- Статьи
- Наука и техника
- Дожить до заплаты: ликвидация трещины на МКС может привести к появлению новой
Дожить до заплаты: ликвидация трещины на МКС может привести к появлению новой
Устранение трещины на МКС может усилить напряженность металла в других местах, и следующий удар, вероятно, вызовет новое повреждение корпуса станции, считают опрошенные «Известиями» эксперты. Одним из способов ликвидации пробоины может стать электронно-лучевая сварка, полагают специалисты. На Земле применение такого оборудования отработано, и оно хорошо подходит для тугоплавких металлов. Пока что ликвидация дефекта термостойким скотчем и заплаткой из резины и алюминиевой фольги не помогла полностью устранить утечку воздуха.
Металл устал
В конце августа 2020 года на МКС зафиксировали утечку воздуха. Спустя месяц с небольшим обнаружили локацию проблемы: оказалось, утечка происходит в российском модуле «Звезда». На его внешней части есть вмятина — теоретически, трещина может идти от нее.
После ее заклеивания изнутри модуля термостойким скотчем, а затем заплаткой (гибким диском из резины и алюминиевой фольги) давление в переходном отсеке модуля «Звезда» на МКС продолжило снижаться, хотя скорость его падения уменьшилась.
В середине декабря 2020 года выяснилось, что есть второе место утечки воздуха. Его поиски прекратили до середины февраля, заявила директор отдела по МКС в штаб-квартире НАСА Робин Гатенс.
«Известия» спросили российских экспертов, как можно бороться с утечкой воздуха и к чему приведет попытка ее устранения.
— Внешняя часть МКС сделана из специального сплава — алюминия с добавлением различных элементов, — рассказал руководитель научно-производственного центра «Технологии космического материаловедения» Томского политехнического университета (вуз — участник проекта повышения конкурентоспособности образования «5-100») Василий Федоров. — Функционал этого сплава подразумевает противостояние развитию трещин, поэтому их образование говорит об «износе» поверхностного слоя материала. Происходит это из-за того, что материал непрерывно подвергается воздействию космического излучения и необходимые для поддержания его свойств элементы со временем «улетучиваются».
Процесс внеплановой перестыковки пилотируемого корабля «Союз МС-13» с модуля «Звезда» на модуль «Поиск» Международной космической станции (МКС) (на экране) в Центре управления полетами
Теории относительно появления трещины выдвигались разные — от удара метеорита до стыковки с грузовым «Союзом». Какой бы ни была причина, пробоину нужно устранить.
— Самостоятельно ликвидировать трещину космонавтам не удалось, а это говорит о том, что решить проблему без применения сварочных процедур невозможно, — пояснил Василий Федоров. — На основании экспериментов в области электронно-лучевой сварки, проведенных в Советском Союзе на станции «Мир», можно предположить, что данный метод можно использовать для ее ликвидации.
По словам эксперта, для этого необходимо создать локальный вакуум в месте повреждения, а затем установить специальное сварочное электронно-лучевое оборудование. Оно в автоматическом режиме обнаружит и ликвидирует трещину.
Сотрудники Института электросварки им. Е.О. Патона проводят предпусковую проверку комплекса электронно-лучевой сварки, 1986 год
Оборудование с функционалом автоматического наведения на трещину уже существует. На Земле его применение отработано, электронно-лучевая сварка применяется довольно часто. Электронный пучок, сформированный электронной пушкой, обладает достаточно высокой энергией, чтобы получить шов с глубоким проплавлением металла. Такой вид сварки используется для тугоплавких металлов, в частности, в космической и авиационной промышленности.
Но стоит учитывать, что ликвидация трещины в одном месте может усилить напряженность в других местах корпуса, и как именно себя поведет в этом случае конструкция, неизвестно, отметил Василий Федоров. И тогда, например, жесткая стыковка может вызвать новое повреждение оболочки. Кроме того, работа в космосе потребует изготовления особой электронной пушки с защитой от радиации.
Нежелательный рост
Любая трещина будет со временем разрастаться, отметил заведующий кафедрой физической электроники и технологии СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Александр Семенов.
— В условиях вакуума при перепаде давления в одну атмосферу, что создает статические механические напряжения, этот процесс будет протекать быстрее. Также к усугубляющим ситуацию факторам можно отнести присутствие вибрационных нагрузок и регулярную смену температуры обшивки МКС, так как станция то уходит в тень, то освещается Солнцем, — указал эксперт.
Доцент кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ «МИСиС» Петр Лагов предложил «мягкий» вариант заделки трещины.
— Можно использовать пасту на основе наносеребра, которая застывает при температуре около 200 °C (ее можно нагреть феном) и дает плотное соединение, — сказал эксперт. — Но для ее «прилипания» к контактной поверхности должен быть напылен слой золота или серебра. Наносеребро относится к технологии так называемого синтеринга (процесс уплотнения материала без его плавления. — «Известия»), применение которой возможно в варианте другой пасты, адаптированной для алюминия без напыления золота или серебра. Есть более простой и эффективный вариант — использовать вакуумный герметик, который применяют в вакуумном оборудовании. А именно — в ускорителях заряженных частиц. Он постепенно втягивается в трещину с поверхности и заполняет мельчайшие поры в том числе атомарного уровня, что позволяет полностью исключить утечку.
Компоненты ускорителя частиц
Применение лазерной или электронно-лучевой сварки, по мнению Петра Лагова, теоретически возможно. Однако этот вариант гораздо сложнее: необходимо понимать возможности оборудования, технические параметры, учитывать габариты, массу, подключение к электропитанию, решить вопросы доставки.
Василий Федоров раскритиковал способ, предложенный Петром Лаговым. Он считает, что для напыления слоя золота или серебра предварительно нужно обрабатывать место повреждения кислотой для удаления краски, что вряд ли разрешат контролирующие организации. Если же использовать нагрев (а он необходим и при синтеринге), стоит учитывать, что в этом процессе металл расширяется, значит, трещина увеличится.
— Что касается применения вакуумного герметика, его просто «засосет» в трещину, — добавил эксперт.
В «Роскосмосе» сообщают, что заделают трещину 21 февраля этого года. В пресс-службе организации не ответили на вопрос «Известий», какой метод для этого применят.
