CC BY
47УДК 629.786.2.047.067.0ГЧ7ГЧ
методические Подходы к парированию аварийных ситуаций на международной космической станции
© 2020 г. Спирин А.и., николаева О.А.
Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П. Королёва (РКК «Энергия») Ул. Ленина, 4А, г. Королёв, Московская обл., Российская Федерация, 141070, e-mail: post@rsce.ru
Поддержание атмосферы пилотируемого космического комплекса с параметрами, близкими к земным, служит залогом возможности экипажа жить и работать в космосе. Любое относительно небольшое изменение характеристик атмосферы может угрожать жизни экипажа и требует незамедлительного реагирования на возникшую ситуацию. К числу аварийных ситуаций, мгновенное реагирование на которые возложено исключительно на экипаж пилотируемого космического комплекса, относятся разгерметизация герметичных объемов, пожар и токсическое загрязнение атмосферы. Действия экипажа в указанных ситуациях регламентируются специальными бортовыми инструкциями (полетными процедурами). В статье описываются основные допущения и требования, положенные в основу разработки порядка действий экипажа в аварийных ситуациях на Международной космической станции (МКС), а также реализованные в полетных процедурах методические приемы, позволяющие оптимизировать действия экипажа по реагированию на аварийные ситуации с учетом местоположения модулей и кораблей-спасателей в составе Российского сегмента МКС.
Ключевые слова: пилотируемая космическая станция, аварийная ситуация, Международная космическая станция.
DOI 10.33950/spacetech-2308-7625-2020-1-48-59
METHODOLOGICAL AppROACHES
to emergency recovery onboard
THE INTERNATIONAL SpACE STATION Spirin A.I., Nikolaeva O.A.
S.P. Korolev Rocket and Space Corporation Energia (RSC Energia) 4A Lenin str, Korolev, Moscow region, 141070, Russian Federation, e-mail:post@rsce.ru
Keeping parameters of the atmosphere within a manned space complex close to those on Earth is a pre-requisite for the crew's being able to live and work in space. Any relatively small change in atmospheric parameters may pose a threat to the life of the crew and calls for an immediate response to the situation. The emergencies which are to be handled exclusively by the crew of the manned space complex include depressurization of pressurized volumes, fire and toxic contamination of the atmosphere. Crew actions in such situations are governed by special flight procedures. The paper describes main assumptions and requirements taken as a basis for developing crew procedures for response to emergencies onboard the International Space Station (ISS), as well as methodological techniques embodies in the flight procedures, which make it possible to optimize crew emergency response taking into account the locations of the modules and crew rescue vehicles within the Russian Segment of the ISS.
Key words: manned space station, emergency, International Space Station.
СПИРИН Александр Иванович — начальник отдела РКК «Энергия», e-mail: alexander.spirin@rsce.ru
SPIRIN Aleksandr Ivanovich — Head of Department at RSC Energia, e-mail: alexander.spirin@rsce.ru
НИКОЛАЕВА Ольга Александровна — ведущий инженер РКК «Энергия, e-mail: olga.nikolaeva@rsce.ru
NIKOLAEVA Olga Aleksandrovna — Lead engineer at RSC Energia, e-mail: olga.nikolaeva@rsce.ru
введение
Управление полетом пилотируемых космических комплексов (ПКК) базируется на соблюдении приоритетности следующих основных принципов:
• безопасность экипажа;
• сохранение работоспособности ПКК в целом;
• сохранение работоспособности отдельных элементов ПКК;
• выполнение программы полета.
Обеспечение безопасности экипажа,
жизнеспособности ПКК и полноты достижения цели его полета в условиях возникновения нештатных ситуаций является одной из основных задач системы управления полетом [1].
В настоящей работе рассмотрены некоторые аспекты реагирования на нештатные ситуации из класса аварийных, т. е. тех, которые влияют на физическую целостность и безопасность космического аппарата, и в устранении последствий которых решающую роль выполняет экипаж ПКК при поддержке группы управления полетом.
При возникновении аварийных ситуаций экипаж ПКК определяет:
• тип аварийной ситуации;
• примерное место и источник аварии;
• располагаемое время до покидания ПКК (Т );
^ рез'7
• наличие и достаточность средств защиты экипажа.
К самым опасным, чреватым катастрофическими последствиями аварийным ситуациям на ПКК относят:
• нарушение герметичности корпуса (разгерметизация);
• пожар в жилых отсеках;
• токсическое загрязнение атмосферы продуктами горения, ядовитыми веществами, используемыми в бортовых системах.
Перечисленные ситуации принадлежат к классу критических и должны устраняться экипажем незамедлительно, сразу же после их проявления. В общем случае указанные ситуации могут быть вызваны внутренними и внешними причинами, их причинно-следственные связи представлены в таблице.
Причинно-следственные связи аварийных ситуаций
Нештатная ситуация Причина Последствия
Нарушение герметичности корпуса (разгерметизация) Соударение с метеороидными частицами, с космическим мусором. Усталость металла корпуса Потеря атмосферы жилых отсеков вследствие разрушения корпуса
Отказ бортовой системы
Пожар
Загрязнение атмосферы
Выброс токсичного вещества в жилые отсеки
Потеря атмосферы вследствие разгерметизации космического аппарата (КА) относится к ситуациям, вызываемым как внутренними, так и внешними причинами. К первой категории относится разрушение гермокорпуса за счет усталости металла в результате циклического нагружения, обусловленного колебаниями внутреннего давления и температур, ударными воздействиями при стыковках и др. Ко второй — воздействие на КА свободно летящих метеоритных частиц и мелких обломков космического мусора. Последнее наиболее опасно по причине случайного характера и невозможности его прогнозирования. Разгерметизация сопровождается падением давления в гермоотсеках и постоянным уменьшением располагаемого времени на парирование ситуации. При этом человек, находящийся внутри станции без скафандра, может работать при падении атмосферного давления на величину не более 35% от нормального, а с использованием кислородных масок — до 50%. После снижения давления атмосферы ниже этих уровней сохранение работоспособности космонавтов не гарантируется.
Загрязнение атмосферы КА, напротив, носит внутренний характер и может возникать, в основном, в случае отказа бортового оборудования. Вероятность наступления такого рода событий оценивается на стадии создания КА и компенсируется принятием специальных конструктивных мер безопасности. Бортовая система мониторинга в совокупности с наземным комплексом средств контроля состояния бортовых систем, привлечение экипажа для контроля критических операций позволяют предвидеть моменты появления подобного рода ситуаций и, соответственно, свести к минимуму вероятность их возникновения. Однако, поскольку их вероятность отлична от нуля, то необходимы бортовые процедуры, направленные на обеспечение безопасности экипажа и принятие срочных мер по прекращению развития загрязнения атмосферы, а также по ее последующей очистке.
Токсическое загрязнение и пожар происходят внутри герметичных отсеков пилотируемой станции, и предполагается, что они относительно слабо влияют на давление атмосферы ПКК. При их возникновении космонавты должны воспользоваться средствами индивидуальной защиты и вначале принять меры по парированию, а затем — по устранению
последствий аварийной ситуации. Экипаж, в основном, должен бороться не с самим токсическим выбросом или пожаром, поскольку они достаточно быстротечны, а с их последствиями. Длительность очистки атмосферы (т.е. снижения до допустимых уровней концентраций вредных веществ в зоне пребывания экипажа) определяется тяжестью загрязнения, наличием на борту достаточного количества компенсационных средств как для временной защиты экипажа, так и для очистки атмосферы.
Очевидно, что для сохранения ПКК в работоспособном и пригодном для жизни экипажа состоянии потребное время на парирование аварийных ситуаций несет в себе принципиально разное содержание. При разгерметизации — стремящееся к нулю время на поиск места негерметичности и ее устранение, при загрязнении атмосферы — условно неограниченная продолжительность восстановления атмосферы ПКК.
При разгерметизации, вплоть до устранения негерметичности, экипаж осуществляет поиск негерметичного отсека и локализацию места повреждения корпуса при падающем давлении атмосферы. Критерием исчерпания резервного времени и, соответственно, прекращения работ по устранению разгерметизации служит момент достижения нижней границы допустимого давления атмосферы (490 мм рт. ст.). К этому времени экипаж должен уйти в ту часть ПКК, где подтверждена герметичность и давление стабильно.
При токсическом загрязнении, напротив, при давлении атмосферы, близком к нормальному, экипаж, воспользовавшись средствами защиты, восстанавливает атмосферу в тех отсеках, для очистки которых имеется соответствующее оборудование. Резервное время здесь определяется запасом средств, необходимых для очистки атмосферы от вредных веществ до уровня предельно допустимых концентраций.
Рассматриваемые типы аварийных ситуаций представляют собой прямую угрозу жизни космонавтов ПКК. Умение космонавтов своевременно и самостоятельно реагировать на аварийную сигнализацию, а также правильно истолковывать собственные ощущения, достигается специальной подготовкой и тренировками. Основой для этого служит бортовая документация, определяющая порядок действий экипажа ПКК при парировании аварийных
ситуаций. Указанная категория документации нарабатывалась и совершенствовалась с момента создания первых орбитальных станций серии «Салют». Рассчитана она была на применение постоянным экипажем ПКК, прибывшем на борту пилотируемого космического корабля, который в аварийной ситуации становится кораблем-спасателем (КС). Со временем количество экипажей ПКК и, соответственно, число кораблей, на которых прибыли космонавты, стало периодически увеличиваться. Это происходило за счет прибытия на других кораблях экспедиций посещения. Как правило, в их состав включались участники космических полетов, объем подготовки которых в силу известных причин был ограниченным, и это соответствующим образом влияло на способность экипажа такого корабля реагировать на аварийные ситуации. В связи с этим было решено в аварийных ситуациях дифференцировать составы задач, решаемых экипажами КС. Членам основных экипажей (в состав которых входил командир экспедиции) вменялась обязанность в случае аварийной ситуации выполнять работы по ее парированию, а экипажам посещения и неосновным экипажам (в которых не было командира экспедиции) при подтверждении безопасности их корабля — находиться в своем КС и готовиться к возвращению на Землю.
Аналогичный подход был сохранен на МКС и успешно применялся в течение первых девяти лет пилотируемого полета — до завершения, в основном, строительства Американского сегмента. С этого момента постоянный экипаж МКС был увеличен до шести человек, доставляемых на МКС на двух кораблях серии «Союз», и все космонавты/астронавты стали членами основных экипажей. Появилась возможность более полного использования потенциала членов экипажа МКС за счет пересмотра ранее применявшейся стратегии действий при разгерметизации, а также в других аварийных ситуациях. Было предложено перераспределением функций между экипажами двух кораблей рационально использовать возможности космонавтов и тем самым создать условия для сокращения времени парирования аварийных ситуаций. Далее рассмотрены методические подходы, нашедшие отражение в документации по парированию разгерметизации и выбросе аммиака
в атмосферу МКС постоянным экипажем, члены которого прибыли на станцию на двух кораблях серии «Союз».
1. общие положения по парированию разгерметизации на мкС
Международная космическая станция состоит из отдельных модулей, образующих Российский (РС) и Американский (АС) сегменты. Граница между сегментами проходит по стыку между функционально-грузовым блоком (ФГБ) «Заря» (РС) и гермоадаптером РМА1 (АС). В состав РС МКС входят пять модулей, до двух транспортных и двух грузовых кораблей, в состав АС МКС — девять модулей, до двух грузовых кораблей. Модули и корабли состоят из отдельных отсеков, каждый из которых может быть отсечен от смежного закрытием соответствующих люков. Общий объем гермоотсеков МКС, формирующих атмосферу станции, определяется составом модулей и пристыкованных кораблей. Для конфигурации МКС, представленной на рис. 1 в виде схемы с обозначениями составных элементов, объем гермоотсеков составляет ~830 м3, в т. ч. объем гермоотсеков РС ~230 м3 [2].
Действия экипажа МКС в аварийных ситуациях регламентируются совместной документацией партнеров по МКС, разработанной на базе ряда допущений. Для разгерметизации МКС основные из них следующие:
• разгерметизация распознается бортовым компьютером по данным телеметрии или экипажем по собственным ощущениям;
• аварийный сигнал о разгерметизации формируется бортовым компьютером или экипажем нажатием соответствующей клавиши на пультах управления МКС;
• разгерметизация возникает только в одном из модулей (отсеков) МКС, транспортном/грузовом корабле, размер пробоины не изменяется со временем;
• в переходных люках станции отсутствуют какие-либо кабельные коммуникации, кроме быстроразъемных воздуховодов;
• темпы падения давления, которые автоматически распознает бортовая вычислительная система, составляют больше 0,87 мм рт. ст./мин (с формированием статуса «Разгерметизация») и 0,40...0,87 мм рт. ст./мин (с формированием статуса «Повышенная утечка»);
• для выявления негерметичного модуля на РС МКС используется информация
с датчиков контроля направления потока воздуха — измерителей потока (ИП). Полученные с них данные обрабатываются бортовым компьютером для определения места негерметичности с точностью до отсека Российского сегмента. Время, требуемое для локализации негерметичности по данным ИП с момента распознавания факта разгерметизации, составляет до 5,5 мин;
• российский компьютер, используемый экипажем для получения информации при разгерметизации, находится на центральном посту в рабочем отсеке служебного модуля (СМ) «Звезда»;
• для определения резервного времени Трез наравне с информацией с бортового компьютера используются графические номограммы и показания мановакуум-метра (МВ);
• при проверке герметичности сегмента (модуля, отсека) МКС экипаж должен
находиться в объединенном (общем) объеме с кораблем-спасателем «Союз»;
• минимально допустимое давление в МКС (Рмин) для вычисления резервного времени Трез составляет 490 мм рт. ст.;
• время, требующееся для закрытия и герметизации каждого из люков РС МКС, составляет 1...3 мин, АС МКС — 30 с;
• время, требующееся для проведения контроля герметичности по показаниям МВ, составляет 1.5 мин.
Резервное время Т ез рассчитывается компьютером бортовой вычислительной системы РС МКС автоматически по формуле:
т = p (l/(dP/dt))ln(P /P ),
оез тек4 ' 4 ' '' 4 тек мин'7
где Tp
резервное время, мин; P
текущее значение полного давления на МКС, мм рт. ст.; dP/dt — скорость изменения давления атмосферы на МКС, мм рт. ст./мин;
= 490 мм рт. ст. — минимально допустимое давление атмосферы МКС.
Рис. 1. Схема гермоотсеков МКС
Примечание. корабли и модули мкС: СОЮЗ — транспортный пилотируемый корабль (ТПК) серии «Союз»; ПРОГРЕСС — транспортный грузовой корабль (ТГК) серии «Прогресс»; СМ — служебный модуль «Звезда»; МИМ1 — малый исследовательский модуль «Рассвет»; МИМ2 — малый исследовательский модуль «Поиск»; СО-1 — стыковочный отсек «Пирс»; ФГБ — функционально-грузовой блок «Заря»; NODE1 — узловой модуль Unity; NODE2 — узловой модуль Harmony; NODE3 — модуль Tranquility; LAB — лабораторный модуль Destiny; COLUMBUS — лабораторный модуль Columbus; JPM — японский герметичный модуль Kibo; JLP — японский грузовой модуль; PMM — постоянный многоцелевой модуль; Cupola — обзорный модуль Cupola; ШО — шлюзовой отсек Quest. отсеки: РО — рабочий отсек; ПхО — переходной отсек; ПрК — переходная камера; ПГО — приборно-грузовой отсек; ГА — гермоадаптер; СА — спускаемый аппарат; БО — бытовой отсек; PMA — гермоадаптер; ШО — шлюзовой отсек. обозначения: СУ — стыковочный узел; APAS — андрогинно-периферийный агрегат стыковки; ^ — направление закрытия люка.
Определение резервного времени экипажем по показаниям МВ проводится по номограммам, приведенным на рис. 2.
Рис. 2. Определение резервного времени Трз с использованием номограмм
Примечание. РМВ на 1 мм — время падения давления в МКС на 1 мм рт. ст. в секундах; ТрезМКС («Союз») — резервное время до достижения давления 490 мм рт. ст. в объеме МКС (в объеме ТПК «Союз»)
Переходные люки модулей РС и АС, порядок работы с ними отличаются устройством, принципом действия и размерами. Организация межмодульной вентиляции на сегментах также отличается. На АС МКС воздуховоды нагнетательной части проложены через днища смежных модулей и могут перекрываться специальными дыхательными клапанами большого размера, а на РС МКС воздуховоды межмодульной вентиляции проложены в переходных люках и должны разъединяться перед их закрытием. При разгерметизации на АС экипаж по мере перемещения в КС поочередно изолирует все отсеки АС закрытием люков и клапанов межмодульной вентиляции. На РС поиск и изоляция негерметичного отсека выполняются путем поочередного закрытия
переходных люков и последующей выдержкой отсеков в изолированном состоянии.
2. модификация методических решений по реагированию на разгерметизацию рС мкС
Анализ существовавшего с начала полета МКС плана действий экипажа при разгерметизации на РС МКС выявил следующие его недостатки [3]:
• все работы по поиску и изоляции негерметичного модуля/отсека выполняет основной экипаж (с командиром МКС), неосновной экипаж не участвует в работах по устранению аварийной ситуации;
• поиск негерметичного модуля/ отсека сопровождается поочередной изоляцией проверенных отсеков, что приводит к сокращению Т и вызывает необхо-
рез
димость его постоянного пересчета;
• герметичность модуля, к которому пристыкован КС «Союз», проверяется в последнюю очередь;
• изоляция отсеков закрытием люков может относительно быстро приводить к возникновению на них большого перепада давления, что затрудняет их открытие в дальнейшем;
• проверка герметичности «большой полости» (образуется одновременным закрытием люков двух стыковочных агрегатов — корабля (модуля), с одной стороны, и МКС — с другой) носит, в основном, формальный характер из-за отсутствия ее как таковой при открытых люках;
• требование первоочередной подготовки грузовых кораблей к расстыковке при негерметичности РС в условиях неопределенности местонахождения течи приводит к нерациональному перемещению экипажа по станции и к выполнению второстепенных работ при дефиците времени.
Специалисты РКК «Энергия» по инициативе авторов данной публикации предложили изменить и усовершенствовать стратегию действий экипажа МКС при разгерметизации с целью уменьшения времени, необходимого для поиска негерметичного отсека. Для этого объем МКС предложено разделить на две части — Российскую и Американскую, в соответствии с распределением ответственности центров управления полетами в Москве и Хьюстоне. В свою очередь, РС МКС разделен на группы отсеков методом ветвления. В центральную ветвь отсеков
включены ФГБ «Заря» и СМ «Звезда» с пристыкованным к его агрегатному отсеку грузовым кораблем, а к боковым отнесены малые исследовательские модули «Рассвет» (МИМ1) и «Поиск» (МИМ2) с пристыкованными к ним пилотируемыми кораблями серии «Союз», а также стыковочный отсек «Пирс» (СО1, в перспективе — с заменой на многоцелевой лабораторный модуль МЛМ) с пристыкованным грузовым кораблем серии «Прогресс». Эффект от такого подхода состоит в создании условий для локализации негерметичности с точностью до группы отсеков, формирующих какую-либо из ветвей, что позволяет экипажу на более раннем этапе приступить к устранению негерметичности за счет выявления повреждения в какой-то одной из групп отсеков. Такое решение позволяет сделать поиск негерметичного отсека более логичным и последовательным, исключает выполнение части работ и, как следствие, позволяет в более ранние сроки выйти на устранение негерметичности, что в конечном итоге повышает безопасность экипажа.
Также предложено изоляцию отсеков, подготовку грузовых кораблей к отстыковке проводить только после определения негерметичного отсека или при обоснованной необходимости.
Ключевым элементом новой стратегии действий экипажа в РС МКС при разгерметизации стал метод «кратковременного прижатия люков» (в терминологии астронавтов NASA — tap technique). Суть его заключается в наблюдении экипажем за поведением крышки люка при ее прижатии к при-валочной поверхности соответствующего люка наряду с прослушиванием шума от истекающего воздуха через щель, образующуюся при малом расстоянии между крышкой и привалочной поверхностью люка. Присасывание/отталкивание крышки позволяет достаточно точно определить направление движения потока воздуха и тем самым определить, в какой стороне находится негерметичный отсек. В основу применения метода положено поочередное прикрытие в основном тех люков, которые открываются экипажем «на себя» в сторону КС и внутрь соответствующего отсека. Обусловлено это стремлением обезопасить экипаж от его запирания в негерметичном объеме вследствие
случайного захлопывания люка за счет воздействия атмосферы со стороны неповрежденной части МКС. Составной частью метода является также контроль максимальной продолжительности плотного прикрытия/закрытия люков, которая ограничена половиной времени падения общего давления МКС на 1 мм рт. ст.
3. реагирование экипажей
двух кС «Союз» на разгерметизацию
План действий экипажа на РС МКС при реагировании на разгерметизацию по новой стратегии включает следующие этапы:
• проверка герметичности объединенного объема КС «Союз» с примыкающим модулем;
• определение негерметичного сегмента МКС;
• поиск негерметичного отсека/модуля и его изоляция.
Первоначальные действия экипажей КС «Союз» по сигналу «Разгерметизация», включающие проверку герметичности объединенного объема корабля с примыкающим модулем, а также последующую проверку корабля, приведены на рис. 3 в виде укрупненной схемы. При наличии на МКС двух КС «Союз» экипажи действуют самостоятельно, взаимно информируя друг друга о результатах работ. В случае негерметичного бытового отсека КС «Союз» или примыкающего модуля МИМ1 (МИМ2) экипаж другого КС «Союз» оказывает необходимую помощь своим коллегам по восстановлению герметичности бытового отсека или покиданию МКС, если течь устранить не удалось. При негерметичном спускаемом аппарате экипаж возвращается на МКС и готовит «Союз» к беспилотной расстыковке.
По сигналу «Разгерметизация» программное обеспечение бортовой вычислительной системы выключает вентиляцию и запускает алгоритм обнаружения негерметичного отсека на РС МКС по информации с датчиков ИП, установленных на срезе люков в рабочем отсеке и в переходном отсеке СМ, в приборно-грузовом отсеке и гермоадаптере ФГБ, на срезах люков модулей (отсеков), к которым пристыкованы грузовые корабли. Поскольку наибольшая достоверность датчиков ИП достигается только в условиях выключенной вентиляции и невозмущенной атмосферы, выход экипажей
Рис. 3. План первоначальньх действий экипажа КС «Союз» по сигналу «Разгерметизация»
Примечание. МВ — мановакуумметр; Тез — резервное
время; Р — давление; остальные обозначения см. рис. 1.
из КС «Союз» (при условии подтверждения герметичности кораблей) в период работы алгоритма поиска негерметичного отсека нежелателен. Заключение о результатах определения негерметичного отсека отображается на экране бортового компьютера в СМ, и экипаж, пользуясь такой информацией, должен незамедлительно приступить к определению места течи (при возможности) и изоляции негерметичного отсека.
В случае отсутствия информации от бортовой автоматики о месте негерметичности экипаж МКС предпринимает действия по его локализации, для чего использует данные МВ и методические подходы, изложенные в разд. 2 статьи.
В первую очередь экипаж КС «Союз», пристыкованного к стыковочному узлу МИМ2 (обозначен как КС МИМ2) проверяет герметичность СМ «Звезда» с пристыкованными модулями и кораблями. Затем экипаж КС «Союз», пристыкованного к стыковочному узлу МИМ1 (КС МИМ1), проверяет герметичность РС МКС в целом. При выявлении негерметичности на РС МКС экипажи КС приступают к самостоятельному поиску негерметичного отсека на РС МКС в последовательности действий, представленных в виде схем на рис. 4 и 5. При подтверждении герметичности РС МКС негерметичным признается АС, действия в котором нормируются соответствующими правилами, но выходят за рамки настоящей публикации.
Рис. 4. Поиск негерметичного отсека на РС МКС (начало)
Примечание. См. обозначения к рис. 1.
Рис. 5. Поиск негерметичного отсека на РС МКС (окончание)
Примечание. См. обозначения к рис. 1.
Поиск и устранение негерметичности МКС экипажи КС «Союз» выполняют одновременно в соответствии с зоной ответственности и в тесном взаимодействии друг с другом. При поиске места негерметичности космонавты проверяют отсеки, пошагово продвигаясь от «своих» кораблей в сторону негерметичного отсека, поэтапно расширяя свое жизненное пространство, чтобы иметь возможность в любой момент вернуться в свой КС.
Положительный эффект от внедрения измененного плана действий состоит в следующем:
• космонавтам не требуется выполнять пересчет резервного времени в процессе поиска негерметичного отсека, поскольку после проверки очередного отсека и при подтверждении его герметичности люки открываются, чем восстанавливается исходный объем гермоотсеков;
• экипажи КС «Союз» заранее, еще на этапе подготовки к полету, распределяют сферы ответственности на РС МКС: ведущим по устранению нештатной ситуации на РС МКС (СМ «Звезда» и примыкающие модули и корабли), как правило, является экипаж КС МИМ2, а на АС МКС — экипаж КС МИМ1;
• при поиске негерметичного отсека из числа первоочередных исключаются
работы по подготовке к отстыковке грузовых кораблей, находящихся в герметичной части РС МКС, тем самым сохраняя время на локализацию места негерметичности и ее устранение.
Сравнительный анализ планов действий экипажа МКС при разгерметизации по поиску негерметичного отсека показал, что максимальное время поиска в новом плане действий сокращено в 1,5-2 раза относительно прежнего.
Измененный план действий экипажа при разгерметизации был предложен авторами настоящей публикации, прошел необходимое совместное рассмотрение со специалистами NASA и положен в основу совместной российско-американской аварийной процедуры EMER1a «International Space Station. Emergency procedures 1a: Depress, Fire, Equipment retrieval», которая действует на МКС с 2013 г.
Следует отметить, что рассмотренные в бортовых процедурах по разгерметизации действия экипажа рассчитаны, в основном, на реализацию в случае так называемой «быстрой» разгерметизации, когда темп падения давления близок или больше 0,87 мм рт. ст./мин, и когда бортовая автоматика способна распознать наступление аварийной ситуации. Экипаж МКС в такой ситуации должен
действовать незамедлительно и самостоятельно, не дожидаясь поддержки центра управления полетом (ЦУП).
При темпе падения давления от 0,40 до 0,87 мм рт. ст./мин, в условиях так называемой «повышенной утечки», автоматическая локализация негерметичности с точностью до отсека невозможна, а при меньших темпах падения давления требуется вмешательство экипажа и ЦУП в распознавание факта разгерметизации. Экипаж в таком случае нуждается в поддержке ЦУП по контролю давления в изолированных отсеках по телеметрической информации, что в известной степени ограничивает самостоятельность экипажа по реагированию на нештатную ситуацию.
4. Проверка аварийных процедур по разгерметизации в полете
С момента внедрения на МКС обновленные процедуры по реагированию на разгерметизацию прошли отработку при наземной подготовке международных экипажей МКС, а также подверглись многократной проверке во время бортовых тренировок, проводимых на регулярной основе с участием вновь прибывших на корабле «Союз» членов экипажа МКС. Такие тренировки позволяют скоординировать совместные действия «старых» и «новых» членов экипажа, отработать в реальных условиях космического полета меры реагирования на имитацию разгерметизации на борту и проверить взаимопонимание с ЦУПами.
Серьезной проверке на жизнеспособность подверглась аварийная процедура БМБК1а в период реальной разгерметизации МКС, которая произошла 30 августа 2018 г. Несмотря на то, что была обнаружена сверхмалая течь с темпом падения давления в диапазоне 1.3 мм рт. ст./ч, позднее идентифицированная в виде отверстия диаметром около двух миллиметров [4], удалось в реальных условиях проверить изложенные в разд. 2 методические подходы. В частности, разбиение общего объема МКС на РС и АС позволило в кратчайшие сроки установить, что негерметичен РС МКС, и, вследствие этого, определить московский ЦУП головным по ведению дальнейших работ. Также в реальных условиях удалось проверить метод «кратковременного прижатия люков» в ходе выполнения первоначальных действий
по поиску негерметичного отсека. По поведению люка в МИМ1 и возросшему темпу падения давления по МВ экипаж в короткое время поочередно распознал негерметичность объединенного объема КС «Союз МС-09» и МИМ1, а затем и негерметичность бытового отсека этого корабля. Следует отметить, что локализация негерметичного отсека выполнялась экипажем КС «Союз МС-09» в тесной координации с экипажем КС «Союз МС-08» и ЦУП Москвы. Использование телеметрических данных по характеристикам давления МКС во время манипулирования люками экипажем позволило держать ситуацию под контролем как при поиске места негерметичности, так и в процессе заделки обнаруженного отверстия.
5. Парирование токсического загрязнения экипажами двух кС «Союз»
Загрязнение атмосферы МКС токсичными веществами формирует, в дополнение к разгерметизации, другую группу расчетных нештатных ситуаций, на которые экипаж должен реагировать незамедлительно. Подобные ситуации могут возникать при выбросах вредных (ядовитых) веществ из-за пожара или при авариях бортовых систем. Основные действия экипажа при токсическом загрязнении атмосферы состоят в применении для защиты органов дыхания изолирующих противогазов, масок с кислородом и чистящими фильтрами, а после оценки ситуации — в очистке атмосферы от вредных веществ.
Выброс аммиака внутрь жилых отсеков МКС по прошествии ряда лет орбитальной эксплуатации МКС признан наиболее значимым по разрушительным последствиям токсическим загрязнением атмосферы. При определенных обстоятельствах теплообменные агрегаты между наружными (с жидким аммиаком в качестве теплоносителя) и внутренними (с водой) контурами систем терморегулирования модулей АС могут терять герметичность из-за замерзания в них воды вследствие нарушения циркуляции. Как результат — находящийся под высоким давлением аммиак может проникнуть во внутренние контуры систем терморегулирования модулей и, разрушив их, попасть в атмосферу станции.
С целью оперативного реагирования экипажа МКС на случай выброса аммиака
разработаны методические рекомендации по организации деятельности экипажей КС «Союз». Авторы предложили в их основу положить принцип разделения функций экипажей КС «Союз», аналогичный применяемому при разгерметизации: экипаж КС МИМ1 закрывает переходной люк в АС МКС и выполняет первичные действия в ФГБ и «своем» корабле, а экипаж КС МИМ2 после закрытия переходного люка между СМ и ФГБ — в переходном отсеке СМ и «своем» корабле. При этом экипаж КС МИМ1 после очистки атмосферы корабля готовится к досрочной расстыковке и спуску на Землю, а экипаж КС МИМ2, напротив, после очистки корабля предпринимает попытку очистки атмосферы СМ и примыкающих к нему модулей от загрязнения аммиаком, используя имеющиеся в модулях средства и оборудование. Предполагается, что наибольшая концентрация аммиака на РС МКС может быть в ФГБ, как в ближайшем к АС модуле, а в СМ — наименьшая, как в наиболее удаленном от АС модуле.
Вышеизложенные подходы отражены в совместной российско-американской аварийной процедуре EMER1c ««International Space Station. Emergency procedures 1с: Ammonia Response», которая регламентирует действия экипажа МКС при выбросе аммиака в атмосферу МКС. В настоящее время она используется экипажами МКС при наземной подготовке, а также в процессе бортовых тренировок.
заключение
Аварийные ситуации на пилотируемых космических комплексах несут прямую угрозу безопасности экипажа и должны быть распознаны и парированы в самое короткое время. Рассмотренные в настоящей статье усовершенствованные методические подходы по парированию аварийных ситуаций на Международной космической станции на примере разгерметизации и токсического загрязнения атмосферы позволили:
• сократить необходимое время для поиска негерметичного отсека на РС МКС в 1,5-2 раза за счет упрощения ранее существовавших аварийных процедур;
• разработать оптимальный план действий экипажа МКС при выбросе аммиака.
В программе полета, начиная с 2020 г., доставка основных экипажей на МКС,
наравне с доставкой на кораблях серии «Союз», планируется на американских коммерческих кораблях Dragon-2, CST-100 [5], которые вследствие этого приобретают статус КС. Как показано в настоящей публикации, порядок действий экипажа ПКК в аварийных ситуациях существенным образом зависит от местоположения КС. Изменения в составе и размещении КС на МКС вызывают необходимость адаптации к новым условиям принятой методологии действий экипажей МКС по парированию аварийных ситуаций, и как следствие — к модификации соответствующих аварийных процедур.
Список литературы
1. Соловьев В.А., Лысенко Л.Н., Лю-бинский В.Е. Управление космическими полетами: в 2 ч. / Под общ. ред. Л.Н. Лысенко. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2010. Ч. 2. 428 с.
2. Space Station Assembly. Режим доступа: https://www.nasa.gov/mission_pages/ station/structure/elements/space-station-assembly (дата обращения 25.11.2019 г.).
3. Николаева О.А., Спирин А.И. Концепция парирования аварийных ситуаций на МКС с двумя кораблями-спасателями (на примере разгерметизации) // Актуальные проблемы российской космонавтики: Труды XXXV Академических чтений по космонавтике. Москва, январь 2011 г. / Под общ. ред. А.К. Медведевой. М.: Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2011. С. 404-405.
4. Soyuz Leak Rpaired On The International Space Station. Режим доступа: http://spaceref. com/news/viewsr.html?pid=51719 (дата обращения 30.08.2018 г.).
5. Commercial Crew Program 2019. Режим доступа: https://www.nasa.gov/feature/ commercial-crew-program-2019 (дата обращения 21.12.2018 г.).
Статья поступила в редакцию 13.03.2019 г. Окончательный вариант — 06.05.2019 г.
Reference
1. Solov'ev V.A., Lysenko L.N., Lyubinskii V.E. Upravlenie kosmicheskimi poletami [Space flight control]. In 2 vol. Ed. by L.N. Lysenko. Moscow, MGTU im. N.E. Baumana publ., 2010. Vol. 2. 428p.
2. Space Station Assembly. Available at: https://www.nasa.gov/mission_pages/station/structure/elements/ space-station-assembly (accessed 25.11.2019).
3. Nikolaeva O.A., Spirin A.I. Kontseptsiya parirovaniya avariinykh situatsii na MKS s dvumya korablyami-spasatelyami (na primere razgermetizatsii) [The concept of parrying emergency situations on the ISS with two rescue ships (on the example of depressurization)]. Actual problems of Russian Astronautics: Proceedings of XXXV Academic readings on cosmonautics. Moscow, January 2011. Ed. by A.K. Medvedev. Moscow, The Commission of RAS for the development of scientific heritage of space exploration pioneers publ., 2011,p. 404-405.
4. Soyuz Leak Rpaired On The International Space Station. Available at: http://spaceref.com/news/ viewsr.html?pid=51719 (accessed 30.08.2018).
5. Commercial Crew Program 2019. Available at: https://www.nasa.gov/feature/commercial-crew-program-2019 (accessed 21.12.2018).
