Із чого роблять ілюмінатори на космічних кораблях. Вид з ілюмінатора космічного корабля

І ще одну статтю хочу відкопіпастити. Я її спочатку прочитав у газеті "Земля Нижегородська", але оригінал, виявляється, був надрукований у журналі "Російський космос". Поки їхав із села до міста, просто зачитався. Стаття розповідає про історію створення ілюмінаторів, популярно і зрозуміло розповідає про те, як вони створюються у нас і в американців, з чого складаються і де використовуються.

При погляді на космічний апарат зазвичай очі розбігаються. На відміну від літака чи підводного човна з гранично «зализаними» обводами, зовні стирчить маса будь-яких блоків, елементів конструкції, трубопроводів, кабелів... Але є на борту і деталі, зрозумілі на перший погляд будь-кому. Ось ілюмінатори, наприклад. Зовсім як літакові чи морські! Насправді це далеко не так...

ПРОКЛАБУЄМО ВІКНО У ВСЕСВІТ

Із самого початку польотів у космос стояло питання: «А що ж за бортом — добре б побачити!» Тобто, звичайно, певні міркування щодо цього були — постаралися астрономи та піонери космонавтики, не кажучи вже про письменників-фантастів. У романі Жюля Верна «З Землі на Місяць» герої вирушають у місячну експедиціюу снаряді, забезпеченому скляними вікнами із заслінками. Крізь великі вікна дивляться у Всесвіт герої Ціолковського та Уеллса.

Космічний апарат типу Зеніт перед стиковкою з ракетою-носієм. Ілюмінатори перед об'єктивами фотокамер прикриті кришками (фото: РКК Енергія) Коли справа дійшла до практики, просте слово «вікно» видалося розробникам космічної техніки неприйнятним. Тому те, через що космонавти можуть подивитися з корабля назовні, зветься, не мало не багато, спецзаскленням, а менш «парадно» — ілюмінаторами. Причому ілюмінатор власне для людей це ілюмінатор візуальний, а для якоїсь апаратури оптичний.

Ілюмінатори є одночасно конструктивним елементом оболонки космічного апарату, і оптичним пристроєм. З одного боку, вони служать для захисту приладів та екіпажу, що знаходяться всередині відсіку, від впливу зовнішнього середовища, з іншого ж повинні забезпечувати можливість роботи різної оптичної апаратури та візуальне спостереження. Втім, не лише спостереження — коли по обидва боки океану малювали техніку для «зоряних воєн», через ілюмінатори бойових кораблів збиралися і прицілюватися.

Американців і взагалі англомовних ракетників термін «ілюмінатор» ставить у глухий кут. Перепитують: Це вікна, чи що? У англійськоювсе просто - що в будинку, що в "Шатлі" - window, і жодних проблем. А ось англійські моряки кажуть porthole. Тож російські космічні вікнобудівники, напевно, ближчі за духом заокеанським корабелам.

Карен Найберг біля віконця японського модуля Kibo, що прибув до МКС, 2008 р. (фото: NASA) На космічних апаратах спостереження можна зустріти два типи ілюмінаторів. Перший тип повністю відокремлює знімальну апаратуру, що знаходиться в гермовідсіку (об'єктив, касетну частину, приймачі зображення та інші функціональні елементи) від «ворожого» зовнішнього середовища. За такою схемою збудовано космічні апарати типу «Зеніт». Другий тип ілюмінаторів відокремлює касетну частину, приймачі зображення та інші елементи від зовнішнього середовища, при цьому об'єктив знаходиться у негерметичному відсіку, тобто у вакуумі. Така схема застосована на космічних апаратах типу «Бурштин». При подібній схемі вимоги до оптичних властивостей ілюмінатора стають особливо жорсткими, оскільки тепер ілюмінатор є складовою оптичної системизнімальної апаратури, а не простим «вікном у космос».

Вважалося, що космонавт зможе керувати кораблем, зважаючи на те, що йому видно. Певною мірою це вдалося здійснити. Особливо важливо «дивитися вперед» при стиковці і посадці на Місяць — там американські астронавти неодноразово задіяли при посадках ручне управління.

Край ілюмінатора Сходу видно за шоломом космонавта. У більшості космонавтів психологічне уявлення про верх і низ формується в залежності від навколишнього оточення, і в цьому теж можуть допомогти ілюмінатори. Нарешті ілюмінатори, як і вікна на Землі, служать для освітлення відсіків при польоті над освітленою стороною Землі, Місяця або далеких планет.

Як і в будь-якого оптичного приладу, корабельний ілюмінатор має фокусну відстань (від півкілометра до півсотні) і багато інших специфічних оптичних параметрів.

НАШІ СКЕЛЬНИКИ - КРАЩІ У СВІТІ

При створенні нашій країні перших космічних кораблів розробка ілюмінаторів було доручено НДІ авіаційного скла Мінавіапрому (тепер це ВАТ «НДІ технічного скла»). У створенні «вікон у Всесвіт» також брали участь Державний оптичний інститут ім. С. І. Вавілова, НДІ гумотехнічної промисловості, Красногірський механічний завод та ряд інших підприємств та організацій. Великий внесок у варіння стекол різних марок, виготовлення ілюмінаторів та унікальних довгофокусних об'єктивів з великою апертурою зробив підмосковний Литкаринський завод оптичного скла.

Ілюмінатор на люку командного модуля корабля АполлонЗадача виявилася вкрай складною. Ще виробництво літакових ліхтарів опановували свого часу довго і важко — скло швидко втрачало прозорість, покривалося тріщинами. Крім забезпечення прозорості, Вітчизняна війназмусила розробити бронескла, після війни зростання швидкостей реактивної авіації призвело не лише до зростання вимог до міцності, але й до необхідності збереження властивостей скління при аеродинамічному нагріванні. Для космічних проектів скло, яке застосовувалося для ліхтарів та ілюмінаторів літаків, не годилося — не ті температури та навантаження.

Перші космічні ілюмінаторибули розроблені в нашій країні на підставі Постанови ЦК КПРС та Ради Міністрів СРСР №569-264 від 22 травня 1959 р., яка передбачала початок підготовки до пілотованих польотів. І в СРСР, і в США перші ілюмінатори були круглими – таких було простіше розрахувати та виготовити. Крім того, вітчизняні кораблі, як правило, могли керуватися без участі людини, і відповідно не було необхідності в надто хорошому огляді "по літаковому". Гагарінський «Схід» мав два ілюмінатори. Один розміщувався на вхідному люку апарату, що спускається, трохи вище голови космонавта, інший — біля його ніг в корпусі апарата, що спускається. Зовсім не зайве згадати за іменами основних розробників перших ілюмінаторів у НДІ авіаційного скла - це С. М. Бреховських, В.І. Александров, Х. Є. Серебрянникова, Ю. І. Нечаєв, Л. А. Калашнікова, Ф. Т. Воробйов, Є. Ф. Постольська, Л. В. Король, B. П. Колганков, Є. І. Цвєтков, C. В. Волчанов, В. І. Красін, Є. Г. Логінова та інші.

Вірджіл Ґріссом та капсула корабля liberty bell. Видно ілюмінатор-трапеція (фото: NASA) Внаслідок багатьох причин при створенні своїх перших космічних кораблів наші американські колеги зазнавали серйозного «дефіциту мас». Тому рівень автоматизації управління кораблем, подібний до радянського, вони просто не могли собі дозволити навіть з урахуванням легшої електроніки, і багато функцій з управління кораблем замикалися на досвідчених льотчиків-випробувачів, відібраних у перший загін космонавтів. При цьому в початковій версії першого американського корабля «Меркурій» (того, про який говорили, що астронавт не входить до нього, а одягає його на себе), пілотський ілюмінатор взагалі не був передбачений — навіть потрібні 10 кг додаткової маси взяти не було звідки.

Ілюмінатор з'явився лише на настійне прохання самих астронавтів вже після першого польоту Шепарда. Справжній, повноцінний "пілотський" ілюмінатор з'явився лише на "Джеміні" - на люці посадкового екіпажу. Зате його зробили не круглим, а складною трапецеїдальної форми, оскільки для повноцінного ручного керування при стиковці пілоту був потрібний огляд уперед; на «Союзі», до речі, для цієї мети на ілюмінатор апарату, що спускається, був встановлений перископ. Розробкою ілюмінаторів в американців займалася фірма Corning, за покриття на склі відповідав підрозділ фірми JDSU.

На командному модулі місячного «Аполлона» один із п'яти ілюмінаторів теж поставили на люку. Два інших, що забезпечують зближення при стикуванні з місячним модулем, дивилися вперед, а ще два «бічні» дозволяли кинути погляд перпендикулярно до поздовжньої осі корабля. На «Союзах» було зазвичай по три ілюмінатори на апараті, що спускається, і до п'яти — на побутовому відсіку. Найбільше ілюмінаторів на орбітальних станціях — кілька десятків, різних форм і розмірів.

Носове скління кабіни Спейс Шаттла Важливим етапом у «вікнобудуванні» стало створення скління для космічних літаків – «Спейс Шаттла» та «Бурана». «Човники» садять по-літаковому, а отже, пілотові необхідно забезпечити хороший оглядіз кабіни. Тому і американські, і вітчизняні розробники передбачили шість великих ілюмінаторів складної форми. Плюс по парі в даху кабіни це вже для забезпечення стикування. Плюс вікна в задній частині кабіни – для операцій із корисним вантажем. І нарешті, за ілюмінатором на вхідному люку.

На динамічних ділянках польоту на передні ілюмінатори «Шаттла» або «Бурана» діють зовсім інші навантаження, відмінні від тих, яким схильні ілюмінатори звичайних апаратів, що спускаються. Тому й розрахунок на міцність тут інший. А коли "човник" вже на орбіті, ілюмінаторів виявляється "надто багато" - кабіна перегрівається, екіпаж отримує зайвий "ультрафіолет". Тому під час орбітального польоту частину ілюмінаторів у кабіні «Шаттла» закривають кевларовими заслінками-кавернями. А ось у «Бурана» всередині ілюмінаторів був фотохромний шар, який темнів при дії ультрафіолетового випромінювання та «зайвого» до кабіни не пропускав.

РАМИ, СТАВНІ, ШПІНГАЛЕТ, ФОРТОЧКИ РІЗНІ...

Основна частина ілюмінатора це, звичайно, скла. Для космосу використовується не звичайне скло, а кварцове. За часів «Сходу» вибір був не надто великий — доступні були лише марки СК та КВ (остання — не що інше, як плавлений кварц). Пізніше створили та випробували багато інших різновидів скла (КВ10С, К-108). Пробували навіть використовувати у космосі оргскло марки СО-120. У американців відома марка термо- і ударостійкого скла Vycor.

Жулі Пайєтт керує маніпулятором Індевора у стельового ілюмінатора корабля (фото: NASA) Для ілюмінаторів використовуються стекла різних розмірів - від 80 мм до майже півметра (490 мм), а нещодавно на орбіті з'явилося і восьмисотміліметрове "скляце". Про зовнішній захист «космічних вікон» мова попереду, а ось для захисту членів екіпажу від шкідливого впливуближнього ультрафіолетового випромінювання на скло ілюмінаторів, що працюють з нестаціонарно встановленими приладами, наносять спеціальні світлодільні покриття.

Ілюмінатор – це не тільки скло. Щоб отримати міцну та функціональну конструкцію, кілька стекол вставляють в обойму, виготовлену з алюмінієвого або титанового сплаву. Для ілюмінаторів "Шаттла" використовували навіть літієвий.

Для забезпечення необхідного рівня надійності скла в ілюмінаторі спочатку почали робити кілька. Якщо одне скло зруйнується, а інші залишаться, зберігаючи корабель герметичним. Вітчизняні ілюмінатори на «Союзах» та «Сходах» мали по три стекла (на «Союзі» є одне двоскляне, але він більшу частину польоту прикритий перископом).

На «Аполлоні» та «Спейс Шаттлі» «вікна» здебільшого також трискляні, а ось «Меркурій» — свою «першу ластівку» — американці оснастили аж чотирискляним ілюмінатором.

Двоскляний ілюмінатор (вгорі), трискляний ілюмінатор космічного корабля сімейства Союз (внизу) (фото: Сергія Андрєєва) На відміну від радянських, американський ілюмінатор на командному модулі «Аполлона» не був єдиним складанням. Одне скло працювало у складі оболонки несучої теплозахисної поверхні, а два інших (по суті, двоскляний ілюмінатор) вже входили до складу гермоконтуру. У результаті такі ілюмінатори були візуальнішими, ніж оптичними. Власне, з урахуванням ключової ролі пілотів в управлінні Аполлонами, таке рішення виглядало цілком логічно.

На місячній кабіні «Аполлонів» усі три ілюмінатори самі по собі були односкляні, проте із зовнішнього боку їх прикривало зовнішнє скло, що не входить до гермоконтуру, а зсередини — внутрішнє запобіжне оргскло. Ще односкляні ілюмінатори встановлювалися згодом на орбітальних станціях, де навантаження все ж таки менше, ніж у апаратів, що спускаються космічних кораблів. А на деяких космічних апаратах, наприклад, на радянських міжпланетних станціях «Марс» початку 70-х років, в одній обоймі було об'єднано фактично кілька ілюмінаторів (двоскляних композицій).

Коли космічний апарат знаходиться на орбіті, перепад температур на поверхні може становити пару сотень градусів. Коефіцієнти розширення у скла та металу, природно, різні. Так що між склом та металом обойми ставлять ущільнення. У нашій країні ними займався НДІ гумотехнічної промисловості. У конструкції використовується вакуумостійка гума. Розробка таких ущільнень - складне завдання: гума - полімер, а космічне випромінювання з часом "рубає" полімерні молекули на шматки, і в результаті "звичайна" гума просто розповзається.

При найближчому розгляді з'ясовується, що за конструкцією вітчизняні та американські вікна істотно один від одного відрізняються. Практично всі скла у вітчизняних конструкціях мають форму циліндра (природно, за винятком скління крилатих апаратів типу Бурана або Спіралі). Відповідно, циліндр має бокову поверхню, яку потрібно спеціально обробляти, щоб звести до мінімуму відблиски. Поверхні, що відбивають всередині ілюмінатора, для цього покривають спеціальною емаллю, а бічні стінки камер іноді навіть обклеюють напівоксамитом. Ущільнюється скло трьома гумовими кільцями (як їх спочатку називали ущільнювальними гумками).

Біля скла американських кораблів «Аполлон» бічні поверхні були закруглені, і на них, як покришка на колісному диску автомобіля, було натягнуте гумове ущільнення.

Перша людина на Місяці Нейл Армстронг в місячному модулі Орел (фото: NASA) Скляно всередині ілюмінатора протерти ганчіркою під час польоту вже не вийде, а тому ніяке сміття в камеру (міжскляне простір) потрапляти категорично не повинно. Крім того, стекла не повинні ні запітніти, ні замерзати. Тому перед стартом у космічного корабля заправляють не лише баки, а й ілюмінатори – камеру заповнюють особливо чистим сухим азотом чи сухим повітрям. Щоб «розвантажити» власне скло, тиск у камері передбачається вдвічі меншим, ніж у герметичному відсіку. Нарешті, бажано, щоб із внутрішньої сторони поверхня стінок відсіку не була надто гарячою або надто холодною. Для цього іноді встановлюють внутрішній екран із оргскла.

СВІТЛО НА ІНДІЇ ЗІЙШЛОСЯ КЛИНОМ. Лінза вийшла що треба!

Скло – не метал, руйнується воно по-іншому. Жодних вм'ятин тут не буде — з'явиться тріщина. Міцність скла залежить, головним чином, стану його поверхні. Тому його зміцнюють, усуваючи поверхневі дефекти - мікротріщини, посічки, подряпини. Для цього скло труять, гартують. Однак зі склом, що використовується в оптичних приладах, так поводитися не прийнято. Їхня поверхня зміцнюється при так званому глибокому шліфуванні. До початку 70-х років зовнішні скла оптичних ілюмінаторів навчилися зміцнювати іонним обміном, що дозволило збільшити їхню абразивну стійкість.

Один з ілюмінаторів апарату, що спускається Cоюза більшу частину польоту прикритий перископом Для поліпшення світлопропускання скла просвітлюються багатошаровим покриттям, що просвітлює. До їх складу можуть входити окис олова чи індія. Такі покриття збільшують світлопропускання на 10-12%, а вони наносяться методом реактивного катодного розпилення. Крім того, окис індія добре поглинає нейтрони, що не зайве, наприклад, під час пілотованого міжпланетного польоту. Індій взагалі «філософський камінь» скляної, та й не лише скляної промисловості. Дзеркала з індієвим покриттям відбивають більшу частину спектра однаково. У тертьових вузлах індій значно покращує стійкість до стирання.

У польоті ілюмінатори можуть забруднюватись і із зовнішнього боку. Вже після початку польотів за програмою «Джеміні» астронавти зауважили, що на стекла осідають випари з теплозахисного покриття. Космічні апарати в польоті взагалі набувають так званої супутньої атмосфери. Щось витікає з гермотсіків, «висять» поряд з кораблем дрібні частинки екранно-вакуумної теплоізоляції, тут же — продукти згоряння компонентів палива під час роботи двигунів орієнтації... Загалом, сміття та бруду виявляється більш ніж достатньо, щоб не лише «зіпсувати» вид», а й, наприклад, порушити роботу бортової фотоапаратури.

(фото: ESA) Розробники міжпланетних космічних станцій із НУО ім. C.А.Лавочкіна розповідають, що при польоті космічного апарату до однієї з комет у її складі було виявлено дві «голови» – ядра. Це було визнано важливим науковим відкриттям. Потім з'ясувалося, що друга «голова» з'явилася внаслідок запотівання ілюмінатора, що спричинило ефект оптичної призми.

Скло ілюмінаторів не повинно змінювати світлопропускання при впливі на них іонізуючого випромінювання від фонової космічної радіації та космічних випромінювань, у тому числі внаслідок спалахів на Сонці. Взаємодія електромагнітних випромінювань Сонця та космічних променів зі склом – взагалі явище складне. Поглинання випромінювання склом може призвести до утворення так званих центрів забарвлення, тобто до зменшення вихідного світлопропускання, а також викликати люмінесценцію, оскільки частина поглиненої енергії може негайно виділитися у вигляді світлових квантів. Люмінесценція скла створює додаткове тло, що знижує контрастність зображення, збільшує відношення шуму до сигналу і може унеможливити нормальне функціонування апаратури. Тому скла, що застосовуються в оптичних ілюмінаторах, повинні мати, поряд з високою радіаційно-оптичною стійкістю, низьким рівнем люмінесценції. Величина інтенсивності люмінесценції не менш важлива для оптичного скла, що працює під впливом випромінювань, ніж стійкість до фарбування.

Ілюмінатор радянського космічного корабля Зонд-8 (фото: Сергія Андрєєва) Серед факторів космічного польотуодним із найбільш небезпечних для ілюмінаторів є мікрометеорна дія. Воно призводить до швидкого падіння міцності скла. Погіршуються та його оптичні характеристики. Вже після першого року польоту на зовнішніх поверхнях довгострокових орбітальних станцій виявляються кратери та подряпини, що досягають півтора міліметра. Якщо більшу частину поверхні можна заекранувати від метеорних та техногенних частинок, то ілюмінатори так не захистиш. Певною мірою рятують бленди, які інколи встановлюються на ілюмінатори, через які працюють, наприклад, бортові фотоапарати. На першій американській орбітальної станції«Скайлеб» передбачалося, що ілюмінатори частково екрануватимуться елементами конструкції. Але, звичайно, найбільш радикальне та надійне рішення – прикрити зовні ілюмінатори «орбітального» керованими кришками. Таке рішення було застосовано зокрема на радянській орбітальній станції другого покоління «Салют-7».

«Сміття» на орбіті стає дедалі більше. В одному з польотів «Шаттла» щось техногенне залишило на одному з ілюмінаторів досить помітну вибоїну-кратер. Скло витримало, але хто знає, що може прилетіти наступного разу?.. Це, до речі, одна із причин серйозної стурбованості «космічної громадськості» проблемами космічного сміття. У нашій країні проблемами мікрометеоритного на елементи конструкції космічних апаратів, зокрема і на ілюмінатори, активно займається, зокрема, професор Самарського державного аерокосмічного університету Л.Г.Лукашев.

Валерій Поляков зустрічає той, хто йде на стиковку зі Світом Дискавері. Добре видно відкинуту кришку ілюмінатора У ще більш важких умовах працюють ілюмінатори апаратів, що спускаються. При спуску в атмосфері вони опиняються у хмарі високотемпературної плазми. Крім тиску зсередини відсіку на ілюмінатор, при спуску діє зовнішній тиск. А потім слідує приземлення — часто на сніг, іноді у воду. При цьому скло різко охолоджується. Тому тут питанням міцності приділяють особливу увагу.

«Простота ілюмінатора — це явище, що здається. Деякі оптики кажуть, що створення плоского ілюмінатора — завдання складніше, ніж виготовлення сферичної лінзи, оскільки побудувати механізм «точної нескінченності» суттєво складніше, ніж механізм із кінцевим радіусом, тобто сферичної поверхні. Проте ніколи жодних проблем з ілюмінаторами не було», — напевно, це найкраща з оцінок для вузла космічного корабля, особливо якщо вона прозвучала з вуст Георгія Фоміна, в недавньому минулому — першого заступника Генерального конструктора ДНПРКЦ «ЦСКБ - Прогрес».

ВСІ МИ ПІД "КУПОЛОМ" У ЄВРОПИ

Вже нещодавно — 8 лютого 2010 року після польоту «Шаттла» STS-130 — на Міжнародній космічної станціїз'явився оглядовий купол, що складається з кількох великих ілюмінаторів чотирикутної форми та круглого восьмисотміліметрового ілюмінатора.

Мікрометеоритне пошкодження на ілюмінаторі Спейс Шаттла (фото: NASA) Модуль Cupola призначений для спостережень Землі та роботи з маніпулятором. Його розробив європейський концерн Thales Alenia Space, а будували італійські машинобудівники у Турині.

Таким чином сьогодні європейці утримують рекорд — таких великих ілюмінаторів ні в США, ні в Росії на орбіту ще не виводили. Про величезні вікна говорять і розробники різних «космічних готелів» майбутнього, наполягаючи на їхній особливій значущості для майбутніх космічних туристів. Так що у вікнобудування велике майбутнє, а ілюмінатори продовжують залишатися одним з ключових елементів пілотованих і безпілотних космічних кораблів.

"Вигляд оглядового модуля Cupola "Купол" - дійсно класна штука! Коли з ілюмінатора дивишся на Землю, це все одно, що через амбразуру. А в "куполі" на 360 градусів огляд, видно все! Земля звідси виглядає як карта, так, більше все це нагадує географічну карту. Видно, як сонце йде, як встає, як ніч насувається... Дивишся на всю цю красу з якимось завмиранням усередині."

Із самого початку польотів у космос стояло питання: «А що ж за бортом – добре б побачити!» Тобто, звичайно, певні міркування щодо цього були – постаралися астрономи та піонери космонавтики, не кажучи вже про письменників-фантастів. У романі Жюля Верна «З Землі на Місяць» герої вирушають у місячну експедицію в снаряді, з скляними вікнами із заслінками. Крізь великі вікна дивляться у Всесвіт герої Ціолковського та Уеллса.

Коли справа дійшла до практики, просте слово «вікно» видалося розробникам космічної техніки неприйнятним. Тому те, через що космонавти можуть подивитися з корабля назовні, зветься, не мало не багато, спецсклом, а менш «парадно» – ілюмінаторами. Причому ілюмінатор для людей – це ілюмінатор візуальний, а певної апаратури – оптичний.

Ілюмінатори є одночасно конструктивним елементом оболонки космічного апарату, і оптичним пристроєм. З одного боку, вони служать для захисту приладів та екіпажу, що знаходяться всередині відсіку, від впливу зовнішнього середовища, а з іншого – повинні забезпечувати можливість роботи різної оптичної апаратури та візуальне спостереження. Не тільки, втім, спостереження – коли з обох боків океану малювали техніку для «зоряних воєн», через ілюмінатори бойових кораблів збиралися і прицілюватись.

Американців і взагалі англомовних ракетників термін «ілюмінатор» ставить у глухий кут. Перепитують: Це вікна, чи що? В англійській мові все просто - що в будинку, що в "Шатлі" - window, і жодних проблем. А ось англійські моряки кажуть porthole. Тож російські космічні вікнобудівники, напевно, ближчі за духом заокеанським корабелам.

На космічних апаратах спостереження можна зустріти два типи ілюмінаторів.

Перший тип повністю відокремлює знімальну апаратуру, що знаходиться в гермовідсіку (об'єктив, касетну частину, приймачі зображення та інші функціональні елементи) від «ворожого» зовнішнього середовища. За такою схемою збудовано космічні апарати типу «Зеніт».

Другий тип ілюмінаторів відокремлює касетну частину, приймачі зображення та інші елементи від зовнішнього середовища, при цьому об'єктив знаходиться у негерметичному відсіку, тобто у вакуумі. Така схема застосована на космічних апаратах типу «Бурштин». При такій схемі вимоги до оптичних властивостей ілюмінатора стають особливо жорсткими, оскільки ілюмінатор тепер є складовою оптичної системи знімальної апаратури, а не простим «вікном у космос».

Вважалося, що космонавт зможе керувати кораблем, зважаючи на те, що йому видно. Певною мірою це вдалося здійснити. Особливо важливо "дивитися вперед" при стиковці і при посадці на Місяць - там американські астронавти не раз задіяли при посадках ручне управління.

У більшості космонавтів психологічне уявлення про верх і низ формується залежно від навколишнього оточення, і в цьому теж можуть допомогти ілюмінатори. Нарешті ілюмінатори, як і вікна на Землі, служать для освітлення відсіків при польоті над освітленою стороною Землі, Місяця або далеких планет.

При створенні нашій країні перших космічних кораблів розробка ілюмінаторів було доручено НДІ авіаційного скла Мінавіапрому(Тепер це ВАТ «НДІ технічного скла»). У створенні «вікон у Всесвіт» брали також участь Державний оптичний інститут ім. С.І. Вавілова, НДІ гумотехнічної промисловості, Красногірський механічний заводта ряд інших підприємств та організацій. Великий внесок у варіння стекол різних марок, виготовлення ілюмінаторів та унікальних довгофокусних об'єктивів з великою апертурою зробив підмосковний. Литкаринський завод оптичного скла.

Завдання виявилося вкрай складним. Ще виробництво літакових ліхтарів освоювали свого часу довго та важко – скло швидко втрачало прозорість, покривалося тріщинами. Крім забезпечення прозорості, Вітчизняна війна змусила розробити бронескло, після війни зростання швидкостей реактивної авіації призвело не лише до зростання вимог до міцності, але й до необхідності збереження властивостей скління при аеродинамічному нагріванні. Для космічних проектів скло, яке застосовувалося для ліхтарів та ілюмінаторів літаків, не годилося – не ті температури та навантаження.

Зовсім не зайве згадати за іменами основних розробників перших ілюмінаторів у НДІ авіаційного скла – це С.М. Бреховських, В.І. Александров, Х.Є. Серебряннікова, Ю.І. Нечаєв, Л.А. Калашнікова, Ф.Т. Воробйов, Є.Ф. Постольська, Л.В. Король, В.П. Колганков, Є.І. Цвєтков, C.В. Волчанов, В.І. Красін, Є.Г. Логінова та інші.

Внаслідок багатьох причин при створенні своїх перших космічних кораблів наші американські колеги зазнавали серйозного «дефіциту мас». Тому рівень автоматизації управління кораблем, подібний до радянського, вони просто не могли собі дозволити навіть з урахуванням легшої електроніки, і багато функцій з управління кораблем замикалися на досвідчених льотчиків-випробувачів, відібраних у перший загін космонавтів. При цьому в початковій версії першого американського корабля «Меркурій» (того, про який говорили, що астронавт не входить до нього, а вдягає його на себе), пілотський ілюмінатор взагалі не був передбачений – навіть потрібно 10 кг додаткової маси взяти не було звідки.

На командному модулі місячного «Аполлона» один із п'яти ілюмінаторів теж поставили на люку. Два інших, що забезпечують зближення при стикуванні з місячним модулем, дивилися вперед, а ще два «бічні» дозволяли кинути погляд перпендикулярно до поздовжньої осі корабля. На «Союзах» було зазвичай по три ілюмінатори на апараті, що спускається, і до п'яти – на побутовому відсіку. Найбільше ілюмінаторів на орбітальних станціях – до кількох десятків, різних форм та розмірів.

Важливим етапом у «вікнобудуванні» стало створення скління для космічних літаків – «Спейс Шаттла» та «Бурана». «Човники» садять по-літаковому, а отже, пілотові необхідно забезпечити хороший огляд із кабіни. Тому і американські, і вітчизняні розробники передбачили шість великих ілюмінаторів складної форми. Плюс по парі у даху кабіни – це вже для забезпечення стикування. Плюс вікна у задній частині кабіни – для операцій з корисним вантажем. І нарешті, за ілюмінатором на вхідному люку.

Основна частина ілюмінатора – це, звичайно, шибки. Для космосу використовується не звичайне скло, а кварцове. За часів «Сходу» вибір був не дуже великий – доступні були лише марки СК та КВ (остання – не що інше, як плавлений кварц). Пізніше створили та випробували багато інших різновидів скла (КВ10С, К-108). Пробували навіть використовувати у космосі оргскло марки СО-120. У американців відома марка термо- і ударостійкого скла Vycor.

Для ілюмінаторів застосовуються скла різних розмірів – від 80 мм до майже півметра (490 мм), а нещодавно на орбіті з'явилося й восьмисотміліметрове «скликце». Про зовнішній захист «космічних вікон» мова попереду, а ось для захисту членів екіпажу від шкідливого впливу ближнього ультрафіолетового випромінювання на шибки ілюмінаторів, що працюють з нестаціонарно встановленими приладами, наносять спеціальні світлодільні покриття.

Ілюмінатор – це не лише скло. Щоб отримати міцну та функціональну конструкцію, кілька стекол вставляють в обойму, виготовлену з алюмінієвого або титанового сплаву. Для ілюмінаторів "Шаттла" використовували навіть літієвий.

На «Аполлоні» та «Спейс Шаттлі» «вікна» в основному також трискляні, а ось «Меркурій» – свою «першу ластівку» – американці оснастили аж чотирискляним ілюмінатором.

На відміну від радянських американський ілюмінатор на командному модулі «Аполлона» не був єдиним складанням. Одне скло працювало у складі оболонки несучої теплозахисної поверхні, а два інших (по суті, двоскляний ілюмінатор) вже входили до складу гермоконтуру. У результаті такі ілюмінатори були візуальнішими, ніж оптичними. Власне, з урахуванням ключової ролі пілотів в управлінні Аполлонами, таке рішення виглядало цілком логічно.

На місячній кабіні «Аполлонів» усі три ілюмінатори самі по собі були односкляні, проте із зовнішнього боку їх прикривало зовнішнє скло, що не входить до гермоконтуру, а зсередини – внутрішнє запобіжне оргскло. Ще односкляні ілюмінатори встановлювалися згодом на орбітальних станціях, де навантаження все ж таки менше, ніж у апаратів, що спускаються космічних кораблів. А на деяких космічних апаратах, наприклад, на радянських міжпланетних станціях «Марс» початку 70-х років, в одній обоймі було об'єднано фактично кілька ілюмінаторів (двоскляних композицій).

Скло всередині ілюмінатора протерти ганчіркою під час польоту вже не вийде, а тому ніяке сміття в камеру (міжскляне простір) потрапляти категорично не повинно. Крім того, стекла не повинні ні запітніти, ні замерзати. Тому перед стартом у космічного корабля заправляють не лише баки, а й ілюмінатори – камеру заповнюють особливо чистим сухим азотом чи сухим повітрям. Щоб «розвантажити» власне скло, тиск у камері передбачається вдвічі меншим, ніж у герметичному відсіку. Нарешті, бажано, щоб із внутрішньої сторони поверхня стінок відсіку не була надто гарячою або надто холодною. Для цього іноді встановлюють внутрішній екран із оргскла.

Скло – не метал, руйнується воно по-іншому. Жодних вм'ятин тут не буде – з'явиться тріщина. Міцність скла залежить, головним чином, стану його поверхні. Тому його зміцнюють, усуваючи поверхневі дефекти - мікротріщини, посічки, подряпини. Для цього скло труять, гартують. Однак зі склом, що використовується в оптичних приладах, так поводитися не прийнято. Їхня поверхня зміцнюється при так званому глибокому шліфуванні. До початку 70-х років зовнішні скла оптичних ілюмінаторів навчилися зміцнювати іонним обміном, що дозволило збільшити їхню абразивну стійкість.

Для поліпшення світлопропускання скла просвітлюються багатошаровим покриттям, що просвітлює. До їх складу можуть входити окис олова чи індія. Такі покриття збільшують світлопропускання на 10-12%, а вони наносяться методом реактивного катодного розпилення. Крім того, окис індія добре поглинає нейтрони, що не зайве, наприклад, під час пілотованого міжпланетного польоту. Індій взагалі «філософський камінь» скляної, та й не лише скляної промисловості. Дзеркала з індієвим покриттям відбивають більшу частину спектра однаково. У тертьових вузлах індій значно покращує стійкість до стирання.

У польоті ілюмінатори можуть забруднюватись і із зовнішнього боку. Вже після початку польотів за програмою «Джеміні» астронавти зауважили, що на стекла осідають випари з теплозахисного покриття. Космічні апарати в польоті взагалі набувають так званої супутньої атмосфери. Щось витікає з гермотсіків, «висять» поряд з кораблем дрібні частинки екранно-вакуумної теплоізоляції, тут же – продукти згоряння компонентів палива при роботі двигунів орієнтації... Загалом, сміття та бруду виявляється більш ніж достатньо, щоб не лише «зіпсувати» вид», а й, наприклад, порушити роботу бортової фотоапаратури.

Розробники міжпланетних космічних станцій з НУО ім. C.А. Лавочкинарозповідають, що при польоті космічного апарату до однієї з комет у складі було виявлено дві «голови» – ядра. Це було визнано важливим науковим відкриттям. Потім з'ясувалося, що друга «голова» з'явилася внаслідок запотівання ілюмінатора, що спричинило ефект оптичної призми.

Взаємодія електромагнітних випромінювань Сонця та космічних променів зі склом – взагалі явище складне. Поглинання випромінювання склом може призвести до утворення так званих центрів забарвлення, тобто до зменшення вихідного світлопропускання, а також викликати люмінесценцію, оскільки частина поглиненої енергії може негайно виділитися у вигляді світлових квантів.

Люмінесценція скла створює додаткове тло, що знижує контрастність зображення, збільшує відношення шуму до сигналу і може унеможливити нормальне функціонування апаратури. Тому скла, що застосовуються в оптичних ілюмінаторах, повинні мати, поряд з високою радіаційно-оптичною стійкістю, низьким рівнем люмінесценції. Величина інтенсивності люмінесценції не менш важлива для оптичного скла, що працює під впливом випромінювань, ніж стійкість до фарбування.

Вже після першого року польоту на зовнішніх поверхнях довгострокових орбітальних станцій виявляються кратери та подряпини, що досягають півтора міліметра. Якщо більшу частину поверхні можна заекранувати від метеорних та техногенних частинок, то ілюмінатори так не захистиш.

Певною мірою рятують бленди, які інколи встановлюються на ілюмінатори, через які працюють, наприклад, бортові фотоапарати. На першій американській орбітальній станції «Скайлеб» передбачалося, що ілюмінатори частково екрануватимуться елементами конструкції. Але, звичайно, найбільш радикальне та надійне рішення – прикрити зовні ілюмінатори «орбітального» керованими кришками. Таке рішення було застосовано зокрема на радянській орбітальній станції другого покоління «Салют-7».

«Сміття» на орбіті стає дедалі більше. В одному з польотів «Шаттла» щось техногенне залишило на одному з ілюмінаторів досить помітну вибоїну-кратер. Скло витримало, але хто знає, що може прилетіти наступного разу?.. Це, до речі, одна із причин серйозної стурбованості «космічної громадськості» проблемами космічного сміття. У нашій країні проблемами мікрометеоритного впливу на елементи конструкції космічних апаратів, у тому числі і на ілюмінатори, активно займається, зокрема, професор Самарського державного аерокосмічного університету Л.Г. Лукашев.

У ще більш важких умовах працюють ілюмінатори апаратів, що спускаються. При спуску в атмосфері вони опиняються у хмарі високотемпературної плазми. Крім тиску зсередини відсіку на ілюмінатор, при спуску діє зовнішній тиск. А потім слідує приземлення – часто на сніг, іноді у воду. При цьому скло різко охолоджується. Тому тут питанням міцності приділяють особливу увагу.

«Простота ілюмінатора–це явище, що здається. Деякі оптики кажуть, що створення плоского ілюмінатора–Завдання складніше, ніж виготовлення сферичної лінзи, оскільки побудувати механізм «точної нескінченності» істотно складніше, ніж механізм з кінцевим радіусом, тобто поверхні сферичної. Проте ніколи жодних проблем з ілюмінаторами не було»,– напевно, це найкраща оцінка для вузла космічного корабля, особливо якщо вона прозвучала з вуст Георгія Фоміна, Нещодавно – першого заступника генерального конструктора ДНПРКЦ «ЦСКБ – Прогрес».

Вже нещодавно – 8 лютого 2010 року після польоту «Шаттла» STS-130 – на Міжнародній космічній станції з'явився оглядовий купол, що складається з кількох великих ілюмінаторів чотирикутної форми та круглого восьмисотміліметрового ілюмінатора.

Модуль Cupola призначений для спостережень Землі та роботи з маніпулятором. Його розробив європейський концерн Thales Alenia Space, а будували італійські машинобудівники у Турині.

Таким чином сьогодні європейці утримують рекорд – таких великих ілюмінаторів ні в США, ні в Росії на орбіту ще не виводили. Про величезні вікна говорять і розробники різних «космічних готелів» майбутнього, наполягаючи на їхній особливій значущості для майбутніх космічних туристів. Так що у вікнобудування велике майбутнє, а ілюмінатори продовжують залишатися одним з ключових елементів пілотованих і безпілотних космічних кораблів.

«Купол»–справді класна штука! Коли з ілюмінатора дивишся на Землю, це байдуже, що через амбразуру. А у «куполі» на 360 градусів огляд, видно все! Земля звідси виглядає як карта, так, найбільше це нагадує географічну карту. Видно, як сонце йде, як встає, як ніч насувається... Дивишся на всю цю красу з якимось завмиранням усередині».

Зі щоденника космонавта Максима Сураєва.

Космос не океан

Чого б вони там не малювали у "зіркових війнах" та серіалі "стартрек", космос не океан. Занадто багато шоу оперують науково неточними припущеннями, відображаючи переміщення в космосі схожим на плавання морем. Це не так

Взагалі, космос не двомірний, у ньому немає тертя, і у космольоту палуби не такі, як корабель.

Більш спірні пункти - космічні апарати не будуть називатися згідно з морською класифікацією (наприклад "крейсер", "лінкор", "есмінець" або "фрегат", структура армійських звань буде схожа на звання ВПС, а не флоту, а піратів, швидше за все, взагалі не буде.

Космос тривимірний

Космос тривимірний, він не двомірний. Двовимірність - наслідок помилки "космос це океан". Космічні апарати рухаються не як човни, для них є переміщення "вгору" і "вниз" Це не можна порівнювати навіть з польотом літака, оскільки у космічного апарату немає "стелі", його маневр теоретично ніяк не обмежений

Орієнтація у просторі теж не має значення. Якщо ви бачите як космічні кораблі "Ентерпрайз" та "Інтрепід" проходять повз один одного "вгору ногами" - тут немає нічого дивного, насправді таке їхнє становище нічим не заборонено. Більше того: ніс корабля може бути спрямований зовсім не туди, куди зараз летить корабель.

Це означає, що атака противника з вигідного спрямування з максимальною щільністю вогню "бортовим залпом" утруднена. Космічні кораблі можуть наближатися до вас із будь-якого напрямку, зовсім не так, як у двомірному просторі

Ракети не кораблі

Начхати на те, як виглядає планування корабля "Ентерпрайз" або "Бойової Зірки Галактика". У науково правильній ракеті "вниз" - це у бік вихлопу ракетних двигунів. Іншими словами, планування космічного корабля куди більше схоже на хмарочос, ніж літак. Поверхи розташовані перпендикулярно до осі прискорення, і "верх" - напрямок, в якому прискорюється в даний момент ваш корабель. Думати інакше - одна з найнабридливіших помилок, вкрай популярна у НФ-творах. Це я ПРО ВАС Зіркові війни, Стартрек та Бойова зірка Галактика!

Ця помилка виросла з помилки "космос двомірний". Деякі твори взагалі перетворюють космічні ракети на щось на зразок човнів. Навіть з точки зору звичайної дурості, "місток", що стирчить з корпусу, буде відстрілений ворожим вогнем куди швидше, ніж розташований у глибині корабля, де у нього буде хоч якийсь захист (тут негайно згадуються Star Trek і "Uchuu Senkan Yamato").

(Ентоні Джексон вказав два винятки. Перше: якщо космічний апарат діє як атмосферний літак, в атмосфері "вниз" буде перпендикулярний крилам, протилежно підйомній силі, але в космосі "вниз" стане напрямком вихлопу двигунів. Друге: іонний двигун може надати кораблю деяке доцентрове прискорення, і "вниз" виявиться направлений по радіусу від осі обертання.)

Ракети не винищувачі

Хрестокрил та "вайпер" можуть маневрувати на екрані як їм заманеться, але без атмосфери та крил атмосферних маневрів не буває.

Так, розвернутися "на п'ятачку" теж не вдасться. Чим швидше рухається космічний апарат, тим важче маневрувати. Він НЕ БУДЕ рухатись як літак. Більш вдалою аналогією буде поведінка розігнаного на великої швидкостіповністю завантаженого тягача із причепом на голому льоду.

Також під питанням сама виправданість винищувачів з військового, наукового та економічного погляду.

Ракети не стріли

Космічний апарат не обов'язково летить туди, куди вказує його ніс. Поки двигун працює, прискорення направлене туди, куди дивиться ніс корабля. Але якщо відключити двигун, корабель можна вільно обертати у бажаному напрямку. При необхідності можна летіти "боком". Це може бути корисним для здійснення повного бортового залпу у бою.

Так що всі сцени з "зоряних воєн" з винищувачем, який намагається струсити ворога з хвоста - повна нісенітниця. Їм достатньо розвернутися навколо своєї осі та розстріляти переслідувача (поганим прикладом буде епізод серіалу Babylon 5 "Midnight on the Firing Line").

У ракет є крила

Якщо на вашій ракеті є силова установка на кілька мегават, абсурдно потужний тепловий двигун або енергетичну зброю, їй знадобляться величезні радіатори для тепловідведення. Інакше вона досить швидко розплавиться, а то й запросто випарується. Радіатори будуть виглядати як великі крила або панелі. Це неабияка проблема для бойових кораблів, оскільки радіатори вкрай вразливі до вогню.

У ракет немає вікон

Ілюмінатори на космічному кораблі потрібні приблизно такою самою мірою, як і на підводному човні. (Ні, Seaview не вважається. Суворо наукова фантастика. Вікон панорамного огляду на підводному човні Trident не буває). Ілюмінатори – ослаблення структурної міцності, та й потім, на що там дивитися? Якщо корабель не на орбіті планети або поблизу іншого корабля, видно тільки глибини космосу і сліпуче сонце. А ще, на відміну від субмарин, на борту космічного корабля вікна пропускають потік радіації.

Серіали Star Trek, Star Wars, і Battlestar Galactica помилкові, оскільки битви НЕ відбуватимуться на дистанціях за лічені метри. Спрямована енергетична зброя працюватиме на тих дистанціях, де ворожі кораблі видно лише у телескоп. Дивлячись на битву в ілюмінаторі, ви нічого не побачите. Кораблі будуть занадто далеко, або вас засліпить спалах ядерного вибухуабо лазерного вогню, відбитого поверхні цілі.

Навігаційний відсік може мати оглядовий астрономічний купол на екстрений випадок, але більшість вікон буде замінено радаром, телескопічними телекамерами та подібного типу сенсорами.

У космосі немає тертя

У космосі немає тертя. Тут, на Террі, якщо ви ведете машину, достатньо відпустити газ, і машина почне гальмуватися тертям дорогу. У космосі, відключивши двигуни, корабель збереже свою швидкість на весь залишок вічності (або поки не вріжеться в планету або ще щось). У фільмі "2001 A Space Odyssey" ви могли помітити, що космічний апарат "Діскавері" летів до Юпітера без жодної хмаринки вихлопу з двигунів.

Ось чому безглуздо говорити про "дистанцію" ракетного польоту. Будь-яка ракета не на орбіті планети і не в гравітаційному колодязіСонце має нескінченну дистанцію польоту. Теоретично можна запалити двигуни і відправитися в Галактику Андромеди... діставшись мети за якийсь мільйон років. Замість дальності є сенс говорити про зміну швидкостей.

Прискорення та гальмування симетричні. Час прискорення до швидкості у 1000 кілометрів на секунду вимагає приблизно години гальмування щоб зупинитися. Не можна просто "натиснути на гальма" - як на човні чи автомобілі. (Слово "приблизно" використано тому, що корабель при прискоренні втрачає масу і його стає легше загальмувати. Але ці деталі поки що можна ігнорувати.)

Якщо ви хочете осягнути інтуїтивно принципи руху космічних кораблів, рекомендую пограти в якусь одну з небагатьох точних ігор-симуляторів. Список включає комп'ютерну гру Orbiter, комп'ютерну ж (на жаль, що не перевидавалася) гру Independence War і настільні військові ігри Attack Vector: Tactical, Voidstriker, Triplanetary, і Star Fist (ці дві більше не видаються, але можуть потрапити тут).

Паливо не обов'язково приводить корабель у рух безпосередньо

У ракет є різниця між "паливом" (вказано червоним) та "реакційною масою" (вказана блакитним). Ракети дотримуються третього закону Ньютона під час руху. Маса викидається, надаючи ракеті прискорення.

Паливо у разі витрачається те що, щоб викидати цю реакційну масу. У класичній атомній ракеті уран-235 буде паливом, звичайні уранові стрижні ядерному реакторі, але реакційна маса - водень, розігрітий у цьому реакторі і вилітає з дюз корабля.

Плутанина викликана тим, що в хімічних ракетах паливо та реакційна маса - одне й те саме. Шаттл або ракета Сатурн 5 витрачають хімічне паливо безпосередньо викидаючи його з дюз.

Автомобілі, літаки та човни обходяться порівняно малими кількостями палива, але для ракет це не так. Половина ракети може бути зайнята реакційною масою, а інша половина - елементами конструкції, екіпажем та рештою. Але куди ймовірніше співвідношення в 75% реакційної маси, а то й гірше. Більшість ракет – величезний бак реакційної маси з двигуном на одному кінці та крихітним відсіком екіпажу на іншому.

У космосі немає невидимок

У космосі немає практичного способу сховати корабель від виявлення.

У космосі звуку немає

Мені начхати, скільки ви бачили фільмів з ревучими двигунами і лунаючими вибухами. Звук передається атмосферою. Немає атмосфери – немає звуку. Ніхто не почує ваш останній "бабах". Правильно цей момент відображався в небагатьох серіалах, серед яких Babylon 5 і Firefly.

Єдиний виняток - вибух ядерної боєголовки за сотні метрів від корабля, в цьому випадку потік гамма-променів змусить корпус видати звук під час деформації.

Маса не вага

Є різниця між вагою та масою. Маса завжди однакова для об'єкта, а ось вага залежить від того, на якій планеті об'єкт. Цегла масою в один кілограм важитиме 9.81 ньютонів (2.2 фунти) на Террі, 1.62 ньютонів на Місяці (0.36 фунтів), і нуль ньютонів (0 фунтів) на борту Міжнародної Космічної Станції. А ось маса всюди залишиться одним кілограмом. (Кріс Базон зазначив, що якщо об'єкт рухається на релятивістській швидкості щодо вас, то ви виявите збільшення маси. Але це не можна помітити на звичайних відносних швидкостях.)

Практичні наслідки цього зводяться до того, що на борту МКС не можна рухати щось важке, постукуючи на предмет одним мізинцем. (Ну, тобто можна, десь по міліметру на тиждень або близько того.). Шаттл може висіти поруч зі станцією, маючи нульову вагу... але зберігаючи масу в 90 метричних тонн. Якщо ви його штовхнете – ефект виявиться вкрай незначним. (приблизно якби ви штовхнули його на посадковій смузі на мисі Кеннеді).

І, якщо шатл повільно рухається до станції, а ви потрапили між ними, нульова вага шатла все одно не врятує вас від сумної долі перетворитися на коржик. Не варто гальмувати шатл, що рухається, упираючись в нього руками. На це треба стільки ж енергії, скільки і на те, щоби привести його в рух. У людині стільки енергії нема.

Вибачте, але ваші орбітальні будівельники не зможуть обертати багатотонні сталеві балки так, наче це зубочистки.

Інший фактор, що вимагає уваги, - третій закон Ньютона. Поштовх сталевої балки втягує в себе дію та протидію. Оскільки маса балки швидше за все більша, вона ледве зрушить. А ось ви, як менш потужний об'єкт, відправитеся в протилежному напрямку з куди більшим прискоренням. Це робить більшу частину інструментів (наприклад, молотки та викрутки) марними для умов вільного падіння – доводиться йти на величезні хитрощі, щоб створити схожі інструменти для умов нульового тяжіння.

Вільне падіння не є нульовою силою тяжіння

Технічно, люди на борту космічної станції не перебувають у "нульовій гравітації". Вона там майже не відрізняється від гравітації на Землі (близько 93% земної). Причина, через яку всі "літають" - стан "вільного падіння". Якщо ви опинитеся в ліфті коли обірветься кабель, ви теж переживете стан вільного падіння і "літатимете" ... поки не впадете. (Так, Джонатан зазначив, що тут ігнорується опір повітря, але ви зрозуміли основну ідею.)

Справа в тому, що станція знаходиться на "орбіті" - що є хитрим способом падати, постійно промахуючись повз землю. Подробиці дивіться тут.

Вибуху не буде

Опинившись у вакуумі без захисного костюма ви не луснете як кулька. Доктор Джеффрі Лендіс провів достатньо докладний аналізцього питання.
Коротко: Ви залишитеся в свідомості протягом десяти секунд, не вибухнете, всього проживете близько 90 секунд.

Їм не потрібна наша вода

Маркус Баур зазначив, що вторгнення інопланетян на Терру заради нашої води - все одно що вторгнення ескімосів до центральної Америки заради крадіжки льоду. Так, так, це про горезвісний серіал V.

Маркус: Нема потреби прилітати на Землю за водою. Це одна з найпоширеніших субстанцій "там, нагорі"... так що навіщо гнати корабель за кілька світлових років заради того, що можна легко роздобути набагато дешевше (і без цього настирливого людського опору) у своїй рідній системі, чи не " за рогом"?

Відправляються в місячну експедицію в снаряді, з скляними вікнами з заслінками. Крізь великі вікна дивляться у Всесвіт герої Ціолковського та Уеллса.

Коли справа дійшла до практики, просте слово «вікно» видалося розробникам космічної техніки неприйнятним. Тому те, через що космонавти можуть подивитися з корабля назовні, зветься, не мало не багато, спецзаскленням, а менш «парадно» - ілюмінаторами. Причому ілюмінатор власне для людей - це ілюмінатор візуальний, а для апаратури - оптичний.

Ілюмінатори є одночасно конструктивним елементом оболонки космічного апарату, і оптичним пристроєм. З одного боку, вони служать для захисту приладів та екіпажу, що знаходяться всередині відсіку, від впливу довкілля, з іншого ж - повинні забезпечувати можливість роботи різної оптичної апаратури та візуальне спостереження. Не тільки, втім, спостереження - коли з обох боків океану малювали техніку для «зоряних воєн», через ілюмінатори бойових кораблів збиралися і прицілюватись.

На космічних апаратах спостереження можна зустріти два типи ілюмінаторів. Перший тип повністю відокремлює знімальну апаратуру, що знаходиться в гермовідсіку (об'єктив, касетну частину, приймачі зображення та інші функціональні елементи) від «ворожого» зовнішнього середовища. За такою схемою збудовано космічні апарати типу «Зеніт». Другий тип ілюмінаторів відокремлює касетну частину, приймачі зображення та інші елементи від зовнішнього середовища, при цьому об'єктив знаходиться у негерметичному відсіку, тобто у вакуумі. Така схема застосована на космічних апаратах типу «Бурштин». При такій схемі вимоги до оптичних властивостей ілюмінатора стають особливо жорсткими, оскільки ілюмінатор тепер є складовою оптичної системи знімальної апаратури, а не простим «вікном у космос».

Вважалося, що космонавт зможе керувати кораблем, зважаючи на те, що йому видно. Певною мірою це вдалося здійснити. Особливо важливо «дивитися вперед» при стикуванні та при посадці на Місяць - там американські астронавти неодноразово задіяли при посадках ручне управління.

НАШІ СКЕЛЬНИКИ - КРАЩІ У СВІТІ

Завдання виявилося вкрай складним. Ще виробництво літакових ліхтарів освоювали свого часу довго та важко – скло швидко втрачало прозорість, покривалося тріщинами. Крім забезпечення прозорості, вітчизняна війна змусила розробити бронескло, після війни зростання швидкостей реактивної авіації призвело не лише до зростання вимог до міцності, але й до необхідності збереження властивостей скління при аеродинамічному нагріванні. Для космічних проектів скло, яке застосовувалося для ліхтарів та ілюмінаторів літаків, не годилося - не ті температури та навантаження.

Перші космічні ілюмінатори були розроблені в нашій країні на підставі Постанови ЦК КПРС та Ради Міністрів СРСР №569-264 від 22 травня 1959 р., яка передбачала початок підготовки до пілотованих польотів. І в СРСР, і в США перші ілюмінатори були круглими – таких було простіше розрахувати та виготовити. Крім того, вітчизняні кораблі, як правило, могли керуватися без участі людини, і відповідно не було необхідності в надто хорошому огляді "по літаковому". Гагарінський «Схід» мав два ілюмінатори. Один розміщувався на вхідному люку апарату, що спускається, трохи вище голови космонавта, інший - біля його ніг в корпусі апарату, що спускається. Зовсім не зайве згадати за іменами основних розробників перших ілюмінаторів у НДІ авіаційного скла – це С. М. Бреховських, В.І. Александров, Х. Є. Серебрянникова, Ю. І. Нечаєв, Л. А. Калашнікова, Ф. Т. Воробйов, Є. Ф. Постольська, Л. В. Король, B. П. Колганков, Є. І. Цвєтков, C. В. Волчанов, В. І. Красін, Є. Г. Логінова та інші.

Внаслідок багатьох причин при створенні своїх перших космічних кораблів наші американські колеги зазнавали серйозного «дефіциту мас». Тому рівень автоматизації управління кораблем, подібний до радянського, вони просто не могли собі дозволити навіть з урахуванням легшої електроніки, і багато функцій з управління кораблем замикалися на досвідчених льотчиків-випробувачів, відібраних у перший загін космонавтів. При цьому в початковій версії першого американського корабля «Меркурій» (того, про який говорили, що астронавт не входить до нього, а вдягає його на себе), пілотський ілюмінатор взагалі не був передбачений - навіть потрібні 10 кг додаткової маси взяти не було звідки.

На командному модулі місячного «Аполлона» один із п'яти ілюмінаторів теж поставили на люку. Два інших, що забезпечують зближення при стикуванні з місячним модулем, дивилися вперед, а ще два «бічні» дозволяли кинути погляд перпендикулярно до поздовжньої осі корабля. На «Союзах» було зазвичай по три ілюмінатори на апараті, що спускається, і до п'яти - на побутовому відсіку. Найбільше ілюмінаторів на орбітальних станціях – до кількох десятків, різних форм та розмірів.

Важливим етапом у «вікнобудуванні» стало створення скління для космічних літаків – «Спейс Шаттла» та «Бурана». «Човники» садять по-літаковому, а отже, пілотові необхідно забезпечити хороший огляд із кабіни. Тому і американські, і вітчизняні розробники передбачили шість великих ілюмінаторів складної форми. Плюс по парі у даху кабіни – це вже для забезпечення стикування. Плюс вікна в задній частині кабіни – для операцій із корисним вантажем. І нарешті, за ілюмінатором на вхідному люку.

РАМИ, СТАВНІ, ШПІНГАЛЕТ, ФОРТОЧКИ РІЗНІ...

Основна частина ілюмінатора – це, звичайно, скло. Для космосу використовується не звичайне скло, а кварцове. У часи «Сходу» вибір був не дуже великий - доступні були лише марки СК і КВ (остання - не що інше, як плавлений кварц). Пізніше створили та випробували багато інших різновидів скла (КВ10С, К-108). Пробували навіть використовувати у космосі оргскло марки СО-120. У американців відома марка термо- і ударостійкого скла Vycor.

Для ілюмінаторів застосовуються стекла різних розмірів - від 80 мм до майже півметра (490 мм), а нещодавно на орбіті з'явилося і восьмисотміліметрове «скляце». Про зовнішній захист «космічних вікон» мова попереду, а ось для захисту членів екіпажу від шкідливого впливу ближнього ультрафіолетового випромінювання на шибки ілюмінаторів, що працюють з нестаціонарно встановленими приладами, наносять спеціальні світлодільні покриття.

На «Аполлоні» та «Спейс Шаттлі» «вікна» в основному також трискляні, а ось «Меркурій» - свою «першу ластівку» - американці оснастили аж чотирискляним ілюмінатором.

На місячній кабіні «Аполлонів» усі три ілюмінатори самі по собі були односкляні, проте із зовнішнього боку їх прикривало зовнішнє скло, що не входить до гермоконтуру, а зсередини – внутрішнє запобіжне оргскло. Ще односкляні ілюмінатори встановлювалися згодом на орбітальних станціях, де навантаження все ж таки менше, ніж у апаратів, що спускаються космічних кораблів. А на деяких космічних апаратах, наприклад, на радянських міжпланетних станціях «Марс» початку 70-х років, в одній обоймі було об'єднано фактично кілька ілюмінаторів (двоскляних композицій).

Носове скління кабіни Бурана. Внутрішня та зовнішня частина ілюмінатора Бурана

СВІТЛО НА ІНДІЇ ЗІЙШЛОСЯ КЛИНОМ. Лінза вийшла що треба!

Скло – не метал, руйнується воно по-іншому. Жодних вм'ятин тут не буде - з'явиться тріщина. Міцність скла залежить, головним чином, стану його поверхні. Тому його зміцнюють, усуваючи поверхневі дефекти - мікротріщини, посічки, подряпини. Для цього скло труять, гартують. Однак зі склом, що використовується в оптичних приладах, так поводитися не прийнято. Їхня поверхня зміцнюється при так званому глибокому шліфуванні. До початку 70-х років зовнішні скла оптичних ілюмінаторів навчилися зміцнювати іонним обміном, що дозволило збільшити їхню абразивну стійкість.

У польоті ілюмінатори можуть забруднюватись і із зовнішнього боку. Вже після початку польотів за програмою «Джеміні» астронавти зауважили, що на стекла осідають випари з теплозахисного покриття. Космічні апарати в польоті взагалі набувають так званої супутньої атмосфери. Щось витікає з гермотсіків, «висять» поряд з кораблем дрібні частинки екранно-вакуумної теплоізоляції, тут же – продукти згоряння компонентів палива при роботі двигунів орієнтації... Загалом, сміття та бруду виявляється більш ніж достатньо, щоб не лише «зіпсувати» вид», а й, наприклад, порушити роботу бортової фотоапаратури.

Розробники міжпланетних космічних станцій із НУО ім. C.А.Лавочкіна розповідають, що при польоті космічного апарату до однієї з комет у її складі було виявлено дві «голови» – ядра. Це було визнано важливим науковим відкриттям. Потім з'ясувалося, що друга «голова» з'явилася внаслідок запотівання ілюмінатора, що спричинило ефект оптичної призми.

Скло ілюмінаторів не повинно змінювати світлопропускання при впливі на них іонізуючого випромінювання від фонової космічної радіації та космічних випромінювань, у тому числі – внаслідок спалахів на Сонці. Взаємодія електромагнітних випромінювань Сонця та космічних променів зі склом – взагалі явище складне. Поглинання випромінювання склом може призвести до утворення так званих центрів забарвлення, тобто до зменшення вихідного світлопропускання, а також викликати люмінесценцію, оскільки частина поглиненої енергії може негайно виділитися у вигляді світлових квантів. Люмінесценція скла створює додаткове тло, що знижує контрастність зображення, збільшує відношення шуму до сигналу і може унеможливити нормальне функціонування апаратури. Тому скла, що застосовуються в оптичних ілюмінаторах, повинні мати, поряд з високою радіаційно-оптичною стійкістю, низьким рівнем люмінесценції. Величина інтенсивності люмінесценції не менш важлива для оптичного скла, що працює під впливом випромінювань, ніж стійкість до фарбування.

Серед факторів космічного польоту одним із найнебезпечніших для ілюмінаторів є мікрометеорна дія. Воно призводить до швидкого падіння міцності скла. Погіршуються та його оптичні характеристики. Вже після першого року польоту на зовнішніх поверхнях довгострокових орбітальних станцій виявляються кратери та подряпини, що досягають півтора міліметра. Якщо більшу частину поверхні можна заекранувати від метеорних та техногенних частинок, то ілюмінатори так не захистиш. Певною мірою рятують бленди, які інколи встановлюються на ілюмінатори, через які працюють, наприклад, бортові фотоапарати. На першій американській орбітальній станції «Скайлеб» передбачалося, що ілюмінатори частково екрануватимуться елементами конструкції. Але, звичайно, найбільш радикальне та надійне рішення – прикрити зовні ілюмінатори «орбітального» керованими кришками. Таке рішення було застосовано зокрема на радянській орбітальній станції другого покоління «Салют-7».

У ще більш важких умовах працюють ілюмінатори апаратів, що спускаються. При спуску в атмосфері вони опиняються у хмарі високотемпературної плазми. Крім тиску зсередини відсіку на ілюмінатор, при спуску діє зовнішній тиск. А потім слідує приземлення - часто на сніг, іноді у воду. При цьому скло різко охолоджується. Тому тут питанням міцності приділяють особливу увагу.

«Простота ілюмінатора - це явище, що здається. Деякі оптики кажуть, що створення плоского ілюмінатора – завдання складніше, ніж виготовлення сферичної лінзи, оскільки побудувати механізм «точної нескінченності» суттєво складніше, ніж механізм із кінцевим радіусом, тобто поверхні сферичної. Проте ніколи жодних проблем з ілюмінаторами не було», - напевно, це найкраща з оцінок для вузла космічного корабля, особливо якщо вона прозвучала з вуст Георгія Фоміна, в недавньому минулому - першого заступника Генерального конструктора ДНПРКЦ «ЦСКБ - Прогрес».

ВСІ МИ ПІД "КУПОЛОМ" У ЄВРОПИ

Оглядовий модуль Cupola

Вже не так давно – 8 лютого 2010 року після польоту «Шаттла» STS-130 – на Міжнародній космічній станції з'явився оглядовий купол, що складається з кількох великих ілюмінаторів чотирикутної форми та круглого восьмисотміліметрового ілюмінатора.

Таким чином сьогодні європейці утримують рекорд - таких великих ілюмінаторів ні в США, ні в Росії на орбіту ще не виводили. Про величезні вікна говорять і розробники різних «космічних готелів» майбутнього, наполягаючи на їхній особливій значущості для майбутніх космічних туристів. Так що у вікнобудування велике майбутнє, а ілюмінатори продовжують залишатися одним з ключових елементів пілотованих і безпілотних космічних кораблів.

«Купол» – справді класна штука! Коли з ілюмінатора дивишся на Землю, це байдуже, що через амбразуру. А у «куполі» на 360 градусів огляд, видно все! Земля звідси виглядає як карта, так, найбільше це нагадує географічну карту. Видно, як сонце йде, як встає, як ніч насувається... Дивишся на всю цю красу з якимось завмиранням усередині.

Свій перший безпілотний випробувальний політ у грудні 2014 року. За допомогою Orion у космос виводитимуться вантажі та астронавти, але це ще не все, на що здатний цей корабель. У майбутньому саме Orion має доставляти людей на поверхню Місяця та Марса. При створенні корабля його розробники використовували чимало цікавих технологій та нових матеріалів, про один з яких ми хотіли б вам сьогодні розповісти.

Коли астронавти подорожуватимуть у напрямку астероїдів, Місяця чи Марса, перед ними відкриються чудові види космосу, які вони бачитимуть через невеликі ілюмінатори у корпусі корабля. Інженери NASA прагнуть зробити ці «вікна в космос» більш міцними, легкими і дешевими для виробництва, ніж у попередніх моделях космічних кораблів.

У випадку з МКС та Спейс Шаттлами ілюмінатори виготовлялися з багатошарового скла. У випадку з Orion вперше буде використано акриловий пластик, що значно покращить цілісність вікон корабля.

«Скляні віконні панелі історично були частиною оболонки корабля, що підтримує всередині нього необхідний тиск і запобігає загибелі астронавтів. Також скло повинне максимально захищати екіпаж від величезної температури під час входу в атмосферу Землі. Але основним недоліком скла є його структурна недосконалість. При великому навантаженні міцність скла з часом падає. При польотах у космосі це слабке місце може зіграти злий жарт із кораблем», — розповідає Лінда Естес, керівник відділу ілюмінаторних субсистем у NASA.

Саме тому, що скло не є ідеальним матеріалом для ілюмінаторів, інженери постійно шукали більш підходящий матеріал для цього. У світі існує безліч структурно стійких матеріалів, але при цьому серед них лише кілька досить прозорих для того, щоб використовувати їх при створенні ілюмінаторів.

на ранніх стадіяхрозробки Orion фахівці NASA намагалися використовувати як матеріал для ілюмінаторів полікарбонати, але вони не відповідали оптичним вимогам, необхідним для отримання зображення високого дозволу. Після цього інженери перейшли на акриловий матеріал, який забезпечував високу прозорість і величезну міцність. У США з акрилу виготовляють величезні акваріуми, які захищають своїх мешканців від навколишнього потенційно небезпечного для них середовища, витримуючи при цьому величезний тиск води.

На сьогоднішній день Orion забезпечений чотирма ілюмінаторами, вмонтованими в модуль екіпажу, а також додатковими вікнами кожного з двох люків. Кожен ілюмінатор складається із трьох панелей. Внутрішня панель виготовлена з акрилу, а решта – все ще зі скла. Саме у такому вигляді Orion вже встиг побувати у космосі під час першого випробувального польоту. Протягом цього року інженери NASA повинні вирішити – чи можуть вони використовувати в ілюмінаторах дві акрилові панелі та одну скляну.

Найближчими місяцями Лінда Естес та її команда мають провести з акриловими панелями так званий «тест на повзучість». Повзучість у разі – це повільна, що відбувається з часом деформація твердого тіла під впливом постійного навантаження чи механічного напруги. Повзучості схильні до всіх без винятку тверді тіла- Як кристалічні, так і аморфні. Акрилові панелі випробовуватимуть протягом 270 днів під величезними навантаженнями.

Акрилові ілюмінатори повинні зробити корабель Orion значно легшим, а їх структурна міцність виключить небезпеку руйнування ілюмінаторів через випадкові подряпини та інші пошкодження. За словами інженерів NASA, завдяки акриловим панелям, їм вдасться знизити вагу корабля більш ніж на 90 кілограмів. Зниження маси дозволить зробити виведення корабля в космос значно дешевшим.

Перехід на акрилові панелі також здешевить і будівництво кораблів типу Orion, адже акрил набагато дешевше за скло. Заощадити на одних ілюмінаторах вдасться близько 2 мільйонів доларів при будівництві одного космічного корабля. Можливо, у майбутньому скляні панелі взагалі виключать з ілюмінаторів, але поки що для цього потрібні додаткові ретельні випробування.