В условиях орбитальных полетов освещение, как внутреннее, так и наружное, считается одной из самых сложных задач. На пилотируемых кораблях и на МКС жизненно необходимо обеспечить привычные человеческому глазу условия, чтобы обеспечить хорошее самочувствие и работоспособность космонавтов.
Специалисты знают, что космические аппараты имеют множество особенностей, исключающих принятые в земных условиях методы проектирования и создания осветительных установок. С середины 60-х годов ХХ века решением проблем освещения наших летательных аппаратов занимался ВНИСИ (Всесоюзный научно-исследовательский светотехнический институт им. С.И. Вавилова) — многолетний научный партнер МСК «БЛ ГРУПП». Институт участвовал во всех космических программах СССР и России.
Исследователи, конструкторы, испытатели, инженеры ВНИСИ создали множество уникальных осветительных приборов для наружного, внутреннего и специального освещения, многие из которых до сих пор используются на орбите. Все советские и российские пилотируемые корабли, орбитальные станции («Союз», «Салют», «Мир», «Буран», модули МКС) были оборудованы созданными и изготовленными во ВНИСИ светильниками и светосигнальными приборами.
Цена света на орбите
Орбитальные полеты выявили множество специфических проблем, которые пришлось решать специалистам по светотехнике. Во-первых, из-за невесомости космонавты могут работать в самых невероятных положениях, поэтому приборы и оборудование располагаются на всех доступных местах — на полу, стенах и даже на потолке. То есть «рабочей плоскостью» является фактически вся внутренняя поверхность корабля или станции.
Во-вторых, космонавтам приходится постоянно наблюдать за приборами внутри станции и за наружной обстановкой через иллюминатор. При этом перепад яркостей внутри и снаружи, как на солнечной, так и на теневой части орбиты, составляет несколько порядков. То есть глаза из-за неизбежной частой переадаптации испытывают колоссальную нагрузку.
В-третьих, источниками электроэнергии служат солнечные батареи и аккумуляторы, дающие постоянное и к тому же нестабильное напряжение. Поэтому для люминесцентных ламп (ЛЛ) необходимы преобразователи, а для ламп накаливания (ЛН) — стабилизаторы. Кроме того, невесомость исключает конвекционный отвод тепла для охлаждения световых приборов, что также должно учитываться при создании осветительных установок.
Есть и проблема высокой стоимости электроэнергии от солнечных батарей и вывода на орбиту полезного груза. В том числе из-за этого освещенность рабочих поверхностей на первых пилотируемых аппаратах была порядка всего 30 лк, то есть на уровне подсобных помещений.
Как удивили американцев
Начиная с «Салюта-3», выведенного на орбиту в 1974 году, все осветительное оборудование для космических аппаратов полностью проектировалось, изготавливалось и совершенствовалось во ВНИСИ. Разработки специалистов института сделали в прямом смысле слова пребывание на корабле светлее и комфортнее.
В 1975 году на корабле «Союз-19», созданном для советско-американской космической программы «Союз — Аполлон», уже были качественно улучшенные условия освещения. Специально для этой программы в короткий срок были разработаны светильники рабочего и местного освещения СД1-5М и СД1-6 с U-образной амальгамной люминесцентной лампой мощностью 8 Вт. При этом СД1-6 был первым в мире орбитальным светильником с регулируемым световым потоком. Освещенность рабочих мест на корабле составляла около 200 лк и могла плавно снижаться космонавтами в зависимости от характера выполняемой работы. Для черно-белых съемок освещенность достигала 100 лк, для цветных — около 300 лк, что обеспечивало вполне приемлемое качество репортажей. По просьбе телевизионщиков были использованы лампы цветности ЛДЦ, обеспечивающие лучшее качество цветопередачи.
Тогдашний руководитель ведущей лаборатории ВНИСИ по космической тематике Л.П. Варфоломеев рассказывает, что освещение «Союза» вызвало у приехавших в Звездный Городок на тренировки американских астронавтов настоящее потрясение. Освещение «Аполлона» тогда было значительно хуже, а о возможности регулирования светильников они даже не подозревали. Приборы ВНИСИ показали высокую надежность и удобство во время полетов и многолетней работы на станциях «Салют», «Мир» и МКС.
К началу 80-х годов инженеры и конструкторы ВНИСИ при участии специалистов из ИМБП, ГОИ, ИКМ, КБ общего машиностроения, ВНИИТЭ совершили качественный прорыв. Благодаря специально созданным в институте установкам, имитирующим условия на орбите, в ходе масштабных экспериментальных НИР были разработаны еще более совершенные лампы ЛБ8-4 и ЛДЦ-8 и под них светильники СД1-7, СПР-1 и СР-2. Эти приборы нового поколения до сих пор служат основными источниками света на борту российских модулей МКС. По светотехническим и эксплуатационным параметрам они до сих пор остаются на уровне лучших мировых образцов. Добавим, что специально для работы в труднодоступных местах был разработан светильник СГ2-7, который также использовался при выходе в открытый космос.
Репортаж на спуске
Телерепортажи из спускаемых аппаратов могут обеспечить только лампы накаливания — внутри очень тесно, при этом необходим высокий уровень освещенности. Для программы «Союз — Аполлон» во ВНИСИ был разработан светильник СГ2-9 с галогенной лампой накаливания КГМ27-27 мощностью 27 Вт. Позднее он был модифицирован в СГ2-14, летавший на многих советских и российских «Союзах».
Благодаря специальному отражателю светильник создает равномерную освещенность около 300 лк в круге метрового диаметра и обеспечивает высокое качество съемки. Четыре светильника включались через один общий блок питания, стабилизирующий бортовое напряжение.
Позже для обеспечения телерепортажей и кинофотосъемок на борту станции «Мир» специалисты ВНИСИ создали стационарный СР-2 и переносной СПР-1 с шестью лампами по 8 Вт. Всего на станции было четыре переносных светильника, которые могли легко крепиться в любом месте как на кронштейнах, так и с помощью «липучек». Это позволяло космонавтам их использовать в труднодоступных местах, где требовалось дополнительное освещение. Со временем и для съемок, и для рабочего освещения был разработан универсальный светильник СР-3 с тремя съемными блоками.
Заменитель солнца
ВНИСИ в партнерстве с Институтом медико-биологических проблем РАН удалось избавить космонавтов от так называемого солнечного голодания. Внутрь орбитальных станций фактически не попадает естественный солнечный свет, поэтому их обитатели нуждаются в компенсации нехватки витамина D3, который синтезируется в организме под воздействием ультрафиолетового излучения. Как показали первые длительные полеты, этот витамин практически не усваивается с пищей или в виде таблеток, что приводит к вымыванию кальция из костей.
Для решения этой проблемы были созданы приборы БУФ — бортовые ультрафиолетовые облучатели. Первый был доставлен на борт станции «Салют-7», находившейся на орбите с 1982 по 1991 год. В БУФ, установленный над тренажером «беговая дорожка», был встроен таймер, позволяющий регулировать время работы в диапазоне от 5 до 45 минут. Подобный облучатель работал и на борту станции «Мир». Кроме того, с помощью бактерицидной лампы ДБ 8 ультрафиолетовое излучение использовалось для обеззараживания воды.
Космическая оранжерея
Эксперименты по выращиванию растений в условиях невесомости начались в 1974 году. Первая установка для культивирования растений под названием «Оазис» тестировалась на борту орбитальной станции «Салют-4». Для освещения растений использовался светильник СД1-4 с двумя люминесцентными лампами по 4 Вт. По отзыву Юрия Артюхина, «Оазис» был самым светлым местом, и обитатели орбитальной станции проводили около него значительную часть свободного времени.
Внимание: идет стыковка!
Во ВНИСИ создавали прожекторы, которые использовались на всех модификациях кораблей типа «Союз» для ручной стыковки корабля и станции. Первым в 70-х годах был разработан прожектор сми 3-3 с галогенной лампой накаливания КГМ27-100, имеющей рекордную для этого типа ламп световую отдачу — 33 лм/Вт. Однако из-за большого разброса бортового напряжения и его значительного падения на проводах лампы часто наблюдалось ухудшение светотехнических параметров прожектора.
Для устранения этого недостатка в конце 80-х годов был разработан осветительный комплекс СМИ-4 с импульсным стабилизатором и новыми лампами КГМ12-100, созданными в НИИ источников света им. А.Н. Лодыгина. Комплекс имеет три прожектора: два с углом рассеяния 4° для освещения стыковочного узла и один с углом 20° для общего освещения станции. При стыковке работает один из «четырехградусных» прожекторов, а другой остается в резерве и включается автоматически при отказе первого. Это обеспечивает исключительную надежность комплекса. За многолетнюю историю его использования не было ни одного случая отказа основного прожектора.
Во ВНИСИ также были разработаны и выпускались несколько типов габаритных и сигнальных огней-маяков для космических аппаратов.
От «Бурана» до Марса
Специалисты ВНИСИ участвовали в амбициозной космической программе «Энергия — Буран». Для освещения погрузочно-разгрузочной площадки многоразового транспортного корабля был создан светильник СГ2-12 с галогенной лампой накаливания. Выбор типа источника света был обусловлен невозможностью работы разрядных ламп в заданном интервале температур — от минус 150 до плюс 150 градусов, а светодиодов в те годы еще не было. В итоге в светильнике использована лампа КГСМ27-40 мощностью 40 Вт. Поскольку бортовое напряжение имеет широкий разброс, светильник включался через стабилизатор. Сегодня в институте можно увидеть макет фары «Бурана», совершившего свой первый и единственный космический полет.
С 2006 года ВНИСИ привлекли к работам по проведению наземного эксперимента, имитирующего полет и высадку на Марс. В рамках проекта «Перспектива» институт создал осветительные приборы для помещений наземного экспериментального комплекса. В 2008-2011 годах в рамках программы «Марс-500» силами ВНИСИ проведена НИР по исследованию влияния искусственной световой среды обитаемых космических аппаратов на психофизиологическое состояние членов экипажа, их умственную и физическую работоспособность.
Испытания на Земле
С интенсивным развитием космических технологий в конце 60-х годов ВНИСИ была поручена разработка специальных устройств, позволяющих изучать воздействие на летательные аппараты солнечного излучения вне земной атмосферы.
В середине 80-х ВНИСИ создал и запустил крупнейший в Европе имитатор солнечного излучения диаметром 6 метров, высотой 22 метра и мощностью более 5000 кВт. В нем использовались 84 разработанные в институте самые мощные в мире дуговые ксеноновые лампы.
Слово эксперту
Илья Эпельфельд, заслуженный конструктор РФ, участник разработок ВНИСИ по космическим программам с 1968-го по 2000-е годы
— Участие в космических программах — это славная страница в истории нашего института. Но это была и очень сложная, ответственная работа, к тому же с высокой степенью секретности. В институте находились представители заказчика, выдвигавшие жесткие требования по срокам и качеству работы. Если конструкция не обеспечивала необходимую прочность и надежность, то приходилось буквально ночи напролет заниматься устранением недостатков. А у нас ведь никогда не было гарантии успеха, поскольку в ходе испытаний приходилось иметь дело с экстремальными параметрами температурных и механических воздействий.
Если отвечать на вопрос, какие разработки тогда стали самыми сложными, то можно сказать так: абсолютно все. Множество задач приходилось решать по внутреннему освещению. Не менее сложным было создание светового малогабаритного излучателя. Это прожектор, трехглазая фара, которая обеспечивала визуальное наблюдение в процессе ручной стыковки. Мы тогда очень долго не могли выйти на заданные параметры. Но в итоге добились успеха — и теперь вправе гордиться, что нашим конструкторам и инженерам все это удалось.
