Баяны великих предков или инженерные проблемы модуля «Наука»
Оригинал взят у lozga в Баяны великих предков или инженерные проблемы модуля «Наука»
Если вы следили за злоключениями модуля "Наука", который уже много лет не могут запустить к МКС, и, по последним новостям, находят там все новые загрязнения, то вас могла возмутить эта история. Действительно, можно подумать что-то вроде: "ну промойте уже эти баки и трубопроводы или замените их и запускайте в конце концов!" На бытовом уровне это логично. Но если разобраться, то история "Науки" превращается в притчу, о том, что однажды достигнутый уровень технологии может быть легко забыт и потерян.
Модуль "Наука", фото РКК "Энергия"
Факты и хронология
В 2013 году собранный модуль "Наука" стали было готовить к пуску, но он провалил приемочное тестирование в РКК "Энергия" - в трубопроводах обнаружили металлическую стружку. Модуль в 2015 году вернули обратно в Центр им. Хруничева, трубопроводы заменили, но весной 2017 загрязнение нашли уже в баках. Планы запустить модуль в 2018 теперь невыполнимы, а в начале апреля появилась даже новость, что "Науку" вообще могут отменить. В конце апреля истекут две недели, взятые на оценку состояния систем модуля, и может быть оглашено какое-то новое решение.
Почему на устранение загрязнения уходит столько времени, и почему баки просто не заменили? В отличие от серийных бытовых агрегатов это сделать не так-то просто. Но, чтобы понять это, надо погрузиться в историю создания "Науки".
Как грузовик станциями стал
В лучших традициях эпических повествований, наш рассказ начинается аж в 1969 году. ОКБ-52 Челомея, создатель РН "Протон", разрабатывало военные орбитальные станции "Алмаз". Главной их задачей было фотографирование Земли в различных спектрах, и, следовательно, большое количество пленки, которую нужно было возвращать на Землю. Изначальный проект 1966 года хотел использовать модификацию корабля "Союз", но даже до сих пор у "Союзов" очень небольшие возможности по возвращению груза. Тяжелый "Протон" мог поднять на орбиту двадцать тонн, в три раза больше, чем ракета-носитель "Союз", которая выводила корабль "Союз", поэтому в 1969 году было решено сделать новый пилотируемый корабль. Так родился Транспортный корабль снабжения (ТКС).
Разрез ТКС, рисунок NASA/David S.F. Portree
Большая грузоподъемность "Протона" позволила создать тяжелый корабль из двух частей - возвращаемого аппарата (ВА) и функционально-грузового блока (ФГБ). Любопытная деталь - возвращаемый аппарат планировалось использовать многократно, и за время испытаний два ВА слетали в космос дважды.
ТКС на ракете-носителе "Протон", шпиль слева - система спасения
Ни один ТКС не запускался с экипажем, главным образом потому, что токсичное топливо ракеты-носителя "Протон" требовало гораздо более серьезных мер безопасности при подготовке к старту и создавало большие проблемы в случае аварии на первых секундах полета - возвращаемый аппарат не мог улететь далеко и на земле мог быть накрыт парами не сгоревшего топлива. Но в качестве грузовых кораблей ТКС летали неоднократно. А на базе уже готовой конструкции ФГБ стали делать модули орбитальных станций. ТКС состыковался со станцией "Салют-7" и поработал ее модулем.
ТКС, "Салют-7" и пристыкованный "Союз", в большем размере
ФГБ стали модулями для станции "Мир" и служили буксирами, которые приводили и стыковали другие модули.
1 - ТКС, 2 - буксир на базе ТКС и модуль "Квант", 3 - модуль "Квант-2", рисунок Михаила Шмитова, "Техника молодежи" 2004 №9
На начало 90-х годов ФГБ осталось два. Из одного сделали ФГБ "Заря" - первый модуль МКС. Последний сначала был резервным на случай аварии "Зари", а в итоге из него стали делать модуль "Наука".
ТКС и ФГБ "Заря", схема с форума Авиабазы
Промышленная археология баянов
В оригинальной конструкции ФГБ шесть длинных и узких баков 77KM-6127-0. В двух хранится газ наддува под большим давлением, еще четыре хранят топливо и окислитель суммарной массой 2432 кг. Небольшой диаметр баков позволил разместить над ними радиаторы системы теплообмена и не выйти за максимальный диаметр 4,1 м.
Вид на торец баков, фото Анатолия Зака/russianspaceweb.com
Баки под радиаторами, фото Анатолия Зака/russianspaceweb.com
Конструктивно это не просто баки, а сложные агрегаты с перегородкой в виде сильфона (гармошки) между компонентом топлива и газом наддува. Сильфон, сходясь и расходясь как меха гармошки, позволяет диафрагме перемещаться внутри бака, что дает возможность многократно дозаправлять его от транспортных кораблей уже на орбите.
Схема бака, фотография из презентации проф. В.А. Соловьева
Баки были произведены в 80-х годах, от оборудования, на котором их делали, ничего не осталось, производственные цепочки разрушены после распада СССР, и делать новые такие же баки надо будет с нуля. Когда в них попало загрязнение - неизвестно, оно вполне могло быть занесено еще в 90-х, и люди, которые совершили ошибку или халатность, уже как минимум не работают, а кого-то уже возможно и нет в живых. Просто промыть баки не получится - из-за сложной формы загрязнение будет удаляться только частями. Что же делать?
Когда ФГБ готовили к роли дублера "Зари", на него установили другие, укороченные баки. "Заря" не маневрировала активно для стыковки, ее ловили Спейс Шаттлом, поэтому объем топлива можно было сократить.
Вариант с укороченными баками, модель Анатолия Зака/russianspaceweb.com
Потом укороченные баки сняли, и одним из вариантов после обнаружения проблемы было бы поставить их снова. Этот вариант отпал, потому что в укороченных баках тоже нашли загрязнение. Косвенно это подтверждает версию, что его туда занесли еще в 90-х, но нам от этого не легче. Рассматривался еще вариант с одновременным использованием длинных и коротких баков, но и он в итоге отпал.
В России разрабатывается новый научно-энергетический модуль МКС, и у него тоже есть топливные баки. А что если поставить их?
Вариант с баками от НЭМ, модель Анатолия Зака/russianspaceweb.com
Но, увы, новые баки большего диаметра и не помещаются под радиаторами системы теплообмена. А если поднять выше радиаторы, то диаметр модуля станет больше 4,1 м, и надо будет делать еще и новый обтекатель для ракеты-носителя "Протон", потому что в существующие модуль не влезет по ширине.
Хорошо, у нас еще есть транспортные корабли "Прогресс", и можно попробовать взять баки оттуда. Баки производятся серийно, они маленькие, но их можно взять много, это не проблема.
Вариант с баками от "Прогресса", модель Анатолия Зака/russianspaceweb.com
Но и этот вариант не подошел - баки "Прогресса" больше по диаметру, и потребуют решения таких же, как у баков НЭМ, проблем с радиаторами и обтекателем. Плюс, они не разрабатывались для многократной заправки, и может возникнуть проблема невозможности дозаправлять их на орбите.
В итоге, по информации Анатолия Зака, приняли решение вскрыть оригинальные баки по продольной оси и аккуратно их почистить. Эта операция должна дать доступ к сложным мехам сильфона для чистки, и не потребует новые уникальные детали - разрезать и заварить баки можно на существующем оборудовании.
Итог
Печальная история "Науки", на мой взгляд, показывает грани технологического прогресса, о которых редко задумываются. В отличие от компьютерной игры, где исследованная технология никуда не денется, в реальности очень легко после достижения определенного уровня откатиться вспять и потерять возможность делать конструкции, которые серийно производились десятилетия назад. И история "Науки" начинает напоминать потерянные технологии ракет-носителей "Энергия" или "Saturn-V"
Я в социальных сетях:
Вконтакте, Facebook, Twitter, Instagram, YouTube
Если вы следили за злоключениями модуля "Наука", который уже много лет не могут запустить к МКС, и, по последним новостям, находят там все новые загрязнения, то вас могла возмутить эта история. Действительно, можно подумать что-то вроде: "ну промойте уже эти баки и трубопроводы или замените их и запускайте в конце концов!" На бытовом уровне это логично. Но если разобраться, то история "Науки" превращается в притчу, о том, что однажды достигнутый уровень технологии может быть легко забыт и потерян.
Модуль "Наука", фото РКК "Энергия"
Факты и хронология
В 2013 году собранный модуль "Наука" стали было готовить к пуску, но он провалил приемочное тестирование в РКК "Энергия" - в трубопроводах обнаружили металлическую стружку. Модуль в 2015 году вернули обратно в Центр им. Хруничева, трубопроводы заменили, но весной 2017 загрязнение нашли уже в баках. Планы запустить модуль в 2018 теперь невыполнимы, а в начале апреля появилась даже новость, что "Науку" вообще могут отменить. В конце апреля истекут две недели, взятые на оценку состояния систем модуля, и может быть оглашено какое-то новое решение.
Почему на устранение загрязнения уходит столько времени, и почему баки просто не заменили? В отличие от серийных бытовых агрегатов это сделать не так-то просто. Но, чтобы понять это, надо погрузиться в историю создания "Науки".
Как грузовик станциями стал
В лучших традициях эпических повествований, наш рассказ начинается аж в 1969 году. ОКБ-52 Челомея, создатель РН "Протон", разрабатывало военные орбитальные станции "Алмаз". Главной их задачей было фотографирование Земли в различных спектрах, и, следовательно, большое количество пленки, которую нужно было возвращать на Землю. Изначальный проект 1966 года хотел использовать модификацию корабля "Союз", но даже до сих пор у "Союзов" очень небольшие возможности по возвращению груза. Тяжелый "Протон" мог поднять на орбиту двадцать тонн, в три раза больше, чем ракета-носитель "Союз", которая выводила корабль "Союз", поэтому в 1969 году было решено сделать новый пилотируемый корабль. Так родился Транспортный корабль снабжения (ТКС).
Разрез ТКС, рисунок NASA/David S.F. Portree
Большая грузоподъемность "Протона" позволила создать тяжелый корабль из двух частей - возвращаемого аппарата (ВА) и функционально-грузового блока (ФГБ). Любопытная деталь - возвращаемый аппарат планировалось использовать многократно, и за время испытаний два ВА слетали в космос дважды.
ТКС на ракете-носителе "Протон", шпиль слева - система спасения
Ни один ТКС не запускался с экипажем, главным образом потому, что токсичное топливо ракеты-носителя "Протон" требовало гораздо более серьезных мер безопасности при подготовке к старту и создавало большие проблемы в случае аварии на первых секундах полета - возвращаемый аппарат не мог улететь далеко и на земле мог быть накрыт парами не сгоревшего топлива. Но в качестве грузовых кораблей ТКС летали неоднократно. А на базе уже готовой конструкции ФГБ стали делать модули орбитальных станций. ТКС состыковался со станцией "Салют-7" и поработал ее модулем.
ТКС, "Салют-7" и пристыкованный "Союз", в большем размере
ФГБ стали модулями для станции "Мир" и служили буксирами, которые приводили и стыковали другие модули.
1 - ТКС, 2 - буксир на базе ТКС и модуль "Квант", 3 - модуль "Квант-2", рисунок Михаила Шмитова, "Техника молодежи" 2004 №9
На начало 90-х годов ФГБ осталось два. Из одного сделали ФГБ "Заря" - первый модуль МКС. Последний сначала был резервным на случай аварии "Зари", а в итоге из него стали делать модуль "Наука".
ТКС и ФГБ "Заря", схема с форума Авиабазы
Промышленная археология баянов
В оригинальной конструкции ФГБ шесть длинных и узких баков 77KM-6127-0. В двух хранится газ наддува под большим давлением, еще четыре хранят топливо и окислитель суммарной массой 2432 кг. Небольшой диаметр баков позволил разместить над ними радиаторы системы теплообмена и не выйти за максимальный диаметр 4,1 м.
Вид на торец баков, фото Анатолия Зака/russianspaceweb.com
Баки под радиаторами, фото Анатолия Зака/russianspaceweb.com
Конструктивно это не просто баки, а сложные агрегаты с перегородкой в виде сильфона (гармошки) между компонентом топлива и газом наддува. Сильфон, сходясь и расходясь как меха гармошки, позволяет диафрагме перемещаться внутри бака, что дает возможность многократно дозаправлять его от транспортных кораблей уже на орбите.
Схема бака, фотография из презентации проф. В.А. Соловьева
Баки были произведены в 80-х годах, от оборудования, на котором их делали, ничего не осталось, производственные цепочки разрушены после распада СССР, и делать новые такие же баки надо будет с нуля. Когда в них попало загрязнение - неизвестно, оно вполне могло быть занесено еще в 90-х, и люди, которые совершили ошибку или халатность, уже как минимум не работают, а кого-то уже возможно и нет в живых. Просто промыть баки не получится - из-за сложной формы загрязнение будет удаляться только частями. Что же делать?
Когда ФГБ готовили к роли дублера "Зари", на него установили другие, укороченные баки. "Заря" не маневрировала активно для стыковки, ее ловили Спейс Шаттлом, поэтому объем топлива можно было сократить.
Вариант с укороченными баками, модель Анатолия Зака/russianspaceweb.com
Потом укороченные баки сняли, и одним из вариантов после обнаружения проблемы было бы поставить их снова. Этот вариант отпал, потому что в укороченных баках тоже нашли загрязнение. Косвенно это подтверждает версию, что его туда занесли еще в 90-х, но нам от этого не легче. Рассматривался еще вариант с одновременным использованием длинных и коротких баков, но и он в итоге отпал.
В России разрабатывается новый научно-энергетический модуль МКС, и у него тоже есть топливные баки. А что если поставить их?
Вариант с баками от НЭМ, модель Анатолия Зака/russianspaceweb.com
Но, увы, новые баки большего диаметра и не помещаются под радиаторами системы теплообмена. А если поднять выше радиаторы, то диаметр модуля станет больше 4,1 м, и надо будет делать еще и новый обтекатель для ракеты-носителя "Протон", потому что в существующие модуль не влезет по ширине.
Хорошо, у нас еще есть транспортные корабли "Прогресс", и можно попробовать взять баки оттуда. Баки производятся серийно, они маленькие, но их можно взять много, это не проблема.
Вариант с баками от "Прогресса", модель Анатолия Зака/russianspaceweb.com
Но и этот вариант не подошел - баки "Прогресса" больше по диаметру, и потребуют решения таких же, как у баков НЭМ, проблем с радиаторами и обтекателем. Плюс, они не разрабатывались для многократной заправки, и может возникнуть проблема невозможности дозаправлять их на орбите.
В итоге, по информации Анатолия Зака, приняли решение вскрыть оригинальные баки по продольной оси и аккуратно их почистить. Эта операция должна дать доступ к сложным мехам сильфона для чистки, и не потребует новые уникальные детали - разрезать и заварить баки можно на существующем оборудовании.
Итог
Печальная история "Науки", на мой взгляд, показывает грани технологического прогресса, о которых редко задумываются. В отличие от компьютерной игры, где исследованная технология никуда не денется, в реальности очень легко после достижения определенного уровня откатиться вспять и потерять возможность делать конструкции, которые серийно производились десятилетия назад. И история "Науки" начинает напоминать потерянные технологии ракет-носителей "Энергия" или "Saturn-V"
Я в социальных сетях:
Вконтакте, Facebook, Twitter, Instagram, YouTube