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

[prospace.livejournal.com]

Я и говорю об этом. Что очень хочется услышать мнение КБХА - разработчика ДУ (двигательной установки). Были или нет какие-нибудь изменения по материалу конструкции. И не только их, но и тех, кто эту ДУ создавал. А именно Воронежский механический завод. Только боюсь, что никто ничего уже не скажет. Обвинения в махинациях и т.д. бывших руководителей сделали свое дело.

[mary-bred-show.livejournal.com]

Я с космосом никогда дела не имела, а в МИТЕ 10 лет проработала, в отделе Главного сварщика. У нас был склад металла, многие позиции которого изготавливались в процессе единственной плавки, больше незачем, производство же по сути единичное. А как начались разные перемены, территорию склада продали, железки, надо полагать, на металлолом сдали, в общем, нет их больше. Соответственно, когда задел кончается, приходится подбирать что-то похожее из того, что можно купить. Но это же не то! Это не те материалы, которые выбрал и просчитал конструктор. И считать по идее нужно заново, а не только двигатели перебирать.

[prospace.livejournal.com]

Вы совершенно правы.

[toropyggka.livejournal.com]

Я вот тоже думаю, что попадается партия металла, которая "почти такая же, даже лучше". В результате всплывают вот такие отказы.

[mary-bred-show.livejournal.com]

Она даже не попадается, её подбирают из марок, которые ещё выпускаются, причём не только в нашей стране. А там, к примеру, чуть иное легирование или чуть иное содержание каких-нибудь вредных примесей - и всё, привет.

[jr0.livejournal.com]

Подбор сырья - часть технологии. Что меняется в выводе? Да ничего.

Конструктор, когда рассчитывал, а госкомиссия, когда принимала испытания должны определить допуски и условия.

[mary-bred-show.livejournal.com]

Вы, извините, кто есть по специальности?
КОНСТРУКЦИОННЫЙ материал - это не сырьё! Это один из главнейших элементов изделия и выбирает его КОНСТРУКТОР, а не технолог. И выбрав, рассчитывает, исходя из конкретных характеристик материала, предела прочности, пластичности и прочего такого, чему его пять лет учили.
А если материал поменяли, потому что нужного не нашли, то считать надо заново.
Всё, что летает, проектируется впритык, потому что увеличение запаса влечёт увеличение веса и снижение полезной нагрузки. Ракета (и самолёт) - не танк и не корабль, у летающего материалы работают часто на пределе ограниченное число минут, после чего следует разрушение, вот так проектируется. А если материал иной, он не проработает нужные минуты, а разрушится раньше. Что, судя по всему, и случилось.

[jr0.livejournal.com]

Мне не любопытно, кто вы по специальности. Сырье русское слово - материал для обработки. Технолога приплели. Конструктор должен определить материал.

Если нужного не нашли, значит продолжат искать. Очевидно же. Нужный - это как конструктор описал. Не описал - ошибка.

Вы, простите, гадалка, чтобы чтобы "судить по всему"? Есть цитата из одного отчета. Будет другой - буду судить по нему. А не "по всему".

[mary-bred-show.livejournal.com]

Конструктор ничего не описывает, он не писатель, конструктор выбирает материал. Всё. У материала есть марка, у марки есть состав.
Если это металл, то открою вам секрет: большое количество советских марок сняты с производства. Советские марки отличались от зарубежных, причём не только названием, но и составом, мало, но отличались. Ряд наших металлургических предприятий перешли на международные стандарты, так проще продавать, а это значит, что спроектированное в СССР изготовить невозможно. Можно подобрать близкий по составу материал, но это не то, того нет.
Можно выплавить по спецзаказу точный аналог за большие деньги, кроме того, сотню килограмм никто плавить не будет, плавка будет иметь значительный вес. Во-первых, большой разовый расход средств, во-вторых, если деталь мелкая, то остатки выплавленного нужно где-то хранить, что тоже не бесплатно. Понятно, что соблазн сэкономить на таких "ненужных" расходах очень велик, а эффективным менеджерам нужно зарплату отрабатывать.
То, что так будет, было понятно почти четверть века назад, но тогда была надежда, что появятся новые конструкции из современных материалов. А они не появились, всё советское клепают, хотя клепать уже не из чего.

[jr0.livejournal.com]

У вас сложности с образованием. Разумеется, описывает. Марка - описание. Разумеется, марка - ссылка на национальный отраслевой стандарт.

"Невозможно" - тупость у вас. Возможно, но дороже. Если "того нет", надо искать - ага. Не как вы привыкли соблазняться. Это культура.

Но главное, пожалуй, что вы отсылаете к своему классовому чутью вместо ссылок. И какой смысл читателю гадать о ваших тараканах? Вот мне это зачем?

[mary-bred-show.livejournal.com]

Знаете, такие, как вы - кошмар современности. Вы не владеете РУССКОЙ терминологией и не хотите учиться говорить со специалистами на нормальном языке, что приводит к подмене понятий и утрате смысла. Вот такие приходят работать менеджерами и выдают невыполнимые задания в полной уверенности, что что-то знают, а потом всё падает, и судя по вашей самоуверенности, будет продолжать падать.

Всего доброго.

[dmitry prokopenko (from livejournal.com)]

Это вообще феерический дятел.
Он мне на полном серьезе ляпнул что ветер на сверхзвуковые объекты не влияет. "Они его как бы не замечают"(C).
:)))

[filos0v.livejournal.com]

Можно уточнить, что понимается под влиянием ветра? Меня учили, что после отрыва, ветер для самолета начинает влиять иначе, он существует для него в системе отсчета связанной с землей(сносит его относительно столба например). Это если ветер постоянный. При турбулентности, да, влияние будет постоянное и в системе отсчета связанной с воздухом.