Научно-популярно о космосе и астрономии (lozga) wrote in engineering_ru,
Научно-популярно о космосе и астрономии
lozga
engineering_ru

Category:

Дефект, который ждал десятилетия

01.jpg
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:

02.jpg

На участке работы третьей ступени это выглядит примерно так:

03.jpg

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.

04.jpg

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

05.jpg
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.
Tags: аварии и происшествия, космос
Subscribe
promo engineering_ru june 22, 2015 20:26 26
Buy for 200 tokens
Оригинал взят у tnenergy в Новое многообещающее направление в УТС Разрез реактора управляемого термоядерного синтеза "Диномак" Коварство физики плазмы и те параметры, которые нужны для получения термоядерной энергии с одной стороны приводят к фактически застывшим в…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 245 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
спасибо
---- 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.

Я не то, чтобы ракетчик, но взять отдельно проблемный узел и гонять его до посинения на испытытательном стенде в приближенных у рабочим условиям им что мешало? Особенно после того как из-из него второй раз ухнула ракета?
В том-то и дело, что просто гонять его на стенде не поможет. Если его просто перегрузить, он сломается, так тоже не пойдет. Получается, нужно получить информацию, как именно он перегружается на ракете, а потом уж разбираться, что ломается. А информацию без аварии и доп. датчиков не получишь.

lev_evgenevi4

4 years ago

lozga

4 years ago

lev_evgenevi4

4 years ago

lozga

4 years ago

gummy_beer

4 years ago

eddie_blackarch

4 years ago

jr0

4 years ago

eddie_blackarch

4 years ago

jr0

4 years ago

eddie_blackarch

4 years ago

fan_d_or

4 years ago

paskin

4 years ago

georg_pik

4 years ago

paskin

4 years ago

fan_d_or

4 years ago

jr0

4 years ago

fan_d_or

4 years ago

jr0

4 years ago

fan_d_or

4 years ago

jr0

4 years ago

fan_d_or

4 years ago

jr0

4 years ago

mike_rocketproj

4 years ago

panasyuk_msk

4 years ago

sjtonic

4 years ago

paskin

4 years ago

fan_d_or

4 years ago

paskin

4 years ago

fan_d_or

4 years ago

paskin

4 years ago

fan_d_or

4 years ago

jr0

4 years ago

jr0

4 years ago

mike_rocketproj

4 years ago

jr0

4 years ago

fan_d_or

4 years ago

ubpskh

4 years ago

fan_d_or

4 years ago

ubpskh

4 years ago

reedcat1965

4 years ago

ubpskh

4 years ago

jr0

4 years ago

ubpskh

4 years ago

jr0

4 years ago

ubpskh

4 years ago

jr0

4 years ago

дык, а Куратор даже деталь показывал - мол, датчик неправильно поставили
это по случаю падения в 2010 году, если не ошибаюсь

lozga

4 years ago

e_pipe

4 years ago

Deleted comment

Вообще, оба утверждения "у нас всё отлично" и "у нас всё плохо" НЕ далеки от реальности.
Вопрос лишь в том, какая реальность у вас.
Сформированный до 2017 года портфель заказов не говорит вообще ни о чем, потому что при заказе космических запусков заказы всегда размещаются на несколько лет вперед.

Куда более интересна информация о том, есть ли новые контракты. Если не ошибаюсь, у Протона за 2014-2015 годы ни одного нового коммерческого контракта не было.
Я не нашел источников. А вы где эту информацию слышали?

ubpskh

4 years ago

lozga

4 years ago

ubpskh

4 years ago

Игорь Петров

4 years ago

toropyggka

June 1 2015, 06:01:45 UTC 4 years ago Edited:  June 1 2015, 06:04:51 UTC

Дефект, который проявился только на трех пусках из нескольких десятков?
Главный вопрос - почему он не проявляется постоянно.
"Спцифическое сочетание параметров" - на кафедре двигателей моей альмаматер это назвали бы детским лепетом и отправили бы пересчитывать все.
Или Вы не знаете причины появления вибраций или ее не знают разработчики. Если последнее верно, то, подозреваю, подобный дефект проявится через десяток раз на новой конструкции. Они усилят одно место, но неивестный фактор проявит себя в другом. Если это не производственно-технологический дефект, вызванный качеством материала или нарушениями в технологии прооизводства.

Deleted comment

opup

4 years ago

lozga

4 years ago

toropyggka

4 years ago

Инженерам удалось добиться того, чего не удалось физикам - распада протона)

Deleted comment

Еще он говорил: "Болтун - находка для шпиона". А ты слишком много базаришь. В расход.

jr0

4 years ago

yobra

June 1 2015, 06:50:50 UTC 4 years ago Edited:  June 1 2015, 06:51:57 UTC

Это все фон Браун виноват!
Не так рассчитал в 44 году, вредитель
Браун к "Протону" отношения не имеет. Скорее Циолковский. Расстрелять посмертно!

jr0

4 years ago

e_pipe

4 years ago

jr0

4 years ago

e_pipe

4 years ago

jr0

4 years ago

yobra

4 years ago

Dmitry Prokopenko

4 years ago

yobra

4 years ago

Dmitry Prokopenko

4 years ago

А вот в Нигерии "Протоны" не падают -
живут себе -
у костра танцуют..
И лыбятся в 32 зуба...

А мы чем хуже ?
Спутник какой-то мексиканский пропал -
а нам-то какое дело ?

Заказы у фирмы Хруничева пропадут -
ну и что - мои родственники там не работают -
чего мне-то печалиться ?

Космос - забава для богатых -
нам не по карману...
Престиж страны - какой к чертям собачьим у нас престиж -
если только Солнцеликий - это да...
Такого - прямо от Бога - ни у кого нет - свезло нам..
Если бы нашли очередных виноватых, то все рабочие бы разбежались. Кому охота получать копейки в ожидании посадки

Deleted comment

Учитывалось количество "живых" аппаратов, по мусору мы тоже в тройке, ЕМНИМС.

Мы - страна.

toropyggka

4 years ago

Deleted comment

mike_rocketproj

4 years ago

конечно, неудачи бывают у всех.

есть ли сравнительная статистика по неудачным пускам у разных производителей

(лет за 15 последних, чтоб наглядно)?
Статистика есть. Но ответы есть только на правильные вопросы, разумеется.

zavod007

4 years ago

jr0

4 years ago

panasyuk_msk

4 years ago

jr0

4 years ago

Игорь Петров

4 years ago

zavod007

4 years ago

Игорь Петров

4 years ago

zavod007

4 years ago

Игорь Петров

4 years ago

zavod007

4 years ago

jr0

4 years ago

zavod007

4 years ago

"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."
Это хорошо?! По-моему, бессистемные дефекты - это настоящий кошмар.
+1
Я не сварщик, в ракетах не силен, но существует в технике такое понятие как "наработка на отказ". Железяку (да не одну) гоняют на земле в разных режимах и условиях до тех пор, пока она не выйдет из строя. Есть программы для определения численных показателей и нормативы по их величине. Что-то тут не так.
Не всё, что возникает в полете можно смоделировать на стенде.

А даже если и возможно смоделировать, то что именно будем моделировать? "Протон" сделали полвека тому назад, просчитать все режимы и условия возникающие при полете ракеты тогда не представлялось возможным, в то время многое считали на логарифмических линейках и механических арифмометрах, а электроника не позволяла поставить разнообразные датчики на все узлы и снять реальные значения параметров. Делать совершенную математическую модель сейчас - проще сразу в цифре новую ракету спроектировать, а не переводить все чертежи в цифру и заниматься перерасчетом конструкции. Поэтому, пока не поставили датчик на узел, никто и не предполагал, что вибрации могут в каких-то условиях превышать расчетные значения.

Подобные "баги" были, есть и будут в любой сложной технической системе, вопрос лишь в их количестве и влиянии на результат работы системы.

jr0

4 years ago

e_maksimov

4 years ago

jr0

4 years ago

e_maksimov

4 years ago

jr0

4 years ago

e_maksimov

4 years ago

akbulyakov

4 years ago

ahax

4 years ago

larionov1945

4 years ago

ahax

4 years ago

larionov1945

4 years ago

jr0

4 years ago

ahax

4 years ago

jr0

4 years ago

lozga

4 years ago

Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →