Стекла кабины современного пассажирского самолета – уникальное изделие. Они выполняют две основные функции: защищают экипаж от неблагоприятных внешних условий, а также позволяют видеть, что происходит снаружи. Для этого окна делают большими и прочными.
Лобовое стекло самолета рассчитано на столкновение с птицей весом 1,8 кг на скорости до 650 км/ч. Поэтому их изготавливают из особого, упрочненного стекла. Такие стекла обычно состоят из нескольких слоев. Два внутренних слоя, имеющих в среднем толщину 8-10 мм каждый, являются силовой основой. Внешний слой более тонкий – его толщина обычно составляет 3-4 мм. Он служит защитой от повреждений и истирания посторонними предметами. Часто на внешний слой наносится гидрофобное покрытие, то есть не взаимодействующее с водой и плохо смачиваемое.
Стекло пилотской кабины не должно быть подвержено обледенению при температуре от -50 °C. Раньше это достигалось с помощью тонких проволочек, совсем как на заднем стекле автомобиля. Теперь обогрев обеспечивается за счет прозрачного покрытия толщиной в нанометры из оксида индия и олова. Оно располагается между слоями стекла, проводит электричество и за счет этого нагревается.
Кстати, как пишут, пленки из оксида индия и олова хорошо отражают инфракрасное излучение и поглощают радиоволны. Поэтому такое покрытие наносят на фонари кабин современных истребителей-невидимок для улучшения их характеристик малой заметности.
Совсем иное – боковые иллюминаторы пассажирского самолета. Их главная функция – обеспечения красивого вида из салона. Хотя в некоторых ситуациях они могут стать источником света на борту.
У самолетного остекления много других особенностей. Мы расскажем лишь о некоторых их них, а также о прошлом, настоящем и будущем авиационных окон.
Спереди, против ветра
Скорость! В погоне за ней люди на протяжении всей своей истории прикладывали немалые усилия. Ведь скорость – это быстрое перемещение в пункт назначения. Но чем выше скорость, тем существеннее ее последствия: прежде всего встречный поток воздуха, то есть ветер. И вот сначала на автомобилях, а затем и на самолетах появились ветровые стекла. Их еще называют лобовыми. Это и защита от набегающего потока воздуха, и элемент для формирования обтекаемой формы с низким аэродинамическим сопротивлением. И, конечно же, это средство для обзора.
Первые ветровые стекла появились на автомобилях. Изначально этот наземный транспорт был очень медленным, а потому в остеклении не нуждался. Например, первый Motorwagen Карла Бенца, собранный в 1886 году, имел максимальную скорость 16 км/ч. Однако очень быстро скорость машин стала расти. Пришлось задуматься о защите водителя и пассажиров от встречного ветра. Сначала на автомобилях устанавливали простые плоские стекла, совсем как в окнах домов. Но такие стекла были хрупкими, а их острые осколки – очень опасными. Так сначала появились закаленные стекла, которые при ударе рассыпались в менее опасную крошку, а затем ламинированные стекла и многослойные триплексы.
Примерно такой же путь прошли и самолеты. Первые аэропланы летали недалеко, низко и медленно. Братьям Райт на их «Флайере» не требовалось никакой защиты от ветра: его максимальная скорость была 48 км/ч. Максимум, что защищало первых авиаторов от набегающего потока, так это летные очки.
Но очень быстро скорости выросли до сотен километров в час, а высота полета – до тысяч метров. Уже во время Первой мировой войны на большинстве самолетов ставили небольшое лобовое стекло: оно защищало пилота не только от ветра, но и от струи воздуха от воздушного винта.
Рост скорости и высоты полета самолетов вскоре потребовал создать полностью закрытую кабину. Первая такая появилась на британском одноместном экспериментальном Avro Type F, построенном в 1912 году.
В 1924 году в воздух поднялся пассажирский Fokker F.VII, в котором экипаж оставался «на открытом воздухе», в то время как пассажиры для большего комфорта располагались в зарытом салоне. Лишь на модернизированном Fokker F.VIIa экипаж тоже получил закрытую кабину. Закрытые кабины были на некоторых модификациях немецкого транспортного Junkers W34, на серийных американских пассажирских Ford Trimotor 4-АТ-А (оба впервые взлетели в 1926 году), на американском транспортном Lockheed Vega (1927 год), а также на американском рекордном Spirit of St. Louis, на котором Чарльз Линдберг в 1927 году совершил первый в истории беспосадочный перелет из Нью-Йорка в Париж.
Самым большим препятствием на пути к созданию закрытых кабин стал материал для окон. Сначала для них использовалось либо безопасное закаленное стекло, которое было слишком тяжелым, либо нитроцеллюлоза, которая быстро желтела и к тому же была легковоспламеняемой. Но вскоре решение удалось найти.
Не светящий фонарь
Особым видом остекления пилотируемого летательного аппарата является фонарь кабины. Это такой прозрачный купол над кабиной, как правило – истребителя. Он обеспечивает герметизацию кабины и дает больший обзор по сравнению с традиционными лобовыми стеклами. Форма фонаря – это компромисс, призванный минимизировать аэродинамическое сопротивление и одновременно обеспечить максимальный обзор для пилотов, часто – круговой, на 360 °.
Триплексы и «сэндвичи»
За рубежом такое стекло называют «сэндвич» или просто «многослойное», в России же зачастую используют термин «триплекс». Это стекло, состоящее из двух или более слоев с тонкими полимерными прослойками между ними. Его главное преимущество – безопасность: при разрушении осколки не разлетаются, а остаются как бы склеенными. Триплекс используется и в качестве лобовых стекол автомобилей, и в окнах зданий, и в различных оптических системах. Естественно, используется и в авиации.
Изобретение «сэндвича»/«триплекса» произошло, можно сказать, случайно. В 1903 году француз Эдуард Бенедиктус – очень разносторонний человек, известный как художник, музыкант, химик – во время проведения в своей лаборатории опыта, случайно уронил стеклянную колбу. Та, естественно, разбилась, но вот осколки во все стороны не разлетелись. Оказалось, изнутри на стенках колбы остался прозрачный и пластичный нитрат целлюлозы. В 1909 году Бенедиктус, прочитав про жуткую автомобильную аварию, в которой две женщины получили серьезные травмы от осколков лобового стекла, вспомнил случай с колбой. Он запатентовал свое изобретение, а два года спустя основал компанию Verre Triplex по производству безопасных ветровых стекол для автомобилей. В 1912 году Бенедиктус выдал лицензию на такое стекло британской компании Triplex Safety Glass. Оттуда термин «триплекс» и попал в Россию.
Поначалу процесс изготовления таких «сэндвичей» был долгим и дорогим. Но процесс изготовления совершенствовался. В 1930-х годах в качестве клеящего материала в стали использовать поливинилбутираль, который не мутнел, не желтел, но также хорошо удерживал осколки при разрушении стекла. А вскоре идея триплекса была позаимствована для создания авиационного бронестекла.
Без царапин и отлипов
Современное авиационное стекло представляет из себя «сэндвич» из нескольких компонентов. Например, лобовое окно пилотской кабины МС-21 – это высокопрочный пентаплекс, состоящий из трех листов стекла и двух склеивающих слоев. Два внешних листа изготовлены из силикатного стекла, внутренний – из поликарбоната. Окно оснащено функцией электрообогрева для предотвращения запотевания и обледенения. Для повышения прочности стекла используется технология ионообменного упрочнения. Она делает стекло в 6-8 раз прочнее обычного и позволяет создавать изделия со сложной геометрией. Аналогичные изделия используются и для остекления кабины «Суперджета».
Производство одного такого стекла требует несколько дней. За это время проходит множество процессов. Один из них – пакетирование, когда между слоев стекла добавляют пленку. При прессовании в автоклаве стекло становится прозрачным и нужной формы.
После завершения технологических процедур некоторые образцы из каждой партии проходят испытания: их нагревают до +85 °С, охлаждают до -60. При этом на поверхности не должны образовываться царапины, тем более – трещины. Не допускается помутнение или отлипание склеивающего слоя. Проходят и особые испытания на прочность.
Жесткие требования
К стеклу, используемому для остекления кабин самолетов, сегодня предъявляют целый ряд ключевых требований. Естественно, это – высокая прочность и оптическая прозрачность. Помимо этого требуется высокое светопропускание, увеличивающие диапазон визирования, антибликовые свойства, защита от воздействия солнечной радиации и других излучений, антиобледенительные свойства, обеспечивающие равномерное удельное сопротивление электрообогрева. Все это достигается с помощью нанесения специальных покрытий аэрозольным, вакуумным или магнитронным способом.
Тушки из пушки
Один из главных врагов авиации, как говорят летчики, – это птицы. Попасть в стаю на взлете или посадке – опаснейшая ситуация. Вот хотя бы один пример: 7 апреля 1981 года бизнес-джет Learjet 23 взлетал с аэродрома города Цинциннати в американском штате Огайо. Набрав высоту 1 300 м, самолет столкнулся с гагарой, угодившей в правое лобовое стекло кабины экипажа. Стекло – вдребезги, осколки попали в правый двигатель, его пришлось заглушить. Второй пилот погиб, командир воздушного судна (КВС), хоть и получил серьезные травмы, умудрился развернуть самолет и приземлиться обратно в Цинциннати.
Проверка на птицестойкость – важный этап испытаний современных стекол. Для этого используют специальную пушку. Выглядит она почти как настоящее орудие, установленное на лафете. Вот только «снаряды» в ней разгоняются не пороховыми газами, а сжатым воздухом. Да и сами «снаряды» бывают особенными. Иногда это куриные тушки, купленные в обычном продовольственном магазине. Для наибольшего подобия тушки размораживают: реальные же птицы не смерзаются ведь до ледяной твердости.
Прочнее стали
Важная особенность современных стекол для военных самолетов – внешняя их часть выполнена из особого силикатного стекла. Оно обладает превосходными качествами светопередачи, хорошо подходит для нанесения различных жизненно важных покрытий, спасающих летчика от электромагнитного излучения, солнечной радиации, переохлаждения, а при особой обработке обладает достаточной прочностью.
Но у силикатного стекла есть и существенный недостаток – хрупкость. Однако эта проблема решаема: тонкий слой силикатного стекла соединяют полимерной пленкой с внутренним слоем из стекла органического. Такая композиция получается легкой и очень прочной, полностью соответствуя требуемым оптическим характеристикам.
В остеклении нового поколения сегодня используют поликарбонат. По целому ряду параметров он превосходит старые материалы. Ударная вязкость поликарбоната в 200 раз выше, чем у оргстекла. Это значит, что при столкновении с крупным предметом на высокой скорости, например, с птицей, стекло фонаря кабины просто немного вминается внутрь. Раньше при таком ударе поверхность стекла покрывалась множеством мелких трещин. Теперь же у летчика сохраняется хороший обзор из кабины. Испытания показали: сделанное по новой технологии стекло держит удар снаряда из пневматической пушки даже лучше, чем обшивка самолета.
Также поликарбонат примерно на четверть легче традиционного оргстекла. Российская особенность изготовления остекления из поликарбоната – благодаря эксклюзивной технологии не требуются большие прессы, как у производителей за рубежом.
Домик из запчастей B-2
В январе 2024 года бывший военнослужащий авиабазы Уайтмен (штат Миссури, США) Брайан Эдвардс на сайте Aviation Geek Club поделился презанятнейшей историей. «Мне посчастливилось служить техником по системам связи в Уайтмене, где базируются бомбардировщики-невидимки B-2», – рассказывал Эдвардс. Однажды к нему за ноутбуком зашел унтер-офицер по техническому обслуживанию: ему нужно было проехать несколько штатов, чтобы забрать запасные лобовые стекла для B-2. Он рассказал, что за 20 лет службы B-2 им еще ни разу не требовалась замена лобового стекла. Но вот во время планового полета самолет столкнулся с канадской казаркой, и от удара на лобовом стекле образовалась тонкая трещина. Подразделение техобслуживания сделало заказ на складе запчастей, однако там ответили, что у них ничего нет. Запасные лобовые стекла так долго лежали на складе без заказов, что кто-то принял их за стекла от уже снятого с вооружения самолета. И стекла для B-2 были отправлены в программу DRMO – продаже простым гражданам ненужных военных материалов и вещей.
«Тогда команда техобслуживания обратилась к компании, производившей лобовые стекла: есть ли у них запасные или можно ли изготовить новые, – продолжал свой рассказ Брайан Эдвардс. – Компания заявила: запасных нет, а формы для изготовления стекол давно утилизированы. Если бы потребовалось изготовить новое лобовое стекло, компании пришлось бы переоборудовать целый участок, а стоимость стекла была бы астрономической». Тем временем склад запчастей обратился в программу DRMO, чтобы попытаться установить личность покупателя лобовых стекол B-2. Выяснилось, они были проданы одному человеку несколько лет назад. После долгих усилий удалось найти этого человека и отправить к нему представителя. Все запасные стекла для B-2 оказались в целости и сохранности. За некую сумму человек согласился продать их обратно. В заключение своего рассказа Эдвардс пишет: «Уверен, вы задаетесь вопросом: зачем кому-то лобовые стекла от бомбардировщика? Оказалось, он использовал их для постройки домика на дереве для своей дочери».
Для маяков «невидимки»
Остекление на самолете требуется не только для пилотской кабины и пассажирского салона. Специальные термостойкие стекла защищают внешнее светотехническое оборудование летательного аппарата: бесцветные – фары, цветные – маяки и бортовые аэронавигационные огни. Светосигнальные огни малозаметного истребителя пятого поколения Су-57 потребовали создания специальных прозрачных обтекателей зеленого и красного цвета, обладающих радиолокационной незаметностью. Их цветное покрытие, нанесенное с внутренней стороны, никак не должно было ухудшить светотехнические характеристики. Для этого пришлось выполнить работы и с самим стеклом: в лабораторных условиях синтезировали более 30 составов. Используя различные модификаторы, был найден наилучший вариант. В результате, удалось значительно повысить коэффициент светопропускания, обеспечив и «эффект невидимки».
Вылет через лобовое
10 июня 1990 года в 08:20 по местному времени из аэропорта Бирмингема (Великобритания) вылетел самолета BAC 1-11 авиакомпании British Airways. Командиром был 42-летний Тимоти Ланкастер, вторым пилотом – 39-летний Аластер Эйчисон. На борту находился 81 пассажир. Борт направлялся в Малагу (Испания). Эйчисон выполнил взлет, а затем передал управление командиру. Самолет продолжил набор высоты. Оба пилота отстегнули плечевые ремни, а Ланкастер ослабил поясной. В 08:33 самолет набрал уже высоту около 5 300 м. Кабинный экипаж готовился к подаче еды. Бортпроводник Найджел Огден вошел в кабину пилотов, и тут раздался громкий хлопок, кабина быстро наполнилась конденсатом.
Как рассказывал Огден, левая панель лобового стекла, стоящая напротив командира, улетела куда-то вперед. Сам Ланкастер был выброшен из своего кресла порывом воздуха, возникшим от мгновенной декомпрессии. Головой вперед он вылетел за пределы кабины, но его колени зацепились за органы управления. Огден схватил Ланкастера за ремень, не давая ему полностью вылететь за борт.
Дверь из-за давления в салоне влетела внутрь кабины и врезалась в пульт, заблокировав управление тягой двигателей. В соответствии с логикой работы в такой ситуации автопилот выключился, самолет начал быстро снижаться, но из-за заблокированных ручек управления тягой скорость полета росла. Самолет не был оборудован кислородными масками для пассажиров, поэтому Эйчисон начал быстрое аварийное снижение. Ему и подоспевшим другим стюардам удалось освободить пульт от двери. Огден, все еще державший за ноги Ланкастера, к этому времени начал уставать. Ему на помощь пришли главный стюард Джон Хьюард и бортпроводник Саймон Роджерс, взяв на себя задачу удерживать КВС. К этому времени Ланкастер сместился на несколько сантиметров наружу и несколько раз ударился головой о корпус кабины. Экипаж считал его мертвым, но Эйчисон сказал остальным продолжать держать его. Второй пилот боялся, что если отпустить тело, оно может нанести повреждения, ударившись о левое крыло, попав в двигатель или горизонтальный стабилизатор. В 08:55 самолет приземлился в Саутгемптоне. Эвакуация пассажиров прошла по обычному трапу.
Ланкастера затянули в кабину, и – о чудо! – он оказался жив. КВС на носилках вынесли из самолета и срочно отправили в ближайшую больницу. Выяснилось: Тимоти Ланкастер получил обморожение, переломы, ушибы и шок. У Найджела Огдена было обморожение лица и вывих плеча. Больше серьезно пострадавших не было.
Тимоти Ланкастер вернулся к работе пилота менее чем через пять месяцев. Он покинул British Airways в 2003 году в 55 лет, а потом еще пять лет летал пилотом в EasyJet до выхода на пенсию в 2008 году.
Тщательные поиски на земле увенчались успехом: около города Чолси полиция обнаружила сорванную панель лобового стекла и многие из 90 винтов ее крепления. Тут и выяснилась причина происшествия: во время проводившегося за 27 часов до полета техобслуживания этого стекла были установлены неправильные винты для крепления. Лобовые стекла на BAC 1-11 крепились не изнутри, чтобы давление в кабине прижимало их к рамам, а снаружи. Оказалось, работавший в тот день техник страдал дальнозоркостью, но, как он пояснил следователям, во время работы не надел очки. В результате для крепления лобового стекла он использовал 84 винта с диаметром на 0,66 мм меньше нужного. Шесть остальных винтов были правильного диаметра, но на 2,5 мм короче. Неправильные винты не смогли выдержать усилие, вызванное разницей давления воздуха в кабине и снаружи. Результат был несколько предсказуем…
«Героический экипаж» и «Образец национальной нравственности»
Похожая ситуация произошла 14 мая 2018 года с самолетом Airbus A319-100 китайской авиакомпании Sichuan Airlines, следовавшим внутренним рейсом из Чунциня в Лхасу. Примерно через 40 минут после вылета, когда лайнер находился над горами Тибетского плато в провинции Сычуань на высоте 9 000 м, на правом боковом стекле появилась трещина. КВС Лю Чанцзянь развернул самолет и запросил аварийную посадку в ближайшем аэропорту города Чэнду. Ему разрешили снизиться до 8 400 м. Но тут стекло полностью развалилось и под действием внутреннего давления вылетело наружу. В кабине из-за взрывной декомпрессии произошел отказ многих приборов, отключился автопилот. Хотя второй пилот Сюй Жуйчэнь был пристегнут поясным ремнем, его частично выбросило из самолета. Через 61 секунду Сюй смог самостоятельно вернуться в кабину, поскольку давление воздуха внутри и снаружи выровнялось. Он остался жив, получив ссадины на лице, незначительную травму правого глаза и растяжение запястья. Бортпроводницу Чжоу Яньвэнь, разносившую в момент происшествия еду в салоне, из-за разгерметизации подбросило вверх, она упала на спину и получила компрессионный перелом поясничного позвонка.
Полет проходил в горной местности со средней высотой 3 000 м над уровнем моря, потому КВС Лю не мог снизиться до 2 400 м, чего требовали правила в случае разгерметизации. В результате на борту самолета длительное время было низкое давление и температура -40 °С. В салоне выпали кислородные маски. Их надели и члены экипажа, кроме КВС. Лю Чуаньцзянь в этот момент управлял лайнером, который сильно трясло. Командирская ручка управления на Airbus – слева, там же слева находится кислородная маска. Лю не рискнул отпустить ручку управления, а правой рукой до маски не дотянулся. В итоге он так и не надел маску вплоть до посадки в Чэнду примерно через 35 минут после инцидента. Никто из 119 пассажиров серьезно не пострадал. Второй пилот Сюй и бортпроводница Чжоу были госпитализированы, но вскоре восстановились. В итоге весь экипаж продолжил летать на рейсах Sichuan Airlines. Управление гражданской авиации Китая присвоило экипажу рейса звание «Героический экипаж гражданской авиации Китая», а Лю Чуаньцзяню – звание «Героический капитан гражданской авиации Китая». Отдел пропаганды Центрального комитета Коммунистической партии Китая присвоил Лю почетное звание «Образец национальной нравственности».
Причиной инцидента стало повреждение уплотнителя на правом лобовом стекле. Через него проникла влага, нарушившая изоляцию проводов в системе обогрева лобового стекла. В нижнем левом углу лобового стекла возник непрерывный дуговой разряд. Это и привело к повреждению структуры лобового стекла, оно не выдержало разницу давлений внутри и снаружи кабины, лопнуло и развалилось.
Год спустя после инцидента по его мотивам в Китае был снят фильм «Китайский капитан». Он был показан на открытии 15-го Китайско-американского кинофестиваля в Лос-Анджелесе, где был признан лучшей полнометражной лентой. Общие кассовые сборы фильма превысили 2 млрд юаней (22,3 млрд руб.).
Прозрачный экран
Лобовое стекло самолета такое большое и всегда перед глазами пилота. Потому само собой напрашивалось использовать его в качестве дополнительного экрана для отображения информации. Ну, если не на нем самом, то на прозрачном экране перед ним. Такая система именуется ИЛС – индикатор на лобовом стекле, или в английской интерпретации HUD – head-up display, то есть «проекционный дисплей». На отечественных боевых машинах эту систему именуют широкоугольный коллиматорный авиационный индикатор, он же ШКАИ. Такой индикатор обеспечивает одновременно и наблюдение картины окружающей обстановки, и отображение информации.
Истоки ИЛС проистекают от оптических прицелов без параллакса, разработанных еще до Второй мировой войны для истребителей. Тогда в гироскопическом прицеле появилась сетка, которая двигалась в зависимости от скорости и угла поворота машины. Это существенно облегчало прицеливание во время воздушного боя. В конце 1950-х годов этот прицел модернизировали англичане для палубного штурмовика Buccaneer. Он должен был летать на очень малых высотах (порядка 60 м) с очень высокими скоростями (около 1 000 км/ч) и сбрасывать бомбы на вражеские корабли и наземные цели. В таких экстремальных условиях у пилота не было времени отвлекаться от приборов и смотреть на бомбовый прицел. Тогда инженеры предложили вариант прицела, на дисплей которого выводились также данные о высоте и скорости. Именно к этому времени относится первое упоминание термина «проекционный дисплей». Прицел работал на Buccaneer исправно. Вскоре было замечено: пилоты, летающие с HUD, стали лучше управлять своими самолетами. Тогда вывод информации на лобовое стекло стал использоваться не только для прицеливания, но и просто для управления самолетом.
Вскоре ИЛС появился и на коммерческих лайнерах. Его очевидное преимущество в том, что пилоту не нужно переводить взгляд, чтобы посмотреть на внешние объекты после того, как он взглянул на приборы. ИЛС увеличивает информированность пилотов и повышает эффективность их действий при взлете и посадке, особенно при плохой видимости и в сложных метеоусловиях. На каких-то воздушных судах проекционный дисплей сегодня является опциональной системой, а на каких-то стал стандартным оборудованием.
Дополнить реальность
В авиастроении есть такой термин – «Стеклянная кабина». Из названия можно было бы предположить, будто кабина самолета имеет какое-то необычно большое остекление, а может и вообще вся состоит из прозрачного материала. Но это совсем не так. Просто в такой кабине нет старых механических датчиков и стрелочных аналоговых циферблатов, а стоят электронные приборы с большими многофункциональными жидкокристаллическими дисплеями. Эти дисплеи можно настроить для отображения необходимой информации, что значительно упрощает управление самолетом, позволяет пилотам сосредоточиться только на самых важных данных.
Сейчас в понятие «стеклянная кабина» входят уже не только дисплеи на приборной панели, но и повышающие безопасность полетов средства, в частности система дополненной реальности. Она, например, в условиях плохой видимости дорисовывает на дисплее рельеф местности, полосу, другие наземные объекты. Для этого используются базы данных о рельефе и геофизических особенностях в сочетании с информацией о положении и ориентации самолета, полученной от навигационной системы. И зачастую все эти объекты выводятся сейчас на ИЛС. В результате пилот видит происходящее за бортом в сочетании с наложенным трехмерным изображением. В совокупности это существенно упрощает работу летчика.
«Ошеломительное» оргстекло
Ситуация с остеклением кабин самолетов коренным образом изменилась с появлением оргстекла. Впервые его получили в своих лабораториях практически одновременно в 1928 году несколько немецких химиков – Уильям Конн, Отто Рём, Вальтер Бауэр. В 1933 году Рём первым запатентовал оргстекло под маркой «плексиглас». Название, говорят, произошло из-за восклицания химика: «Ich bin perplex!» – «Я ошеломлен!» К «плекс» добавилось «глас» – «стекло» по-немецки. Вышло «ошеломительное стекло».
Рём первым же организовал промышленный выпуск плексигласа в своей компании Röhm & Haas. Основным покупателем материала стали авиастроительные фирмы. Для применения в авиации того времени оргстекло обладало очень удачным сочетанием свойств: прозрачностью, нечувствительностью при попадании на него авиабензина и смазочных масел, водостойкостью, безосколочностью при разбивании. Оргстекло позволило избавиться от рам и переплетов прежних кабин.
В СССР плексиглас попал, можно сказать, нелегально. В 1935 году в командировку в Германию был направлен химик Сергей Ушаков. Был он профессором Ленинградского технологического института и одновременно директором Центрального экспериментального завода пластических масс им. Фрунзе, преобразованного в 1943 году в НИИ пластических масс. Заграничным трофеем Ушакова оказались несколько кусочков плексигласа. Говорят, он продемонстрировал эти чудо-образцы наркому тяжелой промышленности Серго Орджоникидзе, а тот дал распоряжение создать отечественный аналог. И уже в 1936 году в Советском Союзе на опытном производстве Экспериментального завода «Анилтреста» (в будущем – ГОСНИИ-42) был синтезирован первый советский «плексиглас». В канун Великой Отечественной войны производство оргстекла запустили на заводе «Рулон» в Дзержинске. Название «органическое стекло» или «оргстекло» объясняло и подчеркивало отличие этого материала от внешне похожих силикатных и кварцевых стекол.
Правда, поначалу качество советского плексигласа оставляло желать лучшего. Из-за этого многие отечественные летчики предпочитали летать с открытыми фонарями кабины: пусть это и ухудшало характеристики самолетов, зато обзор был лучше. Военный летчик-испытатель Пётр Стефановский в своих мемуарах «Триста неизвестных» так описывал совещание у верховного главнокомандующего Иосифа Сталина в феврале 1942 года, где обсуждалась и проблема остекления кабин самолетов:
«… Я стал пояснять свою мысль. Плексиглас, выпускаемый нашей промышленностью, темный, как пивная бутылка. Фонарь в полете забрызгивается маслом, на солнце растрескивается, покрываясь разными узорами, и совершенно теряет прозрачность… Меня не прерывали, терпеливо выслушали. И. В. Сталин тут же попросил Поскребышева соединить его с директором завода, производящего плексиглас для самолетных фонарей. Связь сработала мгновенно. Сталин предложил директору завода резко повысить качество плексигласа.
- Сколько вам потребуется времени для перестройки производства? – спросил Сталин. – Полгода? Даю вам месяц сроку. И чтобы новый плексиглас был не хуже, чем на “кёртисе” и “томагауке”.
Трубка с легким звоном легла на место…»
Создатели «прозрачной брони»
К началу Второй мировой войны закрытая пилотская кабина военных самолетов стала нормой. Какие-то фонари кабин тогда делали из множества кусков плоского стекла, вставленного в рамы с многочисленными перемычками. Но от этого страдала видимость из кабин, что было особенно неудобно для боевых самолетов. Оргстекло позволяло сделать один большой фонарь кабины. Но оно не могло защитить пилота от пуль.
Эта проблема была решена в конце 1930-х годов благодаря использованию бронестекла. Во время Второй мировой войны оно применялось на истребителях и штурмовиках, а сейчас такого типа изделия ставятся на ударные вертолеты, а также на лимузины высокопоставленных особ.
Если поискать в интернете, кто же изобрел бронестекло у нас в стране, то результат окажется неожиданным: выпадут фамилии как минимум четверых людей. Один из них – физикохимик, профессор Московского химико-технологического института имени Д. И. Менделеева Исаак Китайгородский. Он был одним из инициаторов создания в СССР научно-исследовательского института стекла. В первую очередь отмечаются его заслуги в области технологии варки стекла. В марте 1941 года за разработку интенсификации процесса варки и выработки стекла Китайгородский был удостоен Сталинской премии. Но пишут, в 1942-1943 годах он создал бронестекло для кабин штурмовиков Ил-2, которое превосходило обычное стекло по прочности в 25 раз.
Еще одним изобретателем советского бронестекла называют химика Гирша Зискина. Закончив Ленинградский химико-технологический институт, он с 1939 года заведовал в нем лабораторией органического синтеза. Там он экспериментировал с многослойными конструкциями из органического и закаленного стекла. В декабре 1941 года вместе с лабораторией Зискин был эвакуирован из Ленинграда в Челябинск, где стал главным инженером и начальником цеха завода К-4. Пишут, в 1942 году под его руководством там было организовано производство бронестекла для самолетов. За это Зискин стал в 1943 году также лауреатом Сталинской премии.
Создателем бронестекла называют коллектив Всесоюзного научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ). Это предприятие было создано в июне 1932 года как раз для разработки материалов в интересах авиастроения. В 1934 году один из основателей ВИАМ Иван Сидорин собрал команду единомышленников и поручил им работу по созданию «прозрачной брони». Экспериментируя с различными конструкциями, подбирая разные комбинации материалов, применяя появляющиеся новые технологии, в ВИАМ нашли наиболее оптимальный на тот момент вариант бронестекла. Оно представляло собой «пирог»: на «подушку» из оргстекла толщиной 30 мм при помощи эластичной клеящей пленки крепились отдельные 34-миллиметровой толщины пластины закаленного стекла, известного тогда как сталинит. Сталинит поглощал энергию удара пули. На его поверхности образовывалось множество трещин, но сама пластина при этом не разрушалась полностью, поскольку внутренний слой из оргстекла удерживал осколки. Комплект «прозрачной брони» Ил-2 состоял из 17 «таблеток» сталинита размерами примерно 100×150 мм, наклеенных на «подушки» из оргстекла. Каждая часть остекления кабины штурмовика – лобовая, левые и правые боковые и заголовные – состояли из 4-5 «таблеток». При попадании пули шел трещинами лишь один сектор, а остальные сохраняли прозрачность. В итоге повреждение одной или нескольких пластин не нарушало прозрачность остального остекления. Таким образом, удалось совместить пулестойкость и требуемые оптические свойства. При толщине 64 мм и массе 120 кг/м² бронестекло не пробивалась бронебойной пулей калибра 7,62 мм при стрельбе практически в упор. Аналогичную броню ВИАМ разработал и для истребителей Як-1, Як-3, Як-9, Ла-5, Ла-7. Непосредственные руководители этих работ в ВИАМ Борис Ерофеев и Матвей Гудимов были удостоены в 1946 году Сталинской премии. Так, по сути, все участники работ по созданию бронестекла для самолетов были отмечены этой наградой: Китайгородский за разработку метода варки сверхпрочного сталинита, Зискин за создание новой технологии склейки слоев «прозрачной брони» и организацию серийного выпуска, а Ерофеев и Гудимов собственно за бронестекло для самолетов.
Инцидент с «как бы метеоритом»
Современные лобовые стекла пассажирских лайнеров тоже многослойные, как и бронестекло, хоть и не настолько толстые. Пусть не выстрел в упор, но столкновение с птицей они выдержат. Или даже с неопознанным объектом…
В октябре 2025 года интернет облетела сенсационная новость: метеорит разбил лобовое стекло летящего самолета Boeing 737 MAX. 16 октября в 06:05 рейс UA1093 авиакомпании United Airlines вылетел из Денвера и направился в Лос-Анджелес, где должен был приземлиться в 07:30. На борту – 140 пассажиров. И вдруг в 06:44 на высоте 10 800 м в верхний угол левого лобового стекла что-то врезалось. Все стекло покрылось мелкими трещинами, внутренний слой тоже раскололся. Отлетевшая от него мелкая крошка посекла руку командиру лайнера.
КВС принял решение снизиться до безопасной высоты 7 000 м и запросил аварийную посадку в аэропорту города Солт-Лейк-Сити, где самолет благополучно приземлился в 07:49. Туда вылетел резервный борт. В итоге пассажиры попали в Лос-Анджелес лишь в 13:12, а пострадавший лайнер позже вылетел для ремонта в Чикаго.
Повреждения лобового стекла сами по себе не редкость в авиационной отрасли. Не то чтобы это было чем-то обыденным, но случается. Но что могло попасть в стекло лайнера на высоте почти 11 000 м? Столкновение с градом на такой высоте, как и с птицей представляется, мягко говоря, маловероятным. Первой озвученной версией было – космический мусор или небольшой метеорит. Но вероятность такого столкновения кажется исчезающе маловероятной. Все прояснилось 21 октября, когда компания WindBorne Systems выпустила сообщение: самолет мог столкнуться с их метеозондом. Но, что особенно поражает в этом случае: лобовое стекло выдержало удар столь большого объекта! И разгерметизации кабины при аварии не произошло!
«Осветители» салона
В авиации окнами, как правило, называют остекление кабины пилотов. В стенах же салонов коммерческих лайнеров, где размещаются пассажиры, стоят иллюминаторы. Это слово произошло от латинского illuminator – «осветитель». Изначально так назывались круглые или прямоугольные окна в корпусе морских корабля, использовавшиеся не только для освещения, но и для доступа свежего воздуха во внутренние помещения. Позже этот морской термин стал использоваться для описания круглых окон в бронетехнике, самолетах и даже космических кораблях.
Современные самолетные иллюминаторы имеют двух- или трехслойную конструкцию. Внешнее и среднее (если таковое имеется) стекла защищают салон от наружных факторов – низкой температуры и низкого давления за бортом. Внешние панели могут выдержать четырехкратное превышение максимально допустимого давления в салоне.
Внутренне стекло – защита от внутренних влияний, в первую очередь – от возможных повреждений по вине пассажиров. В нижней части внутреннего, а иногда среднего стекла делается небольшое отверстие для выравнивания давления воздуха между слоями: так нагрузка на слои иллюминатора снижается. Также через него выходит влага, предотвращая образование инея или запотевание.
Все слои сделаны из прозрачного акрилового пластика, он же оргстекло, он же плексиглас – разница в названиях зависит лишь от производителя. Важные характеристики этого материала: прочность, герметичность, термостойкость, а также относительно небольшая удельная масса – слои иллюминатора в два раза легче обычных стекол такого же размера. Правда, оргстекло все же подвержено образованию мелких трещин. Но в таком случае его можно заново отполировать для восстановления оптической прозрачности. Так и поступают с иллюминаторами примерно каждые 2-3 года. Стандартный срок службы иллюминатора с учетом полировки составляет 10 лет.
Унесенные ветром
В известной комедии режиссера Эльдара Рязанова «Невероятные приключения итальянцев в России» 1974 года есть эпизод, где мафиозо Розарио Агро выбивает ногой иллюминатор лайнера Ту-134, вызвав разгерметизацию салона. В пробоину его через несколько секунд и засасывает. Самолет совершает аварийную посадку на Минском шоссе, где мафиозо получает экстренную медицинскую помощь.
Подобные ситуации с засасыванием пассажиров в разбитый иллюминатор вполне реальны и, кстати, не так уж и комичны. В основном причиной разрушения окон становится поломка двигателя самолета, из которого в направлении фюзеляжа летят осколки мотогондолы, воздухозаборника, а иногда и крупные фрагменты вентиляторного узла.
3 ноября 1973 года на лайнере McDonnell Douglas DC-10 авиакомпании National Airlines, выполнявшего рейс 27 из Хьюстона в Лас-Вегас, произошла подобная авария на высоте 12 000 м. Фрагменты вентиляторного узла среди прочего выбили иллюминатор по правому борту возле кресла 17H. Сидевшего в нем Джорджа Гарднера из-за разности давления затянуло в пробоину. Сначала его удерживал ремень безопасности. Когда тот лопнул, соседний пассажир пытался втянуть Джорджа обратно, но в итоге Гарднер был выброшен через разбитый иллюминатор наружу. Самолет аварийно сел в Альбукерке. Останки Гарднера были обнаружены лишь два года спустя.
Подобная ситуация произошла 15 сентября 2001 года во время рейса 9755 бразильской авиакомпании TAM Linhas Aéreas с самолетом Fokker 100. Осколки разрушившегося правого двигателя разбили три иллюминатора. В один из них частично засосало пассажира с кресла 19E. Другой пассажир удерживал его до посадки самолета в Сан-Паулу, однако попавший в иллюминатор пассажир не выжил.
Семь лет назад, 17 апреля 2018 года в левом двигателе самолета Boeing 737-700 авиакомпании Southwest Airlines, выполнявшего рейс 1380 из Нью-Йорка в Даллас со 144 пассажирами, на высоте 9 800 м произошел отрыв лопатки вентилятора, что вызвало разрушение большей части воздухозаборника двигателя и части мотогондолы. Их осколки повредили фюзеляж, разбив иллюминатор и вызвав взрывную разгерметизацию салона. Сидевшую в кресле 14A Дженнифер Риордан вытянуло частично наружу. Двум пассажирам и бортпроводникам удалось втащить женщину обратно в самолет, аварийно приземлившийся в Филадельфии. Однако Риордан получила серьезные травмы головы, шеи и туловища и скончалась в тот же день в местной больнице.
Прямоугольные, треугольные, круглые
На первых пассажирских самолетах в конце 1920-х и в 1930-х годах иллюминаторы были прямоугольные. Такую форму отверстий было проще сделать в корпусе фюзеляжа, проще и вырезать стекла такой формы. С квадратными окнами в СССР были все первые тяжелые лайнеры, созданные под руководством конструктора Андрея Туполева – АНТ-9 «Крылья Советов», АНТ-14 «Правда», АНТ-20 «Максим Горький», АНТ-35. С квадратными иллюминаторами был и первый массовый советский пассажирский и военно-транспортный самолет Ли-2. Это был американский Douglas DC-3, который в СССР в 1939-1953 годах собрали в количестве почти 1,5 тыс. машин. Появившийся после Великой Отечественной войны Ил-12, а вслед за ним и Ил-14, производившийся в 1950-х годах, также имели квадратные иллюминаторы.
Но вот и в коммерческую авиацию пришли турбовинтовые и турбореактивные двигатели. Выросла высота полетов. Чем выше, тем разреженнее воздух. Потому потребовался наддув герметичного салона самолета – нагнетание в него воздуха для создания безопасных и комфортных условий для пассажиров. А раз идет наддув, то возникает перепад давления внутри самолета и снаружи.
Первым массовым реактивным пассажирским авиалайнером с герметичной наддуваемой кабиной стал британский DH.106 Comet компании de Havilland, выполнивший первый полет в 1949 году. Поначалу и на нем стояли уже привычные квадратные иллюминаторы. Однако в 1953-1954 годах произошли три схожие авиакатастрофы «Комет». Расследовавшая происшествия комиссия установила: все три самолета разрушились вследствие ослабления конструкции лайнеров из-за наличия усталостных трещин при действии повышенного давления изнутри. На основании этих выводов производитель лайнеров начал использовать более толстые материалы для гермокабины. Аварийная комиссия не вынесла никаких замечаний или рекомендаций относительно формы иллюминаторов. Тем не менее, de Havilland решила перепроектировать окна. Известно, острые углы в металлических конструкциях являются концентраторами напряжений, значительно превышающих средние значения, рассчитанные по классическим формулам сопромата. Такие концентраторы служат «спусковым крючком» для начала процесса разрушения конструкции. В de Havilland решили: углы квадратных вырезов под иллюминаторы тоже являются опасными концентраторами напряжений. Потому на всех последующих сериях «Комет» иллюминаторы делались только круглыми: по кругу напряжение распределялось равномерно. Но, при всем при том, вырезы для аварийных люков в фюзеляже на этих лайнерах остались прямоугольными.
Учитывая британский опыт, на круглые иллюминаторы перешли и в СССР: такие окна были у Ил-18, Ту-104, Ту-114, Ту-124, Ту-134. А вот в Америке фирмы Douglas и Boeing на своих DC-8 и 707 решили ставить овальные иллюминаторы: по сути это были прямоугольники с сильно закругленными углами. С 1970-х годов к такой же форме пришли и наши конструкторы: овальные окна были и на Ил-62, и на Ту-154, и на сверхзвуковом Ту-144.
Самой уникальной формы были, пожалуй, иллюминаторы у французского пассажирского турбореактивного самолета Caravelle, совершившего первый полет в 1955 году. Инженеры стремились уменьшить площадь окон для увеличения прочности корпуса. Но хотелось обеспечить и для пассажиров увеличенное поле зрения вниз. Так на Caravelle появились иллюминаторы в форме треугольника с закругленными углами вершиной наверх и основанием вниз. Треугольные окна оставались на «Каравелле» неизменными на протяжении всего периода ее сборки до 1972 года.
Большие окна МСа
Когда компания Boeing создавала свой проект 787 Dreamliner, ставка была сделана не только на топливную эффективность и новые материалы, но и на комфорт пассажиров. Одной из «фишек» салона стали большие иллюминаторы. Кроме размеров, у окон появилась еще одна особенность – электронное затемнение. В салоне 787 нет привычных опускающихся шторок. Пассажиры регулируют кнопками уровень прозрачности окна от полного пропускания света до мягкого затемнения.
При создании российского среднемагистрального лайнера МС-21 комфорт пассажиров тоже стал одним из определяющих требований. Конструкторы поработали и над иллюминаторами. Для них выбрали прямоугольную форму с округленными углами, но вот размер существенно вырос: окна в салоне МСа почти на 30 % больше по сравнению с зарубежными среднемагистральными аналогами. По размерам они стали такими же, как на больших широкофюзеляжных лайнерах. Большие иллюминаторы МС-21 не только дают лучший обзор, но и пропускают больше света, что делает салон самолета визуально просторнее. Это меняется само ощущение от полета. Ну а стекла с электронным затемнением могут стать следующим этапом улучшений.
4K вместо иллюминаторов
Есть мнение, что в будущем пассажирские салоны самолетов могут быть вообще без окон. Вместо нынешних иллюминаторов, к которым есть доступ лишь у тех пассажиров, кто сидит возле них, самолеты предлагается оснастить большими светодиодными экранами высокого разрешения. На них с помощью наружных оптоволоконных камер будет транслироваться для всеобщего обозрения внешний мир. Эти «виртуальные окна» и мониторы в спинках сидений позволят пассажирам переключать обзор, открывать для себя пейзаж в любом направлении по отношению к трассе полета. Если полет проходит над плотной облачностью, закрывающей землю, всегда можно включить записанные ранее пейзажи, поднимая настроение пассажирам. А представьте, как удобно увеличивать изображение на экране двумя пальцами, когда хочется получше рассмотреть что-то на земле. Можно предусмотреть различные варианты просмотра, например, с указанием названий населенных пунктов. Так можно будет узнать, что за места вы пролетаете.
Такая концепция связана не только с развлечением пассажиров, но и с желанием снизить вес самолетов и сократить затраты на обслуживание иллюминаторов. Ведь действительно: иллюминаторы – это лишние отверстия в корпусе фюзеляжа, для подкрепления которых требуются дополнительные элементы, несущие с собой лишнюю массу. Без иллюминаторов самолет станет легче, а, следовательно, у него снизится расход топлива. Стекла иллюминаторов подвержены различного рода повреждениям как от случайных действий пассажиров, так и от естественных свойств материалов, из которых они изготовлены. Внешние поверхности иллюминаторов приходится регулярно полировать для сохранения их прозрачности.
Но есть и обратная сторона отсутствия в пассажирском салоне иллюминаторов. Прежде всего, это будет источник дискомфорта для людей, кто боится замкнутых пространств. Есть и возражения с точки зрения безопасности. Например, представим такой случай: лайнер совершил аварийную посадку, требуется срочная эвакуация пассажиров, но произошел отказ системы электропитания самолета. При таких условиях иллюминаторы обеспечат освещение салона (в дневных условиях, естественно). Если же окон нет, людям придется пробираться к выходу в полной темноте. Кроме того, бортпроводники через иллюминаторы могут выяснить обстановку за бортом после аварийной посадки для выбора направления и мест эвакуации. Откажи при этом экраны на безоконном самолете, и такой возможности уже не будет.
Без окон в наказание
Кстати, попытка отказаться от иллюминаторов уже предпринималась. Компания Boeing построила в 1954 году экспериментальный 367-80, также известный как Dash 80 – четырехмоторный прототип для демонстрации преимуществ реактивных двигателей в коммерческой авиации. Он был без иллюминаторов: они попросту не были на нем нужны, ведь на этом самолете пассажиров не перевозили. 367-80 стал основой для серийного Boeing 707 и самолета-заправщика KC-135. А затем в 1960-х годах Boeing построил на основе KC-135 и 707 по заказу ВВС США несколько самолетов C-135B[1], на которых не было иллюминаторов, только лобовые окна в пилотской кабине. Эти лайнеры использовались в 1968-1992 годах для перевозки высших военных руководителей США и высокопоставленных лиц страны. Причем, пара таких самолетов к модификации 707-353C предназначалась для перевозки президента США, получив обозначение VC-137C.
Бывший пилот ВВС США в президентском крыле на авиабазе Эндрюс Рон Вагнер вспоминал: «Высокопоставленным правительственным чиновникам из Вашингтона не очень нравился 135-й, потому что тогда еще не было плоских телевизоров с разрешением 4K. Другими словами, там не было никакого обзора, кроме небольших окошек в аварийных люках, которые требовались по правилам безопасности… Некоторые президенты, в частности Джонсон, наказывали людей, приказывая нам отправить их на VC-135 в длительную поездку за границу».
Текст: Константин Лантратов (ПАО "ОАК")