При взгляде на космический аппарат обычно глаза разбегаются. В отличие от самолета или подводной лодки с предельно «зализанными» обводами, снаружи торчит масса всяких блоков, элементов конструкции, трубопроводов, кабелей... Но есть на борту и детали, понятные на первый взгляд любому. Вот иллюминаторы, например. Совсем как самолетные или морские! На самом деле, это далеко не так...

С самого начала полетов в космос стоял вопрос: «А что же за бортом - хорошо бы увидеть!» То есть, конечно, определенные соображения на этот счет были – постарались астрономы и пионеры космонавтики, не говоря уж о писателях-фантастах. В романе Жюля Верна «С Земли на Луну» герои отправляются в лунную экспедицию в снаряде, снабженном стеклянными окнами с заслонками. Сквозь большие окна смотрят во Вселенную герои Циолковского и Уэллса.

Когда дело дошло до практики, простое слово «окно» показалось разработчикам космической техники неприемлемым. Поэтому то, через что космонавты могут посмотреть из корабля наружу, зовется, ни много ни мало, спецостеклением, а менее «парадно» – иллюминаторами. Причем иллюминатор собственно для людей – это иллюминатор визуальный, а для некой аппаратуры – оптический.

Иллюминаторы являются одновременно и конструктивным элементом оболочки космического аппарата, и оптическим устройством. С одной стороны, они служат для защиты приборов и экипажа, находящихся внутри отсека, от воздействия внешней среды, с другой же – должны обеспечивать возможность работы различной оптической аппаратуры и визуальное наблюдение. Не только, впрочем, наблюдение – когда по обе стороны океана рисовали технику для «звездных войн», через иллюминаторы боевых кораблей собирались и прицеливаться.

Американцев и вообще англоязычных ракетчиков, термин «иллюминатор» ставит в тупик. Переспрашивают: «Это окна, что ли?» В английском языке все просто – что в доме, что в «Шаттле» – window, и никаких проблем. А вот английские моряки говорят porthole. Так что российские космические окностроители, наверное, ближе по духу заокеанским корабелам.

На космических аппаратах наблюдения можно встретить два типа иллюминаторов.

Первый тип полностью отделяет находящуюся в гермоотсеке съемочную аппаратуру (объектив, кассетную часть, приемники изображения и другие функциональные элементы) от «враждебной» внешней среды. По такой схеме построены космические аппараты типа «Зенит».

Второй тип иллюминаторов отделяет кассетную часть, приемники изображения и другие элементы от внешней среды, при этом объектив находится в негерметичном отсеке, то есть в вакууме. Такая схема применена на космических аппаратах типа «Янтарь». При подобной схеме требования к оптическим свойствам иллюминатора становятся особенно жесткими, поскольку иллюминатор теперь является составной частью оптической системы съемочной аппаратуры, а не простым «окном в космос».

Считалось, что космонавт сможет управлять кораблем, исходя из того, что ему видно. В известной мере это удалось осуществить. В особенности важно «смотреть вперед» при стыковке и при посадке на Луну – там американские астронавты не раз задействовали при посадках ручное управление.

У большинства космонавтов психологическое представление о верхе и низе формируется в зависимости от окружающей обстановки, и в этом тоже могут помочь иллюминаторы. Наконец, иллюминаторы, как и окна на Земле, служат для освещения отсеков при полете над освещенной стороной Земли, Луны или дальних планет.

Как и у любого оптического прибора, у корабельного иллюминатора есть фокусное расстояние (от полукилометра до полусотни) и много других специфических оптических параметров.

При создании в нашей стране первых космических кораблей разработка иллюминаторов была поручена НИИ авиационного стекла Минавиапрома (теперь это ОАО «НИИ технического стекла» ). В создании «окон во Вселенную» принимали также участие Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова , НИИ 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 .

Задача оказалась крайне сложной. Еще производство самолетных фонарей осваивали в свое время долго и трудно – стекло быстро теряло прозрачность, покрывалось трещинами. Помимо обеспечения прозрачности, Отечественная война заставила разработать бронестекла, после 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 же проектов стекло, которое применялось для фонарей и иллюминаторов самолетов, не годилось – 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. И в СССР, и в США первые иллюминаторы были круглыми – таких было проще рассчитать и изготовить. Кроме того, отечественные корабли, как правило, могли управляться без участия человека, и, соответственно, не было необходимости в слишком хорошем обзоре «по самолетному». Гагаринский «Восток» имел два иллюминатора. Один размещался на входном люке спускаемого аппарата, чуть выше головы космонавта, другой – у его ног в корпусе спускаемого аппарата.

Совсем нелишне вспомнить по именам основных разработчиков первых иллюминаторов в НИИ авиационного стекла – это С.М. Бреховских, В.И. Александров, Х.Е. Серебрянникова, Ю.И. Нечаев, Л.А. Калашникова, Ф.Т. Воробьев, Е.Ф. Постольская, Л.В. Король, B.П. Колганков, Е.И. Цветков, C.В. Волчанов, В.И. Красин, Е.Г. Логинова и другие.

Вследствие многих причин при создании своих первых космических кораблей наши американские коллеги испытывали серьезный «дефицит масс». Поэтому уровень автоматизации управления кораблем, подобный советскому, они просто не могли себе позволить даже с учетом более легкой электроники, и многие функции по управлению кораблем замыкались на опытных летчиках-испытателях, отобранных в первый отряд космонавтов. При этом в изначальной версии первого американского корабля «Меркурий» (того, про который говорили, что астронавт не входит в него, а надевает его на себя), пилотский иллюминатор вообще предусмотрен не был – даже потребные 10 кг дополнительной массы взять было неоткуда.

Иллюминатор появился лишь по настоятельной просьбе самих астронавтов уже после первого полета Шепарда. Настоящий, полноценный «пилотский» иллюминатор появился лишь на «Джемини» – на посадочном люке экипажа. Зато его сделали не круглым, а сложной трапецеидальной формы, поскольку для полноценного ручного управления при стыковке пилоту требовался обзор вперед; на «Союзе», кстати говоря, для этой цели на иллюминатор спускаемого аппарата был установлен перископ. Разработкой иллюминаторов у американцев занималась фирма Corning, за покрытия на стеклах отвечало подразделение фирмы JDSU.

На командном модуле лунного «Аполлона» один из пяти иллюминаторов тоже поставили на люке. Два других, обеспечивающих сближение при стыковке с лунным модулем, смотрели вперед, а еще два «боковых» позволяли бросить взгляд перпендикулярно продольной оси корабля. На «Союзах» было обычно по три иллюминатора на спускаемом аппарате и до пяти – на бытовом отсеке. Больше всего иллюминаторов на орбитальных станциях – до нескольких десятков, разных форм и размеров.

Важным этапом в «окностроении» стало создание остекления для космических самолетов – «Спейс Шаттла» и «Бурана». «Челноки» сажают по-самолетному, а значит, пилоту необходимо обеспечить хороший обзор из кабины. Поэтому и американские, и отечественные разработчики предусмотрели по шесть больших иллюминаторов сложной формы. Плюс по паре в крыше кабины – это уже для обеспечения стыковки. Плюс окна в задней части кабины – для операций с полезным грузом. И наконец, по иллюминатору на входном люке.

На динамических участках полета на передние иллюминаторы «Шаттла» или «Бурана» действуют совсем другие нагрузки, отличные от тех, которым подвержены иллюминаторы обычных спускаемых аппаратов. Поэтому и расчет на прочность здесь другой. А когда «челнок» уже на орбите, иллюминаторов оказывается «слишком много» – кабина перегревается, экипаж получает лишний «ультрафиолет». Поэтому во время орбитального полета часть иллюминаторов в кабине «Шаттла» закрывают кевларовыми заслонками-ставнями. А вот у «Бурана» внутри иллюминаторов имелся фотохромный слой, который темнел при действии ультрафиолетового излучения и «лишнего» в кабину не пропускал.

Основная часть иллюминатора – это, конечно, стекла. «Для космоса» используется не обычное стекло, а кварцевое. Во времена «Востока» выбор был не особо велик – доступны были лишь марки СК и КВ (последняя – не что иное, как плавленый кварц). Позже создали и испытали много других разновидностей стекла (КВ10С, К-108). Пробовали даже использовать в космосе оргстекло марки СО-120. У американцев же известна марка термо- и ударопрочного стекла Vycor.

Для иллюминаторов применяются стекла разных размеров – от 80 мм до без малого полуметра (490 мм), а недавно на орбите появилось и восьмисотмиллиметровое «стеклышко». О внешней защите «космических окон» речь впереди, а вот для защиты членов экипажа от вредного воздействия ближнего ультрафиолетового излучения на стекла иллюминаторов, работающих с нестационарно установленными приборами, наносят специальные светоделительные покрытия.

Иллюминатор – это не только стекла. Чтобы получить прочную и функциональную конструкцию, несколько стекол вставляют в обойму, выполненную из алюминиевого или титанового сплава. Для иллюминаторов «Шаттла» использовали даже литиевый.

Для обеспечения требуемого уровня надежности стекол в иллюминаторе изначально стали делать несколько. В случае чего одно стекло разрушится, а остальные останутся, сохраняя корабль герметичным. Отечественные иллюминаторы на «Союзах» и «Востоках» имели по три стекла (на «Союзе» есть один двухстекольный, но он большую часть полета прикрыт перископом).

На «Аполлоне» и «Спейс Шаттле» «окна» в основном также трехстекольные, а вот «Меркурий» – свою «первую ласточку» – американцы оснастили аж четырехстекольным иллюминатором.

В отличие от советских американский иллюминатор на командном модуле «Аполлона» не представлял собой единую сборку. Одно стекло работало в составе оболочки несущей теплозащитной поверхности, а два других (по сути, двухстекольный иллюминатор) уже входили в состав гермоконтура. В результате такие иллюминаторы были больше визуальными, чем оптическими. Собственно, с учетом ключевой роли пилотов в управлении «Аполлонами», такое решение выглядело вполне логично.

На лунной кабине «Аполлонов» все три иллюминатора сами по себе были одностекольные, однако с внешней стороны их прикрывало внешнее стекло, не входящее в гермоконтур, а изнутри – внутреннее предохранительное оргстекло. Еще одностекольные иллюминаторы устанавливались впоследствии на орбитальных станциях, где нагрузки все же меньше, чем у спускаемых аппаратов космических кораблей. А на некоторых космических аппаратах, например, на советских межпланетных станциях «Марс» начала 70-х годов, в одной обойме были объединены фактически несколько иллюминаторов (двухстекольных композиций).

Когда космический аппарат находится на орбите, перепад температур на его поверхности может составлять пару сотен градусов. Коэффициенты расширения у стекла и металла, естественно, разные. Так что между стеклом и металлом обоймы ставят уплотнения. У нас в стране ими занимался НИИ резинотехнической промышленности. В конструкции используется вакуумостойкая резина. Разработка таких уплотнений – сложная задача: резина – полимер, а космическое излучение со временем «рубит» полимерные молекулы на куски, и в итоге «обычная» резина просто расползается.

При ближайшем рассмотрении выясняется, что по конструкции отечественные и американские «окна» существенно друг от друга отличаются. Практически все стекла в отечественных конструкциях имеют форму цилиндра (естественно, за исключением остекления крылатых аппаратов типа «Бурана» или «Спирали»). Соответственно, у цилиндра имеется боковая поверхность, которую нужно специально обрабатывать, чтобы свести к минимуму блики. Отражающие поверхности внутри иллюминатора для этого покрывают специальной эмалью, а боковые стенки камер иногда даже обклеивают полубархатом. Уплотняется стекло тремя резиновыми кольцами (как их сначала называли – уплотнительными резинками).

У стекол американских кораблей «Аполлон» боковые поверхности были закруглены, и на них, как покрышка на колесный диску автомобиля, было натянуто резиновое уплотнение.

Стекла внутри иллюминатора протереть тряпочкой во время полета уже не получится, а потому никакой мусор в камеру (межстекольное пространство) попадать категорически не должен. Кроме того, стекла не должны ни запотевать, ни замерзать. Поэтому перед стартом у космического корабля заправляют не только баки, но и иллюминаторы – камеру заполняют особо чистым сухим азотом или сухим воздухом. Чтобы «разгрузить» собственно стекла, давление в камере предусматривается вдвое меньшим, чем в герметичном отсеке. Наконец, желательно, чтобы с внутренней стороны поверхность стенок отсека не была слишком горячей или слишком холодной. Для этого иногда устанавливают внутренний экран из оргстекла.

Стекло – не металл, разрушается оно по-другому. Никаких вмятин здесь не будет – появится трещина. Прочность стекла зависит, главным образом, от состояния его поверхности. Поэтому его упрочняют, устраняя поверхностные дефекты – микротрещины, посечки, царапины. Для этого стекло травят, закаливают. Однако со стеклами, используемыми в оптических приборах, так обращаться не принято. Их поверхность упрочняется при так называемом глубоком шлифовании. К началу 70-х годов внешние стекла оптических иллюминаторов научились упрочнять ионным обменом, что позволило увеличить их абразивную стойкость.

Для улучшения светопропускания стекла просветляются многослойным просветляющим покрытием. В их состав могут входить окись олова или индия. Такие покрытия увеличивают светопропускание на 10–12%, а наносятся они методом реактивного катодного распыления. Кроме того, окись индия хорошо поглощает нейтроны, что нелишне, например, во время пилотируемого межпланетного полета. Индий вообще «философский камень» стеклянной, да и не только стеклянной, промышленности. Зеркала с индиевым покрытием отражают большую часть спектра одинаково. В трущихся узлах индий существенно улучшает стойкость к истиранию.

В полете иллюминаторы могут загрязняться и с наружной стороны. Уже после начала полетов по программе «Джемини» астронавты заметили, что на стекла оседают испарения из теплозащитного покрытия. Космические аппараты в полете вообще приобретают так называемую сопутствующую атмосферу. Что-то утекает из гермотсеков, «висят» рядом с кораблем мелкие частички экранно-вакуумной теплоизоляции, тут же – продукты сгорания компонентов топлива при работе двигателей ориентации... В общем, мусора и грязи оказывается более чем достаточно, чтобы не только «испортить вид», но и, например, нарушить работу бортовой фотоаппаратуры.

Разработчики межпланетных космических станций из НПО им. C.А. Лавочкина рассказывают, что при полете космического аппарата к одной из комет в ее составе было обнаружены две «головы» – ядра. Это было признано важным научным открытием. Потом выяснилось, что вторая «голова» появилась вследствие запотевания иллюминатора, приведшего к эффекту оптической призмы.

Стекла иллюминаторов 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.

Взаимодействие электромагнитных излучений Солнца и космических лучей со стеклом – вообще явление сложное. Поглощение излучения стеклом может привести к образованию так называемых «центров окраски», то есть к уменьшению исходного светопропускания, а также вызвать люминесценцию, поскольку часть поглощенной энергии может немедленно выделиться в виде световых квантов.

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. Величина интенсивности люминесценции не менее важна для оптических стекол, работающих под воздействием излучений, чем устойчивость к окрашиванию.

Среди факторов космического полета одним из наиболее опасных для иллюминаторов является микрометеорное воздействие. Оно приводит к быстрому падению прочности стекла. Ухудшаются и его оптические характеристики.

Уже после первого года полета на внешних поверхностях долговременных орбитальных станций обнаруживаются 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. На первой американской орбитальной станции «Скайлэб» предполагалось, что иллюминаторы будут отчасти экранироваться элементами конструкции. Но, конечно, наиболее радикальное и надежное решение – прикрыть снаружи иллюминаторы «орбитального » управляемыми крышками. Такое решение было применено, в частности, на советской орбитальной станции второго поколения «Салют-7».

«Мусора» на орбите становится все больше и больше. В одном из полетов «Шаттла» нечто явно техногенное оставило на одном из иллюминаторов довольно заметную выбоину-кратер. Стекло выдержало, но кто знает, что может прилететь в следующий раз?.. Это, кстати, одна из причин серьезной озабоченности «космической общественности» проблемами космического мусора. В нашей стране проблемами микрометеоритного воздействия на элементы конструкции космических аппаратов, в том числе и на иллюминаторы, активно занимается, в частности, профессор Самарского государственного аэрокосмического университета 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. Поэтому здесь вопросам прочности уделяют особое внимание.

«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 Георгия Фомина , в недавнем прошлом – первого заместителя генерального конструктора ГНПРКЦ «ЦСКБ – Прогресс».

Уже не так давно – 8 февраля 2010 года после полета «Шаттла» STS-130 – на Международной космической станции появился обзорный купол, состоящий из нескольких больших иллюминаторов четырехугольной формы и круглого восьмисотмиллиметрового иллюминатора.

Модуль Cupola предназначен для наблюдений Земли и работы с манипулятором. Его разработал европейский концерн Thales Alenia Space, а строили итальянские машиностроители в Турине.

Таким образом, сегодня европейцы удерживают рекорд – таких больших иллюминаторов ни в США, ни в России на орбиту еще не выводили. Об огромных окнах говорят и разработчики различных «космических отелей» будущего, настаивая на их особой значимости для будущих космических туристов. Так что у «окностроения» большое будущее, а иллюминаторы продолжают оставаться одним из ключевых элементов пилотируемых и беспилотных космических кораблей.

«Купол» – действительно классная штука! Когда из иллюминатора смотришь на Землю, это все равно, что через амбразуру. А в «куполе» на 360 градусов обзор, видно все! Земля отсюда выглядит как карта, да, больше всего это напоминает географическую карту. Видно, как солнце уходит, как встает, как ночь надвигается... Смотришь на всю эту красоту с каким-то замиранием внутри».

Из дневника космонавта Максима Сураева.

Космос не океан

Чего бы они там не рисовали в "звёздных войнах" и сериале "стартрек", космос не океан. Слишком многие шоу оперируют научно неточными предположениями, отображая перемещение в космосе похожим на плавание по морю. Это не так

Вообще, космос не двухмерный, в нём нет трения, и у космолёта палубы не такие, как у корабля.

Более спорные пункты - космические аппараты не будут называться согласно морской классификации (например "крейсер", "линкор", "эсминец" или "фрегат", структура армейских званий будет похожа на звания ВВС, а не флота, а пиратов, скорей всего, вообще не будет.

Космос трёхмерен

Космос трёхмерен, он не двухмерный. Двухмерность - последствие заблуждения "космос это океан". Космические аппараты движутся не как лодки, для них доступно перемещение "вверх" и "вниз" Это нельзя сравнивать даже с полётом самолёта, поскольку у космического аппарата нет "потолка", его маневр теоретически никак не ограничен

Ориентация в пространстве тоже не имеет значения. Если вы видите как космические корабли "Энтерпрайз" и "Интрепид" проходят мимо друг друга "вверх ногами" - тут нет ничего странного, в реальности такое их положение ничем не запрещено. Больше того: нос корабля может быть направлен совсем не туда, куда в данный момент летит корабль.

Это значит, что атака противника с выгодного направления с максимальной плотностью огня "бортовым залпом" затруднена. Космические корабли могут приближаться к вам с любого направления, совсем не так, как в двухмерном пространстве

Ракеты не корабли

Плевать на то, как выглядит планировка корабля "Энтерпрайз" или "Боевой Звезды Галактика". В научно правильной ракете "вниз" - это в сторону выхлопа ракетных двигателей. Другими словами, планировка космического корабля куда больше похожа на небоскрёб, чем на самолёт. Этажи расположены перпендикулярно оси ускорения, и "верх" - направление, в котором ускоряется в данный момент ваш корабль. Думать иначе - одна из самых назойливых ошибок, крайне популярная в НФ-произведениях. Это я ПРО ВАС Звёздные войны, Стартрек и Боевая звезда Галактика!

Это заблуждение выросло из ошибки "космос двухмерен". Некоторые произведения и вовсе превращают космические ракеты в что-то вроде лодок. Даже с точки зрения обычной глупости, торчащий из корпуса "мостик" будет отстрелен вражеским огнём куда быстрее, чем размещённый в глубине корабля, где у него будет хоть какая-то защита (тут немедленно вспоминаются Star Trek и "Uchuu Senkan Yamato").

(Энтони Джексон указал два исключения. Первое: если космический аппарат действует как атмосферный самолёт, в атмосфере "вниз" будет перпендикулярен крыльям, противоположно подъёмной силе, но в космосе "вниз" станет направлением выхлопа двигателей. Второе: ионный двигатель или иной двигатель малого ускорения может придать кораблю некоторое центростремительное ускорение, и "вниз" окажется направлен по радиусу от оси вращения.)

Ракеты не истребители

Крестокрыл и "вайпер" могут маневрировать на экране как им вздумается, но без атмосферы и крыльев атмосферных маневров не бывает.

Да, развернуться "на пятачке" тоже не удастся. Чем быстрее движется космический аппарат, тем труднее маневрировать. Он НЕ БУДЕТ двигаться как самолёт. Более удачной аналогией будет поведение разогнанного на большой скорости полностью загруженого тягача с прицепом на голом льду.

Также под вопросом сама оправданность истребителей с военной, научной и экономической точки зрения.

Ракеты не стрелы

Космический аппарат вовсе не обязательно летит туда, куда указывает его нос. Пока двигатель работает, ускорение направлено туда, куда смотрит нос корабля. Но если отключить двигатель, корабль можно свободно вращать в желаемом направлении. При необходимости вполне можно лететь "боком". Это может быть полезным для совершения полного бортового залпа в бою.

Так что все сцены из "звёздных войн" с истребителем, пытающимся стряхнуть врага с хвоста - полная чушь. Им достаточно развернуться вокруг своей оси и расстрелять преследователя (неплохим примером будет эпизод сериала Babylon 5 "Midnight on the Firing Line").

У ракет есть крылья

Если на вашей ракете есть силовая установка на некоторое количество мегаватт, абсурдно мощный тепловой двигатель или энергетическое оружие, ей потребуются огромные радиаторы для теплоотвода. В противном случае, она довольно быстро расплавится, а то и запросто испарится. Радиаторы будут выглядеть как огромные крылья или панели. Это изрядная проблема для боевых кораблей, поскольку радиаторы крайне уязвимы к огню.

У ракет нет окон

Иллюминаторы на космическом корабле нужны примерно в той же мере, что и на подводной лодке. (Нет, Seaview не считается. Строго научная фантастика. Окон панорамного обзора на подводной лодке Trident не бывает). Иллюминаторы - ослабление структурной прочности, да и потом, на что там смотреть? Если корабль не на орбите планеты или не вблизи другого корабля, видны только глубины космоса и ослепительное солнце. А ещё, в отличие от субмарин, на борту космического корабля окна пропускают поток радиации.

Сериалы Star Trek, Star Wars, и Battlestar Galactica ошибочны, поскольку битвы НЕ БУДУТ происходить на дистанциях в считанные метры. Направленное энергетическое оружие будет работать на тех дистанциях, где вражеские корабли видно только в телескоп. Глядя на битву в иллюминатор, вы ничего не увидите. Корабли будут слишком далеко, или же вас ослепит вспышка ядерного взрыва или лазерного огня, отражённого от поверхности цели.

Навигационный отсек может иметь обзорный астрономический купол на экстренный случай, но большая часть окон будет заменена радаром, телескопическими телекамерами и схожего типа сенсорами.

В космосе нет трения

В космосе нет трения. Здесь, на Терре, если вы ведёте машину, достаточно отпустить газ, и машина начнёт тормозиться трением о дорогу. В космосе, отключив двигатели, корабль сохранит свою скорость на весь остаток вечности (или пока не врежется в планету или что-то ещё). В фильме "2001 A Space Odyssey" вы могли заметить, что космический аппарат "Дискавери" летел к Юпитеру без единого облачка выхлопа из двигателей.

Вот почему бессмысленно говорить о "дистанции" ракетного полёта. Любая ракета не на орбите планеты и не в гравитационном колодце Солнца обладает бесконечной дистанцией полёта. В теории можно зажечь двигатели и отправиться в Галактику Андромеды... добравшись до цели за какой-то миллион лет. Вместо дальности имеет смысл говорить об изменении скоростей.

Ускорение и торможение симметричны. Час ускорения до скорости в 1000 километров в секунду требует примерно часа торможения чтобы остановиться. Нельзя просто "нажать на тормоза" - как на лодке или автомобиле. (Слово "примерно" использовано потому, что корабль при ускорении теряет массу и его становится легче затормозить. Но эти детали пока можно игнорировать.)

Если вы хотите постигнуть интуитивно принципы движения космических кораблей, рекомендую поиграть в какую-нибудь одну из немногих точных игр-симуляторов. Список включает компьютерную игру Orbiter, компьютерную же (к сожалению не переиздававшуюся) игру Independence War и настольные военные игры Attack Vector: Tactical, Voidstriker, Triplanetary, и Star Fist (эти две больше не издаются, но могут попасться тут).

Топливо не обязательно приводит корабль в движение напрямую

У ракет есть разница между "топливом" (указано красным) и "реакционой массой" (указана голубым). Ракеты соблюдают третий закон Ньютона при движении. Масса выбрасывается, придавая ракете ускорение.

Топливо в данном случае расходуется на то, чтобы выбрасывать эту реакционную массу. В классической атомной ракете уран-235 будет топливом, обычные урановые стержни в ядерном реакторе, но реакционная масса - водород, разогретый в этом самом реакторе и вылетающий из дюз корабля.

Путаница вызвана тем, что в химических ракетах топливо и реакционная масса - одно и то же. Шаттл или ракета Сатурн 5 расходуют химическое топливо, напрямую выбрасывая его из дюз.

Автомобили, самолёты и лодки обходятся сравнительно малыми количествами топлива, но для ракет это не так. Половина ракеты может быть занята реакционной массой, а другая половина - элементами конструкции, экипажем и всем остальным. Но куда вероятнее соотношение в 75% реакционной массы, а то и хуже. Большинство ракет - огромный бак реакционной массы с двигателем на одном конце и крохотным отсеком экипажа на другом.

В космосе нет невидимок

В космосе нет никакого практического способа спрятать корабль от обнаружения.

В космосе звука нет

Мне плевать, сколько вы видели фильмов с ревущими двигателями и громыхающими взрывами. Звук передаётся атмосферой. Нет атмосферы - нет звука. Никто не услышит ваш последний "бабах". Правильно этот момент отображался в крайне немногих сериалах, среди которых Babylon 5 и Firefly.

Единственное исключение - взрыв ядерной боеголовки в сотнях метров от корабля, в этом случае поток гамма-лучей заставит корпус издать звук при деформации.

Масса не вес

Есть разница между весом и массой. Масса всегда одинакова для объекта, а вот вес зависит от того, на какой планете объект. Кирпич массой в один килограмм будет весить 9.81 ньютонов (2.2 фунта) на Терре, 1.62 ньютона на Луне (0.36 фунтов), и ноль ньютонов (0 фунтов) на борту Международной Космической Станции. А вот масса везде останется одним килограммом. (Крис Базон указал, что если объект движется на релятивистской скорости относительно вас, то вы обнаружите увеличение массы. Но это нельзя заметить на обычных относительных скоростях.)

Практические последствия этого сводятся к тому, что на борту МКС нельзя двигать что-то тяжёлое, постукивая по предмету одним мизинцем. (Ну, то есть, можно, где-то по миллиметру в неделю или около того.). Шаттл может висеть рядом со станцией, обладая нулевым весом... но сохраняя массу в 90 метрических тонн. Если вы его толкнёте - эффект окажется крайне незначительным. (примерно как если бы вы толкнули его на посадочной полосе на мысе Кеннеди).

И, если шаттл медленно движется к станции, а вы попались между ними, нулевой вес шаттла всё равно не спасёт вас от печальной участи превратиться в лепёшку. Не стоит тормозить движущийся шаттл, упираясь в него руками. На это надо столько же энергии, сколько и на то, чтобы привести его в движение. В человеке столько энергии нет.

Извините, но ваши орбитальные строители не смогут ворочать многотонные стальные балки так, словно это зубочистки.

Другой требующий внимания фактор - третий закон Ньютона. Толчок стальной балки вовлекает в себя действие и противодействие. Поскольку масса балки скорей всего больше, она едва сдвинется. А вот вы, как менее массивный объект, отправитесь в противоположном направлении с куда большим ускорением. Это делает большую часть инструментов (например, молотки и отвёртки) бесполезными для условий свободного падения - приходиться идти на огромные ухищрения, чтобы создать похожие инструменты для условий нулевого тяготения.

Свободное падение не является нулевой силой тяжести

Технически, люди на борту космической станции не находятся в "нулевой гравитации". Она там почти не отличается от гравитации на поверхности Земли (около 93% земной). Причина, по которой все "летают" - состояние "свободного падения". Если вы окажетесь в лифте когда оборвётся кабель, вы тоже переживёте состояние свободного падения и будете "летать"... пока не упадёте. (Да, Джонатан указал, что тут игнорируется сопротивление воздуха, но вы поняли основную идею.)

Дело в том, что станция находится на "орбите" - что является хитрым способом падать, постоянно промахиваясь мимо земли. Подробности смотрите тут.

Взрыва не будет

Оказавшись в вакууме без защитного костюма вы не лопнете как шарик. Доктор Джеффри Лэндис провёл достаточно подробный анализ этого вопроса.
Вкратце: Вы останетесь в сознании на протяжении десяти секунд, не взорвётесь, всего проживёте около 90 секунд.

Им не нужна наша вода

Маркус Баур указал, что вторжение инопланетян на Терру ради нашей воды - всё равно что вторжение эскимосов в центральную америку ради кражи льда. Да, да, это про пресловутый сериал V.

Маркус: Нет нужды прилетать на Землю за водой. Это одна из самых распространённых субстанций "там, наверху"... так что зачем гнать корабль за несколько световых лет ради того, что можно без труда раздобыть куда дешевле (и без этого назойливого человеческого сопротивления) в своей родной системе, чуть ли не "за углом"?

Немножко информации к размышлению.

Перед тем, как прочитать об американской «космической» консервной банке Джемини, особо обращаю внимание на абляционную защиту - толстый слой «обмазки», который при спуске сгорает чтобы не сгорел сам космический корабль примерно как испарение кипящей воды в чайнике/самоваре защищает его от порчи до поры до времени. На советских спускаемых аппаратах толщина этого слоя исчислялась сантиметрами, а масса - сотнями килограммов (лень гуглить - чуть ли не до полутора тонн). См. капитально обгоревший заявленный гагаринский Восток-1:

и какой-то из современных Союзов-ТМА с космическим туристом:

Перед человеком, для которого студийность пилотируемых полетов НАСА на Луну уже вполне очевидна, встает вопрос: когда именно было решено, что вся программа «Аполлон» пойдет через Голливуд? Космическая эпопея Кубрика все же не на пустом месте началась: Фон Браун так дышал, так дышал, вроде всерьез что-то лепил, старался… А кончилось полной хренью: отправили на сбор метеоритов в Антарктиде и в какую-то уж совсем непонятную бесславную отставку. Почему? В какой момент, в каком году пришло Великое Озарение, что сделать красивые фотки в студии будет немножко легче, чем слетать на Луну? Давайте разбираться.

До Аполлонов были только низкоорбитальные полеты - «Меркурий», «Джемини». Они-то хоть не подделка?

Ну, сейчас посмотрим что-нибудь. Скажем, Джемини-три - первый пилотируемый полет по программе Джемини, как дружно утверждают будущие сокамерники из НАСА. 1965 год, почти пять часов полета.

"«Джемини» стал первым американским кораблем, изготовленным с использованием для спускаемого аппарата (отсека экипажа) системы управляемого спуска. Форма спускаемого аппарата была выполнена в виде фары. Вход в атмосферу Земли осуществлялся днищем вперед, и благодаря смещенному центру масс относительно продольной оси полет в атмосфере происходил с постоянным углом атаки. Управляемый полет совершался за счет вращения спускаемого аппарата по углу крена. Спускаемый аппарат корабля «Джемини» двухместный, позволивший выполнять выход в открытый космос. При этом вся атмосфера кабины космонавтов, состоящая из кислорода, стравливалась в космос, а после закрытия люка восстанавливалась за счет запасенного кислорода в баллонах."

Теперь лезем на сайт НАСА и ищем, что это вообще была за хрень:

На рисунке, ясен пень, всё красиво. Но при ближайшем рассмотрении фотографий реальных аппаратов возникают вопросы:

Никаких, простите, фейков и «макетов для тренировок» - вот как бы реальный аппарат после спуска, обгоревший, с астронотами Армстронгом и Скоттом внутри, после приводнения:

А вот и вовсе как бы в космосе:

Замечательная хрень. Красивая, как новенькое оцинкованное ведро. Вот как у нее устроена обшивка:

Крепление обшивки Джемини

Они хотят сказать, что вот эти вот жестяночки на винтиках с шайбочками выдерживали поток воздуха хотя бы на первой космической скорости?

Скажем, при 7000 м/сек? Скорость современных самолетов, если что - порядка 200 м/сек.Ну ОК, при посадке корабль падал дном вперед, дно там более массивное - но ведь при старте-то и выходе на орбиту он летит жестянками вперед - причем без всяких защитных обтекателей, как прекрасно видно старта:

Видите - жестянка стоит без всякого обтекателя. Более того - у нее в люках стоят стеклянные иллюминаторы, которые смотрят прямо вперед. Да-да - вперед на поток воздуха 7000 м/сек. Инженерам уже смешно, да. Стратегический разведчик SR-71 летит со скоростью 900 м/сек - и у него проблема стеклянных лобовых блоков кабины стоит самым тяжким образом, чтобы они не развалились и не лопнули от перегрева, сделан чудовищный стеклянный сэндвич, через который прокачивается авиакеросин, идущий на питание двигателей. И это - 900 м/сек. Что может выдержать 7000 м/сек набегающего потока - трудно вообще представить.

Вот здесь виден этот иллюминатор - в люке, возле которого стоит хрен в очках:

Джемини после приводнения, на палубе корабля:

Кстати, очень характерно, что фотки НАСА старательно подобраны так, чтобы иллюминатор был не виден, а корабли Джемини в музеях стоят вообще без люков. Но вот тут, на мутной фоточке якобы из космоса, иллюминатор виден на открытом люке:

: Пиндос выпал в космос

Абляционной защиты никакой? Подумаешь. Всего-то скорость воздушного потока до 6-7 км\сек, а температура до 11000° Цельсиев (а кратковременно и гораздо больше). Фигня. Оцинковка выдержит. Она ведь покрыта суперским защитным слоем, который выдерживает температуру аж до 3000°С. Что вы говорите? Советские спускаемые аппараты защитный слой до 8 см имели, да и то он сгорал в плазме? От же ж дурные эти совки. У нас-то нанотехнологии. Миллиметровое покрытие, а держит лучше ихних 8 см.

Ну, а то, что мы такую замечательную, простую и великолепно себя показавшую конструкцию потом на ноль помножили и для Аполлонов начали лепить абляционную защиту и тепловые экраны - тут объяснить трудно, но что-нибудь придумаем.

Ни малейших признаков стопорения винтов? Ну, то, что будет дикая вибрация - так тут ничего особо страшного. Ну, ослабнет крепление, начнут болтаться и дребезжать шайбы, листы обшивки… А если задерется кромка, так может и всю обшивку сорвать - ну, да, вполне может, и что? Слетали же, английским языком говорят вам: слетали! И все хорошо! Может, в те годы вообще было модно для гиперзвука сажать винты на конторский клей.

Шайбы такого огромного диаметра, что аж смешно? Чуть перетянуть шайбу винтом - её края поднимутся и воздушным потоком вместе с самими винтами, которые M5 примерно, повырывает? Да и хрен с ними. Авось обойдется. Лунный Курятник вон вообще в соседней студии Космическим Скотчем скрепляли - и ничего, пипл схавал.

Потай для улучшения аэродинамики? Какой-такой потай? Знать не знаем, ведать не ведаем… Тупые? Почему это мы тупые? У нас тут в НАСА все такие.

Половину винтиков недовкрутили? Так они все равно хрен чего удержат при таких нагрузках. И потом, мы ж массу корабля уменьшали. Пару тысяч не вкрутишь - вот уже и грузоподъемность увеличилась. Да и вообще обидные ваши слова - может, еще и успеем довернуть перед самым полетом! Придираетесь, а ведь на самом деле хвалить надо!

Особенно хотелось бы похвалить вот эти рояльные петли герметичных люков:

Люки открываются наружу. Нетрудно посчитать их площадь и усилие, которое будет действовать на них со стороны атмосферы в этом аппарате - а там якобы была атмосфера с давлением 0.3 кг/см. Люк имеет площадь около квадратного метра, 10000 кв.см * 0.3 = 3000 кг, на люк изнутри будет давить три тонны. Фигня, рояльные петельки выдержат, бггг.

Кстати, на этой же фоточке видно, что никакого дополнительного крепления люка со стороны петель нет, и что люк уплотняется стрёмным антинаучным уплотнителем по типу уплотнителя двери холодильника. Поверьте мне - это выглядит смешно. Русские делают люки своих спускаемых аппаратов вставными изнутри - давление их прижимает к резинке уплотнителя и обеспечивает герметичность. У американцев же применена дурацкая конструкция, потенциально склонная к травлению и утечкам. Впрочем, после винтиков с шайбами это так, мелочь.

Так что не летало это ведро в космос. Точнее - может быть, его и запускали, но вот вернуться на землю из космоса с живыми астронотами внутри оно не могло в принципе.

Получается, что голливудчина в НАСА началась гораздо раньше пилотируемых Аполлонов.

ПОЛЕТАЕМ?? ?)) В каком городе и как делают иллюминаторы для космических кораблей? и получил лучший ответ

Ответ от Маска Инкогнито[гуру]
Иллюминатор космического аппарата (КА) выполняет две основные функции. Во-первых, он должен иметь соответствующий диапазон и уровень пропускания и отражения электромагнитного излучения, обеспечивая работу оптического прибора или визуального наблюдения с минимумом искажений и помех.
Во-вторых, являясь частью оболочки КА, он должен, сохраняя целостность, обеспечивать защиту экипажа и аппаратуры от воздействия факторов космического пространства и земной атмосферы.

При длительной эксплуатации иллюминаторов на борту КА возрастает вероятность его повреждения, на внешней поверхности стекол под воздействием микрометеоритов, космической пыли и мусора образуются кратеры, выколки, царапины различных размеров и форм, что вызывает опасения в надежности изделия.
Запуск орбитальной МКС долговременного действия вызвал необходимость исследования длительной прочности и долговечности оптических элементов, поврежденных ударами микрочастиц при наземном моделировании, анализа и систематизации возникающих механических дефектов, научно-технического обоснования допустимых и критических дефектов, разработки методики обследования состояния иллюминаторов на орбите, выдачи заключений о работоспособности иллюминаторов с дефектами.
Кабина первого космического корабля гораздо просторнее обычной кабины летчика в самолете. В аппарате три
иллюминатора с жаропрочными стеклами и два быстро открывающихся люка.

Кабина корабля «Восток» была оборудована тремя иллюминаторами (прямого и бокового обзоров) , кабина корабля «Меркурия» - только одним (перед космонавтом) .
иллюминатор космического корабля 7К. Фото 1966 г.
На заводе «Автостекло» в Константиновке Донецкой области изготовляли иллюминаторы. Они проходили в графе «прочая продукция». Очень все было засекречено. Делали стекло для самого разного транспорта, в том числе участвовала в оснащении первого атомохода «Ленин». Сейчас это предприятие называется ЗАО «Спецтехстекло» , на нем разработано новое многослойное остекление, налажено производство стекла авиационного, закаленного, многослойного толщиной 6.5-70мм, бронированного (iI - IV степени) .
Новаторство в производстве спецстекол - на Украине вырастили крупнейший в мире сапфир. Процесс появления этого удивительного камня занял всего 10 дней - с 20 по 30 июля. За столь короткий срок камень достиг просто невероятных размеров: 80 на 35 на 5 см и вес в 45 килограммов. Из сапфиров подобного размера и формы можно будет делать стойкие ко внешним воздействиям иллюминаторы для космических кораблей.
Источник:

Ответ от 2 ответа [гуру]

Привет! Вот подборка тем с ответами на Ваш вопрос: ПОЛЕТАЕМ?? ?)) В каком городе и как делают иллюминаторы для космических кораблей?

Ответ от Алексей кузнецов [гуру]
Точно знаю, что для Терешковой иллюминаторы делались в небольшом городке новгородской области - Малая Вишера, на местном стекольном заводе. Завод зыкрыт, но ветераны поминают личную благодарность от Вали.

Ответ от Марина [гуру]
На Гусь-Хрустальненском заводе кварцевого стекла.
Завод действительно уникален. Он единственный в России, обладающий технологией и оборудованием для производства особо чистой кварцевой продукции. Без его стекол не заработает силовая лазерная установка, не выйдет на орбиту ни один космический корабль. Плюс радиационно-стойкие стекла для атомных электростанций, особо чистые - для химической промышленности, кварцевые подложки для компьютерных дисплеев на жидких кристаллах, оптическое волокно, стекла для приборов ночного видения, кристаллический пьезокварц для мобильной и космической связи и многое другое. Относившийся в пору СССР к промышленности строительных материалов, завод практически полностью работал на "оборонку" .
Тут две основные специализации. Во-первых, выпуск кристаллического кварца, на чем специализируется цех N 5, тот самый, где установлено дорогостоящее японское оборудование. А это прежде всего пьезокварц, из которого изготавливают резонаторы для радиоэлектронной промышленности. Его цена колеблется от 50 до 150 долларов за килограмм. А потенциальные возможности цеха - давать около 240 тонн этих кристаллов в год. А это 2,5 - 3 миллиона долларов прибыли. .
Второе направление - плавленый кварц, из которого изготавливаются те самые иллюминаторы для космических станций, подложки для мониторов на жидких кристаллах, особо чистые стекла для химической промышленности, оптические волокна и т. д.
На грани гибели НИИ технического стекла, единственный в стране разработчик иллюминаторов для космических кораблей, самолетов ВВС и подлодок.
В открытом космосе при огромных температурах любое стекло в иллюминаторах корабля сгорает, а при увеличении его толщины затруднена возможность обзора, так как заметно уменьшается прозрачность. Неорганическое покрытие из наноматериала наносилось на внешнюю сторону иллюминатора, не меняя оптические свойства самого стекла. Внешняя оболочка «Бурана» также была покрыта термостойкими керамическими соединениями на основе нанопорошков.
На заводе в Самаре.
Создание иллюминаторов для космического корабля
Иллюминаторы с защитными стеклами, не пропускающими космические лучи. Имеются там и сменные фильтры, предохраняющие от прямых солнечных лучей, и механизм зашторивания на случай чрезмерного облучения или повышенных температур.
В большинстве случаев в ГОИ разрабатывалась конструкция, осуществлялось изготовление и испытания опытного образца каждого нового объектива, после чего отработанная технология внедрялась на предприятиях отрасли. Следует отметить, что в тех случаях, когда разработчикам объективов для достижения более высоких технических или эксплуатационных характеристик "не хватало" стекол с необходимыми параметрами, такие стекла специально разрабатывались в Филиале № 1 ГОИ (НИТИОМ) , и соответствующие технологии варок также внедрялись. Этими работами руководил академик Г. Т. Петровский – выдающийся ученый – основатель оптического, в том числе космического, материаловедения. Упомянем особо, что под его руководством проводились также исследования и эксперименты по выращиванию в космических условиях особо чистых оптических кристаллов с пониженным числом дислокаций.

И еще одну статью хочу откопипастить. Я ее изначально прочитал в газете "Земля Нижегородская", но оригинал, оказывается, был напечатан в журнале "Российский космос". Пока ехал из деревни в город, просто зачитался. Статья рассказывает об истории создания иллюминаторов, популярно и доходчиво повествует о том, как они создаются у нас и у американцев, из чего состоят и где используются.

При взгляде на космический аппарат обычно глаза разбегаются. В отличие от самолета или подводной лодки с предельно «зализанными» обводами, снаружи торчит масса всяких блоков, элементов конструкции, трубопроводов, кабелей... Но есть на борту и детали, понятные на первый взгляд любому. Вот иллюминаторы, например. Совсем как самолетные или морские! На самом деле, это далеко не так...

ПРОРУБАЕМ ОКНО ВО ВСЕЛЕННУЮ

С самого начала полетов в космос стоял вопрос: «А что же за бортом — хорошо бы увидеть!» То есть, конечно, определенные соображения на этот счет были — постарались астрономы и пионеры космонавтики, не говоря уж о писателях-фантастах. В романе Жюля Верна «С Земли на Луну» герои отправляются в лунную экспедицию в снаряде, снабженном стеклянными окнами с заслонками. Сквозь большие окна смотрят во Вселенную герои Циолковского и Уэллса.

Космический аппарат типа Зенит перед стыковкой с ракетой-носителем. Иллюминаторы перед объективами фотокамер прикрыты крышками (фото: РКК Энергия)Когда дело дошло до практики, простое слово «окно» показалось разработчикам космической техники неприемлемым. Поэтому то, через что космонавты могут посмотреть из корабля наружу, зовется, ни много ни мало, спецостеклением, а менее «парадно» — иллюминаторами. Причем иллюминатор собственно для людей — это иллюминатор визуальный, а для некой аппаратуры — оптический.

Иллюминаторы являются одновременно и конструктивным элементом оболочки космического аппарата, и оптическим устройством. С одной стороны, они служат для защиты приборов и экипажа, находящихся внутри отсека, от воздействия внешней среды, с другой же — должны обеспечивать возможность работы различной оптической аппаратуры и визуальное наблюдение. Не только, впрочем, наблюдение — когда по обе стороны океана рисовали технику для «звездных войн», через иллюминаторы боевых кораблей собирались и прицеливаться.

Американцев и вообще англоязычных ракетчиков, термин «иллюминатор» ставит в тупик. Переспрашивают: «Это окна, что ли?» В английском языке все просто — что в доме, что в «Шаттле» — window, и никаких проблем. А вот английские моряки говорят porthole. Так что российские космические окностроители, наверное, ближе по духу заокеанским корабелам.

Карен Найберг у окошка прибывшего к МКС японского модуля Kibo, 2008 г. (фото: NASA)На космических аппаратах наблюдения можно встретить два типа иллюминаторов. Первый тип полностью отделяет находящуюся в гермоотсеке съемочную аппаратуру (объектив, кассетную часть, приемники изображения и другие функциональные элементы) от «враждебной» внешней среды. По такой схеме построены космические аппараты типа «Зенит». Второй тип иллюминаторов отделяет кассетную часть, приемники изображения и другие элементы от внешней среды, при этом объектив находится в негерметичном отсеке, то есть в вакууме. Такая схема применена на космических аппаратах типа «Янтарь». При подобной схеме требования к оптическим свойствам иллюминатора становятся особенно жесткими, поскольку иллюминатор теперь является составной частью оптической системы съемочной аппаратуры, а не простым «окном в космос».

Считалось, что космонавт сможет управлять кораблем, исходя из того, что ему видно. В известной мере это удалось осуществить. В особенности важно «смотреть вперед» при стыковке и при посадке на Луну — там американские астронавты не раз задействовали при посадках ручное управление.

Край иллюминатора Востока виден за шлемом космонавтаУ большинства космонавтов психологическое представление о верхе и низе формируется в зависимости от окружающей обстановки, и в этом тоже могут помочь иллюминаторы. Наконец, иллюминаторы, как и окна на Земле, служат для освещения отсеков при полете над освещенной стороной Земли, Луны или дальних планет.

Как и у любого оптического прибора, у корабельного иллюминатора есть фокусное расстояние (от полукилометра до полусотни) и много других специфических оптических параметров.

НАШИ СТЕКОЛЬЩИКИ - ЛУЧШИЕ В МИРЕ

При создании в нашей стране первых космических кораблей разработка иллюминаторов была поручена НИИ авиационного стекла Минавиапрома (теперь это ОАО «НИИ технического стекла»). В создании «окон во Вселенную» принимали также участие Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова, НИИ 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.

Иллюминатор на люке командного модуля корабля АполлонЗадача оказалась крайне сложной. Еще производство самолетных фонарей осваивали в свое время долго и трудно — стекло быстро теряло прозрачность, покрывалось трещинами. Помимо обеспечения прозрачности, отечественная война заставила разработать бронестекла, после 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 же проектов стекло, которое применялось для фонарей и иллюминаторов самолетов, не годилось — 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. И в СССР, и в США первые иллюминаторы были круглыми — таких было проще рассчитать и изготовить. Кроме того, отечественные корабли, как правило, могли управляться без участия человека, и соответственно не было необходимости в слишком хорошем обзоре «по самолетному». Гагаринский «Восток» имел два иллюминатора. Один размещался на входном люке спускаемого аппарата, чуть выше головы космонавта, другой — у его ног в корпусе спускаемого аппарата. Совсем не лишне вспомнить по именам основных разработчиков первых иллюминаторов в НИИ авиационного стекла — это С. М. Бреховских, В.И. Александров, Х. Е. Серебрянникова, Ю. И. Нечаев, Л. А. Калашникова, Ф. Т. Воробьёв, Е. Ф. Постольская, Л. В. Король, B. П. Колганков, Е. И. Цветков, C. В. Волчанов, В. И. Красин, Е. Г. Логинова и другие.

Вирджил Гриссом и капсула корабля liberty bell. Виден иллюминатор-трапеция (фото: NASA)Вследствие многих причин при создании своих первых космических кораблей наши американские коллеги испытывали серьезный «дефицит масс». Поэтому уровень автоматизации управления кораблем, подобный советскому, они просто не могли себе позволить даже с учетом более легкой электроники, и многие функции по управлению кораблем замыкались на опытных летчиках-испытателях, отобранных в первый отряд космонавтов. При этом в изначальной версии первого американского корабля «Меркурий» (того, про который говорили, что астронавт не входит в него, а надевает его на себя), пилотский иллюминатор вообще предусмотрен не был — даже потребные 10 кг дополнительной массы взять было неоткуда.

Иллюминатор появился лишь по настоятельной просьбе самих астронавтов уже после первого полета Шепарда. Настоящий, полноценный «пилотский» иллюминатор появился лишь на «Джемини» — на посадочном люке экипажа. Зато его сделали не круглым, а сложной трапецеидальной формы, поскольку для полноценного ручного управления при стыковке пилоту требовался обзор вперед; на «Союзе», кстати говоря, для этой цели на иллюминатор спускаемого аппарата был установлен перископ. Разработкой иллюминаторов у американцев занималась фирма Corning, за покрытия на стеклах отвечало подразделение фирмы JDSU.

На командном модуле лунного «Аполлона» один из пяти иллюминаторов тоже поставили на люке. Два других, обеспечивающих сближение при стыковке с лунным модулем, смотрели вперед, а еще два «боковых» позволяли бросить взгляд перпендикулярно продольной оси корабля. На «Союзах» было обычно по три иллюминатора на спускаемом аппарате и до пяти — на бытовом отсеке. Больше всего иллюминаторов на орбитальных станциях — до нескольких десятков, разных форм и размеров.

Носовое остекление кабины Спейс ШаттлаВажным этапом в «окностроении» стало создание остекления для космических самолетов — «Спейс Шаттла» и «Бурана». «Челноки» сажают по-самолетному, а значит, пилоту необходимо обеспечить хороший обзор из кабины. Поэтому и американские, и отечественные разработчики предусмотрели по шесть больших иллюминаторов сложной формы. Плюс по паре в крыше кабины — это уже для обеспечения стыковки. Плюс окна в задней части кабины — для операций с полезным грузом. И наконец, по иллюминатору на входном люке.

На динамических участках полета на передние иллюминаторы «Шаттла» или «Бурана» действуют совсем другие нагрузки, отличные от тех, которым подвержены иллюминаторы обычных спускаемых аппаратов. Поэтому и расчет на прочность здесь другой. А когда «челнок» уже на орбите, иллюминаторов оказывается «слишком много» — кабина перегревается, экипаж получает лишний «ультрафиолет». Поэтому во время орбитального полета часть иллюминаторов в кабине «Шаттла» закрывают кевларовыми заслонками-ставнями. А вот у «Бурана» внутри иллюминаторов имелся фотохромный слой, который темнел при действии ультрафиолетового излучения и «лишнего» в кабину не пропускал.

РАМЫ, СТАВНИ, ШПИНГАЛЕТ, ФОРТОЧКИ РЕЗНЫЕ...

Основная часть иллюминатора — это, конечно, стекла. «Для космоса» используется не обычное стекло, а кварцевое. Во времена «Востока» выбор был не особо велик — доступны были лишь марки СК и КВ (последняя — не что иное, как плавленый кварц). Позже создали и испытали много других разновидностей стекла (КВ10С, К-108). Пробовали даже использовать в космосе оргстекло марки СО-120. У американцев же известна марка термо- и ударопрочного стекла Vycor.

Жюли Пайетт управляет манипулятором Индевора у потолочного иллюминатора корабля (фото: NASA)Для иллюминаторов применяются стекла разных размеров — от 80 мм до без малого полуметра (490 мм), а недавно на орбите появилось и восьмисотмиллиметровое «стеклышко». О внешней защите «космических окон» речь впереди, а вот для защиты членов экипажа от вредного воздействия ближнего ультрафиолетового излучения на стекла иллюминаторов, работающих с нестационарно установленными приборами, наносят специальные светоделительные покрытия.

Иллюминатор — это не только стекла. Чтобы получить прочную и функциональную конструкцию, несколько стекол вставляют в обойму, выполненную из алюминиевого или титанового сплава. Для иллюминаторов «Шаттла» использовали даже литиевый.

Для обеспечения требуемого уровня надежности стекол в иллюминаторе изначально стали делать несколько. В случае чего одно стекло разрушится, а остальные останутся, сохраняя корабль герметичным. Отечественные иллюминаторы на «Союзах» и «Востоках» имели по три стекла (на «Союзе» есть один двухстекольный, но он большую часть полета прикрыт перископом).

На «Аполлоне» и «Спейс Шаттле» «окна» в основном также трехстекольные, а вот «Меркурий» — свою «первую ласточку» — американцы оснастили аж четырехстекольным иллюминатором.

Двухстекольный иллюминатор (вверху), трехстекольный иллюминатор космического корабля семейства Союз (внизу) (фото: Сергея Андреева)В отличие от советских американский иллюминатор на командном модуле «Аполлона» не представлял собой единую сборку. Одно стекло работало в составе оболочки несущей теплозащитной поверхности, а два других (по сути, двухстекольный иллюминатор) уже входили в состав гермоконтура. В результате такие иллюминаторы были больше визуальными, чем оптическими. Собственно, с учетом ключевой роли пилотов в управлении «Аполлонами», такое решение выглядело вполне логично.

На лунной кабине «Аполлонов» все три иллюминатора сами по себе были одностекольные, однако с внешней стороны их прикрывало внешнее стекло, не входящее в гермоконтур, а изнутри — внутреннее предохранительное оргстекло. Еще одностекольные иллюминаторы устанавливались впоследствии на орбитальных станциях, где нагрузки все же меньше, чем у спускаемых аппаратов космических кораблей. А на некоторых космических аппаратах, например, на советских межпланетных станциях «Марс» начала 70-х годов, в одной обойме были объединены фактически несколько иллюминаторов (двухстекольных композиций).

Когда космический аппарат находится на орбите, перепад температур на его поверхности может составлять пару сотен градусов. Коэффициенты расширения у стекла и металла, естественно, разные. Так что между стеклом и металлом обоймы ставят уплотнения. У нас в стране ими занимался НИИ резинотехнической промышленности. В конструкции используется вакуумостойкая резина. Разработка таких уплотнений — сложная задача: резина — полимер, а космическое излучение со временем «рубит» полимерные молекулы на куски, и в итоге «обычная» резина просто расползается.

При ближайшем рассмотрении выясняется, что по конструкции отечественные и американские «окна» существенно друг от друга отличаются. Практически все стекла в отечественных конструкциях имеют форму цилиндра (естественно, за исключением остекления крылатых аппаратов типа «Бурана» или «Спирали»). Соответственно, у цилиндра имеется боковая поверхность, которую нужно специально обрабатывать, чтобы свести к минимуму блики. Отражающие поверхности внутри иллюминатора для этого покрывают специальной эмалью, а боковые стенки камер иногда даже обклеивают полубархатом. Уплотняется стекло тремя резиновыми кольцами (как их сначала называли — уплотнительными резинками).

У стекол американских кораблей «Аполлон» боковые поверхности были закруглены, и на них, как покрышка на колесный диску автомобиля, было натянуто резиновое уплотнение.

Первый человек на Луне Нейл Армстронг в лунном модуле Орел (фото: NASA)Стекла внутри иллюминатора протереть тряпочкой во время полета уже не получится, а потому никакой мусор в камеру (межстекольное пространство) попадать категорически не должен. Кроме того, стекла не должны ни запотевать, ни замерзать. Поэтому перед стартом у космического корабля заправляют не только баки, но и иллюминаторы — камеру заполняют особо чистым сухим азотом или сухим воздухом. Чтобы «разгрузить» собственно стекла, давление в камере предусматривается вдвое меньшим, чем в герметичном отсеке. Наконец, желательно, чтобы с внутренней стороны поверхность стенок отсека не была слишком горячей или слишком холодной. Для этого иногда устанавливают внутренний экран из оргстекла.

СВЕТ НА ИНДИИ СОШЕЛСЯ КЛИНОМ. ЛИНЗА ПОЛУЧИЛАСЬ ЧТО НАДО!

Стекло — не металл, разрушается оно по-другому. Никаких вмятин здесь не будет — появится трещина. Прочность стекла зависит, главным образом, от состояния его поверхности. Поэтому его упрочняют, устраняя поверхностные дефекты — микротрещины, посечки, царапины. Для этого стекло травят, закаливают. Однако со стеклами, используемыми в оптических приборах, так обращаться не принято. Их поверхность упрочняется при так называемом глубоком шлифовании. К началу 70-х годов внешние стекла оптических иллюминаторов научились упрочнять ионным обменом, что позволило увеличить их абразивную стойкость.

Один из иллюминаторов спускаемого аппарата Cоюза большую часть полета прикрыт перископомДля улучшения светопропускания стекла просветляются многослойным просветляющим покрытием. В их состав могут входить окись олова или индия. Такие покрытия увеличивают светопропускание на 10-12%, а наносятся они методом реактивного катодного распыления. Кроме того, окись индия хорошо поглощает нейтроны, что нелишне, например, во время пилотируемого межпланетного полета. Индий вообще «философский камень» стеклянной, да и не только стеклянной, промышленности. Зеркала с индиевым покрытием отражают большую часть спектра одинаково. В трущихся узлах индий существенно улучшает стойкость к истиранию.

В полете иллюминаторы могут загрязняться и с наружной стороны. Уже после начала полетов по программе «Джемини» астронавты заметили, что на стекла оседают испарения из теплозащитного покрытия. Космические аппараты в полете вообще приобретают так называемую сопутствующую атмосферу. Что-то утекает из гермотсеков, «висят» рядом с кораблем мелкие частички экранно-вакуумной теплоизоляции, тут же — продукты сгорания компонентов топлива при работе двигателей ориентации... В общем, мусора и грязи оказывается более чем достаточно, чтобы не только «испортить вид», но и, например, нарушить работу бортовой фотоаппаратуры.

(фото: ESA)Разработчики межпланетных космических станций из НПО им. C.А.Лавочкина рассказывают, что при полете космического аппарата к одной из комет в ее составе было обнаружены две «головы» - ядра. Это было признано важным научным открытием. Потом выяснилось, что вторая «голова» появилась вследствие запотевания иллюминатора, приведшего к эффекту оптической призмы.

Стекла иллюминаторов 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. Взаимодействие электромагнитных излучений Солнца и космических лучей со стеклом — вообще явление сложное. Поглощение излучения стеклом может привести к образованию так называемых «центров окраски», то есть к уменьшению исходного светопропускания, а также вызвать люминесценцию, поскольку часть поглощенной энергии может немедленно выделиться в виде световых квантов. 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. Величина интенсивности люминесценции не менее важна для оптических стекол, работающих под воздействием излучений, чем устойчивость к окрашиванию.

Иллюминатор советского космического корабля Зонд-8 (фото: Сергея Андреева)Среди факторов космического полета одним из наиболее опасных для иллюминаторов является микрометеорное воздействие. Оно приводит к быстрому падению прочности стекла. Ухудшаются и его оптические характеристики. Уже после первого года полета на внешних поверхностях долговременных орбитальных станций обнаруживаются 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. На первой американской орбитальной станции «Скайлэб» предполагалось, что иллюминаторы будут отчасти экранироваться элементами конструкции. Но, конечно, наиболее радикальное и надежное решение — прикрыть снаружи иллюминаторы «орбитального » управляемыми крышками. Такое решение было применено, в частности, на советской орбитальной станции второго поколения «Салют-7».

«Мусора» на орбите становится все больше и больше. В одном из полетов «Шаттла» нечто явно техногенное оставило на одном из иллюминаторов довольно заметную выбоину-кратер. Стекло выдержало, но кто знает, что может прилететь в следующий раз?.. Это, кстати, одна из причин серьезной озабоченности «космической общественности» проблемами космического мусора. В нашей стране проблемами микрометеоритного воздействия на элементы конструкции космических аппаратов, в том числе и на иллюминаторы, активно занимается, в частности, профессор Самарского государственного аэрокосмического университета Л.Г.Лукашев.

Валерий Поляков встречает идущий на стыковку с Миром Дискавери. Хорошо видна откинутая крышка иллюминатораВ 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. Поэтому здесь вопросам прочности уделяют особое внимание.

«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 Георгия Фомина, в недавнем прошлом — первого заместителя Генерального конструктора ГНПРКЦ «ЦСКБ - Прогресс».

ВСЕ МЫ ПОД "КУПОЛОМ" У ЕВРОПЫ

Уже не так давно — 8 февраля 2010 года после полета «Шаттла» STS-130 — на Международной космической станции появился обзорный купол, состоящий из нескольких больших иллюминаторов четырехугольной формы и круглого восьмисотмиллиметрового иллюминатора.

Микрометеоритное повреждение на иллюминаторе Спейс Шаттла (фото: NASA)Модуль Cupola предназначен для наблюдений Земли и работы с манипулятором. Его разработал европейский концерн Thales Alenia Space, а строили итальянские машиностроители в Турине.

Таким образом, сегодня европейцы удерживают рекорд — таких больших иллюминаторов ни в США, ни в России на орбиту еще не выводили. Об огромных окнах говорят и разработчики различных «космических отелей» будущего, настаивая на их особой значимости для будущих космических туристов. Так что у «окностроения» большое будущее, а иллюминаторы продолжают оставаться одним из ключевых элементов пилотируемых и беспилотных космических кораблей.

"Вид обзорного модуля Cupola «Купол» — действительно классная штука! Когда из иллюминатора смотришь на Землю, это все равно, что через амбразуру. А в «куполе» на 360 градусов обзор, видно все! Земля отсюда выглядит как карта, да, больше всего это напоминает географическую карту. Видно, как солнце уходит, как встает, как ночь надвигается... Смотришь на всю эту красоту с каким-то замиранием внутри."