Коррозионные язвы МКС

Бортинженер Олег Кононенко сумел обнаружить на МКС зоны возможной микродеструкции корпуса.
Фото предоставлено Еленой Шубраловой

Из опыта пилотируемой космонавтики известно: при большом количестве стыков и различных коммуникаций, связанных с открытым космосом, абсолютная изоляция помещений орбитальной станции практически недостижима. Какие существуют варианты минимизации угрозы разгерметизации пилотируемых орбитальных объектов? Об этом рассказывает главный специалист Центра системного проектирования ЦНИИмаш Елена Шубралова.

– Елена Владимировна, эта тема приобрела особую актуальность в 1997 году, когда грузовой корабль «Прогресс» задел модуль «Спектр» станции «Мир». Удар вызвал разгерметизацию модуля, но космонавты не растерялись и быстро изолировали «Спектр». Что делается для выявления утечек воздуха на Международной космической станции (МКС)?

– В 1998 году Роскосмос открыл специальную научно-исследовательскую работу по созданию методов и бортовых средств обнаружения мест негерметичности станции. Тема получила название «Бар» – по названию единицы измерения давления. Головным исполнителем был назначен ЦНИИмаш, соисполнителями – ГКНПЦ имени Хруничева и НПО ИТ. Начали с исследования признаков разгерметизации.

Из 13 исследованных методов выявления течи остановились на четырех. Тепловлажностные методы основаны на обнаружении места захолаживания корпуса станции в зоне истечения, ультразвуковые – на регистрации УЗ колебаний среды в гермообъеме, возникающих при истечении газа через отверстие. Внекорабельные методы связаны с регистрацией свечения паров воды в истекающем воздухе ультрафиолетовой камерой и повышения давления в зоне истечения магниторазрядными датчиками.

– Когда вы впервые применили разработки на практике?

– В 1999 году была зафиксирована утечка на «Мире». Станция медленно теряла атмосферу. Мы срочно подготовили комплект аппаратуры, чтобы отправить с очередной экспедицией. В него, в частности, вошли: указатель течи, переводящий ультразвуковые колебания в слышимые через наушники; инфракрасный термометр «Кельвин-видео» – для поиска места захолаживания; термогигрометр для обнаружения зоны возрастания влажности; оптоволоконный пироэндоскоп с дистанционным датчиком температуры для обследования труднодоступных мест внутри станции. Руководство РКК «Энергия» приняло решение доставить наши средства на «Мир» с последним экипажем – космонавтами Александром Калери и Сергеем Залетиным. Так появился космический эксперимент «Бар».

Поиск места утечки должен начинаться с выявления модуля, в котором происходит падение давления. Но Калери и Залетин не успели даже воспользоваться приборами: они сами услышали шипение из-под одного датчика в переходном отсеке. Задев его уже намеренно, космонавты отчетливо услышали звук, характерный для отверстия диаметром более одного миллиметра. Проверка указателем течи подтвердила негерметичность датчика, его демонтировали и поставили заглушку.

Специалистам было известно, что имеется также течь в шлюзовом отсеке, поэтому люк в него был закрыт. Исследованием занялся Александр Калери. Здесь сработал прибор «Кельвин» – он показал понижение температуры на два-три градуса в тонких местах основания выходного люка. Воздух вытекал по малой полости между резинками-уплотнителями и, расширяясь, захолаживал металл основания люка над ней. Входное отверстие имело очень гладкие края, и УЗ колебания были так малы, что не воспринимались указателем течи.

– Сейчас ваши приборы работают на МКС?

– Да, и не только те, о которых шла речь. Был разработан чувствительный термоанемометр с телескопическим зондом для измерения очень малых скоростей воздушных потоков в запанельном пространстве модулей. А в состав нового прибора «Кельвин-видео» вошел наладонный мини-компьютер с видеокамерой. Теперь температуру поверхности модулей можно измерять в любом месте, где есть прямая видимость, а результаты корректировать на Земле в зависимости от материала поверхности.

Еще на борту есть замечательный анализатор ультразвука «АУ-1», позволяющий получить спектральные характеристики сигнала в диапазоне от 12 Гц до 100 кГц. Его разработали для нас акустики из Зеленограда. Он прост и надежен в применении, работает с любым компьютером, от которого получает питание. На американском сегменте есть свой УЗ указатель течи, но нет данных по фонам, очень нужных для обнаружения места течи. Американские специалисты считают, что использование нашего анализатора было бы для них полезно.

– Вы уже упоминали, что вашими партнерами по этой теме стали РКК «Энергия» и НПО ИТ. Как вы оцениваете результаты работы этой кооперации?

– Сильное впечатление производит стиль работы специалистов РКК «Энергия». Работают корректно и тщательно. Процедура отлажена «до звона». НПО ИТ разрабатывает комплекс измерительных средств для внекорабельного обнаружения утечек совместно с манипулятором. Кроме того, они делают прибор измерения корпусных токов для эксперимента «Эксперт», который «вырос на плечах» эксперимента «Бар».

Диагностические возможности новых приборов позволили поставить задачу исследования процессов микродеструкции в обитаемых отсеках МКС. Ведь процесс коррозии может привести к потере прочности гермокорпуса станции и явиться причиной негерметичности. Соисполнителем эксперимента является Институт медико-биологических проблем (ИМБП) РАН, который давно занимается вопросами биоповреждений (от жизнедеятельности микроорганизмов).

– Коррозия – дело серьезное┘

– Эксперимент, подготовленный в ИМБП РАН, показал, что под действием ультразвуковых колебаний с уровнем 50–60 децибел в диапазоне 20–60 кГц с микроорганизмами ничего особенного не происходит, а вот коррозия металлов ускоряется. Тогда к проведению исследований были подключены специалисты Всероссийского института авиационных материалов (ВИАМ). И наземные исследования установили, что ультразвук с приведенными выше характеристиками может в пять-шесть раз ускорять коррозию по показателю потери масс, а при воздействии на сварные швы ускоряется коррозионное растрескивание. Совместное же действие УЗ и микроорганизмов может ускорить микродеструкцию почти на порядок. Конечно, все это лишь при наличии конденсата.

– Каковы результаты ваших экспериментов на МКС?

– Комплект приборов «Бар» был доставлен на борт станции в декабре 2007 года. Бортинженер 16-й экспедиции Юрий Маленченко не только успешно провел измерения ультразвукового фона во всех 56 потенциально опасных зонах, но и отработал процедуру картографирования тепловлажностных режимов и скоростей воздушного потока.

В 17-й экспедиции исследования проводили командир экипажа Сергей Волков и бортинженер Олег Кононенко – очень слаженный «тандем». Ими отработана процедура поиска мест утечки полным комплектом приборов «Бар» в зонах с повышенным уровнем ультразвука. Впервые в мировой практике получены спектральные характеристики УЗ фона (в 200 зонах), которые позволили сформировать базу данных для функционально-грузового блока (ФГБ). Проведен мониторинг тепловлажностных режимов и скоростей воздушного потока запанельного пространства (более 40 зон).

Бортинженер Кононенко проявил себя как настоящий исследователь, что позволило обнаружить зоны возможного развития процесса микродеструкции корпуса. За выявленными панелями с повышенным уровнем УЗ определены места возможного выпадения конденсата. В результате был дополнен перечень потенциально опасных зон, в некоторых из них обнаружены бактерии и грибы. Теперь эти зоны будут находиться под регулярным контролем, особенно после доставки на борт пироэндоскопа «Пирэн-В». Только с его помощью можно будет судить о состоянии поверхности гермокорпуса. Вообще по сравнению со станцией «Мир» на МКС – сухо и очень надежно.