CC BY
4
УДК 331.422.2
ПОДДЕРЖАНИЕ ЧИСТОТЫ И КЛИМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СРЕДЫ ПРОИЗВОДСТВА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
В.В. Киргизов*, А.А. Киргизова Научный руководитель - Г.М. Гринберг
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: kirgizovaaa@iss-reshetnev.ru
В данной статье описаны требования поддержания параметров чистых помещений, предназначенных для изготовления, сборки, испытаний и хранения космических аппаратов.
Ключевые слова: чистое помещение, контроль параметров, параметры чистого помещения, температура, влажность, космический аппарат.
MAINTAINING THE CLEANLINESS AND CLIMATIC PARAMETERS OF THE ENVIRONMENT DURING THE PRODUCTION OF THE SPACECRAFT
V.V. Kirgizov*, A.A. Kirgizova Scientific supervisor - G.M. Grinberg
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: kirgizovaaa@iss-reshetnev.ru
This article describes the features of maintaining the parameters of clean rooms intended for the manufacture, assembly, testing and storage of spacecrafts.
Keywords: clean room, cleanliness, parameter control, clean room parameters, temperature, humidity, spacecraft.
Одним из условий длительной и надежной работы космического аппарата (КА) в космосе является его изготовление в чистой окружающей среде. Это обеспечивает бесперебойную долговечную работу электроники, оптических приборов, солнечных батарей, позволяет увеличить полезную нагрузку КА за счет применения бескорпусных электронных элементов, создать биологически чистые объемы внутри КА [1]. Для обеспечения этих условий в производственных корпусах организуются так называемые «чистые помещения» (ЧП) или «чистые зоны» (ЧЗ).
Требования к чистым помещениям (чистым зонам) описаны международными стандартами серии ISO 14644, разработанными Международной Организацией Стандартизации (англ. International Organization for Standardization, ISO) и принятыми в России как ГОСТ Р ИСО 14644. Согласно стандарту ИСО 14644-1 [2] чистое помещение (чистая зона) - это помещение (определенное пространство), в котором контролируется концентрация аэрозольных частиц и которое спроектировано, построено и эксплуатируется так, чтобы свести к минимуму поступление, выделение и удержание частиц в нем. Под частицей здесь понимается мельчайшая часть вещества с определенными физическими границами. При классификации чистых помещений рассматриваются частицы с нижними пороговыми размерами от 0,1 до 5,0 мкм.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1
По стандарту ИСО 14644-1 чистые помещения классифицируются по классу чистоты воздуха (по концентрации частиц), который обозначается классификационным числом N ИСО, где N принимает значения от 1 до 9, причем, чем меньше N, тем выше класс чистоты. Так для ЧП класса 8 ИСО максимально допустимая концентрация частиц размером 0,5 мкм и больше составляет 3520 тыс.шт./м3, для класса 7 ИСО - 352 тыс.шт./м3, а для класса 6 ИСО -35,2 тыс.шт./м3 [2].
Чистые помещения для производства космической техники можно условно разделить на два вида:
- помещения для сборки, испытаний и хранения КА;
- помещения для изготовления отдельных составных частей КА.
В первом случае могут использоваться ЧП класса 8 ИСО - 9 ИСО больших размеров. Во втором случае могут использоваться небольшие чистые помещения, или зоны классов 5 ИСО - 8 ИСО. Производство КА, отправляемых на другие планеты должно осуществляться в ЧП класса 1 ИСО, поскольку они не должны занести туда с Земли бактерии, грибы и пр. жизнеспособный биологический материал.
Основным источником загрязнений в ЧП является персонал - около 70-80%, 5-10% загрязнений проникает из окружающей среды, 15-20% приходится на технологический процесс и оборудование [1].
Для уменьшения загрязнений от персонала применяют следующие средства и методы [3]:
- технологическая одежда (костюм или халат, специальная обувь или бахилы, шапочка или чепчик, перчатки и маска) из не пылящих материалов для постоянного и временного персонала, ее своевременная очистка, стирка и замена;
- липкие коврики и обдувочные камеры перед входом в ЧП;
- обучение персоналапорядку работы в ЧП, выполнение им требований личной гигиены, правильного поведения, переодевания и пр.;
- правильная организация перемещения изделий и персонала в ЧП и между ЧП;
- ограничение доступа в ЧП за счет применения систем автоматического контроля и управления доступом, а также систем видеонаблюдения.
Для предотвращения проникновения загрязнений из окружающей среды применяют непроницаемые барьеры и системы шлюзования [4]. Необходимым условием создания ЧП является построение системы вентиляции и кондиционирования, с применением многоступенчатой фильтрации и высокоэффективных фильтров очистки HEPA (англ. High Efficiency Particulate Air). Вентиляция должна иметь кратность воздухообмена (в час) от 10 до 100. Это дополнительное количество воздуха необходимо для разбавления содержащихся в воздухе загрязнений и снижения их концентраций до допустимых величин [5]. Еще один способ защиты - это создание избыточного давления (по отношению к менее чистым или не классифицируемым помещениям) порядка 5-20 Па при помощи поддерживаемого баланса воздухообмена.
Помимо описанных выше требований не менее важным моментом при создании (проектировании) чистых помещений является применение качественных, не выделяющих частицы строительных и отделочных материалов, выбор оборудования и технологий с низким выделением загрязнений [1, 5]. Перед тем как внести в ЧП какое-то оборудование или материалы необходимо провести их тщательную очистку. Но даже при соблюдении всех этих требований в процессе эксплуатации ЧП, в особенности в помещениях классов 6 ИСО -8 ИСО, могут образовываться зоны скопления загрязнений. Частицы пыли могут оседать и накапливаться на поверхностях технологической оснастки, оборудования, конструктивных элементов помещения. Это связано с особенностями движения турбулентных потоков воздуха внутри ЧП низкого класса чистоты. В связи с этим необходимо исключить наличие в ЧП посторонних предметов, а также обеспечить систематический контроль чистоты [6] и своевременную очистку поверхностей оборудования, оснастки, мебели, пола, стен и пр. [3].
Кроме концентрации аэрозольных частиц в ЧП также могут задаваться и контролироваться другие физические параметры, требования к которым определяются техническими условиями и конструкторской документацией на изготавливаемые части КА [2, 7]. Основные из них - это температура и относительная влажность воздуха.
Помещения для сборки и испытаний КА характеризуются большими размерами, наличием в них ворот с возможностью заезда грузовых автомобилей, а также наличием большого количества тепловыделяющего оборудования и персонала. Как правило, такие помещения обслуживаются не одним, а сразу несколькими приточно-вытяжными вентиляционными агрегатами. В связи с этим, поддержание температурно-влажностных параметров воздуха в ЧП является технически сложной задачей. Для решения этой задачи требуется применение единого программно-технического комплекса, объединяющего в себе систему контроля параметров ЧП (температура, влажность, дифференциальное давление), систему управления приточно-вытяжными агрегатами и кондиционерами, систему контроля и управления доступом. При этом необходимо иметь резерв мощностей вентиляционных систем, достаточный для автоматического поддержания баланса воздухообмена и обеспечения компенсации утечек воздуха при длительном открытии дверей или ворот в целях предотвращения инфильтрации воздуха в ЧП из окружающей среды [1, 5].
Таким образом, для обеспечения заданного класса чистоты и поддержания требуемых климатических параметров в чистых помещениях для сборки и испытаний космических аппаратов необходим комплексный подход. Данный подход должен быть обусловлен не только техническим обеспечением и постоянным контролем параметров ЧП, но и организационным, направленным на обучение персонала на должном уровне правилам поведения в ЧП.
Библиографические ссылки
1. Федотов, А.Е. Чистые помещения. Второе издание, переработанное:учебное пособие/ А.Е. Федотов. - Москва: Асинком, 2003. - 576 с.
2. ГОСТ Р ИСО 14644-1-2017 Чистые помещения и связанные с нимиконтролируемые среды. Часть 1. Классификация чистоты воздуха по концентрации частиц. - Введ. 18.10.2017 г. - Москва: Стандартинформ, 2017. - 30 с.
3. ГОСТ Р ИСО 14644-5-2005 Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 5. Эксплуатация. - Введ. 01.01.2006. - Москва: Стандартинформ, 2005. -52 с.
4. ГОСТ Р ИСО 14644-4-2002 Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 4. Проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию. - Введ. 03.04.2003. -Москва: ИПК Издательство стандартов, 2003. - 40 с.
5. Уайт, В. Технология чистых помещений. Основы проектирования,испытаний и эксплуатации: учебное пособие / В. Уайт .- Москва: Издательство Клинрум, 2002. - 304 с.
6. ГОСТ РИСО 14644-2-2020 Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 2. Текущий контроль для подтверждения постоянного соответствия чистоты воздуха по концентрации частиц. Введ. 06.02.2020 г. - Москва: Стандартинформ, 2020. - 16 с.
7. ГОСТ РИСО 14644-3-2020 Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 3. Методы испытаний. - Введ. 24.11.2020 г. - Москва: Стандартинформ, 2020. -55 с.
© Киргизов В В., Киргизова А.А., 2022
