Главная → Использование → Статьи, информации

Земля в иллюминаторе видна…

Космический корабль является сложной инженерной системой, включающей в себя множество различных приборов, блоков, конструкций, кабелей, проводов, назначение которых не совсем понятно простому человеку... Это не относится, пожалуй, к иллюминаторам, наличие и назначение которых в космическом корабле не вызывает вопросов, ведь в них смотрели герои научно-фантастических рассказов Герберта Уэлса и  Жюля Верна задолго до начала освоения человеком космического пространства, создания и запуска космических кораблей.


Кабина космического корабля "Буран"

Иллюминаторы являются одновременно конструктивным элементом оболочки космического аппарата и оптическим устройством. С одной стороны, они служат для защиты приборов и экипажа от воздействия внешней среды, с другой — обеспечивают возможность работы различной оптической аппаратуры и визуальное наблюдение.

Стекло разрушается не так как другие материалы. При разрушении появляется  трещина, а прочность стекла зависит, главным образом, от состояния его поверхности. Для улучшения светопропускания стекла космических кораблей просветляются многослойным просветляющим покрытием. В их состав могут входить окись олова или индия. Такие покрытия увеличивают светопропускание на 10-12% и наносятся методом реактивного катодного распыления. В полете иллюминаторы могут загрязняться и с наружной стороны. Разработчики межпланетных космических станций из НПО имени C.А. Лавочкина рассказывают, что при полете космического аппарата к одной из комет в ее составе было обнаружены два ядра. Это было признано важным научным открытием. Потом выяснилось, что второе ядро появилось вследствие запотевания иллюминатора, приведшего к эффекту оптической призмы.1

К стеклам иллюминаторов предъявляют особые требования - они не должны изменять светопропускания при воздействии на них ионизирующего излучения от фоновой космической радиации и космических излучений, в том числе — в результате вспышек на Солнце. Поглощение излучения стеклом может привести к образованию так называемых «центров окраски», то есть к уменьшению исходного светопропускания. Люминесценция стекла создает дополнительный фон, что понижает контрастность изображения, увеличивает отношение шума к сигналу и может сделать невозможным нормальное функционирование аппаратуры, поэтому стекла, применяемые в оптических иллюминаторах, должны обладать, наряду с высокой радиационно-оптической устойчивостью, низким уровнем люминесценции.

Среди факторов космического полета одним из наиболее опасных для иллюминаторов является микрометеорное воздействие. Оно приводит к быстрому падению прочности стекла, ухудшаются его оптические характеристики. Уже после первого года полета на внешних поверхностях долговременных орбитальных станций были обнаружены кратеры и царапины, достигающие полутора миллиметров. Если большую часть поверхности можно заэкранировать от метеорных и техногенных частиц, то иллюминаторы так не защитишь. В определенной степени спасают бленды, устанавливаемые иногда на иллюминаторы, через которые работают, например, бортовые фотоаппараты. Наиболее радикальное и надежное решение — прикрыть снаружи иллюминаторы космического корабля управляемыми крышками. Такое решение было применено, в частности, на советской орбитальной станции второго поколения «Салют-7». Проблемами микрометеоритного воздействия на элементы конструкции космических аппаратов, в том числе и на иллюминаторы, активно занимался и занимается до сих пор профессор Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королева Л.Г. Лукашев.

В еще более тяжелых условиях работают иллюминаторы спускаемых аппаратов. При спуске в атмосфере они оказываются в облаке высокотемпературной плазмы. Кроме давления изнутри отсека на иллюминатор при спуске действует внешнее давление, а потом следует приземление — часто на снег, иногда в воду. При этом стекло резко охлаждается и в этом случае вопросам прочности уделяют особое внимание.

При создании в СССР первых космических кораблей разработка иллюминаторов была поручена ряду научно-исследовательских организаций, в том числе Государственному специальному проектно-конструкторскому бюро по авиационному остеклению (ГСПКБ), переименованному в 1963 г. в Научно-исследовательский институт технического стекла (НИТС). В производстве «окон во Вселенную» принимали также участие Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова, Научно-исследовательский институт резинотехнической промышленности, Красногорский механический завод и ряд других предприятий и организаций. Большой вклад в варку стекол различных марок, изготовление иллюминаторов и уникальных длиннофокусных объективов с большой апертурой внес подмосковный Лыткаринский завод оптического стекла.


Письмо директора ГСПКБ М.Л. Львовского главному конструктору ОКБ-1 С.П. Королеву
о ходе работ по разработке иллюминаторов для объекта «Е-2» (автоматическая лунная станция).
Филиал РГАНТД. Ф.Р-286. Оп.1-8. Д.18. Л.7

Задача оказалась крайне сложной. В свое время производство самолетных фонарей в стране осваивали долго и трудно — стекло быстро теряло прозрачность, покрывалось трещинами.

Помимо обеспечения прозрачности запросы авиационной промышленности в конце 1940 гг. заставили разработать бронестекла, т.к. после Великой Отечественной войны рост скоростей реактивной авиации привел не только к возрастанию требований к прочности, но и к необходимости сохранения свойств остекления при аэродинамическом нагреве. Для космических проектов стекло, которое применялось для фонарей и иллюминаторов самолетов, не годилось — в космическом пространстве не те температуры и нагрузки.

Первые космические иллюминаторы были разработаны в нашей стране на основании Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 569-264 от 22 мая 1959 г., предусматривавшего начало подготовки к пилотируемым полетам человека.

Данное постановление и другие директивные указания вышестоящих организаций нашли отражение в документах ГСПКБ за 1959-1980 гг., которые находятся на постоянном хранении в филиале федерального казенного учреждения «Российский государственный архив научно-технической документации» (филиал РГАНТД).

Одним из первых документов является приказ Государственной плановой комиссии № 1138 от 7 июля 1959 г. «О разработке объекта «Восток», в котором руководству ГСПКБ предлагается в короткие сроки обеспечить выполнение работ по разработке стекол, методов их крепления и испытаний согласно постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 22 мая 1959 г. № 596-264.2

Бюро получило задание на создание иллюминаторов для возвратного контейнера космического корабля «Восток» и сразу приступило к его разработке. В письме от 4 ноября 1960 г. начальнику Управления авиационной промышленности А.А. Рюмину начальник ГСПКБ М.Л. Львовский докладывает: «В августе 1960 г. бюро изготовило и успешно испытало совместно с ОКБ-1 иллюминаторы, разработанные из нового вида стекла, обладающего защитными свойствами при температуре наружной поверхности до 1100ºС. Прошу разрешения на премирование работников бюро, в том числе В.И. Александрова и В.Д. Корнеева, принимавших непосредственное участие в данной разработке».3 

19 апреля 1961 г., уже после совершения Ю.А. Гагариным первого полета на космическом корабле «Восток», М.Л. Львовский в письме к заместителю главного конструктора ОКБ-1 К.Д. Бушуеву пишет: «Совместно в Вами ГСПКБ выполнило порученное ему задание – выдало и отработало рекомендации по конструкции и методам испытаний, обеспечивающих надежную работу иллюминаторов в объекте типа «Восток». В связи с признанием ЦК КПСС и Советом Министров СССР необходимости наградить участников создания космического корабля спутника «Восток» и обеспечения первого в мире успешного полета человека в космос, просим Вашего подтверждения о выполнении ГСПКБ порученного задания и согласия с представлением к награждению сотрудников бюро, принимавших непосредственное участие в выполнении разработки иллюминаторов».4

Кроме остекления кабин космических кораблей и спускаемых аппаратов ГСПКБ занимался разработкой полимерных материалов для остекления кабин боевых сверхзвуковых самолетов; изысканием прочных и эластичных силикатных клеев для склейки блистеров из органического стекла, которое использовалось в оптических прицелах самолетов и систем самонаведения ракет; полимерных склеивающих материалов для шлемов, противогазов, скафандров летчиков и космонавтов; безосколочных изделий и др. В связи с увеличением комплекса задач, поставленных перед бюро его руководитель С.М. Бреховских в 1963 г. просит разрешить Совет Министров СССР произвести расширение площадей, отведенных институту, а также увеличить сумму ассигнований на постройку Обнинского экспериментального завода (п/я 3841), на котором планировался выпуск малых серий прозрачных элементов летательных аппаратов на базе полимеров в сочетании со стеклом и ситаллами.5


С.М. Бреховских

В дальнейшие годы ГСПКБ были выполнены работы по разработке остекления космического комплекса «Союз», экспериментального пилотируемого орбитального самолета «Спираль», космических аппаратов «Космос-186», «Космос-188», остекления скафандра космонавта для выхода на поверхность Луны.6

Одними из первых разработчиков космического остекления были сотрудники ГСПКБ С.М. Бреховских, В.И. Александров, Х.Е. Серебрянникова, Ю.И. Нечаев, Л.А. Калашникова, Ф.Т. Воробьёв и другие, внесшие большой вклад в развитие современной космической науки. Кроме того, на постоянном хранении в филиале РГАНТД имеется более 30 заявочных материалов на изобретения новых видов стекла С.М. Бреховских, на 18 из которых автору выданы авторские свидетельства и патенты.7

«Простота иллюминатора — это кажущееся явление. Некоторые оптики говорят, что создание плоского иллюминатора — задача более сложная, чем изготовление сферической линзы, поскольку построить механизм «точной бесконечности» существенно сложнее, чем механизм с конечным радиусом, то есть поверхности сферической. И, тем не менее, никогда никаких проблем с иллюминаторами не было», — наверное, это лучшая из оценок для узла космического корабля, особенно если она прозвучала из уст Г.Е. Фомина, в недавнем прошлом первого заместителя Генерального конструктора ГНПРКЦ «ЦСКБ - Прогресс».8



1 По материалам сайта Известия Науки [электронный ресурс] (дата обращения  08.04.2015 г.)
2 Филиал РГАНТД. Ф.Р-286. Оп.1-6. Д.7. Л.93
3 Там же. Д.15. Л.58
4 Там же. Д.25. Л.15
5 Там же. Д.63. Л.35-38
6 Там же. Д. 79, 110, 123,163
7 Там же. Ф.Р-1. Оп.27-5. Д.118; Оп.43-5. Д.2931; Оп.55-5. Д.146; Оп.60-5. Д.2069 и др.
8 По материалам сайта Известия Науки [электронный ресурс] (дата обращения 08.04.2015 г.)

Гл. специалист Л.Е. Антонова

РГАНТД
РГАНТД