Пайкерит ( / ˈ p aɪ k r iː t / , PIE -creet ) [1] представляет собой замороженный ледяной композит, [2] изначально состоящий примерно из 14% опилок или какой-либо другой формы древесной массы (например, бумаги) и 86% льда по весу (6 к 1 по весу).
Во время Второй мировой войны Джеффри Пайк предложил его в качестве материала-кандидата для сверхбольшого авианосца для британского Королевского флота . Пайкерит обладает необычными свойствами, включая относительно медленную скорость плавления из-за его низкой теплопроводности , а также значительно улучшенную прочность и ударную вязкость по сравнению с обычным льдом. Эти физические свойства делают материал сопоставимым с бетоном , если только материал остается замороженным.
Пайкерит немного сложнее формовать, чем бетон, так как он расширяется в процессе замерзания. Однако его можно ремонтировать и поддерживать в рабочем состоянии, используя в качестве сырья морскую воду . Смесь можно формовать в любую форму и замораживать, и она будет прочной и долговечной, пока ее поддерживают при температуре замерзания или ниже. Устойчивость к постепенной ползучести или провисанию улучшается при дальнейшем понижении температуры до −15 °C (5 °F).
Джеффри Пайк сумел убедить лорда Маунтбеттена в потенциале своего предложения (фактически до изобретения пайкерита) где-то около 1942 года, и испытания были проведены в двух местах в Альберте , Канада. Идея корабля изо льда впечатлила Соединенные Штаты и Канаду настолько, что 60-футовый (18 м) и 1000-тонный корабль был построен за один месяц на озере Патрисия в Канадских Скалистых горах . Однако он был построен с использованием обычного льда (из озера), до того как был предложен пайкерит. Потребовалось чуть больше целого лета, чтобы он растаял, но простой лед оказался слишком слабым. Пайк узнал из отчета Германа Марка и его помощника, что лед, сделанный из воды, смешанной с древесными волокнами, образует прочную твердую массу — намного прочнее, чем чистый водяной лед. Макс Перуц позже вспоминал:
Затем, однажды, Пайк вручил мне отчет, который, по его словам, ему было трудно понять. Это был отчет Германа Марка, моего бывшего профессора физической химии в Вене, который потерял там свою должность, когда нацисты захватили Австрию, и нашел убежище в Политехническом институте Бруклина. Как эксперт по пластикам, он знал, что многие из них были хрупкими в чистом виде, но их можно было сделать более прочными, вставив в них волокна, такие как целлюлоза , так же как бетон можно армировать стальной проволокой. Марк и его помощник, Уолтер П. Хохенштейн, размешали немного ваты или древесной массы — сырья для газетной бумаги — в воде, прежде чем заморозить ее, и обнаружили, что эти добавки значительно укрепили лед.
Прочитав их отчет, я посоветовал своим начальникам отказаться от наших экспериментов с чистым льдом и создать лабораторию для производства и тестирования армированного льда. Объединенные операции реквизировали большой мясной склад на пять этажей под рынком Смитфилд, который находится в пределах видимости собора Святого Павла, и заказали несколько электроподогреваемых костюмов, которые выдаются летчикам, чтобы мы согревались при температуре ниже 0 °C (32 °F). Они выделили несколько молодых коммандос для работы в качестве моих техников, и я пригласил Кеннета Паско, который тогда был студентом-физиком, а позже стал преподавателем инженерного дела в Кембридже, приехать и помочь мне. Мы построили большую аэродинамическую трубу, чтобы заморозить кашу из влажной древесной массы, и распилили армированный лед на блоки. Наши испытания вскоре подтвердили результаты Марка и Хохенштейна. Блоки льда, содержащие всего четыре процента древесной массы, были такими же прочными, как бетон; в честь создателя проекта мы назвали этот армированный лед «пайкерит». Когда мы выстрелили винтовочной пулей в вертикальный блок чистого льда размером в два квадратных фута и толщиной в один фут, блок разбился; в пайкрите пуля сделала небольшую воронку и застряла, не причинив никакого вреда. Мои акции выросли, но никто не сказал мне, для чего нужен пайкрит, кроме того, что он нужен для проекта Авакум .
— Перуц, Макс, Жаль, что я не разозлил тебя раньше [3]
Позже Перуц узнал, что проект «Авакум» был планом постройки огромного авианосца, на самом деле больше похожего на плавучий остров , чем на корабль в традиционном смысле. Эксперименты Перуца и его коллег на мясном рынке Смитфилд в лондонском Сити проходили в обстановке большой секретности за экраном из туш животных. [4] [5] [6] Испытания подтвердили, что пайкерит намного прочнее чистого льда и не раскалывается, но также провисает под собственным весом при температурах выше −15 °C (5 °F). [7]
Реакция Маунтбеттена на этот прорыв описана биографом Пайка Дэвидом Лэмпом:
Что произошло дальше, объяснил лорд Маунтбеттен несколько лет спустя после войны в широко цитируемой послеобеденной речи. «Меня послали в Чекерс, чтобы увидеть премьер-министра, и мне сказали, что он в ванной. Я сказал: «Хорошо, именно там я и хочу его видеть». Я взбежал по лестнице и крикнул ему: «У меня есть блок нового материала, который я хотел бы положить в вашу ванну». После этого он предложил мне отвезти его на конференцию в Квебек». Демонстрация в кипящей ванне Черчилля была самой драматичной. После того, как наружная пленка льда на маленьком кубике пайкерита растаяла, свежевыступившая древесная масса не дала оставшейся части блока оттаять.
— Лампе, Дэвид, Пайк, Неизвестный гений [8]
Другая история гласит, что на Квебекской конференции 1943 года Маунтбеттен привез с собой блок пайкерита, чтобы продемонстрировать его потенциал свите адмиралов и генералов, которые приехали вместе с Уинстоном Черчиллем и Франклином Д. Рузвельтом . Маунтбеттен пришел на совещание по проекту с двумя блоками и положил их на землю. Один был обычным ледяным блоком, а другой — пайкеритовым. Затем он вытащил свой служебный пистолет и выстрелил в первый блок. Он разбился и раскололся. Затем он выстрелил в пайкерит, чтобы дать представление о сопротивлении этого вида льда снарядам. Пуля срикошетила от блока, задев штанину адмирала Эрнеста Кинга и оказавшись в стене. Однако, по собственному рассказу Перуца, инцидент с рикошетом пули, поразившей адмирала, на самом деле произошел гораздо раньше в Лондоне, и выстрел был произведен кем-то из проекта, а не Маунтбеттеном. [9]
Несмотря на эти испытания, основной проект «Авакум» так и не был реализован из-за ограниченности средств и убежденности в том, что ход войны начинает меняться в пользу союзников, использующих более традиционные методы. [10]
Согласно мемуарам британского генерала Исмея :
Значительное количество соображений, в основном сугубо технических, было также уделено возможности строительства плавучих платформ, которые могли бы использоваться истребителями для поддержки противостоящих высадок до тех пор, пока не появятся аэродромы на берегу, или служить пунктами переброски самолетов на большие расстояния. Идея, изначально задуманная членом штаба объединенных операций и горячо поддержанная Маунтбеттеном, заключалась в том, что эти плавучие платформы должны быть построены из айсбергов. Они будут снабжены двигателями, которые позволят им двигаться на малой скорости, и холодильными установками, чтобы предотвратить их таяние. Они будут непотопляемыми. Все это казалось совершенно фантастическим, но идея не была оставлена без тщательного исследования. Затем военно-морские власти Соединенных Штатов рассматривали различные альтернативные методы строительства, но в конце концов было достигнуто общее согласие, что авианосцы и вспомогательные авианосцы будут служить той же цели более эффективно.
— Генерал Лорд Исмей
Со времен Второй мировой войны пайкерит оставался научной диковинкой, неиспользованной в исследованиях или строительстве какой-либо значимости. Тем не менее, новые концепции пайкерета время от времени возникают среди архитекторов, инженеров и футуристов , обычно в отношении его потенциала для гигантского морского строительства или его улучшения путем применения сверхпрочных материалов, таких как синтетические композиты или кевлар .
В 1985 году пайкерит рассматривался для причала в гавани Осло . Однако позже эта идея была отложена, учитывая ненадежность пайкерета в реальных условиях. [12] Поскольку пайкерит необходимо сохранять при температуре ниже точки замерзания и он имеет тенденцию провисать под собственным весом при температурах выше −15 °C (5 °F), была рассмотрена альтернатива, которая гарантировала бы эффективность и общественную безопасность. [7]
В 2011 году Венский технический университет успешно построил ледяной купол из пайкерита диаметром 10 метров (33 фута) в австрийской деревне Обергургль . Они усовершенствовали оригинальную японскую технику распыления льда на воздушный шар, используя естественные свойства льда и его прочность. Эта конструкция смогла простоять три месяца, прежде чем солнечный свет начал плавить лед, делая конструкцию ненадежной. [13] Исследователь Иоганн Коллеггер из Венского технологического университета считает, что альтернативный новый метод его команды проще, так как позволяет избежать обратного распыления льда на рабочих. Чтобы построить свою отдельно стоящую конструкцию, Коллеггер и его коллеги сначала разрезали 8-дюймовую (200 мм) пластину льда на 16 сегментов. Чтобы придать сегментам куполообразную форму, исследователи полагались на ползучесть льда . Если на лед оказывается давление, он медленно меняет свою форму, не ломаясь. Один из механизмов, с помощью которых движутся ледники, называемый ледниковой ползучестью, функционирует аналогично, говорят исследователи. [13]
В 2014 году Эйндховенский технологический университет работал над проектом архитектуры из пайкерита в Юуке , Финляндия, который включал ледяной купол и масштабную модель Саграда Фамилия из пайкерита . [14] Они попытались построить самый большой ледяной купол в мире. Из-за человеческой ошибки заглушка компрессора, который поддерживал воздушный шар надутым, была выдернута, что привело к сдуванию воздушного шара. Команда голландских студентов быстро снова надула воздушный шар и заново покрасила часть купола, которая рухнула. Они продолжили строительство и в конечном итоге открыли купол для публики. Однако в течение нескольких дней крыша обвалилась; в то время на месте не было посетителей. [15]
Прочность пайкерита до сих пор является предметом споров. Перуц оценил значение прочности на сжатие примерно в 1100 фунтов на квадратный дюйм (7,6 МПа). [10]
Предложение от сентября 1943 года по созданию меньших пайкеритовых сосудов включало следующую таблицу характеристик: [16]
В 2009 году в 115-м выпуске программы «Разрушители мифов» на канале Discovery Channel были проверены свойства пайкерита и мифы, стоящие за ним. Сначала ведущие программы Адам Сэвидж и Джейми Хайнеман сравнили механические свойства обычного льда, пайкерита и нового материала, специально созданного для шоу, названного «суперпайкерит», в котором вместо древесной массы использовались газеты. Обе версии пайкерита действительно оказались намного прочнее куска льда, выдерживая сотни фунтов веса. Суперпайкерит был намного прочнее оригинальной версии.
Затем Разрушители мифов построили полноразмерную лодку из суперпайкерита, назвав ее Yesterday's News , и подвергли ее воздействию реальных условий. Судно Разрушителей мифов не имело холодильных установок для сохранения пайкерита в замороженном состоянии, как того требовали первоначальные планы, и конструкция лодки была намного тоньше, чем у массивных кораблей, предложенных во время Второй мировой войны. Хотя лодка могла плавать и оставаться целой на скорости до 23 миль в час (37 км/ч), она быстро начала давать течь, поскольку лодка медленно таяла. Через 20 минут лодка начала разрушаться, и эксперимент был завершен. Лодка продержалась еще 10 минут, пока ее вели обратно к берегу. Хотя лодка работала, было отмечено, что она была бы крайне непрактичной для первоначального предложения, в котором утверждалось, что целый авианосец можно построить из пайкерита. [17] Их вывод был «правдоподобным, но нелепым», поскольку это означало бы строительство судов из десятков тысяч тонн материала, который затонул бы без охлаждения.
В том же году история Пайка и пайкерита во Второй мировой войне также сыграла важную роль в книге Джайлса Фодена «Турбулентность » о (вымышленном) британском метеорологе и его вкладе в прогнозирование погоды в день Д. Главный герой также участвует в послевоенных усилиях по пайкериту.
В 2010 году в 26-м выпуске программы BBC Bang Goes the Theory было проведено испытание 20-футовой (6,1 м) 5-тонной пайкеритовой лодки, сделанной из пеньки, а не из древесной массы. Все четыре ведущих, Джем Стэнсфилд , Даллас Кэмпбелл , Лиз Боннин и Ян Вонг , были спасены из гавани Портсмута после того, как лодка набрала воду через крепления двигателя. В конечном итоге она перевернулась, растаяв гораздо быстрее, чем ожидалось, в более теплых, чем ожидалось, сентябрьских водах.
В 2013 году программа немецкого телеканала WDR Kopfball экспериментировала с пайкеритом, но заменила древесную массу на волокна пеньки. Пластина толщиной 5 см (2,1 дюйма) выдержала даже более 80 кг, не сломавшись, она только начала гнуться.
В романе Нила Стивенсона 2015 года «Семиевс» описывается вымышленное использование пайкерита для строительства низкоорбитальных жилищ и корпусов космических кораблей. [18]
Третий том подкастов с мини-историями 99% Invisible включает статью о проекте «Аббакук» и создании, предложении и последующем отказе от пайкерита как полезного строительного материала во время Второй мировой войны. [19]
В эпизоде YouTube «Колонизация Цереры» программы «Наука и футуризм с Айзеком Артуром » описывается вымышленное использование пайкерита для строительства куполообразной среды обитания на астероиде, на котором планируется добыча полезных ископаемых. [20]