальное преимущество советской технике: на холоде смазка не густела, танки и «паровозное хозяйство» продолжали выполнять свои задачи.
Взрывчатые вещества
Словосочетание «коктейль Молотова» родилось в первые дни войны. Так называли простейшие зажигательные гранаты. Они представляли собой стеклянную бутылку с горючей жидкостью и химический запал.
Трудно сказать, кто именно был изобретателем этого оружия. Сосуды с зажигательной смесью были в арсенале у древних греков. Во время Великой Отечественной войны о таком оружии вспомнили, и 7 июля 1941 года вышло постановление Государственного комитета обороны СССР «О противотанковых зажигательных гранатах (бутылках)». Постановление было подписано Молотовым, возможно, отсюда и название — «коктейль Молотова». Или «коктейль для Молотова». В июле 1941 года Государственный комитет обороны обязал Наркомат пищевой промышленности производить 120 тыс. бутылок с горючей смесью в день.
У этого «коктейля» было много разных рецептов; однако оказалось, что физико-химические свойства горючей смеси и запала не были достаточно хорошо изучены, и часто смесь воспламенялась не на цели, а в руках у бойцов.
Совершенствованием зажигательных смесей и запалов занимались различные химические институты и ученые, в том числе группа Петра Ребиндера в КЭИН.
Водостойкие валенки
Уникальным проектом Петра Ребиндера была разработка составов для водонепроницаемой пропитки валяной обуви.
Один из сильнейших врагов любой армии — холод. Бойцы почти все время находятся на открытом воздухе. Блиндаж с дверью, занавешенной палаточной тканью, с нарами для сна, со стенами из бревен, засыпанных землей,— это роскошь. В таком блиндаже тепло. В нем стоит печка. Но намного чаще у солдат нет возможности выстроить себе землянку или блиндаж. Им приходится дневать и ночевать в траншеях, где главным средством сохранения тепла является теплая непромокаемая одежда. И, конечно, обувь.
Рассказывает Марианна Ребиндер: «Одна из сотрудниц отца рассказывала, что она зашла к папе в кабинет и увидела, как он сидит за столом в валенках, поставив ноги в таз с водой. Женщина тогда подумала, что человек с ума сошел от голода. На самом деле оказалось, что так отец проверял водонепроницаемую пропитку».
Марианна Петровна хранит вырезку из газеты «Гудок» за 1942 год, в которой написано о валенках: «В этих валенках профессор [Ребиндер] смело ходит по лужам и мокрому снегу. Однажды он целый день занимался за своим рабочим столом, поставив ноги в таз с водой. Ноги не промокли — водонепроницаемые валенки прекрасно выдержали испытание».
Разработанная группой Ребиндера водонепроницаемая пропитка лишь незначительно утяжеляла валенки: 400–500 г на пару, что почти вдвое легче, чем галоши. Валенок оставался гибким и таким же теплым, потливости ног не возникало, пропитка не проникала внутрь обуви. Что самое важное: чудесным составом можно было пропитывать не только новые, но и ношеные валенки. И ремонтировать пропитанные валенки тоже было можно, если подшивать их заранее подготовленным пропитанным войлоком.
Заказчиком работы были железнодорожники. В конце заметки сказано: «Способ водоупорной пропитки валенок разработан в Коллоидно-электрохимическом институте Академии Наук СССР (зав. лабораторией проф. Ребиндер) старшими научными сотрудниками А. Б. Таумбан и М. М. Римской. Работа эта выполнена по заданию железнодорожного транспорта».
Премия, деленная на всех
Постановлением СНК СССР от 10 апреля 1942 года Петру Ребиндеру была присуждена Сталинская премия II степени в области химических наук.
Диплом лауреата Сталинской премии II степени на имя Петра Ребиндера
Диплом лауреата Сталинской премии II степени на имя Петра Ребиндера
Всего в 1942 году было присуждено 15 научных премий I степени и 18 — II степени. Временные рамки конкурса были жесткими: премия присуждалась за работы, выполненные в течение последнего года. Приоритет отдавался работам оборонного характера. В 1942 году Сталинская премия вручалась только во второй раз, и на дипломах расписывался сам Сталин.
В дипломе написано: «Ребиндеру Петру Александровичу, члену-корреспонденту Академии наук СССР, за научные работы: “Значение физико-химических процессов при механическом разрушении и обработке твердых тел в технике”, опубликованную в конце 1940 года, и “Облегчение деформаций металлических монокристаллов под влиянием адсорбции поверхностно-активных веществ”, опубликованную в 1941 году».
Это те самые работы, которые сделали возможным эффективное бурение в Пермской области и помогли обеспечить Советскую армию топливом из «восточной нефти».
В 1942 году Сталинская премия II степени составляла 100 тыс. руб. Перед войной это была бы огромная сумма, на которую можно было отстроить себе роскошную дачу или купить автомобиль. (Хотя машин в свободной продаже не было, по специальному постановлению лауреат Сталинской премии мог себе купить автомобиль. Была у лауреатов и еще одна льгота — бесплатный проезд в транспорте.)
Лист с записями о распределении премии
Лист с записями о распределении премии
В военное время нужнее всего была еда.
В Казани, куда был эвакуирован КЭИН и где жила в эвакуации семья Ребиндера, действовали продуктовые карточки. На детей и иждивенцев выдавали по 400 г хлеба в сутки, на служащих — по 600, на рабочих — 700–800 г. Мяса и рыбы на месяц рабочим выдавалось около 2 кг, а детям — по 400 г в месяц!
Из всей семьи рабочая карточка была только у Петра Александровича. Дополнительное продовольствие надо было покупать на рынках. Цены на казанских рынках в военные годы были такие: буханка хлеба (с добавлением картошки с кожурой) — 100–200 руб., картофель — 80 руб. за ведро, сливочное масло — 250 руб. за 1 кг, четверть молока — 100 руб., пуд муки — 1250 руб.
Рассказывает Марианна Ребиндер: «Полученную премию отец распределил между сотрудниками. У меня хранится очень ценный документ — листок со списком, в котором отмечалось это распределение. На то, что осталось, купили про запас еды и еще приобрели маме велосипед, чтобы она могла ко мне ездить».