Из чего сделаны иллюминаторы космического корабля Orion.

Когда астронавты будут путешествовать в направлении астероидов, Луны или Марса, перед ними откроются потрясающие виды космоса, которые они будут видеть через небольшие иллюминаторы в корпусе корабля. Инженеры NASA стремятся к тому, чтобы сделать эти «окна в космос» более прочными, лёгкими и дешёвыми для производства, нежели в предыдущих моделях космических кораблей.

В случае с МКС и Спейс Шаттлами иллюминаторы изготавливались из многослойного стекла. В случае с Orion впервые будет использован акриловый пластик, что значительно улучшит целостность окон корабля.

«Стеклянные оконные панели исторически были частью оболочки корабля, поддерживающей внутри него необходимое давление и предотвращающей гибель астронавтов. Также стекло должно максимально защищать экипаж от огромной температуры при входе в атмосферу Земли. Но основным недостатком стекла является его структурное несовершенство. При большой нагрузке прочность стекла со временем падает. При полётах в космосе это слабое место может сыграть злую шутку с кораблём», - рассказывает Линда Эстес, руководитель отдела иллюминаторных субсистем в NASA.

Именно потому, что стекло не является идеальным материалом для иллюминаторов, инженеры постоянно искали более подходящий материал для этого. В мире существует множество структурно устойчивых материалов, но при этом среди них всего несколько достаточно прозрачных для того, чтобы использовать их при создании иллюминаторов.

На ранних стадиях разработки Orion специалисты NASA пытались использовать в качестве материала для иллюминаторов поликарбонаты, но они не отвечали оптическим требованиям, необходимым для получения изображения высокого разрешения. После этого инженеры переключились на акриловый материал, который обеспечивал высочайшую прозрачность и огромную прочность. В США из акрила изготавливают огромные аквариумы, которые защищают своих обитателей от окружающей потенциально опасной для них среды, при этом выдерживая огромное давление воды.

На сегодняшний день Orion снабжён четырьмя иллюминаторами, вмонтированными в модуль экипажа, а также дополнительными окнами в каждом из двух люков. Каждый иллюминатор состоит из трёх панелей. Внутренняя панель изготовлена из акрила, а две остальные – всё ещё из стекла. Именно в таком виде Orion уже успел побывать в космосе во время первого испытательного полёта. В течение этого года инженеры NASA должны решить – могут ли они использовать в иллюминаторах две акриловые панели и одну стеклянную.

В ближайшие месяцы Линда Эстес и её команда должны провести с акриловыми панелями так называемый «тест на ползучесть». Ползучесть в данном случае – это медленная, происходящая с течением времени деформация твёрдого тела под воздействием постоянной нагрузки или механического напряжения. Ползучести подвержены все без исключения твёрдые тела – как кристаллические, так и аморфные. Акриловые панели будут испытывать в течение 270 дней под огромными нагрузками.

Акриловые иллюминаторы должны сделать корабль Orion значительно легче, а их структурная прочность исключит опасность разрушения иллюминаторов из-за случайных царапин и других повреждений. По утверждениям инженеров NASA, благодаря акриловым панелям, им удастся снизить вес корабля более чем на 90 килограммов. Снижение массы позволит сделать вывод корабля в космос значительно дешевле.

Переход на акриловые панели также удешевит и строительство кораблей типа Orion, ведь акрил куда дешевле стекла. Сэкономить на одних только иллюминаторах удастся около 2 миллионов долларов при строительстве одного космического корабля. Возможно, в будущем стеклянные панели и вовсе исключат из иллюминаторов, но пока для этого нужны дополнительные тщательные испытания.

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.

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.

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 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.

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.

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.

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.

Носовое остекление кабины Бурана. Внутренняя и внешняя часть иллюминатора Бурана

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.

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.

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».

ВСЕ МЫ ПОД "КУПОЛОМ" У ЕВРОПЫ

Обзорный модуль Cupola

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.

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"?

Многоцелевой транспортный космический корабль Orion разрабатывается агентством NASA и компанией с середины 2000-х и уже совершил свой первый беспилотный испытательный полёт в декабре 2014 года. С помощью Orion в космос будут выводиться грузы и астронавты, но это ещё не всё, на что способен этот корабль. В будущем именно Orion должен будет доставлять людей на поверхность Луны и Марса. При создании корабля его разработчики использовали немало интересных технологий и новых материалов, об одном из которых мы бы хотели вам сегодня рассказать.

В случае с МКС и Спейс Шаттлами иллюминаторы изготавливались из многослойного стекла. В случае с Orion впервые будет использован акриловый пластик, что значительно улучшит целостность окон корабля.

«Стеклянные оконные панели исторически были частью оболочки корабля, поддерживающей внутри него необходимое давление и предотвращающей гибель астронавтов. Также стекло должно максимально защищать экипаж от огромной температуры при входе в атмосферу Земли. Но основным недостатком стекла является его структурное несовершенство. При большой нагрузке прочность стекла со временем падает. При полётах в космосе это слабое место может сыграть злую шутку с кораблём», - рассказывает Линда Эстес, руководитель отдела иллюминаторных субсистем в NASA.

Многоцелевой транспортный космический корабль Orion разрабатывается агентством NASA и компанией Lockheed Martin с середины 2000-х и уже совершил свой первый беспилотный испытательный полёт в декабре 2014 года. С помощью Orion в космос будут выводиться грузы и астронавты, но это ещё не всё, на что способен этот корабль. В будущем именно Orion должен будет доставлять людей на поверхность Луны и Марса. При создании корабля его разработчики использовали немало интересных технологий и новых материалов, об одном из которых мы бы хотели вам сегодня рассказать. Когда астронавты будут путешествовать в направлении астероидов, Луны или Марса, перед ними откроются потрясающие виды космоса, которые они будут видеть через небольшие иллюминаторы в корпусе корабля. Инженеры NASA стремятся к тому, чтобы сделать эти «окна в космос» более прочными, лёгкими и дешёвыми для производства, нежели в предыдущих моделях космических кораблей. В случае с МКС и Спейс Шаттлами иллюминаторы изготавливались из многослойного стекла. В случае с Orion впервые будет использован акриловый пластик, что значительно улучшит целостность окон корабля. «Стеклянные оконные панели исторически были частью оболочки корабля, поддерживающей внутри него необходимое давление и предотвращающей гибель астронавтов. Также стекло должно максимально защищать экипаж от огромной температуры при входе в атмосферу Земли. Но основным недостатком стекла является его структурное несовершенство. При большой нагрузке прочность стекла со временем падает. При полётах в космосе это слабое место может сыграть злую шутку с кораблём», - рассказывает Линда Эстес, руководитель отдела иллюминаторных субсистем в NASA. Именно потому, что стекло не является идеальным материалом для иллюминаторов, инженеры постоянно искали более подходящий материал для этого. В мире существует множество структурно устойчивых материалов, но при этом среди них всего несколько достаточно прозрачных для того, чтобы использовать их при создании иллюминаторов. На ранних стадиях разработки Orion специалисты NASA пытались использовать в качестве материала для иллюминаторов поликарбонаты, но они не отвечали оптическим требованиям, необходимым для получения изображения высокого разрешения. После этого инженеры переключились на акриловый материал, который обеспечивал высочайшую прозрачность и огромную прочность. В США из акрила изготавливают огромные аквариумы, которые защищают своих обитателей от окружающей потенциально опасной для них среды, при этом выдерживая огромное давление воды. На сегодняшний день Orion снабжён четырьмя иллюминаторами, вмонтированными в модуль экипажа, а также дополнительными окнами в каждом из двух люков. Каждый иллюминатор состоит из трёх панелей. Внутренняя панель изготовлена из акрила, а две остальные – всё ещё из стекла. Именно в таком виде Orion уже успел побывать в космосе во время первого испытательного полёта. В течение этого года инженеры NASA должны решить – могут ли они использовать в иллюминаторах две акриловые панели и одну стеклянную. В ближайшие месяцы Линда Эстес и её команда должны провести с акриловыми панелями так называемый «тест на ползучесть». Ползучесть в данном случае – это медленная, происходящая с течением времени деформация твёрдого тела под воздействием постоянной нагрузки или механического напряжения. Ползучести подвержены все без исключения твёрдые тела – как кристаллические, так и аморфные. Акриловые панели будут испытывать в течение 270 дней под огромными нагрузками. Акриловые иллюминаторы должны сделать корабль Orion значительно легче, а их структурная прочность исключит опасность разрушения иллюминаторов из-за случайных царапин и других повреждений. По утверждениям инженеров NASA, благодаря акриловым панелям, им удастся снизить вес корабля более чем на 90 килограммов. Снижение массы позволит сделать вывод корабля в космос значительно дешевле. Переход на акриловые панели также удешевит и строительство кораблей типа Orion, ведь акрил куда дешевле стекла. Сэкономить на одних только иллюминаторах удастся около 2 миллионов долларов при строительстве одного космического корабля. Возможно, в будущем стеклянные панели и вовсе исключат из иллюминаторов, но пока для этого нужны дополнительные тщательные испытания. Взято с hi-news.ru