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Woraus bestehen die Fenster der Orion-Raumsonde? Fenster der Raumsonde Orion: Woraus bestehen sie?

VERRIEGELUNG, GESCHNITZTE FENSTER, FENSTERLÄDEN, RAHMEN

Der Hauptteil des Bullauges besteht natürlich aus Glas. „Für den Weltraum“ wird kein gewöhnliches Glas verwendet, sondern Quarz. Während der „Wostok“-Ära war die Auswahl nicht besonders groß – es waren nur die Marken SK und KV verfügbar (letzteres ist nichts anderes als Quarzglas). Später wurden viele weitere Glasarten hergestellt und getestet (KV10S, K-108). Sie haben sogar versucht, SO-120-Plexiglas im Weltraum zu verwenden. Amerikaner kennen die Marke Vycor für thermisch und schlagfestes Glas.

Für Fenster wird Glas unterschiedlicher Größe verwendet – von 80 mm bis fast einem halben Meter (490 mm), und kürzlich tauchte ein achthundert Millimeter großes „Glas“ im Orbit auf. Der äußere Schutz von „Weltraumfenstern“ wird später besprochen. Um die Besatzungsmitglieder jedoch vor den schädlichen Auswirkungen nahezu ultravioletter Strahlung zu schützen, werden spezielle Strahlteilerbeschichtungen auf die Fenster von Fenstern aufgebracht, die mit nicht stationär installierten Geräten arbeiten.

Ein Bullauge besteht nicht nur aus Glas. Um ein langlebiges und funktionelles Design zu erhalten, werden mehrere Gläser in eine Halterung aus Aluminium oder Titanlegierung eingesetzt. Sie verwendeten sogar Lithium für die Fenster des Shuttles.

Um die erforderliche Zuverlässigkeit zu gewährleisten, wurden zunächst mehrere Gläser im Bullauge angebracht. Wenn etwas passiert, zerbricht ein Glas, der Rest bleibt zurück und hält das Schiff luftdicht. Die Inlandsfenster der Sojus und der Wostok hatten jeweils drei Gläser (die Sojus verfügt über ein Doppelglasfenster, ist aber während des größten Teils des Fluges von einem Periskop verdeckt).

Bei Apollo und Space Shuttle sind die „Fenster“ ebenfalls meist aus drei Gläsern, aber die Amerikaner statteten Mercury, ihre „erste Schwalbe“, mit einem Bullauge aus vier Gläsern aus.

Im Gegensatz zu den sowjetischen war das amerikanische Bullauge des Apollo-Kommandomoduls keine einzelne Baugruppe. Ein Glas fungierte als Teil der Hülle der tragenden Hitzeschutzfläche, und die anderen beiden (im Wesentlichen ein Bullauge mit zwei Gläsern) waren bereits Teil des Druckkreislaufs. Daher waren solche Bullaugen eher optischer als optischer Natur. Angesichts der Schlüsselrolle der Piloten bei der Steuerung von Apollo erschien diese Entscheidung eigentlich ganz logisch.

In der Apollo-Mondkabine bestanden alle drei Fenster selbst aus Einzelglas, waren aber außen durch Außenglas abgedeckt, das nicht Teil des Druckkreislaufs war, und innen durch innenliegendes Sicherheitsplexiglas. Anschließend wurden an Orbitalstationen weitere Einglasfenster eingebaut, deren Belastungen noch immer geringer sind als bei Landungsfahrzeugen von Raumfahrzeugen. Und bei einigen Raumschiffen, zum Beispiel auf den sowjetischen interplanetaren Stationen „Mars“ in den frühen 70er Jahren, waren tatsächlich mehrere Fenster (Doppelglaskompositionen) in einem Rahmen zusammengefasst.

Wenn sich ein Raumschiff im Orbit befindet, kann der Temperaturunterschied auf seiner Oberfläche einige hundert Grad betragen. Die Ausdehnungskoeffizienten von Glas und Metall sind naturgemäß unterschiedlich. Daher werden zwischen dem Glas und dem Metall des Käfigs Dichtungen angebracht. In unserem Land wurden sie vom Wissenschaftlichen Forschungsinstitut der Gummiindustrie behandelt. Das Design besteht aus vakuumbeständigem Gummi. Die Entwicklung solcher Dichtungen ist eine schwierige Aufgabe: Gummi ist ein Polymer, und die kosmische Strahlung „schneidet“ die Polymermoleküle schließlich in Stücke, wodurch „normaler“ Gummi einfach auseinanderkriecht.

Die vordere Verglasung der Buran-Kabine. Innen- und Außenteil des Buran-Bullauges

Bei näherer Betrachtung stellt sich heraus, dass sich die Gestaltung heimischer und amerikanischer „Fenster“ deutlich voneinander unterscheidet. Fast das gesamte Glas in Wohndesigns hat eine zylindrische Form (natürlich mit Ausnahme der Verglasung von geflügelten Fahrzeugen wie „Buran“ oder „Spiral“). Dementsprechend verfügt der Zylinder über eine Seitenfläche, die speziell behandelt werden muss, um Blendung zu minimieren. Zu diesem Zweck sind die reflektierenden Flächen im Inneren des Bullauges mit Spezialemail überzogen, die Seitenwände der Kammern teilweise sogar mit Halbsamt. Das Glas wird mit drei Gummiringen (wie sie ursprünglich genannt wurden – Gummidichtungen) abgedichtet.

Das Glas der amerikanischen Raumsonde Apollo hatte abgerundete Seitenflächen, über die eine Gummidichtung gespannt war, ähnlich einem Reifen auf einer Autofelge.

Während des Fluges ist es nicht mehr möglich, das Glas im Inneren des Fensters mit einem Tuch abzuwischen, daher sollten grundsätzlich keine Rückstände in die Kammer (den Raum zwischen dem Glas) gelangen. Außerdem sollte das Glas weder beschlagen noch gefrieren. Deshalb werden vor dem Start nicht nur die Tanks des Raumfahrzeugs gefüllt, sondern auch die Fenster – die Kammer wird mit besonders reinem trockenem Stickstoff oder trockener Luft gefüllt. Um das Glas selbst zu „entladen“, wird der Druck in der Kammer auf die Hälfte des Drucks im versiegelten Fach eingestellt. Schließlich ist es wünschenswert, dass die Innenfläche der Fachwände nicht zu heiß oder zu kalt ist. Zu diesem Zweck wird manchmal eine interne Plexiglasscheibe installiert.

Wenn man ein Raumschiff betrachtet, reißt man meist die Augen auf. Anders als bei einem Flugzeug oder einem U-Boot mit extrem schlanken Linien ragen viele verschiedene Blöcke, Strukturelemente, Rohrleitungen, Kabel von außen heraus ... Aber an Bord gibt es auch Details, die jedem auf den ersten Blick klar sind. Hier sind zum Beispiel die Bullaugen. Genau wie Flugzeuge oder Wasserflugzeuge! Tatsächlich ist das alles andere als wahr...

Schon zu Beginn der Raumfahrt stellte sich die Frage: „Was ist über Bord? Das wäre schön zu sehen!“ Das heißt, es gab diesbezüglich natürlich gewisse Überlegungen – Astronomen und Raumfahrtpioniere versuchten es, ganz zu schweigen von Science-Fiction-Autoren. In Jules Vernes Roman „Von der Erde zum Mond“ begeben sich die Helden in einer Hülle, die mit Glasfenstern mit Fensterläden ausgestattet ist, auf eine Mondexpedition. Die Figuren von Tsiolkovsky und Wells blicken durch große Fenster ins Universum.

In der Praxis schien das einfache Wort „Fenster“ für Entwickler von Raumfahrttechnologien inakzeptabel. Daher wird das, durch das Astronauten aus dem Raumschiff blicken können, nicht weniger als Spezialverglasung und weniger „zeremoniell“ als Bullaugen bezeichnet. Darüber hinaus ist das Bullauge selbst für Menschen ein visuelles Bullauge und für einige Geräte ein optisches Bullauge.

Fenster sind sowohl ein Strukturelement der Raumfahrzeughülle als auch ein optisches Gerät. Einerseits dienen sie dazu, die im Abteil befindlichen Instrumente und Besatzungsmitglieder vor dem Einfluss der äußeren Umgebung zu schützen, andererseits müssen sie die Möglichkeit zur Bedienung verschiedener optischer Geräte und zur visuellen Beobachtung bieten. Aber nicht nur Beobachtung – als sie auf beiden Seiten des Ozeans Ausrüstung für „Star Wars“ zogen, versammelten sie sich und zielten durch die Fenster von Kriegsschiffen.

Amerikaner und englischsprachige Raketenwissenschaftler im Allgemeinen sind über den Begriff „Bullauge“ verwirrt. Sie fragen noch einmal: „Sind das Fenster oder was?“ Auf Englisch ist alles einfach – ob im Haus oder im Shuttle-Fenster, und es gibt keine Probleme. Aber englische Seeleute sagen Bullauge. Russische Hersteller von Raumfahrtfenstern sind also im Geiste wahrscheinlich näher an ausländischen Schiffbauern.

Auf Beobachtungsraumfahrzeugen gibt es zwei Arten von Fenstern.

Der erste Typ trennt die im Druckraum befindliche Filmausrüstung (Objektiv, Kassettenteil, Bildempfänger und andere Funktionselemente) vollständig von der „feindlichen“ äußeren Umgebung. Raumschiffe vom Typ Zenit werden nach diesem Schema gebaut.

Die zweite Art von Bullauge trennt den Kassettenteil, Bildempfänger und andere Elemente von der äußeren Umgebung, während sich das Objektiv in einem unverschlossenen Fach, also im Vakuum, befindet. Dieses Schema wird bei Raumfahrzeugen vom Typ Yantar verwendet. Bei einer solchen Konstruktion werden die Anforderungen an die optischen Eigenschaften des Bullauges besonders hoch, da das Bullauge nun ein integraler Bestandteil des optischen Systems der Filmausrüstung und kein einfaches „Fenster in den Weltraum“ ist.

Es wurde angenommen, dass der Astronaut das Raumschiff anhand dessen steuern könnte, was er sehen konnte. Dies ist bis zu einem gewissen Grad gelungen. Besonders wichtig ist es, beim Andocken und bei der Landung auf dem Mond „nach vorne zu schauen“ – dort nutzten amerikanische Astronauten bei Landungen mehr als einmal manuelle Steuerungen.

Bei den meisten Astronauten bildet sich die psychologische Vorstellung von oben und unten abhängig von der Umgebung, und auch Bullaugen können dabei helfen. Schließlich dienen Bullaugen, wie Fenster auf der Erde, dazu, Räume zu beleuchten, wenn man über die beleuchtete Seite der Erde, des Mondes oder entfernter Planeten fliegt.

Wie jedes optische Gerät hat ein Schiffsfenster eine Brennweite (von einem halben bis fünfzig Kilometern) und viele andere spezifische optische Parameter.

Bei der Entwicklung der ersten Raumschiffe in unserem Land wurde die Entwicklung von Bullaugen anvertraut Forschungsinstitut für Luftfahrtglas des Ministeriums für Luftfahrtindustrie(jetzt das OJSC „Forschungsinstitut für Technisches Glas“). Sie waren auch an der Schaffung von „Fenstern zum Universum“ beteiligt. Staatliches Optisches Institut, benannt nach. S.I. Vavilova, Forschungsinstitut für Gummiindustrie, Mechanisches Werk Krasnogorsk und eine Reihe anderer Unternehmen und Organisationen. Die Region Moskau leistete einen großen Beitrag zum Schmelzen verschiedener Glasmarken, zur Herstellung von Bullaugen und einzigartigen Langbrennweitenobjektiven mit großer Apertur. Optisches Glaswerk Lytkarino.

Die Aufgabe erwies sich als äußerst schwierig. Früher dauerte es lange und war schwierig, die Herstellung von Flugzeugtaschenlampen zu beherrschen – das Glas verlor schnell seine Transparenz und wurde mit Rissen übersät. Neben der Gewährleistung der Transparenz erzwang der Vaterländische Krieg nach dem Krieg die Entwicklung von Panzerglas; die Erhöhung der Geschwindigkeit von Düsenflugzeugen führte nicht nur zu erhöhten Anforderungen an die Festigkeit, sondern auch zu der Notwendigkeit, die Eigenschaften der Verglasung während der Aerodynamik zu erhalten Heizung. Für Raumfahrtprojekte war das Glas, das für Vordächer und Flugzeugfenster verwendet wurde, nicht geeignet – die Temperaturen und Belastungen waren nicht gleich.

Es ist nicht unangebracht, sich an die Namen der Hauptentwickler der ersten Fenster am Aviation Glass Research Institute zu erinnern – S.M. Brechowskich, V.I. Alexandrov, S.E. Serebryannikova, Yu.I. Netschajew, L.A. Kalashnikova, F.T. Vorobyov, E.F. Postolskaya, L.V. King, V.P. Kolgankov, E.I. Tsvetkov, S.V. Volchanov, V.I. Krasin, E.G. Loginova und andere.

Aus vielen Gründen erlebten unsere amerikanischen Kollegen bei der Entwicklung ihres ersten Raumschiffs einen ernsthaften „Massenmangel“. Deshalb konnten sie sich einfach keinen Automatisierungsgrad der Schiffssteuerung leisten, der dem der Sowjetunion ähnelte, selbst unter Berücksichtigung leichterer Elektronik, und viele Funktionen zur Steuerung des Schiffes waren erfahrenen Testpiloten vorbehalten, die für das erste Kosmonautenkorps ausgewählt wurden. Darüber hinaus war in der Originalversion des ersten amerikanischen Raumschiffs Mercury (von dem man sagte, dass der Astronaut es nicht betrat, sondern auf sich selbst legte) das Pilotenfenster überhaupt nicht vorgesehen – nicht einmal die erforderlichen 10 kg zusätzliche Masse war nirgends zu finden.

Das Fenster erschien erst auf dringenden Wunsch der Astronauten selbst nach Shepards Erstflug. Ein echtes, vollwertiges „Pilotenfenster“ gab es nur auf der Gemini – in der Landeluke der Besatzung. Es war jedoch nicht rund, sondern hatte eine komplexe Trapezform, da der Pilot für die vollständige manuelle Kontrolle beim Andocken eine Sicht nach vorne benötigte; Auf der Sojus wurde zu diesem Zweck übrigens ein Periskop am Fenster des Abstiegsmoduls installiert. Die Amerikaner entwickelten Bullaugen von Corning, während die JDSU-Abteilung für die Glasbeschichtungen verantwortlich war.

Beim Kommandomodul des Mond-Apollo befand sich ebenfalls eines der fünf Fenster auf der Luke. Die anderen beiden, die die Annäherung beim Andocken an die Mondlandefähre sicherstellten, schauten nach vorne, und zwei weitere „seitliche“ ermöglichten einen Blick senkrecht zur Längsachse des Schiffes. Auf der Sojus gab es normalerweise drei Fenster am Abstiegsmodul und bis zu fünf am Serviceabteil. Vor allem auf Orbitalstationen gibt es Fenster – bis zu mehrere Dutzend, unterschiedlicher Form und Größe.

Ein wichtiger Schritt im „Fensterbau“ war die Herstellung von Verglasungen für Raumflugzeuge – Space Shuttle und Buran. Shuttles landen wie ein Flugzeug, was bedeutet, dass der Pilot vom Cockpit aus eine gute Sicht haben muss. Daher stellten sowohl amerikanische als auch inländische Entwickler sechs große Fenster mit komplexer Form zur Verfügung. Plus ein Paar im Dach der Kabine – dies soll das Andocken gewährleisten. Außerdem gibt es im hinteren Teil der Kabine Fenster für den Transport von Nutzlasten. Und schließlich entlang des Bullauges an der Einstiegsluke.

In dynamischen Flugphasen sind die Frontscheiben von Shuttle oder Buran völlig anderen Belastungen ausgesetzt als die Scheiben herkömmlicher Landeanfluggeräte. Daher ist die Berechnung der Festigkeit hier anders. Und wenn sich das Shuttle bereits im Orbit befindet, gibt es „zu viele“ Fenster – die Kabine überhitzt und die Besatzung erhält zusätzliches „ultraviolettes Licht“. Daher sind während eines Orbitalflugs einige Fenster in der Shuttle-Kabine mit Kevlar-Fensterläden verschlossen. Aber der Buran hatte eine photochrome Schicht in den Fenstern, die sich bei Einwirkung von ultravioletter Strahlung verdunkelte und kein „Extra“ in die Kabine ließ.

Der Hauptteil des Bullauges besteht natürlich aus Glas. „Für den Weltraum“ wird kein gewöhnliches Glas verwendet, sondern Quarz. Während der „Wostok“-Ära war die Auswahl nicht besonders groß – es gab nur die Marken SK und KV (letzteres ist nichts anderes als Quarzglas). Später wurden viele weitere Glasarten hergestellt und getestet (KV10S, K-108). Sie haben sogar versucht, SO-120-Plexiglas im Weltraum zu verwenden. Amerikaner kennen die Marke Vycor für thermisch und schlagfestes Glas.

Bei Apollo und Space Shuttle sind die „Fenster“ ebenfalls meist aus drei Gläsern, aber die Amerikaner haben den Mercury, ihre „erste Schwalbe“, mit einem Bullauge aus vier Gläsern ausgestattet.

Wenn sich ein Raumschiff im Orbit befindet, kann der Temperaturunterschied auf seiner Oberfläche einige hundert Grad betragen. Die Ausdehnungskoeffizienten von Glas und Metall sind naturgemäß unterschiedlich. Daher werden zwischen dem Glas und dem Metall des Käfigs Dichtungen angebracht. In unserem Land wurden sie vom Wissenschaftlichen Forschungsinstitut der Gummiindustrie behandelt. Das Design besteht aus vakuumbeständigem Gummi. Die Entwicklung solcher Dichtungen ist eine schwierige Aufgabe: Gummi ist ein Polymer, und die kosmische Strahlung „zerhackt“ die Polymermoleküle schließlich in Stücke, wodurch „normaler“ Gummi einfach auseinanderkriecht.

Das Glas der amerikanischen Raumsonde Apollo hatte abgerundete Seitenflächen, über die eine Gummidichtung gespannt war, ähnlich einem Reifen auf einer Autofelge.

Während des Fluges ist es nicht mehr möglich, die Glasinnenseite des Fensters mit einem Tuch abzuwischen, daher sollten grundsätzlich keine Fremdkörper in die Kammer (den Raum zwischen den Glasscheiben) gelangen. Außerdem sollte das Glas weder beschlagen noch gefrieren. Deshalb werden vor dem Start nicht nur die Tanks des Raumfahrzeugs gefüllt, sondern auch die Fenster – die Kammer wird mit besonders reinem trockenem Stickstoff oder trockener Luft gefüllt. Um das Glas selbst zu „entladen“, wird der Druck in der Kammer auf die Hälfte des Drucks im versiegelten Fach eingestellt. Schließlich ist es wünschenswert, dass die Innenfläche der Fachwände nicht zu heiß oder zu kalt ist. Zu diesem Zweck wird manchmal eine interne Plexiglasscheibe installiert.

Glas ist kein Metall; es zerfällt anders. Hier entstehen keine Dellen – es entsteht ein Riss. Die Festigkeit von Glas hängt hauptsächlich von der Beschaffenheit seiner Oberfläche ab. Daher wird es durch die Beseitigung von Oberflächenfehlern – Mikrorisse, Kerben, Kratzer – verstärkt. Dazu wird Glas geätzt und gehärtet. Glas, das in optischen Instrumenten verwendet wird, wird jedoch nicht auf diese Weise behandelt. Ihre Oberfläche wird durch den sogenannten Tiefschliff gehärtet. Zu Beginn der 70er Jahre konnte das äußere Glas optischer Fenster durch Ionenaustausch gestärkt werden, was eine Erhöhung der Abriebfestigkeit ermöglichte.

Um die Lichtdurchlässigkeit zu verbessern, ist das Glas mit einer mehrschichtigen Antireflexbeschichtung versehen. Sie können Zinnoxid oder Indium enthalten. Solche Beschichtungen erhöhen die Lichtdurchlässigkeit um 10–12 % und werden mittels reaktiver Kathodenzerstäubung aufgebracht. Darüber hinaus absorbiert Indiumoxid Neutronen gut, was beispielsweise bei einem bemannten interplanetaren Flug nützlich ist. Indium ist im Allgemeinen der „Stein der Weisen“ der Glasindustrie, und nicht nur der Glasindustrie. Indiumbeschichtete Spiegel reflektieren den Großteil des Spektrums gleichmäßig. In Reibeinheiten verbessert Indium die Abriebfestigkeit deutlich.

Während des Fluges können Fenster auch von außen verschmutzen. Nach Beginn der Flüge im Rahmen des Gemini-Programms stellten die Astronauten fest, dass sich Dämpfe der Hitzeschutzbeschichtung auf dem Glas absetzten. Raumfahrzeuge erhalten im Flug im Allgemeinen eine sogenannte Begleitatmosphäre. Aus den Druckräumen tritt etwas aus, kleine Partikel der Siebvakuum-Wärmedämmung „hängen“ neben dem Schiff und beim Betrieb der Lageregelungsmotoren entstehen Verbrennungsprodukte von Kraftstoffkomponenten ... Im Allgemeinen gibt es mehr als genug Ablagerungen und Schmutz, um nicht nur die Sicht zu „verderben“, sondern beispielsweise auch den Betrieb der Fotoausrüstung an Bord zu stören.

Entwickler interplanetarer Raumstationen aus NPO im. S.A. Lawotschkina Sie sagen, dass während des Fluges der Raumsonde zu einem der Kometen zwei „Köpfe“ – Kerne – in seiner Zusammensetzung entdeckt wurden. Dies wurde als wichtige wissenschaftliche Entdeckung anerkannt. Dann stellte sich heraus, dass der zweite „Kopf“ durch Beschlagen des Bullauges entstand, was zur Wirkung eines optischen Prismas führte.

Die Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung der Sonne und kosmischer Strahlung mit Glas ist im Allgemeinen ein komplexes Phänomen. Die Absorption von Strahlung durch Glas kann zur Bildung sogenannter „Farbzentren“ führen, also zu einer Verringerung der anfänglichen Lichtdurchlässigkeit, und auch zu Lumineszenz, da ein Teil der absorbierten Energie sofort in Form von Licht abgegeben werden kann Quanten.

Durch die Lumineszenz des Glases entsteht ein zusätzlicher Hintergrund, der den Bildkontrast verringert, das Rausch-Signal-Verhältnis erhöht und die normale Funktion des Geräts unmöglich machen kann. Daher muss Glas, das in optischen Fenstern verwendet wird, neben einer hohen strahlungsoptischen Stabilität auch eine geringe Lumineszenz aufweisen. Die Größe der Lumineszenzintensität ist für optische Gläser, die unter Strahlungseinfluss arbeiten, nicht weniger wichtig als die Farbbeständigkeit.

Nach dem ersten Flugjahr finden sich auf den Außenflächen von Langzeitorbitalstationen Krater und Kratzer mit einer Größe von eineinhalb Millimetern. Während der größte Teil der Oberfläche vor meteorischen und vom Menschen verursachten Partikeln geschützt werden kann, können die Fenster auf diese Weise nicht geschützt werden.

In gewisser Weise helfen auch Gegenlichtblenden, die manchmal an den Fenstern angebracht werden und durch die beispielsweise Bordkameras funktionieren. Bei der ersten amerikanischen Orbitalstation Skylab ging man davon aus, dass die Fenster teilweise durch Strukturelemente abgeschirmt würden. Aber die radikalste und zuverlässigste Lösung besteht natürlich darin, die „Orbital“-Fenster von außen mit steuerbaren Abdeckungen abzudecken. Diese Lösung wurde insbesondere bei der sowjetischen Orbitalstation Saljut-7 der zweiten Generation angewendet.

Es gibt immer mehr „Müll“ im Orbit. Auf einem der Shuttle-Flüge hinterließ etwas, das offensichtlich von Menschenhand geschaffen war, einen ziemlich auffälligen Schlaglochkrater auf einem der Fenster. Das Glas hat überlebt, aber wer weiß, was das nächste Mal passieren könnte? Dies ist übrigens einer der Gründe für die große Besorgnis der „Weltraumgemeinschaft“ über die Probleme des Weltraummülls. Insbesondere in unserem Land, Professor Samara State Aerospace University L.G. Lukaschew.

Die Fenster der Abstiegsfahrzeuge funktionieren unter noch schwierigeren Bedingungen. Beim Abstieg in die Atmosphäre geraten sie in eine Wolke aus Hochtemperaturplasma. Zusätzlich zum Druck aus dem Innenraum wirkt beim Abstieg ein Außendruck auf das Fenster. Und dann kommt die Landung – oft auf Schnee, manchmal im Wasser. Gleichzeitig kühlt das Glas stark ab. Daher wird hier besonderes Augenmerk auf Festigkeitsfragen gelegt.

„Die Einfachheit des Bullauges–Das ist ein offensichtliches Phänomen. Einige Optiker sagen, dass man ein flaches Bullauge schaffen soll–Die Aufgabe ist komplexer als die Herstellung einer sphärischen Linse, da der Bau eines Mechanismus mit „exakter Unendlichkeit“ viel schwieriger ist als der eines Mechanismus mit endlichem Radius, also einer sphärischen Oberfläche. Dennoch gab es nie Probleme mit den Fenstern“,- Dies ist wahrscheinlich die beste Einschätzung für eine Raumfahrzeugbaugruppe, insbesondere wenn sie aus dem Mund stammt Georgy Fomin, in der jüngeren Vergangenheit - erster stellvertretender Generaldesigner des staatlichen wissenschaftlichen Forschungs- und Designzentrums „TsSKB – Progress“.

Vor nicht allzu langer Zeit – am 8. Februar 2010, nach dem Shuttle-Flug STS-130 – erschien auf der Internationalen Raumstation eine Beobachtungskuppel, bestehend aus mehreren großen viereckigen Fenstern und einem runden Achthundert-Millimeter-Fenster.

Das Cupola-Modul ist für Erdbeobachtungen und die Arbeit mit einem Manipulator konzipiert. Es wurde vom europäischen Konzern Thales Alenia Space entwickelt und von italienischen Maschinenbauingenieuren in Turin gebaut.

Damit halten heute die Europäer den Rekord – so große Fenster wurden weder in den USA noch in Russland in die Umlaufbahn gebracht. Auch die Entwickler verschiedener „Weltraumhotels“ der Zukunft sprechen von riesigen Fenstern und betonen deren besondere Bedeutung für künftige Weltraumtouristen. Der „Fensterbau“ hat also eine große Zukunft und Fenster bleiben weiterhin eines der Schlüsselelemente bemannter und unbemannter Raumfahrzeuge.

"Kuppel"–Wirklich cooles Zeug! Wenn man durch ein Bullauge auf die Erde blickt, ist es, als würde man durch eine Schießscharte blicken. Und in der „Kuppel“ gibt es eine 360-Grad-Ansicht, man kann alles sehen! Von hier aus sieht die Erde aus wie eine Karte, ja, vor allem ähnelt sie einer geografischen Karte. Man kann sehen, wie die Sonne untergeht, wie sie aufgeht, wie die Nacht naht ... Man sieht all diese Schönheit mit einer Art Gefrieren im Inneren.“

Aus dem Tagebuch des Kosmonauten Maxim Suraev.

Das Mehrzweck-Transportraumschiff Orion wird seit Mitte der 2000er Jahre von der NASA und Lockheed Martin entwickelt und absolvierte bereits im Dezember 2014 seinen ersten unbemannten Testflug. Mit Hilfe von Orion werden Fracht und Astronauten in den Weltraum befördert, aber das ist noch nicht alles, wozu dieses Schiff fähig ist. In Zukunft wird es Orion sein, der Menschen auf die Mond- und Marsoberfläche bringen muss. Bei der Entwicklung des Schiffes haben die Entwickler viele interessante Technologien und neue Materialien eingesetzt, von denen wir Ihnen heute eines erzählen möchten.

Wenn Astronauten auf Asteroiden, den Mond oder den Mars zufliegen, werden sie durch kleine Fenster in der Hülle des Raumschiffs mit atemberaubenden Ausblicken auf den Weltraum verwöhnt. NASA-Ingenieure streben danach, diese Fenster zum Weltraum stärker, leichter und kostengünstiger herzustellen als frühere Raumfahrzeuge.

Bei der ISS und dem Space Shuttle bestanden die Fenster aus Verbundglas. Im Fall der Orion kommt erstmals Acrylkunststoff zum Einsatz, was die Integrität der Schiffsfenster deutlich verbessern wird.

„Glasfensterscheiben waren in der Vergangenheit Teil der Schiffshülle, sie sorgten für den nötigen Druck im Schiffsinneren und verhinderten den Tod von Astronauten.“ Das Glas soll die Besatzung zudem bestmöglich vor der enormen Temperatur beim Eintritt in die Erdatmosphäre schützen. Der Hauptnachteil von Glas ist jedoch seine strukturelle Unvollkommenheit. Bei starker Belastung nimmt die Festigkeit von Glas mit der Zeit ab. Bei Flügen im Weltraum kann diese Schwachstelle ein grausamer Scherz auf dem Schiff sein“, sagt Linda Estes, Leiterin der Abteilung Fenstersubsysteme bei der NASA.

Gerade weil Glas kein ideales Material für Bullaugen ist, sind Ingenieure ständig auf der Suche nach einem geeigneteren Material dafür. Es gibt viele strukturstabile Materialien auf der Welt, aber nur wenige sind transparent genug, um für die Herstellung von Bullaugen verwendet zu werden.

In den frühen Stadien der Orion-Entwicklung versuchte die NASA, Polycarbonate als Material für die Fenster zu verwenden, diese erfüllten jedoch nicht die optischen Anforderungen, die für die Erstellung hochauflösender Bilder erforderlich waren. Danach wechselten die Ingenieure zum Material Acryl, das höchste Transparenz und enorme Festigkeit bot. In den USA werden riesige Aquarien aus Acryl hergestellt, die ihre Bewohner vor der für sie potenziell gefährlichen Umwelt schützen und gleichzeitig einem enormen Wasserdruck standhalten.

Heute ist Orion mit vier in das Besatzungsmodul eingebauten Fenstern sowie zusätzlichen Fenstern in jeder der beiden Luken ausgestattet. Jedes Bullauge besteht aus drei Paneelen. Die Innenplatte besteht aus Acryl, die anderen beiden sind weiterhin aus Glas. In dieser Form war Orion bereits bei seinem ersten Testflug im Weltraum. In diesem Jahr müssen die NASA-Ingenieure entscheiden, ob sie zwei Acrylplatten und ein Glas in den Fenstern verwenden können.

In den kommenden Monaten werden Linda Estes und ihr Team einen sogenannten „Kriechtest“ an den Acrylplatten durchführen. Kriechen ist in diesem Fall eine langsame Verformung eines Festkörpers, die im Laufe der Zeit unter dem Einfluss einer konstanten Belastung oder mechanischen Beanspruchung auftritt. Ausnahmslos alle Feststoffe unterliegen dem Kriechen – sowohl kristallin als auch amorph. Acrylplatten werden 270 Tage lang unter enormen Belastungen getestet.

Acrylfenster sollen das Orion-Schiff deutlich leichter machen, und ihre strukturelle Festigkeit eliminiert das Risiko, dass die Fenster durch versehentliche Kratzer und andere Beschädigungen zerbrechen. Laut NASA-Ingenieuren können sie dank Acrylplatten das Gewicht des Schiffes um mehr als 90 Kilogramm reduzieren. Durch die Reduzierung der Masse wird es deutlich günstiger, ein Schiff ins All zu schicken.

Durch die Umstellung auf Acrylplatten werden auch die Kosten für den Bau von Schiffen der Orion-Klasse gesenkt, da Acryl viel billiger als Glas ist. Allein bei den Fenstern können beim Bau eines Raumfahrzeugs etwa 2 Millionen US-Dollar eingespart werden. Vielleicht wird man Glasscheiben in Zukunft komplett aus Fenstern verbannen, aber dafür sind vorerst noch weitere gründliche Tests nötig.

Sie begeben sich auf eine Mondexpedition in einer Hülle, die mit Glasfenstern mit Fensterläden ausgestattet ist. Die Figuren von Tsiolkovsky und Wells blicken durch große Fenster ins Universum.

In der Praxis schien das einfache Wort „Fenster“ für Entwickler von Raumfahrttechnologien inakzeptabel. Daher wird das, durch das Astronauten aus dem Raumschiff blicken können, nicht weniger als Spezialverglasung und weniger „zeremoniell“ als Bullaugen bezeichnet. Darüber hinaus ist das Bullauge für Personen ein optisches Bullauge und für einige Geräte ein optisches Bullauge.

Fenster sind sowohl ein Strukturelement der Raumfahrzeughülle als auch ein optisches Gerät. Einerseits dienen sie dazu, die im Abteil befindlichen Instrumente und Besatzungsmitglieder vor dem Einfluss der äußeren Umgebung zu schützen, andererseits müssen sie die Möglichkeit zur Bedienung verschiedener optischer Geräte und zur visuellen Beobachtung bieten. Aber es ging nicht nur ums Beobachten – wenn auf beiden Seiten des Ozeans Ausrüstung für „Star Wars“ gezogen wurde, versammelten sie sich und zielten durch die Fenster von Kriegsschiffen.

Auf Beobachtungsraumfahrzeugen gibt es zwei Arten von Fenstern. Der erste Typ trennt die im Druckraum befindliche Filmausrüstung (Objektiv, Kassettenteil, Bildempfänger und andere Funktionselemente) vollständig von der „feindlichen“ äußeren Umgebung. Raumschiffe vom Typ Zenit werden nach diesem Schema gebaut. Die zweite Art von Bullauge trennt den Kassettenteil, Bildempfänger und andere Elemente von der äußeren Umgebung, während sich das Objektiv in einem unverschlossenen Fach, also im Vakuum, befindet. Dieses Schema wird bei Raumfahrzeugen vom Typ Yantar verwendet. Bei einer solchen Konstruktion werden die Anforderungen an die optischen Eigenschaften des Bullauges besonders hoch, da das Bullauge nun ein integraler Bestandteil des optischen Systems der Filmausrüstung und kein einfaches „Fenster in den Weltraum“ ist.

Wie jedes optische Gerät hat ein Schiffsfenster eine Brennweite (von einem halben bis fünfzig Kilometern) und viele andere spezifische optische Parameter.

UNSERE GLASER SIND DIE BESTEN DER WELT

Als in unserem Land die ersten Raumschiffe gebaut wurden, wurde die Entwicklung von Fenstern dem Forschungsinstitut für Luftfahrtglas des Ministeriums für Luftfahrtindustrie (heute OJSC Wissenschaftliches Forschungsinstitut für technisches Glas) anvertraut. Das nach ihm benannte Staatliche Optische Institut. S. I. Vavilova, Forschungsinstitut für Gummiindustrie, Krasnogorsk Mechanical Plant und eine Reihe anderer Unternehmen und Organisationen. Das optische Glaswerk Lytkarinsky in der Nähe von Moskau leistete einen großen Beitrag zum Schmelzen verschiedener Glasmarken, zur Herstellung von Bullaugen und einzigartigen Langfokuslinsen mit großen Aperturen.

Die Aufgabe erwies sich als äußerst schwierig. Früher dauerte es lange und war schwierig, die Herstellung von Flugzeuglichtern zu beherrschen – das Glas verlor schnell seine Transparenz und wurde mit Rissen übersät. Neben der Gewährleistung der Transparenz erzwang der Vaterländische Krieg nach dem Krieg die Entwicklung von Panzerglas; die Erhöhung der Geschwindigkeit von Düsenflugzeugen führte nicht nur zu erhöhten Anforderungen an die Festigkeit, sondern auch zu der Notwendigkeit, die Eigenschaften der Verglasung während der Aerodynamik zu erhalten Heizung. Für Weltraumprojekte war das Glas, das für Laternen und Flugzeugfenster verwendet wurde, nicht geeignet – die Temperaturen und Belastungen waren nicht gleich.

Die ersten Weltraumfenster wurden in unserem Land auf der Grundlage des Beschlusses des Zentralkomitees der KPdSU und des Ministerrats der UdSSR Nr. 569-264 vom 22. Mai 1959 entwickelt, der den Beginn der Vorbereitungen für bemannte Flüge vorsah . Sowohl in der UdSSR als auch in den USA waren die ersten Bullaugen rund – diese waren einfacher zu berechnen und herzustellen. Darüber hinaus konnten inländische Schiffe in der Regel ohne menschliches Eingreifen gesteuert werden, und dementsprechend war kein allzu guter Überblick über Flugzeuge erforderlich. Gagarins Wostok hatte zwei Fenster. Einer befand sich an der Einstiegsluke des Abstiegsfahrzeugs, direkt über dem Kopf des Astronauten, der andere befand sich zu seinen Füßen im Rumpf des Abstiegsfahrzeugs. Es ist keineswegs unangebracht, sich an die Namen der Hauptentwickler der ersten Fenster am Aviation Glass Research Institute zu erinnern – das sind S.M. Brekhovskikh, V.I. Alexandrov, H. E. Serebryannikova, Yu. I. Nechaev, L. A. Kalashnikova, F. T. Vorobyov, E. F. Postolskaya, L. V. Korol, V. P. Kolgankov, E. I. Tsvetkov, S. V. Volchanov, V. I. Krasin, E. G. Loginova und andere.

Aus vielen Gründen erlebten unsere amerikanischen Kollegen bei der Entwicklung ihres ersten Raumschiffs einen ernsthaften „Massenmangel“. Deshalb konnten sie sich einfach keinen Automatisierungsgrad der Schiffssteuerung leisten, der dem der Sowjetunion ähnelte, selbst unter Berücksichtigung leichterer Elektronik, und viele Funktionen zur Steuerung des Schiffes waren erfahrenen Testpiloten vorbehalten, die für das erste Kosmonautenkorps ausgewählt wurden. Gleichzeitig war in der Originalversion des ersten amerikanischen Raumschiffs „Mercury“ (von dem man sagte, dass der Astronaut es nicht betritt, sondern auf sich selbst setzt) das Pilotenfenster überhaupt nicht vorgesehen – nicht einmal das Die erforderlichen 10 kg Zusatzmasse waren nirgends zu finden.

Ein wichtiger Schritt im Fensterbau war die Schaffung von Verglasungen für Raumflugzeuge – Space Shuttle und Buran. Shuttles landen wie ein Flugzeug, was bedeutet, dass der Pilot vom Cockpit aus eine gute Sicht haben muss. Daher stellten sowohl amerikanische als auch inländische Entwickler sechs große Fenster mit komplexer Form zur Verfügung. Plus ein Paar im Dach der Kabine – dies soll das Andocken gewährleisten. Plus Fenster im hinteren Teil der Kabine – für Einsätze mit Nutzlast. Und schließlich entlang des Bullauges an der Einstiegsluke.

RAHMEN, FENSTERLÄDEN, KLAMMERN, GESCHNITZTE FENSTER ...

Bei Apollo und Space Shuttle sind die „Fenster“ ebenfalls meist aus drei Gläsern, aber die Amerikaner statteten Mercury, ihre „erste Schwalbe“, mit einem Bullauge aus vier Gläsern aus.

Die vordere Verglasung der Buran-Kabine. Innen- und Außenteil des Buran-Bullauges

Das Glas der amerikanischen Raumsonde Apollo hatte abgerundete Seitenflächen, über die eine Gummidichtung gespannt war, ähnlich einem Reifen auf einer Autofelge.

Das Licht war ein Keil für Indien. DAS OBJEKTIV HAT, WAS WIR BRAUCHEN!

Um die Lichtdurchlässigkeit zu verbessern, ist das Glas mit einer mehrschichtigen Antireflexbeschichtung versehen. Sie können Zinnoxid oder Indium enthalten. Solche Beschichtungen erhöhen die Lichtdurchlässigkeit um 10–12 % und werden mittels reaktiver Kathodenzerstäubung aufgetragen. Darüber hinaus absorbiert Indiumoxid Neutronen gut, was beispielsweise bei einem bemannten interplanetaren Flug nützlich ist. Indium ist im Allgemeinen der „Stein der Weisen“ der Glasindustrie, und nicht nur der Glasindustrie. Indiumbeschichtete Spiegel reflektieren den Großteil des Spektrums gleichmäßig. In Reibeinheiten verbessert Indium die Abriebfestigkeit deutlich.

Entwickler interplanetarer Raumstationen von NPO benannt nach. S.A. Lavochkina sagt, dass während des Fluges der Raumsonde zu einem der Kometen zwei „Köpfe“ – Kerne – in seiner Zusammensetzung entdeckt wurden. Dies wurde als wichtige wissenschaftliche Entdeckung anerkannt. Dann stellte sich heraus, dass der zweite „Kopf“ durch Beschlagen des Bullauges entstand, was zur Wirkung eines optischen Prismas führte.

Die Lichtdurchlässigkeit der Fenster sollte sich nicht verändern, wenn sie ionisierender Strahlung aus kosmischer Hintergrundstrahlung und kosmischer Strahlung, auch infolge von Sonneneruptionen, ausgesetzt wird. Die Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung der Sonne und kosmischer Strahlung mit Glas ist im Allgemeinen ein komplexes Phänomen. Die Absorption von Strahlung durch Glas kann zur Bildung sogenannter „Farbzentren“ führen, also zu einer Verringerung der anfänglichen Lichtdurchlässigkeit, und auch zu Lumineszenz, da ein Teil der absorbierten Energie sofort in Form von Licht abgegeben werden kann Quanten. Durch die Lumineszenz des Glases entsteht ein zusätzlicher Hintergrund, der den Bildkontrast verringert, das Rausch-Signal-Verhältnis erhöht und die normale Funktion des Geräts unmöglich machen kann. Daher muss Glas, das in optischen Fenstern verwendet wird, neben einer hohen strahlungsoptischen Stabilität auch eine geringe Lumineszenz aufweisen. Die Größe der Lumineszenzintensität ist für optische Gläser, die unter Strahlungseinfluss arbeiten, nicht weniger wichtig als die Farbbeständigkeit.

Unter den Faktoren der Raumfahrt ist der Einschlag von Mikrometeoren einer der gefährlichsten für Fenster. Dies führt zu einem schnellen Abfall der Festigkeit des Glases. Auch seine optischen Eigenschaften verschlechtern sich. Nach dem ersten Flugjahr finden sich auf den Außenflächen von Langzeitorbitalstationen Krater und Kratzer mit einer Größe von eineinhalb Millimetern. Während der größte Teil der Oberfläche vor meteorischen und vom Menschen verursachten Partikeln geschützt werden kann, können die Fenster auf diese Weise nicht geschützt werden. In gewisser Weise helfen auch Gegenlichtblenden, die manchmal an den Fenstern angebracht werden und durch die beispielsweise Bordkameras funktionieren. Bei der ersten amerikanischen Orbitalstation Skylab ging man davon aus, dass die Fenster teilweise durch Strukturelemente abgeschirmt würden. Aber die radikalste und zuverlässigste Lösung besteht natürlich darin, die „Orbital“-Fenster von außen mit steuerbaren Abdeckungen abzudecken. Diese Lösung wurde insbesondere bei der sowjetischen Orbitalstation Saljut-7 der zweiten Generation angewendet.

Es gibt immer mehr „Müll“ im Orbit. Auf einem der Shuttle-Flüge hinterließ etwas, das offensichtlich von Menschenhand geschaffen war, einen ziemlich auffälligen Schlaglochkrater auf einem der Fenster. Das Glas hat überlebt, aber wer weiß, was das nächste Mal passieren könnte? Dies ist übrigens einer der Gründe für die große Besorgnis der „Weltraumgemeinschaft“ über die Probleme des Weltraummülls. In unserem Land werden die Probleme des Mikrometeoriteneinschlags auf die Strukturelemente von Raumfahrzeugen, einschließlich Fenstern, insbesondere vom Professor der Samara State Aerospace University L.G. aktiv untersucht.

„Die Einfachheit des Bullauges ist ein offensichtliches Phänomen. Einige Optiker sagen, dass die Herstellung eines flachen Illuminators eine schwierigere Aufgabe sei als die Herstellung einer sphärischen Linse, da der Bau eines „präzisen Unendlichkeitsmechanismus“ viel schwieriger sei als der eines Mechanismus mit einem endlichen Radius, also einer sphärischen Oberfläche. Und dennoch gab es nie Probleme mit den Fenstern“ – das ist wahrscheinlich die beste Einschätzung für die Raumfahrzeugeinheit, insbesondere wenn sie in jüngster Vergangenheit aus den Lippen von Georgy Fomin kam – dem ersten stellvertretenden Generalkonstrukteur des State Scientific Forschungs- und Produktionsraumzentrum „TsSKB – Fortschritt“.

WIR SIND ALLE UNTER DER „KUPPEL“ EUROPAS

Kuppel-Übersichtsmodul

„Dome“ ist eine wirklich coole Sache! Wenn man durch ein Bullauge auf die Erde blickt, ist es, als würde man durch eine Schießscharte blicken. Und in der „Kuppel“ gibt es eine 360-Grad-Ansicht, man kann alles sehen! Von hier aus sieht die Erde aus wie eine Karte, ja, vor allem ähnelt sie einer geografischen Karte. Sie können sehen, wie die Sonne untergeht, wie sie aufgeht, wie die Nacht naht ... Sie sehen all diese Schönheit mit einer Art Gefrieren im Inneren.

Typ

oder

Woraus bestehen die Fenster der Orion-Raumsonde? Fenster der Raumsonde Orion: Woraus bestehen sie?

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