Юрий Гагарин, открывший 65 лет назад космическую эру, сделал еще кое-что — начал бытовую революцию. А всё потому, что космическая гонка потребовала новых материалов — легких и прочных. Ответ на этот вызов дала химия полимеров: рассказываем о неожиданных предметах и технологиях из нашего быта — от липучек на детской одежде до прочных подошв кроссовок — которые эволюционировали благодаря освоению космоса.

Спортивный костюм

Учесть все вероятные риски в космосе невозможно — их слишком много. Поэтому при подготовке одежды для первых пилотируемых полетов инженеры шли почти на ощупь: понятно, что наверху вакуум — значит, понадобится силовой слой, который не даст скафандру раздуться. Понятно, что там очень холодно, значит, материал должен сохранять свойства даже при температуре близкой к абсолютному нулю. Понятно, что там множество видов излучения — от светового до гамма-диапазона, значит, ткань должна «держать» и эту нагрузку.

Ни один натуральный материал на это не способен, поэтому на помощь пришел полимер — полиэтилентерефталат, полиэфирное волокно или лавсан. Ткань из него чрезвычайно прочна, не боится ни высоких, ни низких температур, отлично противостоит ультрафиолету.

В итоге костюм Юрия Гагарина состоял из трех слоев:

• шерстяная подкладка,
• поверх нее — герметическая оболочка из тонкого каучука,
• сверху — лавсановая силовая оболочка с силовой системой, которая не позволяла скафандру раздуваться при падении давления, покрытая тем же лавсаном оранжевого цвета (чтобы легче было обнаружить космонавта при приземлении).

Костюм полностью оправдал ожидания, а ПЭТ-волокно успешно ушло в гражданское производство: за счет возможности управляемо менять структуру нити, оно позволяет создавать уникальные ткани. Например, быстро выводить влагу, позволяя телу дышать. Именно поэтому самые современные спортивные костюмы делаются из лавсана. Кстати, с другой разновидностью ПЭТ, которая используется при производстве бутылок с питьевой водой и другой тары, мы тоже имеем дело ежедневно.

---

Кроссовки

Знаете, что такое реголит? Звучит как название болезни, но на самом деле это лунный грунт — и по нему совсем не так просто ходить. Он усеян острыми, как бритва, осколками камней, которые легко разрывают внешние слои скафандра.

Поэтому перед инженерами NASA, готовившими первую высадку на Луну, встала сложная задача: защитить астронавтов и при этом сохранить свободу движения. Нужно было создать обувь одновременно легкую — ведь каждый грамм на счету — и при этом максимально прочную.

Решение оказалось сложным:

1. Бахилы, которые надевались поверх скафандров, состояли из множества слоев, в основном — полимерных.
2. Внутри гибкого наружного чехла, сплетенного из тончайшей нержавеющей проволоки, располагались язычок и защитные элементы из стеклоткани с тефлоновым покрытием.
3. Под ними — 25 чередующихся слоев пленки из суперполимера «каптон», способного одинаково хорошо работать в диапазоне температур от почти абсолютного нуля до +400 °С.
4. Ходить в безвоздушном пространстве по острым камням реголита помогала подошва из силиконовой резины, не боящаяся космического мороза и вакуума.

Лунные ботинки отлично себя показали. А потом оказалось, что легкость, прочность и выносливость — очень востребованные опции для обуви, особенно — спортивной.

---

Липучка

Невесомость — это весело? Как показала практика, только со стороны: при реальном отсутствии гравитации любой незакрепленный предмет немедленно улетает «в никуда». Поэтому вопрос «как заякорить вещь так, чтобы было легко найти и открепить» оказался весьма актуальным.

Решали его по-разному, например — прикрепляя шнурки и используя кнопки. Но это неудобно: веревочки путаются, а чтобы защелкнуть или открыть кнопку космонавту нужно было предварительно самому хорошо закрепиться.

На помощь пришел репейник. Вернее, ткань-«велкро», работающая по принципу этого растения: множество мельчайших крючочков, способных зацепиться за любую не слишком гладкую поверхность.

Появилась она лет за 15 до космической эры: швейцарский инженер де Местраль, очищая одежду от репейника после походов в лес, задумался: а не пригодится ли принцип в быту? Он сумел добиться этого, используя полоски хлопковой ткани с тысячами крючков и петелек на соприкасающихся сторонах. Впрочем, хлопок продержался недолго: оказалось, что появившийся в середине века передовой полимер нейлон существенно легче, гораздо лучше работает и служит почти вечно. Получившаяся «липучка», названная «велкро» (от слов «бархат» и «вязание крючком»), стала тем самым волшебным предметом, который позволил инженерам программы «Аполлон-11» преодолеть неудобства невесомости. Практически все предметы на борту космического корабля были оснащены застежками-«велкро», которые позволяли астронавтам надежно крепить приборы, постели, письменные принадлежности и пакеты с едой, не давая им летать по каюте.

---

Очки

Ярчайший свет, жесткий ультрафиолет и проникающая радиация: у человека в открытом космосе появляется много проблем, особенно, если ему нужно там работать. Поэтому, когда Алексея Леонова готовили к первому в мире выходу в космическое пространство, сделать прозрачное забрало для шлема скафандра стало отдельным вызовом. Нужно было совместить несовместимое: способность сохранять высочайшую прочность при сверхнизких температурах, не бояться космического излучения, не допускать оптических искажений и много других «не». И всё это в сочетании с максимальной легкостью материала.

Поиск показал: всем этим условиям соответствовал тогда лишь полимер поликарбонат. В конце 60-х и начале 70-х он был новинкой, хотя в авиации его уже начали применять, но полностью потенциал этого прозрачного пластика раскрылся именно вне Земли. Впрочем, немного металла все-таки пришлось добавить: поликарбонатный светофильтр скафандра Алексея Леонова был покрыт чистым золотом. Тонкий слой драгоценного металла хорошо отражал солнечные лучи и радиационное излучение, не ухудшая обзор.

Стекла, в 250 раз легче обычных, которые можно без проблем обрабатывать, добиваясь необходимой оптической силы, совершили революцию в медицинской оптике и — как ни странно — в моде. В сверхкрупные оправы, в которых покоряли ковровые дорожки селебрити, начали ставить поликарбонатные стекла. Сегодня эти легкие, небьющиеся и не боящиеся царапин пластиковые линзы есть почти в каждой семье — уже десятилетиями они спасают зрение землян.

---

Упаковка

Крошки от еды и брызги — ночной кошмар конструкторов космической техники. В невесомости они беспрепятственно и непредсказуемо разносятся по помещению, засасываются вентиляцией и вполне способны что-то замкнуть или стать источником инфекции. Поэтому задача сделать процесс поглощения пищи безотходным стояла на заре космической эры очень остро.

Решали ее по-разному: космонавт, с аппетитом поглощающий еду из тюбика, — советская придумка. Заполнить тюбик от зубной пасты пищей догадались на эстонском предприятии, выпускающем желе, а впервые пообедал таким образом уже Юрий Гагарин. Первый космонавт с удовольствием съел паштет, пюре из щавеля с мясом и шоколадный крем на десерт. Правда, сейчас это уже экзотика: в металлических тубах в космос летают только приправы, вроде горчицы и томата.

Американские астронавты предпочитали порционные сублимированные продукты, запечатанные в фольгированную пленку, и спор о том, у кого еда была вкуснее, идет до сих пор. Впрочем, сходятся все в одном: идея сохранять продукты в многослойной полимерной упаковке полностью подходит и для Земли.

Сегодня гибкая упаковка, выдерживающая нагрев до 140 °C, — основа космических продуктовых кладовых. Она имеет сложную структуру: полиэтилен, слой алюминиевой фольги, нейлоновое покрытие и особый вид неориентированной полипропиленовой пленки (Retort Cast Polypropylene, RCPP), которая крайне прочна, не боится нагрева и не меняет вкус продуктов. Такие реторт-пакеты практически заменили жестяные банки, обеспечивая герметичность, прочность и длительное (до 2 лет) хранение продуктов без холодильника.

И, конечно, используются такие технологии и на Земле: мясо в пленке под вакуумом, дой-паки и тюбики с детскими пюре, сухая лапша в полипропиленовых стаканах давно стали обыденностью и благодаря им едва ли не треть всей еды, которую выпускают сегодня, не попадает на свалку, а сохраняется для наших столов.

Полимеры легко адаптируются под новые задачи и потребности людей — поэтому они остаются важной частью развития в XXI веке.