Дефект, который ждал десятилетия

[lozga.livejournal.com]

16 мая 2015 года произошла авария ракеты-носителя "Протон-М" с мексиканским спутником связи "Mexsat-1". По опыту недавних аварий наиболее логичной причиной выглядел производственный дефект - некачественно сделанная или установленная с нарушением технологии деталь прошла недостаточно скрупулезный контроль и сломалась в полете. Однако, результат расследования вскрыл почти детективную историю дефекта, который прятался в ракете десятилетиями.

Хронология

Для тех, кто следил за пуском, авария выглядела примерно так:

После 490 секунды диктор сообщил, что на ракете возникла нештатная ситуация и завершил репортаж.
Четыреста девяностая секунда - это участок работы третьей ступени, поэтому она сразу стала главным подозреваемым. Но без доступа к телеметрии и другим данным сделать какие-либо серьезные выводы человеку со стороны было невозможно. Наконец, 29 мая состоялась пресс-конференция, на которой назвали причину аварии:

Выводы комиссии:

• Причиной аварии является конструктивный дефект рулевого двигателя третьей ступени. В жестких условиях работающего двигателя с высокой температурой и вибрацией ротор турбонасосного агрегата мог терять прочность. Ослабевший ротор еще сильнее вибрировал, перегревался и в итоге разрушался.


• Этот дефект, кроме аварии 2015 года, является причиной аварий 2014 и 1988 годов.


• Для устранения дефекта будет изменен материал ротора турбонасосного агрегата. Кроме этого, изменят крепления ТНА к раме маршевого двигателя и методику балансировки ротора ТНА.


• В рамках расследования также выявлены замечания к менеджменту качества на предприятиях, по этим замечаниям будут приняты меры.


• Расследованию помогли данные от дополнительных датчиков вибрации, которые были установлены после аварии 2014 года.

Матчасть

Фраза "ротор турбонасоса рулевого двигателя третьей ступени" выглядит страшновато, поэтому стоит сделать пояснения.
Ракета-носитель "Протон-М" состоит из трех ступеней и разгонного блока:



На участке работы третьей ступени это выглядит примерно так:



Двигательная установка третьей ступени, известная как РД-0212, состоит из маршевого двигателя РД-0213 (в центре) и рулевого двигателя РД-0214 с четырьмя камерами сгорания. Рулевой двигатель используется для управления полетом (камеры сгорания могут отклоняться до 45°), отделения от второй ступени и осаждения топлива перед запуском маршевого двигателя.



Турбонасосный агрегат РД-0214 интересен тем, что использует две турбины на одном валу, генераторный газ после которых идет на наддув баков третьей ступени.


1 - клапан газогенератора; 2 - газогенератор горючего; 3 - пусковой клапан горючего; 4 - наддув в бак горючего; 5 - стартер; 6 - регулятор; 7 - клапан; 8 - клапан КС; 9 - камера сгорания; 10 - сильфон; 11 - стабилизатор; 12 - наддув в бак окислителя; 13 - пусковой клапан окислителя; 14 - клапан газогенератора; 15 - газогенератор окислителя; 16 - клапан газогенератора; 17 - узел качания.

Небольшой FAQ

Почему причину аварии не обнаружили еще в 1988 году?
Потому что ракетная техника очень сложная. Обычно можно легко определить, "где" сломалось, но на вопрос "почему" ответить гораздо сложнее. Прежде всего, практически всегда не хватает данных. Сломавшийся блок летает в космосе, или, обгорев и, как минимум, частично разрушившись в атмосфере, падает в океан, тайгу или еще какое малодоступное место. Без доступа непосредственно к "железу" приходится делать вывод по телеметрии. А телеметрия не передает информацию о состоянии каждой детали из тысяч установленных. И в условиях нехватки информации легко ошибиться, выбрав более вероятную, но неверную версию. Причину аварии 1988 года определили как "обрыв трубки", и, возможно, посчитали ее единичным дефектом (если трубки той же партии двигателей были нормальными), либо укрепили конструкцию оборвавшейся трубки, если в ее прочности были сомнения. А то, что этот "обрыв трубки" был следствием повреждения ТНА установить не смогли. В 2014 году в качестве причины аварии определили разрушение подшипника вала турбонасоса. Опять же - правильно указано место, и подшипник вполне мог разрушиться от биений вала, но истинную причину найти не получилось. К счастью, на подозрительное место установили датчики вибрации, с помощью которых, наконец, получили нужную информацию, указывающую на истинную причину аварии.

Почему дефект так странно проявлялся и "ждал" больше двадцати лет?
Потому что в сложных технических системах какие-то слабые места могут быть неочевидны проектировщикам, нормально проходить испытания и прекрасно летать десятилетиями, ломаясь только при специфическом сочетании факторов. В реальной технике всегда есть допуски на точность изготовления деталей, температуру и давление рабочих жидкостей и т.п. Деталей много, условия меняются, количество возможных комбинаций, согласно комбинаторике, становится огромным. И получается, например, что чуть более теплый, но в пределах допустимого, окислитель закипает там, где нормально тек десятки полетов. Также, ракетная техника всегда работает на пределе прочности и других характеристик материалов - чтобы выводить больше груза конструкция должна быть предельно легкой, двигатель должен выдавать предельно возможную тягу. И небольшого перегрева вращающегося с огромной скоростью вала хватит для того, чтобы он стал чуть менее прочным, чем необходимо.

Наши ракеты часто падают. Мы разучились их делать?
Нет, не разучились. У нашей космонавтики (как и у космонавтики любой другой космической страны) хватает проблем, но хоронить ее можно только будучи глубоко ангажированным. Если посмотреть на произошедшие аварии, то видно, что они происходят по разным причинам в разных блоках разных аппаратов и не повторяются. Это хороший признак - после аварий проводятся расследования и устраняются их причины. Да, некоторые аварии происходят по очень обидным причинам, но это говорит о том, что космос беспощаден к качеству.
Говоря о положении дел в целом, нельзя забывать о том, что по количеству пусков мы ведем много лет подряд, по количеству аппаратов на орбите входим в тройку лидеров, и в последние годы успешно испытываем новые ракеты-носители и запускаем уникальные научные аппараты.
Ну и, наконец, нельзя забывать о том, что космонавтика относится к вопросам престижа государства, поэтому каждая авария максимально раздувается малограмотными ангажированными людьми с любовью к глобальным выводам.

К "Протону" потеряли доверие и не будет больше заказов на коммерческие пуски?
Безусловно, любая авария бьет по престижу ракеты-носителя, и "Протон" не может похвастаться многолетней безаварийностью. Но делать выводы о потере доверия нельзя. Вот, например, новость от января этого года. Пакет заказов коммерческих пусков "Протонов" сформирован до 2017 года. А конкретные заказы и их стоимость являются коммерческой тайной. Сделать выводы о потере доверия к "Протону" можно будет только после заметного падения количества запусков (без учета вынужденного простоя на расследование аварий и доработку конструкции после них).

По тегу "космические происшествия" - аварии и катастрофы, с людьми и без, случившиеся и почти случившиеся.

Интересно? Подписывайтесь на обновления.

Comments

[fan-d-or.livejournal.com]

Это не правда.

[ubpskh.livejournal.com]

Это правда.

Мало того, это делали в том числе и с живыми людьми на борту.

[fan-d-or.livejournal.com]

Да-да.
Именно - с живыми людьми на борту.

Челленджер...
Колумбия...

И куча других аварий...

[jr0.livejournal.com]

Именно демагогия. Люди гибнут и от Союзов. Columbia - не носитель. Давайте вы разберетесь со своими кучами в сознании.

[akbulyakov.livejournal.com]

Ух ты! "Columbia - не носитель" - это что-то новое! А что ее тогда на орбиту выводило, позвольте полюбопытствовать? Какой носитель?

[jr0.livejournal.com]

Я позволяю вам полюбопытствовать.

[akbulyakov.livejournal.com]

Хорошо, любопытствую. Так какой носитель выводил Колумбию на орбиту?

[jr0.livejournal.com]

Разберитесь, раз уже любопытно.

[akbulyakov.livejournal.com]

Мне и разбираться не надо. Columbia - и есть носитель. Или по английской терминологии carrier rocket. А Вы жидко обделались, но не хотите этого признавать.

[jr0.livejournal.com]

Ваши фикальности не способствуют тому, чтобы я вам помог разобраться в понятиях, а не словах. Инженеры с юристами не спорят.

[akbulyakov.livejournal.com]

Таких "инженеров" я даже на работу в свой отдел не брал. Потому что главное отличие инженера от пустобреха - это умение подтверждать свои слова фактами. Вы свои слова о том, что Columbia - не носитель не подтвердили. А мои слова подтвержаются тем фактом, что Space Shuttle был способен самостоятельно выводить на НОО до 24 тонн на собственных двигателях, с использованием внешнего бака и твердотопливных ускорителей.
Так что выбросьте свой диплом инженера на помойку, его Вам совершенно напрасно дали. Если он у Вас, действительно, есть.

[tot-13.livejournal.com]

Последний погибший космонавт СССР 1971г. США 2003 г. В сумме 4 против 14.
Что как бы намекает на то что: "Это не правда." (с)

[jr0.livejournal.com]

Не надо намекать. Назовете сколько погибло людей в СССР и России на космодромах, при похожих пусках? Сколько людей вывели челноки, а сколько Союзы?

[tot-13.livejournal.com]

? Приведите сами, когда и сколько, кто вам мешает?
Но по поводу испытаний с людьми на борту написана чушь.

[jr0.livejournal.com]

Так не пишите чуши. Что дергает?

[ubpskh.livejournal.com]

Речь немножко не об этом. А о том, например, как Комарова запустили на Союзе после нескольких аварий подряд.

Что же касается статистики,то у американцев и запусков было больше, и уж,тем более, в несколько раз больше космонавтов

[tot-13.livejournal.com]

Итак. Был ли названый полет испытательным?

В несколько? 330 против 130 (если считать с варшавским договором) + 10 - 20 космонавтов других стран использовавших только СОЮЗ. Несколько это от трех и более если я правильно помню. А по количеству полетов и человеко часов на орбите расхождение поменьше будет.

Количество пилотируемых запусков было больше не во столько раз. Что впрочем вполне объяснимо.

[ubpskh.livejournal.com]

>>> Несколько это от трех и более если я правильно помню

Несколько -- это некоторое, небольшое количество :) Два- это тоже небольшое количество. Хотя, конечно, лучше бы было сказать "в пару раз". На шатлах было выполнено порядка 940 человеко-вылетов.

>>> Был ли названый полет испытательным?
Первый полет корабля с человеком на борту? Ну, наверно, да.

Мы как-то совсем далеко от темы уже ушдлли

[tot-13.livejournal.com]

Космонавты выведенные Союзами более 350 000 человеко часов в космосе, Шатлами 200 000. Толку меряться?

Ну тогда ладно. STS-1 - с двумя людьми на борту испытывался. :( ПКСМС (С)

Однозначно.

Приглашаю: http://engineering-ru.livejournal.com/345579.html?thread=22515435#t22515435

[mike-rocketproj.livejournal.com]

экипаж Союза - от 1 до 3 человек. две катастрофы - четверо погибших. около 105 полетов(+8 полетов Восток-Восход но их не считаем - мы ж сравниваем союзы и шаттлы, верно?). 216 человек стартовало. Шаттл - экипаж до 8 человек. 2 аварии - 14 человек. при этом по программе "спейс шаттл" совершено 135 полетов, при этом вроде 802 человека стартовало, 14 из них погибли.
Итого "аварийность" по людяму союза 4/216=0,0185, у шаттла -14/802=0,0175. вполне сравнимо. по количеству катастроф 2/105=0,019, у шаттла - 2/135=0,0148 тоже сравнимо. Но шаттл как-то даже покрасивее статистику имеет, пусть даже на сотые...

[tot-13.livejournal.com]

Хмм ... мы обсуждаем фразу "Мало того, это делали в том числе и с живыми людьми на борту".

Не надо меня разводить на спор о том, что экономика СССР и Варшавского блока, уступавшая экономике стран НАТО и иже с ними по числу трудоспособных граждан и многократно больше пострадавшая в войнах 20 века, должна была запустить больше космонавтов. Одно то, что на сопоставимых позициях по исследованиям космоса держались, - уже круто. А РФ к сожалению за 20 лет протери полимеров отстало не только в космонавтике.

[ubpskh.livejournal.com]

Фраза про испытания с живыми людьми на борту -- это, прежде всего, полет Комарова.

В ноябре 1966 запускают первый беспилотный аппарат -- из-за технических проблем он оказался неуправляем и был подорван системой самоуничтожения

В декабре 1966 запускают второй -- ракета взрывается на стартовом столе

В феврале 1967 запускают третий -- у корабля не работает система ориентации, а при спуске прогорает дно СА и он тонет в Аральском Море

Что делают эти люди в апреле 1967??? Сажают в летающий гроб космонавта и убивают его

[tot-13.livejournal.com]

В ноябре 1966 запускают первый беспилотный аппарат -- из-за технических проблем он оказался не управляем и был подорван системой самоуничтожения - сработавшей нештатно и существенно доработанной сразу после этого. Сама неисправность не была фатальна.
В декабре 1966 запускают второй -- ракета взрывается на стартовом столе - Аппарат отрабатывает аварийное спасение, в ходе которого используется в том числе парашютная система ставшая причиной гибели первого пилотируемого аппарата. - Дополню, в случае наличия людей на борту они бы были в полной безопасности.
В феврале 1967 запускают третий -- у корабля не работает система ориентации, а при спуске прогорает дно СА и он тонет в Аральском Море - причина некачественное изготовление одной из деталей обшивки, все остальное при посадке отработало штатно с том числе парашютная система.
+ В марте 1967 запускают не возвращаемый Союз он идеально отрабатывает программу полета.

Согласен, еще одно испытание в беспилотном варианте не помешало бы. Но сочли риск приемлемым, и ошиблись.
Но все же это даже не близко 27 января 1967 года. (Первоначально для тренировок и на старте предлагалось использовать кислородно-азотную смесь, но НАСА отклонило это предложение. Мотивировалось это тем, что для осуществления такого решения потребуется дополнительное оборудование и, кроме того, кабина может быть случайно заполнена азотом, что создаст опасность для астронавтов.) :(
Пионеры ... круче их только ... другие пионеры.

[jr0.livejournal.com]

Не надо вашего экономического анализа. Экономика Польши, Венгрии, Прибалтики выросла с тех времен. Пострадала она от СССР больше, чем в войнах.

[zavrenyatko.livejournal.com]

В какой-то мере все-таки правда. У Чертока в воспоминаниях (в книге, которая описывает лунный проект) хорошо описано: все прекрасно осознавали необходимость тщательной наземной отработки конструкции, но в связи с тем, что для строительства стендовых комплексов для этой отработки нужно было время (которого не хватало никогда) и деньги (которых тоже не всегда хватало) - значительная часть проблем выявлялась уже в полете, "по мотивам" которого уточнялась конструкция следующей ракеты.