Золотое стекло
Как и зачем золотое напыление используется для остекления кабин современных самолетов
Фото: Александр Уткин
На протяжении многих лет остекление производства ОНПП «Технология» используется в аэрокосмической отрасли. Если изделия для космических аппаратов – все же заказы штучные, то производство авиационного остекления – продукция серийная.
Внешне эти стекла выглядят как обычные, но на самом деле представляют собой сложное составное изделие – изделие конструкционной оптики, в составе которого могут быть один или несколько слоев стекла и тончайшее напыление металлов. В том числе, и благородных, таких, как золото. О том, как эти металлы защищают пилота от ультрафиолета и солнечного тепла, а сам самолет – от радаров противника, делая бортовую электронику «невидимой», читайте в нашем материале.
«Технология» стекла: от атомных ледоколов до космических кораблей
В середине прошлого столетия отечественная авиация остро нуждалась в изделиях из силикатного стекла. В 1959 году в Обнинске было начато строительство нового опытно-экспериментального завода технического стекла. Именно на его базе позже было основано НПП «Технология», которое занялось разработкой и производством изделий из неметаллических материалов. На протяжении почти шести десятилетий здесь создаются самые передовые композиционные, керамические и стеклообразные материалы.
Стекло для самолетов, кораблей и саркофага Ленина, керамическая «шуба» космоплана «Буран», элементы корпуса десантного модуля для нового марсохода – про эти и другие интересные разработки «Технологии» читайте в нашем материале
Одним из основных направлений деятельности «Технологии» осталась разработка и производство высокотехнологичного остекления: для самолетов и вертолетов, кораблей и железнодорожных локомотивов, атомных ледоколов и даже батискафов. Сегодня «Технология» обладает ключевыми компетенциями в области разработки и серийного производства широкого спектра изделий конструкционной оптики на основе, как силикатного, так и органического стекла, включая поликарбонат и полиметилметакрилат. В частности, на обнинском предприятии была разработана инновационная технология формования поликарбонатного стекла. В нашей стране этот научный центр стал первым и пока единственным, способным изготовить из листа монолитного поликарбоната изделие практически любой геометрии без потери оптических характеристик.
Фото: ОНПП «Технология»
Поликарбонат в авиастроении использует не только Россия, материал нового поколения имеет массу преимуществ. Однако существуют важные различия в самой технологии производства изделия. За рубежом используется метод литья под давлением – в специальную форму мощным прессом выдавливается, предварительно разогретая для придания гранулам поликарбоната пластичности, масса. Это достаточно энергозатратный метод. Российская «Технология» научилась изделие не отливать, а формовать – создавать непосредственно из листа поликарбоната. Для этого на предприятии было разработано и внедрено уникальное оборудование, не имеющее аналогов, отработана технология и организовано серийное производство необходимой для перспективных авиационных проектов продукции.
Поликарбонатное остекление гораздо легче и прочнее силикатного, однако помимо высокой прочности к современному остеклению военных самолетов предъявляют и другие требования: оптическая прозрачность, антибликовые свойства, защита от воздействия электромагнитного излучения и других негативных факторов. Все перечисленное (и многое другое) достигается с помощью многофункциональных металлооптических покрытий – слоев металлов и оксидов металлов, которые наносятся на стекло в вакуумной камере методом магнетронного распыления.
«Золотое» стекло: как создается «драгоценное» остекление
Фонарь кабины боевого самолета может быть и силикатным, но на истребители нового поколения устанавливают поликарбонатный. Внешне такое стекло сложно отличить от обычного, но на самом деле это сложная оптическая конструкция. На каждый фонарь нанесено специальное покрытие – композиция различных металлов. Именно эта тончайшая, практически невидимая, пленка отсекает тепловую или ультрафиолетовую составляющую солнечного спектра, экранирует собственное электромагнитное излучение самолета, защищает пилота от других негативных факторов. На предприятии опытно-экспериментальным путем нашли композицию, наиболее полно отвечающую запросам конструкторов – это сочетание золота и оксида индия-олова (т.н. ITO). За эту разработку коллектив авторов получил премию Правительства Российской Федерации в области науки и техники.
Изделие (тот самый фонарь кабины пилота) для нанесения покрытия помещают в разработанную на предприятии установку, где в вакуумной среде под воздействием магнетронов атомы необходимого металла равномерно покрывают поверхность стекла. Толщина каждого слоя исчисляется десятыми и сотыми долями нанометра. Так что для покрытия одного самолетного фонаря потребуется всего пара граммов чистого золота. Инженерные и программные решения, реализованные специалистами обнинской «Технологии», позволяют создавать для светофильтров различного назначения металлооптические конструкции с числом слоев более 200, при толщине каждого слоя 0,25-0,3 нанометра. Две сотни слоев такой толщины – 50-60 нанометров. Для того, чтобы представить это наглядно, вспомним, что толщина человеческого волоса составляет примерно 90 тысяч нанометров, а денежной купюры – 100 тысяч нанометров. Кажется невероятным, что такая мелочь может что-то изменить. Но инженеры «Технологии» делают так, что почти невидимая для глаза тонкая пленка дает стеклу новые, практически фантастические, возможности.
Стелс-технологии и защита от радиации: на что способно новое стекло
В качестве наглядного примера уникальных возможностей таких покрытий можно привести истребитель пятого поколения Су-57. Вместе с углепластиковыми панелями несущих конструкций, которые также были изготовлены в Обнинске, инновационное остекление превращает Су-57 в «самолет-невидимку». Скрыть от радаров бортовую электронику, пожалуй, самая сложная задача для остекления – собственная бортовая аппаратура через незащищенное стекло дает достаточно сильную засветку на радарах противника. Именно многофункциональное металлооптическое покрытие позволило самолету стать практически невидимым для средств радиоэлектронной разведки, ведь нанесенная на поверхность остекления тончайшая композиция металлов на треть снизила заметность всего (!) истребителя пятого поколения.
Фото: Anna Zvereva / wikimedia.ru
В композиции есть и другие незаменимые свойства. Это напыление защищает, например, находящиеся в кабине пластиковые элементы от воздействия ультрафиолетового излучения. Как известно, под воздействием солнечного света становятся хрупкими, а то и вовсе разрушаются, нейлон, пластик и другие искусственные материалы. Достоверно известны случаи, когда при катапультировании у летчиков обрывались, потерявшие от долгой эксплуатации в жарком и солнечном климате эластичность, привязные ремни. А ведь в жарких регионах, да и просто в летний период, «страдают» не только материалы и техника, пилоты также испытывает мощные тепловые нагрузки, что может привести к снижению боеготовности. Уберегает от перечисленного тончайшая композиция, в которой есть слой и благородного металла.
Покрытия решают и другие задачи. Одна из них – экранирование экипажа от воздействия радиолокационного излучения. Оно может быть от наземных радаров, аппаратуры самолетов противника… Но иногда источник такого излучения может находиться и на борту собственной машины – как на самолете дальнего радиолокационного обнаружения. Расположенная в обтекателе над фюзеляжем мощная радиолокационная станция непрерывно сканирует пространство, под излучения радара попадает сам экипаж. Разработка ученых «Технологии» обеспечила экранирование экипажа самолета новейшего А-100 «Премьер», обеспечив при этом светопропускаемость стекол кабины пилота до 65-70%. О том, что предприятие постоянно совершенствует свою продукцию свидетельствует тот факт, что на предыдущем поколении летающих радаров – самолете А-50 – этот показатель не превышал 30%.
Технологии обнинского предприятия находят применение и в гражданской продукции. Разработка многофункциональных металлооптических покрытий для боевой авиации трансформировалась в создание электрообогреваемых по всей площади стекол локомотивов – нагревательным элементом является напыленный на всю поверхность стекла тончайший слой металла. Опыт работы с поликарбонатом уже востребован в проектах для гражданской авиации.
И вот тут возникает вопрос: что делает стекло «золотым»? Нанослой аурума или уникальные свойства, способные сделать из обычного прозрачного материала изделие, которому по силам защитить летчика от практически любых, вплоть до светового излучения ядерного взрыва, угроз? Думается, ответ очевиден.