Пользователь
334,4
рейтинг
1 июня 2015 в 06:03

Дефект, который ждал десятилетия



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.
Филипп Терехов @lozga
карма
561,7
рейтинг 334,4
Пользователь
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (43)

  • +1
    Таким образом ракеты доведут до совершенства!
    P.S. Надеюсь там параллельно улучшают численное моделирование в конструкторских пакетах программ.
    • +6
      С «доведением» тут интересная ситуация, кстати. Иногда говорят, что, мол, ракеты летают такие же, как и в шестидесятых. Но это совершенно неверно — тот же «Протон»
      постоянно улучшается

      • +93
        Обожаю, когда для иллюстрации 20%-го роста кривая графика увеличивается на 200% :-)
      • +3
        У Вас 0 потерялся.
      • 0
        В РБК, картинку от которого привели ниже, есть также статистика по аварийности ракет-носителей. Согласно этой статистике, «Протон» вторая по аварийности ракета — хуже только украинский «Днепр». Но вряд ли так было и в советское время. Статистика в РБК начитается с конца 90-х — не связан ли рост аварийности с ростом полезной нагрузки? Конструкторы увеличили нагрузку за счёт снижения надежности.
  • –33
    Не верю. Просто не верю не единому слову этих жуликов.
    Надо же, обвинили во всем еще советских конструкторов! Какую же надо иметь наглость… Ведь ежу понятно, что виновата во всем разруха на заводах, когда за копейки нанимают совершенно левых людей с улиц, а триллионы разворовываются.
    • +2
      Я так понимаю, это сарказм?
      • –6
        Нет не сарказм.
  • –30
    Не верю! Это вранье, как бы оно и кем бы оно не подавалось народу!
  • +19
    Расследованию помогли данные от дополнительных датчиков вибрации, которые были установлены после аварии 2014 года.

    Вот эта фраза больше всего порадовала.
    Хоть и жалко каждую ракету, которая не выполнила своего назначения, но радуется, что в 2014 всё же перестраховались.
    • +9
      Да, что радует, комиссия не успокоилась после определения места аварии 2014 года, а стала пристально присматриваться к подозрительному месту.
  • +12
    >>по количеству аппаратов на орбите входим в тройку лидеров
    В прошлом году встречал интересную инфографику от РБК
    image

    Видно, что нам Китай на пятки наступает
    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
    • +4
      Классная инфографика!
      Обратил внимание на приоритеты развития и удельный вес военки по странам. Печально (
    • +2
      Интересная инфографика, спасибо.
      Данные, которые я использовал в лекции «Космонавтика сегодня» были от января 2015 года, и там у США 417 аппаратов, РФ: 130, Китай 129 а Европу в один блок не объединили.
  • +4
    Самые сложные баги — те, которые проявляются редко
    • +3
      Как тестировщик ПО полностью с вами согласен. Забавно, кстати, читая книги о проектировании космической техники (те же «Ракеты и люди» Чертока), ловил себя на мысли, что процесс достаточно похож на разработку ПО — дедлайны, факапы и прочее вполне узнаваемы. А баги в советской космонавтике звали «бобами»…
      • +2
        По моему скромному мнению, технологии разработки и тестирования ПО, очень неплохо-бы распространить на многие виды человеческой деятельности. Например на законотворческую.
        • +13
          Граждане: Извините, в этом законе баг!
          Варианты ответов:
          1. Это не баг, а фича, и вообще не мешайте нам работать.
          2. Мы работаем над этой проблемой, ждите исправлений в следующей конституции.
        • +1
          Ситуация выглядит как «У Вас слишком рациональное предложение, чтобы ставить ему плюсы»…
  • +1
    А что происходит с теми протонами, которые уже произведены, их отозвут для замены делатей?
    • 0
      Скорее всего, отзовут третьи ступени. Если не найдут возможности заменить на месте, но в этом я сомневаюсь.
    • +4
      Деталь небольшая, проще поменять там, где ракета находится.
    • 0
      В новостях писали, что их отзывают для замены деталей.
  • 0
    Читал про falcon ракету на вики, заявлено многократное резервирование многих систем. Например, если отказывают 2 из 9 двигателей первой ступени, ракета все равно долетит.
    Может нам тоже пора начать ракеты с подобным запасом надежности строить?
    • +7
      Если 2 двигателя откажут прямо на старте, боюсь, Falcon на этот старт обратно и упадет, тяга оставшихся будет меньше массы ракеты. Резервирование — штука хорошая, но она не бесплатна. Если отказывает двигатель, падает тяга, возрастают гравитационные потери и снижается грузоподъемность. А любой запасной двигатель — это масса. Я не так давно писал про резервирование двигателей и надежность, но там для случая заведомо более ненадежных двигателей.
    • 0
      Многие системы дублируютя на всех ракетах, но нельзя продублировать все. Плюс, могут быть ситуации, как с McDonnel-Douglas, не помню модель, у которого разрушился центральный двигатель (он в хвосте, почти как у Ту-154), и его обломки пробили магистрали и основной гидравлической системы, и обеих резервных. Т.е., система была не дублирована, а даже троирована, но конкретный сценарий аварии с повреждением всех трех в одной точке рассмотрен не был.

      С дублированием конкретно двигателей все еще сложнее. Если у двигателя вероятность отказа 10% (это очень много, но так считать проще), но вероятность долететь на единственном двигателе — 90%, а вероятность отличной работы пакета в 9 двигателей — уже 0.9 ^ 9 = 0.39, поэтому запас там жизненно необходим.
  • +2
    Как сочетаются
    Этот дефект, кроме аварии 2015 года, является причиной аварий 2014 и 1988 годов.

    и
    Если посмотреть на произошедшие аварии, то видно, что они происходят по разным причинам в разных блоках разных аппаратов и не повторяются.


    ?
    • +1
      Если посмотрите на более длинном временном диапазоне, то причины будут разные. До аварии «Протона» 2013 года, когда датчики вверх ногами воткнули, у ракеты-носителя была серия в 60 успешных пусков подряд, в более ранних авариях чудил «Бриз-М». Есть причины очень обидные — датчики перевернули, разгонный блок перезаправили, потому что по старой инструкции неверно мерили объем. Есть инженерно-интересные, когда закипает или замерзает топливо или окислитель, из-за специфического сочетания факторов, или дефект пролезает на ракету вместе с дефектной деталью, которая не проходит тестирование, потому что оно идет не прожигом двигателя а более удобной подачей газа под давлением. Есть такие, про которые и рассказывать неинтересно, вроде единичного дефекта шва, из-за которого разрушается двигатель, который летал уже много лет. Очень разные аварии.
  • +3
    Есть претензии к нейтральному характеру написания статьи.
    Выглядит так, словно это попытка исправить имидж роскосмосу, а не проанализировать аварию. Причем к самому анализу у меня никаких вопросов нет, тут действительно здорово все. Но вот эта мысль, которую насильно мне впихивают в голову, говоря «радует то, что», «это не плохо, это хорошо, что». Неприятно, я сам решу — хорошо это или нет, мне достаточно просто фактов, без эмоционального окраса.
    Ну и хочу прокомментировать неоднократно промелькнувший посыл «хорошо что комиссия не забивает, а продолжает исследовать причины аварии, это хорошая комиссия». Это не комиссия хорошая, а условия запуска этого требуют. Каждое падение автоматически выписывает счет на миллиарды страховым компаниям (в данном случае двум), и подробный анализ причин и добавление датчиков (вибрации, как в этом случае) — исключительная инициатива страховых компаний, роскосмосу уже не так важно — упал аппарат или взлетел — деньги они уже получили, зарплаты выплатили работникам, проект завершен, и обратно ракета возвращаться не планирует (и тут осмелюсь предположить что падение аппарата роскосмосу принесет больше денег, нежели успешный взлет, но гарантировать не могу).
    • +1
      Любитель-популяризатор вроде меня имидж всей отрасли не исправит :) Если серьезно, я старался быть объективным, и про то, что недостатков хватает, сказал прямо. А про достижения надо напоминать, потому что в интернете часто пытаются поливать отрасль черной краской не утруждая себя попытками изучить вопрос хотя бы минимально.

      Подумайте про плохую комиссию, которая работает по методологии «запугивание, запутывание, наказание невиновных и награждение непричастных». Или, например, не пытается разбираться, а пускает ракеты по принципу «авось пронесет». А аварии происходят в одних и тех же местах, потому, что дефекты не устраняются.
      • 0
        Можно думать про плохие комиссии сколько угодно, но отказ (явный или скрытый, вроде повторяющихся аварий в одних и тех же местах) от анализа причин аварии повлечет за собой отказ страховой в выплате, а в дальнейшем и отказ в страховании. Без страховки ракету никто запускать не будет — это совершенно точно.
  • 0
    Посмотрим как взлетит в июне…
  • 0
    Не разбираюсь в ракетах.)
    Но таки выскажу свою дилетантскую мысль.
    Почему бы не проводить полные испытания ракет на земле? Укрепить ракету тросами и цепями, и пусть она полный цикл 1-2-3 ступени «рвётся в небо». Да, условия разные, по сравнению с теми, что она преодолевает. Но можно построить подземные испытательные боксы, где и моделировать нужные условия.
    Плюс в том, что взорвавшуюся или падающую ракету на испытаниях можно вовремя затушить. И датчиков можно поболее поставить.
    • 0
      дорого
    • +2
      При разработке ракеты наверняка каждый блок по отдельности тестируется. Так же наверняка тестируется каждая выпущенная заводом ракета (по какой то упрощенной методике тестирования). Делать полный тест каждой ракеты не возможно. Хотя бы просто потому, что в ракете много одноразовых элементов. Предположим ты выпустил ракету, закрепил её на стенде полностью эмулирующем все условия старта, она там условно пролетела. А что с ней дальше делать. Просто заправить её заново топливом и пустить на старт не получится. Надо её разобрать заменить все одноразовые детали и… и по хорошему надо опять делать полный тест на стенде так как при сборке/разборке что то могли забыть подключить и т д. Замкнутый круг.
    • 0
      Вы сейчас говорите про НииХимМаш, который теперь ФКП НИЦ РКП, который в посёлке Новостройка, который теперь город Пересвет :)

      Черт его знает, как у них сейчас с профильной работой. Лет 10 назад в одном из цехов выпускали двухкомпонентный герметик, а вокруг валялись шланги, по которым когда-то качали гептил.
    • 0
      Для тестирования 3 ступени нужен уже почти вакуум. Нужно ли объяснять, что это проблема?
  • +3
    после аварий проводятся расследования и устраняются их причины

    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.


    Ну вот так нехорошо про людей говорить и особенно про СМИ.
    Можно еще добавить «пятой колонной», «проклятыми либералами», «иностранными агентами».
    Все таки мы знаем, что без внешнего внимания общественности любая госорганизация работает отвратно. И космос тут не исключение. А престиж государства можно поднять, заявив по ящику, что наши косманавты высадались на Марсе. Все маханизмы для этого есть.
    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
  • 0
    Это Чёрный Лебедь. Никуда от них не деться
  • 0
    детективную историю дефекта

    Интересно, я один прочитал это сначала как «дефективную историю дефекта»?

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.