Здесь мы расскажем об одной из таких работ - о создании стекол для гермошлемов космических скафандров.

Сегодня трудно установить, кто и когда впервые задумался о выходе человека в открытое космическое пространство. Для начала человек должен был проникнуть в космос в корабле, как это и сделал Ю. А. Гагарин в апреле 1961 г. А в декабре того же года, подводя на страницах «Правды» итоги первых полетов, Сергей Павлович Королев писал: «...Летая в космос, нельзя не выходить в космос, как, плавая, скажем, в океане, нельзя бояться упасть за борт и не учиться плавать».

Королев принадлежал к тем ученым, слова которых не расходились с делом. Уже в марте 1965 г. Алексей Архипович Леонов первым из людей вышел в открытое космическое пространство — в специально для этого созданном «выходном» костюме.

При полете в космическом корабле (или на космической станции) от ионизирующего излучения, вакуума, сверхнизких температур человека защищает оболочка корабля; впрочем, во время некоторых солнечных вспышек и она становится проницаемой для космических лучей. Первые наши космонавты и внутри корабля постоянно находились в скафандрах — на всякий случай. Только в трехместный «Восход-1» космонавты вошли в обычных тренировочных костюмах. Однако вне корабля человека должен защищать только специальный костюм.

Особенно сложно защитить лицо и глаза космонавта — таким образом, чтобы он мог вести наблюдения и работать. Для этого необходимы светофильтры. Как и многие другие детали «выходного» костюма, они изготовляются на полимерной основе. Ведь светофильтр должен быть легким, прочным, упругим, стойким к ударам, прозрачным, при сложной форме он не должен давать оптических искажений. Всем этим требованиям удовлетворяет только органическое стекло.

Вообще у органических стекол разный состав; в авиации широко используются полиакрилатные стекла на основе эфиров акриловой кислоты, например, полиметилметакрилата. С него и начали.

Летчики-высотники уже использовали в то время светофильтры из дымчатого органического стекла. При его изготовлении органический краситель вводят прямо в мономер — метилметакрилат. Однако испытания показали, что под действием облучения краситель разлагается и прозрачность стекла недопустимо возрастает. Тогда было решено сделать фильтр такой конструкции: основа — дымчатое оргстекло, а на его наружной поверхности — тонкое полупрозрачное металлическое покрытие, защищающее основу от выгорания.

К разработке светофильтров приступили в начале шестидесятых годов во Всесоюзном институте авиационных материалов (ВИАМ). Мы знали, что американцы в то же время создавали аналогичные светофильтры для своих астронавтов. Металлические светофильтрующие покрытия они получали химическим восстановлением металла. Мы воспользовались другим методом — термическим испарением металла в вакууме. Пары металла, конденсируясь на поверхности стекла, формируют покрытие.

Как это часто случается, в ходе экспериментов начались неприятности. В вакуумной камере оргстекло становилось мутным — диффундировал пластификатор. Покрытие равной толщины на выпуклой поверхности конденсироваться не хотело, поскольку металлический пар распространяется в вакууме подобно световым лучам. Пришлось сконструировать испаритель, поверхность которого состояла из тонких вольфрамовых проволочек и была параллельна той поверхности, на которую наносился металл. Наконец, все было готово: тонкое алюминиевое покрытие защитили прозрачным лаком, светофильтры вмонтировали в гермошлемы. 18 марта 1965 г. второй пилот «Восхода-2» А. А. Леонов вышел в космическое пространство и удалился от корабля на 5 метров. На встрече с журналистами после полета «Восхода-2» С. П. Королев сказал: «Мы... всерьез думаем над тем, что космонавт, вышедший в космос, должен уметь выполнять все необходимые ремонтно-производственные работы, вплоть до того, чтобы произвести нужную там сварку...»

А. А. Леонов находился вне шлюзовой камеры недолго, чуть больше 12 минут. Однако интенсивность космических лучей оказалась выше расчетной, и светофильтр начал светлеть. Из-за этого температура под гермошлемом стала расти. Чтобы не обжечь лицо, космонавт вынужден был загораживаться рукой от прямых солнечных лучей. И хотя светофильтр позволил А. А. Леонову выполнить задание, космос преподнес нам очередной урок.

В чем же была ошибка? Даже сейчас, после многочисленных экспериментов в открытом космосе, мы далеко не все еще знаем о свойствах космических лучей и не умеем точно моделировать их воздействие. А тогда, в начале 60-х, мы просто не имели возможности испытать все части скафандра в реальных условиях и не могли поэтому полностью предусмотреть последствий космической радиации. Лабораторные исследования стекол, проведенные после возвращения на Землю, показали, что покрытие не изменилось, а вот затемняющий краситель выгорел даже под действием той малой доли излучения, которая проникла сквозь алюминиевое покрытие.

Казалось бы, очевидный выход из положения — взять более стойкие, не органические, а минеральные красители. Но оказалось, что их не так-то просто равномерно распределить в полимерной матрице. И, что еще важнее, частички красителя, независимо от их природы, поглощают излучение, из-за чего температура светофильтра недопустимо растет. Как только мы это осознали, само собой пришло решение: излучение нужно не поглощать, а отражать.

Начиная работать над фильтрами второго поколения, мы располагали гораздо более полной информацией — в нашем распоряжении были результаты космических экспериментов и построенная в знаменитом ГОИ — Государственном оптическом институте им. С. И. Вавилова — теоретическая кривая спектрального пропускания фильтра. Основой новых светофильтров по-прежнему служило органическое стекло, но уже бесцветное, поэтому покрытие стали наносить не на внешнюю, а на внутреннюю их поверхность, что гораздо проще.

К идеальной кривой пропускания ближе всего подходило золотое покрытие, но космонавту в этом случае помешало бы его собственное зеркальное отражение. Тогда на золотое нанесли еще одно покрытие, с низкой отражающей способностью, на основе соли меди. Эти покрытия чередовались с лаковыми слоями. Так получился комбинированный материал, свойства которого приближались к теоретическому идеалу.

16 января 1969 г. А. С. Елисеев и Е. В. Хрунов в скафандрах и гермошлемах, оснащенных нашими светофильтрами, перешли через открытый космос с «Союза-5» на «Союз-4». На этот раз космонавты провели в космосе 37 минут, претензий к светофильтрам не было.

Примерно через десять лет после этого технология вакуумной металлизации была перенесена непосредственно в космос — ведь там готовый вакуум, глубокий и чистый. На орбитальной станции «Салют-6» космонавты получали этим методом такие же покрытия, какие мы наносили на их светофильтры. «Космические» покрытия оказались значительно лучше «земных».

Сбылись слова С. П. Королева: космонавты выполняют в открытом космосе и «ремонтно-производственные работы», и «сварку», и многое другое, включая монтаж солнечных батарей. Для таких серьезных работ требуются и соответствующие костюмы. Полиметилметакрилатное оргстекло заменили поликарбонатным, более ударостойким, а в качестве светофильтрующих покрытий... Впрочем, о космических светофильтрах следующего поколения рассказывать еще рано.

Кандидат технических наук
А. В. КОРЮКИН