К обрушению гигантского радиотелескопа «Аресибо» в Пуэрто-Рико 4 года назад привели ураган «Мария», ползучесть цинка, и феномен, обнаруженный советскими учеными еще в 1963 году. К такому выводу пришли авторы отчета, исследовавшие причины обрушения.

1 декабря 2020 года стало черным днем в мировой наблюдательной астрономии, когда обрушилась конструкция одного из самых знаменитых телескопов в мире — радиообсерватории «Аресибо» в Пуэрто-Рико. Телескоп, с помощью которого сделано немало фундаментальных открытий во вселенной, отправлялись послания внеземным цивилизациям, запечатленный в целом ряде культовых фильмов, перестал существовать после того, как на его зеркало из-за лопнувших тросов рухнула 900-тонная конструкция приемника.

Способ заливки цинком гнезда многожильного троса телескопа «Аресибо»

Обрушение не произошло внезапно — тревожные признаки стали появляться задолго до декабря. Так, 10 августа 2020 года выскочил из гнезда один из 18 тросов толщиной 8 сантиметров, поддерживающих висящую конструкцию приемника. Через 3 месяца оборвался второй трос, после чего Национальный научный фонд США (NSF) объявил о невозможности спасти инструмент, а спустя еще некоторое время приемник обрушился на зеркало телескопа.

Сразу после обрушения специалисты стали задаваться вопросом — почему упала конструкция, сумевшая простоять десятилетия, выдержать не одно землетрясение и ураган. Тогда среди возможных причин указывались конструкторские ошибки, проблемы в обслуживании и тропические условия, ускоряющие коррозию металла.

Спустя почти 4 года Национальные академии наук, инженерии и медицины США опубликовали доклад с выводами о причинах обрушения.

Эксперты пришли к выводу, что ключевую роль в деградации конструкций телескопа сыграл ураган «Мария», которых пронесся над Пуэрто-Рико в сентябре 2017 года. Второй причиной стала ползучесть цинка — металла, который десятилетиями удерживал многожильные тросы в гнездах крепления.

Выход цинка из гнезда одного из тросов в 2019 году после урагана «Мария»

«Комитет установил, что 39-месячная цепочка отказов началась 20 сентября 2017 года с урагана «Мария» и привела к обрушению телескопа», — говорится в отчете.

Эксперты пришли к выводу, что проверками было выявлено небольшое (примерно полдюйма) выдавливание тросов из своих гнезд и до урагана «Мария», однако за время после урагана этот параметр стал достигать полутора дюймов, однако инженеры, проводившие проверки, не били тревогу. «Настораживает отсутствие задокументированных опасений нанятых инженеров о несущественности выхода тросов или об опасных факторах в период между ураганом «Мария» в 2017 году и обрушением», — говорится в отчете.

Ученые установили, что к постепенному вываливанию тросов из гнезд привела «ползучесть» цинка, с помощью которого металлические жилы крепились в гнездах. Чтобы закрепить многожильный трос, еще при строительстве телескопа его просовывали в металлическое гнездо, расплетали там и заливали расплавленным цинком, который должен был удерживать трос в таком креплении десятилетиями. При этом даже выявленные незадолго до аварии нарушения конструкции не вызывали у проверяющих беспокойства, поскольку тросы оставались под нагрузкой, в 2 раза меньшей расчетной максимальной. «Гнезда постепенно теряли критическое число своих креплений жил за счет ползучести цинка — процесса, при котором цинк медленно деформируется при нагрузке в два раза меньшей номинального напряжения», — говорится в отчете. Хотя авторы доклада согласились с выводами сторонних экспертов о ползучести цинка как причины обрушения, главный вопрос, на который не был дан точный ответ, — «Почему такая чрезмерная ползучесть произошла при такой низкой нагрузке?».

Разрушение краски на всех 4 тросах башни номер 12, январь 2020 года

Экспертов удивил тот факт, что подобные крепления не уникальны, используются в различных тросовых конструкциях более ста лет и о подобных отказах «никогда не сообщалось». Более, того, в креплении тросов на телескопе «Аресибо» не было почти ничего уникального — тип, размеры тросов и их крепления использовались при постройке в 60-е годы и при реконструкции в 90-е, они выбирались по каталогам и были проверены десятилетиями безотказной службы.

«Единственная гипотеза, разработанная комитетом, которая может объяснить увиденную картину и предельные эффекты ускоренной ползучести цинка — эффект электропластичности», — говорится в докладе. В 1963 году советские ученые Троицкий и Лихтман показали, что импульсы электрического тока уменьшают напряжение, необходимое для начала деформации металлов, в том числе цинка. Чуть ранее, в 1959 году подобный эффект американский ученый Мэклин описал на кристаллах поваренной соли.

Схема отрыва троса в гнезде

Ученые предполагают, что причиной возникновения электропластичности цинка могли быть уникальные электромагнитные условия, в которых пребывала вся конструкция телескопа, и поддерживающие тросы. «Конкретно — кабели телескопа «Аресибо» были подвешены вдоль лучей самого мощного радиопередатчика на Земле. Телескоп «Аресибо» имел два высокомощных радарных излучателя, один на частоте 430 МГц, второй — 2380 МГц», — говорится в отчете.

Радиотелескоп «Аресибо» после обрушения
Кадр из видео National Science Foundation News

Иначе говоря, ток мог индуцироваться в многожильных тросах мощными электромагнитными волнами самого телескопа, что приводило к ослаблению тросов в гнездах, предполагают авторы доклада.