Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Бар
Направление НПИ: 5. Технологии освоения космического пространства
Секция КНТС: 8. Перспективные технологии освоения космического пространства
Наименование эксперимента: Выбор и отработка методов и средств обнаружения мест разгерметизации модулей Международной космической станции
Цель эксперимента:

• Отработка методики выявления признаков истечения воздуха из модулей МКС как аномалии параметров (температуры, влажности, ультразвуковой эмиссии) при сравнении результатов измерений в зонах возможной утечки с зарегистрированными ранее данными (база данных фоновой обстановки).

• Формирование базы данных фоновой обстановки по результатам мониторинга приборами комплекта "Бар" соответствующих параметров (температуры, влажности, ультразвуковой эмиссии) в зонах возможной утечки.

• Экспериментальное подтверждение в натурных условиях работоспособности и эргономических свойств внутрикорабельных диагностических ручных приборов комплекта "Бар", предназначенных для регистрации признаков утечки бесконтактными методами температурно-влажностного и ультразвукового зондирования.

• Подтверждение эффективности использования приборов комплекта "Бар" для решения ряда вспомогательных задач по контролю среды обитания и работоспособности приборно-агрегатного оборудования РС МКС.

• Разработка рекомендаций по созданию штатной бортовой системы средств оперативного контроля признаков разгерметизации внутри и снаружи станции.

Описание эксперимента:

При длительной эксплуатации орбитальных станций не зависимо от правильности конструктивных решений и деятельности космонавтов возможно возникновение утечек в различных узлах герметизации типа уплотнений люков, гермопроходников, клапанов, иллюминаторах и на обечайке вследствие биодеградации материалов и биокоррозии. Это определяет необходимость размещения на борту МКС средств оперативного обнаружения места утечки, а также раннего выявления и предотвращение утечек из обитаемых модулей вследствие биодеградации конструктивных элементов.

Поиск мест негерметичности базируется на обследовании приборными средствами зон, представляющих потенциальную опасность возникновения негерметичности. В первую очередь это конструктивные элементы модулей, имеющие связь с вакуумом, а именно гермоплаты, люки, приводы солнечных батарей, обоймы иллюминаторы, клапаны, заглушки, гермопроходники и т.д. Кроме того, в процессе длительной эксплуатации космической станций неизбежны такие локальные изменения температурно-влажностного режима, при которых температура на ряде поверхностей конструкции и оборудования приближается к точке росы, что приводит к конденсированию паров воды и образованию на поверхностях пленочной влаги. Это создает условия для развития биологических и физико-химических процессов коррозии конструкционных материалов и возникновению утечек вследствие микродеструкции материала гермокорпуса. Такие зоны может выявить только экипаж МКС в натурных условиях.

В обеспечение безопасности МКС на Российском сегменте, начиная с 2008 года, проводится космический эксперимент «Бар», целью которого является отработка средств и методов обнаружения мест малых течей до 1 мм в диаметре.

Для экспериментального подтверждения в натурных условиях работоспособности и эргономических свойств приборов комплекта "Бар", предназначенных для регистрации признаков утечки бесконтактными методами температурно-влажностного и ультразвукового зондирования должны быть решены следующие задачи:

1. Проведение регистрации спектральных характеристик фонового ультразвукового излучения бортового оборудования в модулях РС МКС в областях возможной утечки для заполнения базы данных фоновых характеристик в соответствии с маршрутом (перечнем потенциально опасных мест), разработанным КБ «Салют», при различных режимах функционирования источников фонового излучения; должен быть утвержден маршрут обследования потенциально опасных зон с указанием операционных данных по проведению измерений в каждой точке в части пространственного размещения датчиков, необходимости отключения бортовой аппаратуры при обследовании, опорных значений уровней измеряемых параметров (программа подготовки экипажей должна включать работу с приборами и ознакомление с маршрутом).

2. Проведение регистрации тепловлажностных полей в модулях РС МКС в условиях сложной топологии поверхности с учетом коррекции результатов измерений в соответствии с реальными излучательными характеристиками покрытий для создания базы данных фоновых характеристик областей возможной утечки при различных условиях по освещенности траектории, режимах функционирования аппаратуры и принудительной вентиляции в потенциально опасных зонах модулей РС МКС.

3. Получение информации о движении воздушных масс внутри модулей в областях возможной утечки для заполнения базы данных фоновых характеристик в соответствии с маршрутом.

4. Проведение регистрации микросостояния поверхностей в выявленных потенциально опасных зонах развития микродеструкции с помощью видеоканала пироэндоскопа «Пирэн-В»;

5. Формирование базы данных цифровых изображений фрагментов поверхности с признаками развития коррозионного процесса.

КЭ находится на этапе реализация на борту РС МКС.

В ходе 16 основной экспедиции в соответствии с программой КЭ «Бар» борт-инженером Ю. Маленченко были выполнены следующие работы:

- отработка на борту РС МКС методики проведения измерений приборами комплекта "Бар";

- заполнение базы данных опорных значений параметров фоновой ультразвуковой обстановки в потенциально-опасных местах, имеющих выход во внешнюю среду согласно маршруту Приложения А Программы проведения КЭ «Бар». Работа проведена в 7 сеансах.

В ходе 17 основной экспедиции в соответствии с программой КЭ «Бар» экипажем ЭО 17 в составе С. Волков и О. Кононенко были выполнены следующие работы:

- отработка на борту РС МКС процедуры поиска места негерметичности приборами комплекта "Бар";

- заполнение базы данных опорных значений параметров фоновой среды в потенциально-опасных местах, имеющих выход во внешнюю среду согласно перечню Приложения А Программы проведения КЭ «Бар».

Работа проведена 6 сеансах.

В ходе 19/20 основной экспедиции в соответствии с программой КЭ «Бар» экипажем МКС-19/20 в составе Г.И. Падалка (КЭ) и Р. Романенко (БИ-3) были выполнены следующие работы:

- проведена отработка на борту РС МКС процедуры поиска места негерметичности приборами комплекта "Бар;

- измерение параметров среды (температуры, влажности, скорости воздушного потока) и температуры поверхности гермокорпуса модуля в запанельном постранстве для выявления зон возможного выпадения конденсата на гермокорпусе;

- измерения параметров ультразвукового фона в потенциально опасных зонах возможного развития процесса микродеструкции гермокорпуса модуля СМ. Работа проведена 6 сеансах.

В ходе 20-21-22 основной экспедиции в соответствии с программой КЭ «Бар» экипажем ЭО в составе Р. Романенко, М. Сураевым и О. Котовым были выполнены следующие работы:

- измерение параметров среды (температуры, влажности, скорости воздушного потока) и температуры поверхности гермокорпуса модуля в запанельном постранстве для выявления зон возможного выпадения конденсата на гермокорпусе;

- измерения параметров ультразвукового фона в потенциально опасных зонах возможного развития процесса микродеструкции гермокорпуса модуля СМ;

- исследование влияния работы беговой дорожки TVIS на параметры фоновой акустической среды и тепловлажностных параметров воздуха в запанельном пространстве, окружающим TVIS, и рабочей зоны обитания экипажа;

- проведение измерения акустического фона в зонах расположения источников ультразвуковых колебаний повышенного уровня, влияющих на эффективность выделение признаков утечки и ускорение процесса микродеструкции гермокорпуса;

- проведение измерения фоновой среды в зонах расположения источников ультразвуковых колебаний повышенного уровня, влияющих на эффективность выделение признаков утечки и ускорение процесса микродеструкции гермокорпуса.

Работа проведена 7 сеансах.

В ходе 25-26 основной экспедиции в соответствии с программой КЭ «Бар» экипажем ЭО в составе А. Калери и О. Скрипочка были выполнены следующие работы:

- измерения параметров фоновой физической среды в модулях МИМ-1 и МИМ-2 СМ;

- инспекции микросостояния поверхностей внутри модулей РС МКС в потенциально опасных зонах возможного развития процесса микродеструкции гермокорпуса модуля СМ и ФГБ.

Работа проведена 12 сеансах.

В ходе МКС-27/МКС-28 основной экспедиции в соответствии с программой КЭ «Бар» экипажем ЭО в составе А. Борисенко, С. Волков и А. Самокутяев были выполнены следующие работы:

- измерения параметров фоновой акустической среды в модуле МИМ-1 СМ;

- инспекции микросостояния поверхностей внутри модулей РС МКС в потенциально опасных зонах возможного развития процесса микродеструкции гермокорпуса модуля СМ.

Работа проведена 8 сеансах.

В ходе 30 основной экспедиции в соответствии с программой КЭ «Бар» экипажем ЭО в составе А. Шкаплеров, А. Иванищев, О. Кононенко были выполнены следующие работы:

- выявление и контроль зон возможного выпадения конденсата на поверхности гермокорпуса;

- контроль скорости принудительного движения воздушной среды в рабочем объеме модулей и запанельном пространстве (выявление застойных зон, контроль обдува аппаратуры);

- регистрация микросостояния поверхности металла в потенциально опасных зонах развития микродеструкции гермокорпуса;

- диагностика состояния потенциально опасных зон размещения конструктивных элементов, связанных с вакуумом (стыковочные агрегаты, иллюминаторы, клапаны сброса давления, плоскости стыка модулей и т.п.);

- выявление признаков аномалий при ультразвуковом и температурном контроле конструктивных элементов, как признаков негерметичности для сравнения с данными измерений приборами комплекта «Бар» , полученными в КЭ «Бар» в 2008 году;

- исследование градиента температурно-влажностных параметров среды модулей в зависимости от освещенности станции на орбите;

- акустический мониторинг рабочих зон модулей.

Работа проведена 20 сеансах.

Достигнутые научные результаты

Программа экспериментов, запланированных к проведению в период с МКС-16 по МКС-30, была выполнена полностью в соответствии с разработанной документацией. В результате выполненной работы:

1. Подтверждена работоспособность и эргономические свойства приборов комплекта «Бар».

2. Отработана процедура поиска мест негерметичности полным комплектом НА «Бар» в потенциально опасных зонах, включая зоны с источниками ультразвука повышенного уровня, величина помех от которых превышает ожидаемые уровни сигнала от места разгерметизации, и проведена идентификация источника шума.

3. Полностью пройден маршрут потенциально опасных зон согласно Приложению А Программы проведения КЭ «Бар». Сформирована процедура обследования 56-ти потенциально опасных зон для эффективного обнаружения места негерметичности в этих зонах.

4. Выявлены зоны возможного развития процесса микродеструкции гермокорпуса. Перечень потенциально опасных зон, принятый в Программе проведения КЭ «Бар», дополнен выявленными зонами возможной утечки из-за развития процесса микродеструкции гермокорпуса.

5. Сформирована база данных измерений параметров фоновой физической среды, включая ультразвукового фона, в заданных маршрутом потенциально опасных зонах возможной утечки и развития процесса микродеструкции гермокорпуса.

6. Зарегистрированы спектральные характеристики акустического фона в 200 зонах измерения для формирования базы данных ультразвукового фона в СМ и ФГБ в рамках задач КЭ «Бар». Полученные данные включают спектральные характеристики в области частот слышимого звука и могут эффективно использоваться для оценки среды обитания экипажа РС МКС и обеспечения предельно допустимых значений ГОСТ Р 50804-95.

7. В результате мониторинга тепловлажностного режима и скоростей воздушного потока в зонах запанельного пространства СМ и ФГБ выявлены участки гермокорпуса, на которых возможно конденсирование атмосферной влаги и отсутствует движение воздушной массы. Эта информация должна использоваться для оценки эффективности СОТР.

8.По результатам измерений формировались маршруты отбора проб с поверхности гермокорпуса для проведения КЭ «Эксперт». В большинстве зон установлено наличие микроорганизмов-биодеструкторов, превышающее допустимые уровни содержания колонеобразующих единиц.

9. Сравнение фактических данных фоновой акустической среды в МИМ-1, полученных МКС 25-26 и МКС-27/МКС-28, позволяют судить о недостаточности реализованных мер по снижению шумности вентиляторов. Кроме того, необходимо обратить внимание на акустический фон, генерируемых светильниками. Превышение допустимого уровня колебаний при работе светильников аналогично высокому фону, генерируемому вентиляторами. Использование указателя течи «УТ2-03» в МИМ1 для выявления места негерметичности гермокорпуса потребует поэтапного выключения светильников.

10. Получен большой объем снимков микросостояния поверхности гермокорпуса в зонах с выявленными ранее признаками роста микрофлоры на поверхности.

11. Полученные в КЭ «Бар» видеоизображения состояния зон (ф/а Nikon) и микросостояния поверхности гермокорпуса в этих зонах (пироэндоскоп «Пирэн-В») составили основу картированной базы данных БД МАРVD (MSAccess), разработанных в КЭ «Бар». Пополняемая база данных позволяет:

- визуально оценивать текущее состояния гермокорпуса;

- анализировать динамику изменения, сравнивая с предшествующими видеоизображениями;

- выбирать вид обработки поверхности и регламент обслуживания;

- подтверждать и продлевать ресурс гермокорпуса.

12. Комплект приборов «Бар» может быть использован как прототип для штатной системы средств обнаружения мест разгерметизации внутри модулей РС МКС и совместно с картированной базой данных БД МАРVD как система контроля состояния гермокорпуса для подтверждения ресурса модулей РС МКС.

13. Полученные данные пополняемой картированной базы данных MAPVD и являются базовыми для системы регулярного контроля динамики состояния гермокорпуса комплектом научной аппаратуры «Бар», что чрезвычайно важно в условиях продления ресурса модулей МКС.

Система регулярного контроля динамики состояния гермокорпуса обеспечит:

- визуальную оценку текущего состояния гермокорпуса и динамики изменений при сравнении с предшествующими видеоизображениями;

- анализ состояния гермокорпуса и масштаб повреждения поверхности по зарегистрированным одновременно данным химического/микробиологического анализа проб с поверхностей и фотографиям микросостояния гермокорпуса (пироэндоскопом «Пирэн-В»);

- выбор вида обработки поверхности и контроль результата обработки после повторного микроскопирования;

- оптимальный регламент обслуживания с учетом служебных операций по обслуживанию РС МКС, связанных с открыванием панелей, за которыми находятся проблемные зоны;

- обоснование интервала времени, через который необходимо осуществлять повторный осмотр зон с зарегистрированными признаками микродеструкции для оценки динамики процесса;

- определение общего времени, требуемого для контроля гермокорпуса за экспедицию;

- подтверждение и продление ресурса гермокорпуса.

Продолжительность КЭ «Бар» должна быть увеличена в связи со значимостью его результатов для обеспечения герметичности модулей РС МКС в условиях необходимости продления ресурса станции.

В настоящее время проблем в проведении КЭ нет.

Новизна эксперимента:

Созданы и отработаны средства обнаружения мест малых течей до 1 мм в диаметре для модулей РС МКС. Определены условия поиска течей в различных зонах модулей.

На базе мониторинга внутриобъектовой среды и дистанционного измерения температуры гермокорпуса выявлены потенциально опасные зоны возможного выпадения конденсата атмосферной влаги на поверхности и развития микродеструкции металла. Выявлены зоны повышенных ультразвуковых колебаний в запанельных пространствах, ускоряющих коррозию гермокорпуса при наличии конденсата. Мониторинг воздушных потоков в запанельном пространстве позволил выявить места недостаточного обдува приборной зоны и застойных зон у гермокорпуса. Установлено влияние циркуляции воздушных потоков в запанельном пространстве на топологию контаминации гермокорпуса микроорганизмами. По результатам отбора проб в выявленных зонах в КЭ «Бар» установлено превышение нормативных показателей, регламентируемых SSP 50260 MORD по содержанию микрофлоры. Проведение химического анализа доставляемых проб при использовании укладок с пробирками Хт4.160.001-03 подтверждает развитие коррозионного процесса (в растворах смывок проб присутствуют химические элементы, из которых состоят продукты коррозии алюминиевых сплавов легированных магнием и марганцем).

Получен большой объем снимков микросостояния поверхности гермокорпуса. Микроскопирование пироэндоскопом «Пирэн-В» поверхности гермокорпуса выявленных зон позволило подтвердить в ряде случаев наличие признаков коррозионного процесса и контаминации поверхности микроорганизмами – биодеструкторами.

Создана картированная база данных БД МАРVD микросостояния гермокорпуса в потенциально опасных зонах и параметров физической среды в этих зонах.

Научная аппаратура:

Для решения задач эксперимента разработана оригинальная аппаратура, не имеющая аналогов на борту РС МКС:

• дистанционный ИК-термометр "Кельвин-видео"(цифровое видеодокументирование места измерения ИК термометром и параметров измерения);

• термогигрометр "Ива-6А" (измерение тепловлажностных параметров и вычисление точки росы);

• термоанемометр-термометр ТТМ-2 (регистрации скоростей малых потоков с чувствительностью мм/с);

• анализатор ультразвука АУ-01 (регистрация акустического фона от единиц Гц до 100 кГц);

• указатель течи УТ2-03 (индикация места утечки по ультразвуковым колебаниям).

Начиная с экспедиции МКС-23, в эксперименте используется уникальная аппаратура - пироэндоскоп "Пирэн-В", позволяющий обследовать микросостояние гермокорпуса и измерить температуру поверхности в труднодоступных местах запанельного пространства (увеличение изображения в 70 раз, дистанционное измерение температуры поверхности в труднодоступных зонах).

Ожидаемые результаты:

1. Созданы и отработаны средства обнаружения мест малых течей до 1 мм в диаметре для модулей РС МКС.

2. Разработанная и заполненная картированная база данных видеоизображений состояния зон, получаемых с помощью ф/а Nikon, и микросостояния поверхности гермокорпуса в этих зонах, получаемых пироэндоскопом «Пирэн-В», может явиться базой для создания паспорта коррозионного состояния модулей РС МКС, необходимого при длительной эксплуатации модулей и для обоснования продления ресурса гермокорпуса.

3. Комплект внутрикорабельных диагностических приборов «Бар», разработанный для КЭ «БАР», и методика его использования может применяться в Гражданской авиации и кораблестроении для решения следующих задач.

3.1. Определение герметичности топливных магистралей.

3.2. Техническая диагностика среды внутренних объемов судов с целью выявления условий развития микродеструкции корпусов, в том числе:

• контроль параметров среды для выявления опасных зон выпадения конденсата (влажности, температуры точки росы, температуры поверхности) и измерение скоростей потоков воздуха для выявления застойных зон;

• контроль фоновых уровней ультразвуковых колебаний, значительно (в 10 раз) ускоряющих коррозию корпуса;

3.3. Контроль развития коррозии конструктивных элементов в ходе длительной эксплуатации:

• визуальный контроль развития микродеструкторов и наличия каверн методом прямого микроскопирования пироэндоскопом комплекта «Бар» в потенциально опасных зонах (наличие конденсата).

3.4. Оценка комфортности внутренней среды судов и соответствия допустимым нормам для экипажа по слышимым и ультразвуковым акустическим колебаниям.

4. Анализатор ультразвука «АУ-1», разработанный для КЭ «БАР» и внесенный в Госреестр измерительных средств, может использоваться при аттестации рабочих помещений и сертификации бытовой аппаратуры, поступающей на отечественный рынок, на соответствие санитарным нормам и ГОСТам.

5. Результаты, полученные при подготовке и реализации КЭ «Бар», необходимо использовать в гражданском строительстве при подтверждении эксплуатационной пригодности общественных объектов с повышенной влажностью и наличием мощной системы освещения, аудиосистем, каких-либо струйных источников истечения типа фонтанов, насосов, холодильных установок, системы принудительной вентиляции и других источников ультразвуковых колебаний.

Для предотвращения аварийных ситуаций в объектах такого класса необходимо:

- на этапе проектирования предусматривать средства экранирования источников ультразвуковых колебаний и защиты силовых элементов конструкции от распространения ультразвуковых колебаний;

- на этапе эксплуатации внедрение как обязательной регулярной процедуры раннего выявления и контроля развития коррозии элементов конструкции объектов и особенно в зонах распространения ультразвуковых колебаний посредством комплекта приборов «Бар».

Полученные результаты:
Сроки проведения: Начало проведения 2008 г. Окончание 2012 г.
Состояние эксперимента: Реализуется
Организация постановщик: ФГУП ЦНИИмаш
Организации участники: ФГУП НПО ИТ; ОАО «РКК "Энергия" им. С.П. Королева»; КБ "Салют" ГКНПЦ им. М.В. Хруничева.
Научный руководитель: Сапрыкин О.А., начальник отделения ФГУП ЦНИИмаш, к.т.н.
Публикации по эксперименту:

1. N.A.Anfimov,V.V.Borisov,V.I Lukjaschenk,E.V. Shubralova, E.V.Scherbakov, N.D.Novikova, E.A.Deshevaya «Perspectives of Bar Telemetric Means Utilization for Leakage Detection and Monitoring of the ISS Construction Conditions» CD, IAC-04-T.3.08, 55th Astronautical Congress, October 4-8, 2004, Vancouver, Canada, CD

2. Шубралова Е.В., Маколкин Е.В., Дешевая Е.А., Новикова Н.Д., Поликарпов Н.А., Каримова С.А., Тарараева Т.И «Влияние ультразвуковых колебаний на процесс микродеструкции» Материалы II Международной научно- технической конференции « Биоповреждения и биокоррозия в строительстве» - Саранск: Изд-во Мордов.ун-та, 2006, -С.98-101

3. В.В. Борисов, В.И. Лукьященко, Е.В. Маколкин, Е.В. Шубралова, В.Г. Шабельников, Е.А. Дешевая,Н.Д. Новикова. «Перспективы применения дистанционных средств для обнаружения мест негерметичности конструкций Международной космической» Космонавтика и ракетостроение. – 2007 №4 (49).- С. 174 – 182

4. Борисов В.В., Дешевая Е.А., Кононенко О.Д., Шубралова Е.В., Н.Д. Новикова «Отработка метода обнаружения мест негерметичности на борту МКС» Журнал «Космонавтика и Ракетостроение» 2009, №4. , С.144-152 с.

5. Дешевая Е.А., Новикова Н.Д., Поликарпов Н.А, Борисов В.В., Шубралова Е.В, Бурлакова А.А., Кононенко О.Д., Незнамова Л.О. «Анализ результатов КЭ «Бар» и «Эксперт», выполненных на Российском сегменте МКС. Перспективы применения комплекта диагностической аппаратуры комплекта «Бар» для выявления потенциально опасных мест развития процессов микродеструкции гермокорпуса МКС» - в Трудах шестого Международного аэрокосмического конгресса 2010г. (диск).

6. Deshevaya Е.А., Е.V. Shubralova, N.D. Novikova, V.V. Borisov, O.D. Kononenko, N.A. Polikarpov «Testing and evaluation of a method for locating potentially hazardous sites of eventual microdestruction and detecting marks of ISS RS hull leakage» -J. Acta Astronautica, 2010.

7. Ю.Н. Маков, В.Б. Бычков, О.Д. Кононенко, Е.В. Шубралова «Проблематика низкочастотного фонового ультразвука применительно к исследованию необходимости учета его воздействия на космонавтов во время длительного пребывания на космических аппаратах» Труды ХХХV академических чтений по космонавтике. Москва, январь 2011 / Под. ред. А.К..Медведевой – М.: РАН – Федеральное космическое агентство, 2011. С. 577-579.

8. Е.А. Дешевая, Е.В. Шубралова, Н.Д. Новикова, Н.А. Поликарпов «Результаты исследований влияния внутрикорабельной среды на состояние гермокорпуса, выполненных в космических экспериментах «БАР» и «Эксперт» на РС МКС в2008-2011 гг» Космический форум 2011, посвященный 50-летию полета Ю.А. Гагарина, Москва, 18-21 октября 2011 г.

Последнее обновление: 14.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения