Как сотрудники НИТС им. В.Ф. Солинова создавали иллюминаторы для отечественной космической программы

Фото: Олег Новицкий / Роскосмос

Создание космического остекления стало одной из самых сложных инженерных задач на первых этапах покорения космоса. Иллюминаторы должны выдерживать резкие перепады температур, давление, радиацию, удары микрометеоритов и многое другое. На протяжении более шести десятилетий разработкой таких «окон» во Вселенную занимается Научно-исследовательский институт технического стекла им. В.Ф. Солинова (НИТС, входит в холдинг ОНПП «Технология» Госкорпорации Ростех). Его решения использовались на кораблях «Восток» и «Буран», станциях «Мир» и МКС, а также на автоматических аппаратах, исследовавших Венеру.

Рассказываем о разработках предприятия Ростеха для отечественной космической программы.

Первый шаг: иллюминаторы для «Востока»

12 апреля 1961 года Юрий Гагарин устремился к звездам. Одним из самых больших впечатлений был вид на Землю из космоса. «Я вижу Землю. Она так прекрасна!» — эти слова стали символом триумфа сотен специалистов, чей труд остался за кадром. Передать без искажений красоту нашей планеты помогли космические иллюминаторы.

Подготовка к пилотируемым полетам началась задолго до знаменитого старта. 22 мая 1959 года вышло Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 569-264 «Об объекте «Восток». Особая задача легла на плечи ГСПКБ (Государственное специальное проектно-конструкторское бюро — будущий НИТС) и кооперации смежных предприятий. Предстояло создать с нуля не просто стекло, а полноценную оптическую систему для спускаемого аппарата: само остекление, способ его герметичного крепления и протоколы испытаний.

Спускаемый аппарат корабля «Восток», на котором Юрий Гагарин 12 апреля 1961 года совершил свой полет. Фото: РКК «Энергия» / Роскосмос

Стандартное авиационное стекло для космоса не подходило категорически. Самое сложное испытание для иллюминаторов — это возвращение корабля на Землю. При входе в атмосферу он на огромной скорости проходит через облако высокотемпературной плазмы. Сразу после этого следует резкое охлаждение. Возникает мощнейший тепловой удар. К хрупкости стекла добавлялся риск микротрещин, любой дефект мог привести к мгновенной разгерметизации. Кроме того, спускаемый аппарат чаще всего приземляется в воду, что тоже требует особого внимания к сохранению его целостности.

Решение было найдено в отказе от привычных силикатных составов в пользу кварцевого стекла. Его ключевое преимущество — крайне низкий коэффициент теплового расширения. Кроме того, кварц химически инертен и обладает идеальной светопропускающей способностью. Уже в августе 1960 года были изготовлены и успешно испытаны первые образцы. Они выдерживали нагрев наружной поверхности до 1100°C, сохраняли герметичность и структурную целостность. Дорога в космос была официально открыта.

Адская планета: вызовы Венеры

Опыт, полученный при работе над «Востоком», стал фундаментом для новых, куда более амбициозных задач. В 1970-е годы перед НИТС встал новый вызов — обеспечить фотографирование поверхности Венеры. Условия на этой планете невероятно сложные, можно сказать, адские: температура до 500°C, давление около 90 атмосфер, атмосфера из углекислого газа с облаками серной кислоты.

В декабре 1970 года аппарат «Венера-7» впервые в истории совершил мягкую посадку, но передать панорамные снимки не удалось: телеметрический коммутатор не выдержал экстремальной среды, в результате на Землю передавалась только информация о температуре. Для следующих миссий требовались иллюминаторы принципиально нового уровня. Осознавая масштаб ответственности, начальник НИТС Серафим Максимович Бреховских изначально заявил о неготовности института и официально запросил отсрочку программы минимум на год. Но космическая гонка не терпит пауз.

Космический аппарат «Венера-9». Фото: НПО им. Лавочкина / Роскосмос

В 1973 году решением назначенного на должность руководителя института Владимира Федоровича Солинова коллектив принял вызов. В сжатые сроки были разработаны новые технологии обработки кварцевого остекления, спроектировано и изготовлено специализированное оборудование, а также проведены стендовые испытания, имитирующие венерианскую атмосферу. Результат подтвердил ожидания: 22 октября 1975 года аппараты «Венера-9» и «Венера-10» передали на Землю первые в истории черно-белые снимки поверхности планеты. А 1 марта 1982 года «Венера-13» и «Венера-14», оснащенные усовершенствованными иллюминаторами, прислали первые цветные панорамы. Этот момент стал очередным триумфом отечественной науки.

Возвращение домой: защита «Бурана»

В 1977 году началась масштабная работа над многоразовым транспортным космическим кораблем «Буран». Задача усложнилась: требовалось создать остекление, способное многократно выдерживать более длительные чем на спускаемых аппаратах тепловые нагрузки при многоразовых применениях.

В состав остекления «Бурана» входило девять иллюминаторов. Каждый иллюминатор — сложная многослойная конструкция, состоящая из наружного одностекольного окна и внутреннего двустекольного стеклопакета.

Ан-225 с орбитальным кораблем «Буран». Фото: Vasiliy Koba / wikimedia.org

Наружное стекло и внешнее стекло стеклопакета были изготовлены НИТС из кварцевого стекла. Наружное стекло принимало на себя главный удар при спуске — тепловые (до 1000 °С) и аэродинамические нагрузки. Внешнее стекло стеклопакета обеспечивало герметичность модуля кабины. Внутреннее стекло стеклопакета изготавливалось из боросиликатного стекла на ОНПП «Технология» им. А.Г. Ромашина. Оно обеспечивало механическую прочность и стабильность всей оптической системы. Также на «Технологии» сделали заднее стекло кабины пилотов, обеспечивающее обзор внутренней части грузового отсека.

Жизнь на орбите: от «Салюта» до МКС

Создание иллюминаторов для орбитальных станций серий «Салют», «Алмаз», «Мир» и МКС потребовало от сотрудников НИТС беспрецедентного масштаба работ. В отличие от спускаемых аппаратов, здесь иллюминаторы становились постоянными «окнами» в космос для научных наблюдений, стыковки и просто жизни экипажа.

В соответствии с компоновкой станции «Мир» инженерам предстояло разработать 11 различных конструкций остекления. Только на служебном модуле устанавливалось 13 иллюминаторов, еще шесть — на исследовательских модулях и четыре — на транспортном корабле. Изделия отличались диаметром, толщиной и сложными многослойными покрытиями, обеспечивающими теплоотражающие и антибликовые функции. Самый крупный иллюминатор служебного модуля имел диаметр 530 мм. Остальные варьировались от 108 до 465 мм. Материалом вновь выбрали кварцевое стекло, однако потребовалось увеличить толщины дисков: от 10 мм для малых диаметров до 40 мм для крупных элементов.

Космонавт Валерий Поляков, поднявшийся на борт российской космической станции «Мир» 8 января 1994 года, смотрит в иллюминатор станции во время стыковки с космическим челноком «Дискавери». Фото: wikimedia.org

Длительная эксплуатация «Мира» стала лучшим доказательством надежности решений НИТС. Иллюминаторы выдержали годы экстремальных термических циклов, бомбардировку микрометеоритами и жесткое ультрафиолетовое излучение, сохранив оптическую прозрачность и герметичность.

Эстафету приняла Международная космическая станция. Для российского сегмента МКС было изготовлено 13 иллюминаторов, которые эксплуатируются уже более двух десятилетий. Даже после многолетнего воздействия космических частиц остаточная прочность стекол остается на расчетном уровне, а оптические характеристики не ухудшаются.

Важно отметить: работа НИТС не заканчивается на этапе отгрузки. Сотрудники института до сих пор ведут техническое сопровождение остекления МКС. Регулярно проводится мониторинг состояния внешней поверхности, эксперименты по фактической оценке прочности и прозрачности, составляются прогнозы износа и рассчитываются возможности продления ресурса. Это живая, непрерывная поддержка, гарантирующая безопасность экипажей.

Наследие и горизонты

От первого взгляда Гагарина в иллюминатор на синюю планету до современных панорам с борта МКС — путь длиной в более чем шесть десятилетий. За каждым кадром, каждым научным наблюдением и каждым безопасным возвращением экипажа стоит титанический труд коллектива НИТС.

Абсолютная надежность иллюминаторов разработки и изготовления АО «НИТС им. В.Ф. Солинова» подтверждена не стендовыми отчетами, а реальной, десятилетиями безаварийной эксплуатацией в самых экстремальных условиях Солнечной системы. Сегодня институт продолжает развивать заложенные традиции, адаптируя технологии под задачи новых пилотируемых кораблей, лунных программ и перспективных межпланетных миссий. Где бы ни потребовалось окно во Вселенную — специалисты НИТС всегда найдут решение.