Как самочувствие, Царь-колокол

В  начале 1986 года меня вызвал директор нашего НИИ механики и прикладной математики Ростовского госуниверситета (РГУ) академик И.И. Ворович и дал указание готовиться к срочной командировке в Москву. Дело в том, что в это время я работал заведующим лабораторией акустической эмиссии, а за несколько дней до нашего разговора на имя ректора РГУ Ю.А. Жданова (первый муж дочери И.В. Сталина) из Москвы, за подписью начальника академии имени Ф.Э. Дзержинского (ныне Академия Ракетных войск имени Петра Великого)  пришло  письмо следующего содержания:

УВАЖАЕМЫЙ ЮРИЙ АНДРЕЕВИЧ!
ПО ПРОСЬБЕ МИНИСТРА КУЛЬТУРЫ СССР И В СООТВЕТСТВИИ С УКАЗАНИЕМ МИНИСТРА ОБОРОНЫ СССР ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ Ф.Э.ДЗЕРЖИНСКОГО ВЫПОЛНЯЕТ КОМПЛЕКС РАБОТ ПО РЕСТАВРАЦИИ И ОБЕСПЕЧЕНИЮ СОХРАННОСТИ ЦАРЬ-КОЛОКОЛА.
В СВЯЗИ С ЭТИМ ВОЗНИКЛА НЕОБХОДИМОСТЬ РЕГУЛЯРНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ИЗМЕНЕНИЕМ ПРОЧНОСТИ КОЛОКОЛА, С УЧЕТОМ НАЛИЧИЯ В НЕМ ТРЕЩИН.
СУЩЕСТВЕННО ПОВЫСИТЬ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ МОЖЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АППАРАТУРЫ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ, ЗНАЧИТЕЛЬНЫЙ ОПЫТ РАЗРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ КОТОРОЙ НАКОПЛЕН В ВАШЕЙ ОРГАНИЗАЦИИ (НИИ МЕХАНИКИ И ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИКИ ПРИ РГУ).
ПРОШУ ВАС ОКАЗАТЬ СОДЕЙСТВИЕ В ОЦЕНКЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЦАРЬ-КОЛОКОЛА.

Предыстория появления этого документа была такова: Почти 300 лет назад, еще в мае 1737 года при пожаре в Московском Кремле сильно пострадал знаменитый Царь-колокол,  незадолго до этого отлитый русскими мастерами отцом и сыном Маториными.  Пожар заливали водой, вследствие чего раскалившийся, самый крупный в мире 200-тонный колокол получил многочисленные трещины. Поврежденный колокол не стали устанавливать на колокольню, а оставили прямо в земле  до 1836 года, когда он под руководством архитектора А.А. Монферана (автор проекта и строитель Исаакиевского собора в Петербурге) был поднят из ямы  и  в  качестве  национальной  реликвии  установлен   на восьмигранном каменном постаменте (фото 1).  Уже при  поднятии  Царь-колокола подтвердилось его аварийное состояние, и от него отвалился 11,5 тонный «кусочек», который до сих пор стоит рядом с колоколом.

Более ста лет состояние колокола не вызывало особого беспокойства. Однако проведенное в середине 80-х годов обследование обнаружило повреждения постамента - вероятно, по причине некоторого проседания грунта. Это могло привести к деформации и последующему разрушению Царь-колокола вследствие роста имеющихся в нем трещин.  Для оценки реального состояния колокола было решено применить метод акустико-эмиссионной диагностики и привлечь нас к проведению этих работ. Этот метод стал активно использоваться с начала семидесятых годов, и наш институт был одним из первых, где  приступили к его разработке и практическому применению. Сущность метода состоит в анализе параметров чрезвычайно слабого ультразвукового излучения, генерируемого самими микродефектами (микротрещинами) в ходе их подрастания. ГРУБО ГОВОРЯ, КАЖДАЯ ТРЕЩИНКА САМА КАК БЫ «КРИЧИТ» О СВОЁМ РОСТЕ!  Каждый род повреждения создает сигналы определенного типа. Таким образом, зарегистрировав и обработав эти сигналы, можно  прогнозировать прочность и долговечность различных ответственных объектов.

Срочной командировки в Москву не получилось:  выполнение работ в Московском Кремле потребовало долгих согласований. К лету все формальности были улажены, и мы вместе с  научным сотрудником моей лаборатории Владимиром Синяговским наконец отправились в Москву. В академии имени Дзержинского по Царь-колоколу работала группа сотрудников под руководством  А.И.Гневко. Все было продумано до мелочей и четко организовано. Сотрудниками академии впервые был точно установлен химический состав материала и другие параметры колокола, на малогабаритных моделях  экспериментально исследованы условия  разрушения в зависимости от возможного местоположения крупных трещин.

 Диагностика состояния Царь-колокола проводилась в два этапа с помощью привезенного нами из Ростова аппаратурного комплекса собственной разработки . На первом этапе на модельных образцах определялись особенности кинетики деформации и разрушения, а также исследовались параметры излучения материала колокола на разных стадиях деформации. Для этого были изготовлены специальные крупногабаритные (толщиной более десяти сантиметров и весом более 100 кг) плоские образцы из бронзового сплава, идентичного материалу колокола. Эта  часть экспериментов проводилась на территории Академии имени Дзержинского.

На втором - выполнялись работы по акустической калибровке, оптимизации расположения датчиков и  диагностике самого Царь-колокола. На фото 2  автор проводит акустическую калибровку трещин Царь-колокола  своим прибором. Естественно, проводить какие-либо работы непосредственно на колоколе можно было только в определенные дни, когда Кремль закрыт для посетителей. В один из таких дней нас на микроавтобусе  привезли в Кремль и высадили с аппаратурой прямо у колокола. Местный электрик быстро протянул провода переноски, мы подключили свою аппаратуру и начали работать. Каких-либо ограничений не было, нас только попросили не отходить далеко от места работы.

Что меня сразу поразило, так это интенсивное автомобильное движение по территории Кремля. Вероятно, в этот день происходило какое-то заседание Политбюро или Правительства. Один за другим мимо колокола на большой скорости  проносились бронированные ЗИЛы, часто в сопровождении черных «Волг».  Минут через десять  подошел стоявший вблизи колокола на посту милиционер, который вежливо поинтересовался, кто мы такие и что здесь делаем. В этот момент я как раз  проверял  приборы  стоя снаружи колокола и  бодро ответил: «Группа полковника Гневко! Проводим спецработы на Колоколе!»  «А-а-а, понятно!» - проговорил милиционер (судя по выражению лица, эту фамилию он слышал впервые) и  вернулся на свой пост.

Интенсивное автомобильное движение внутри Кремля продолжалось. Вдруг одна из машин сопровождения, скрипнув тормозами, остановилась около постового. Из машины  выскочил какой-то человек в штатском и,  показывая в нашу сторону, достаточно резко спросил: «Кто это такие?!» «Группа полковника Гневко!» - четко отрапортовал постовой. «А-а-а, понятно!» - проговорил человек в штатском (судя по выражению лица, эту фамилию он слышал впервые), быстро сел в машину и поехал догонять свой подопечный лимузин…
Работы непосредственно на колоколе мы начали с выбора наиболее оптимального расположения датчиков на его внутренней поверхности. Для этого сигналы от специального имитатора с помощью особого преобразователя вводились в вершины обнаруженных трещин, и подбиралось такое расположение приемных датчиков, которое обеспечивало максимальную чувствительность при любом местоположении источников эмиссии (дефектов).  После калибровки колокола имитатор был отключен, и производилась собственно диагностика Царь-колокола, т.е. как бы его «прослушивание» на наличие растущих трещин (фото 3 и 4. Приемные датчики и диагностический комплекс внутри колокола).

Оказалось, что в колоколе имеется большое количество трещин, в том числе около 10 крупных (длиной до полутора метров) и сквозных. Однако растущих трещин за время проведения экспериментов обнаружено нами не было. Таким образом, было установлено, что состояние Царь-колокола удовлетворительное, и в ближайшее время катастрофическое разрушение ему не грозит (хотя по себе могу сказать: находиться внутри 200-тонного колокола, зная о наличии в его стенках такого количества трещин, не очень приятно).

Результатами проведенной работы все остались довольны. Нам было предложено разработать и изготовить  диагностический комплекс для непрерывного контроля прочности колокола. Предполагалось сделать многоканальную систему с установкой отдельного датчика у вершины каждой из  крупных трещин. Было выделено небольшое финансирование, однако сразу приступить к работе мы не смогли - еще требовалось согласовать много разных вопросов. Например, надо было доказать, что наша постоянно работающая система, прослушивающая колокол, будет не в состоянии прослушивать еще что-нибудь  «неположенное» вокруг и т.д. Обсуждение и согласование этих вопросов затянулось. Вскоре распался Советский Союз, и всем стало не до колокола...

Каждый раз  приезжая в Москву, я обязательно навещаю Царь-колокол. Судя по некоторым внешним признакам, его деформация все-таки продолжается. Настораживает и «традиция» заталкивания в трещины колокола металлических монет. И если раньше мелкие монеты имели близкий материалу колокола состав, то нынешние - изготовлены совсем из других металлов, что при наличии влаги может вызывать заметную электрохимическую коррозию материала внутри трещин. Таким образом, для надежной оценки состояния Царь-колокола необходимо периодическое проведение диагностики возможного роста имеющихся в нем трещин методами неразрушающего контроля.  Свое беспокойство состоянием Царь-колокола я выразил некоторое время назад в письме на имя директора музея-заповедника «Московский Кремль» Е.Ю. Гагариной (старшая дочь первого космонавта планеты Юрия Гагарина). Ответа жду до сих пор…
2002, 2018 гг.