Meller Optics представила сапфировую оптику, рассчитанную на работу при температурах до 1600 °C и пригодную, среди прочего, для защитных окон ракетных головок самонаведения. Сапфир сочетает прозрачность, высокую твёрдость и устойчивость к нагреву, поэтому способен защищать чувствительные датчики там, где обычное оптическое стекло быстро повреждается. О конкретных ракетных программах, контрактах или готовых системах с новой оптикой производитель не сообщал.
Компания изготавливает на заказ линзы и защитные окна из монокристаллического оксида алюминия Al₂O₃. В зависимости от конструкции заявленный рабочий диапазон составляет от -200 до 1600 °C. Верхний предел относится к линейке в целом: Meller Optics не уточняет, какая именно конфигурация окна головки самонаведения способна сохранять необходимые оптические характеристики при 1600 °C.
Сапфир особенно ценен для ракетной техники из-за сочетания механической прочности и прозрачности. Головка самонаведения должна видеть цель через переднее окно, которое одновременно принимает на себя встречный воздушный поток, нагрев, песок, пыль и мелкие частицы. Повреждение или помутнение поверхности ухудшает прохождение света и может снизить качество изображения на датчике.
По шкале Мооса сапфир имеет твёрдость 9, тогда как максимальное значение 10 принадлежит алмазу. Такая твёрдость делает материал устойчивым к царапинам и абразивному износу. Производитель также заявляет стойкость к быстро движущимся жидкостям и частицам, а также ко многим химическим веществам, включая фтор при температурах до 300 °C.
Оптические свойства сапфира позволяют использовать материал не только как прочную прозрачную броню. Монокристаллический Al₂O₃ пропускает излучение в диапазоне от ультрафиолетовой области до среднего инфракрасного диапазона. Для типовых сапфировых окон диапазон прозрачности достигает примерно 330-5500 нм, а противоотражающие покрытия помогают уменьшить потери света на поверхности.
Размеры новых деталей могут составлять примерно от 6,35 до 152,4 мм в диаметре, максимальная толщина достигает 38,1 мм. Meller Optics может делать ступенчатые и эллиптические края, отверстия, пазы и клиновидные элементы для монтажа, а также наносить противоотражающие покрытия. Такая гибкость нужна, поскольку защитное окно должно соответствовать конкретной оптической системе и не искажать изображение перед датчиком.
Температура 1600 °C сама по себе не означает, что окно можно просто поставить перед любым датчиком и нагреть до указанного значения. При сильном и неравномерном нагреве в сапфире возникают механические напряжения, а прозрачность зависит от длины волны и температуры. Испытания подобных материалов для аэрокосмической техники показывали, что резкие температурные градиенты способны привести к разрушению окна даже тогда, когда сам материал выдерживает максимальную температуру.
Сапфировые элементы для систем наведения не являются новой идеей. Meller Optics ещё несколько лет назад предлагала сапфировые купола для защиты ракетной оптики, рассчитанные, по заявлению компании, на температуру до 1000 °C и давление до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, около 69 МПа. Нынешняя разработка расширяет семейство высокотемпературной сапфировой оптики, но производитель не заявляет о создании принципиально нового способа наведения.
Такие окна предназначены не только для ракет. Производитель предлагает использовать сапфировые детали в пирометрах, вакуумных камерах, оборудовании для производства полупроводников, системах наблюдения за печами и авиационно-космических приборах. Во всех подобных системах сапфир выполняет одну и ту же задачу: пропускает нужное излучение к датчику и одновременно изолирует чувствительную оптику от жара, давления, химически агрессивной среды и механического износа.
