CC BY
20Решетневскуе чтения. 2017
УДК 629.78
ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ РАСКРЫТИЯ ТРАНСФОРМИРУЕМЫХ КОНСТРУКЦИИ
Ю. П. Похабов
ОАО «НПО ПМ - Малое конструкторское бюро» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 55а
E-mail: [email protected]
Рассматриваются проблемы обеспечения надёжности раскрытия трансформируемых конструкций космических аппаратов в свете задач в области качества, надёжности и безопасности, стоящих перед ракетно-космической отраслью в 2016-2025 гг.
Ключевые слова: надежность, конструкторско-технологический анализ надежности, космические аппараты.
PROBLEMS OF ENSURING RELIABILITY TO DISCLOSE TRANSFORMABLE STRUCTURES
Y. P. Pokhabov
JSC "NPO PM Small Design Bureau" 55а, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]
The article discusses the problems to ensure the reliability to disclose transformable structures of space vehicles in light ofproblems in the field of quality, reliability and security, facing the aerospace industry in 2016-2025.
Keywords: reliability, design and technology reliability analysis, spacecrafts.
Среди проблем и достижений, ежегодно освещаемых в работе секции «Крупногабаритных трансформируемых конструкций КА» на Решетнёвских чтениях, вопросы надёжности раскрытия трансформируемых конструкций (ТК) поднимаются не так часто [1-5]. Может сложиться впечатление, что проблемы раскрытия ТК являются столь тривиальной задачей, что подобающее этой проблеме место лежит на периферии внимания разработчиков. Надо отдать должное, для АО «ИСС» всё выглядит более чем благополучно, за последние 30 лет не было зарегистрировано ни одного случая отказа при раскрытии ТК. Однако неутешительная российская и мировая статистика отказов говорит о том, что с обеспечением надёжности раскрытия ТК явно существуют проблемы - число отказов год от года не уменьшается. Вот выборка отказов ТК на последние годы:
2016: Ресурс-П - нераскрытие одного из крыльев солнечной батареи (БС);
2015: Канопус-СТ - неотделение КА от разгонного блока; Союз ТМА-17М - нераскрытие одного из крыльев БС с первого раза; Прогресс М-27М - нештатное отделение грузового корабля от ракеты-носителя (РН);
2014: Союз ТМА-14М - нераскрытие одного из крыльев БС с первого раза; ВЫТЕ-Моп1геа1 - неотделение спутника от РН;
2013: Прогресс М-19М - нераскрытие навигационной антенны дальнего сближения;
2012: 1п1екаЫ9 - нераскрытие крыла БС из-за структурных повреждений на участке выведения; SES-4 - неполное раскрытие одного из крыльев БС с первого раза.
По данным об отказах, которые удалось собрать автору, фактическая безотказность раскрытия ТК едва ли превышает 0,99 при минимальном нормативном значении 0,999 согласно ОСТ 92-4339-80. Официальные отчёты с анализами отказов ТК время от времени издаются только за рубежом [6; 7]. Согласно этим отчётам, отказы ТК только на европейских и американских геостационарных спутниках за период 1995-2008 гг. составили 2,4 % от общего числа отказов, причём 1,8 % - это отказы со значительными последствиями [7].
На чём же зиждется уверенность, что безотказность раскрытия ТК в России в ближайшем будущем будет гарантированно обеспечиваться? На опыте разработок АО «ИСС»? Весьма сомнительно.
С одной стороны, АО «ИСС» - это единственное предприятие в Роскосмосе, в котором задачи надёжности ТК выделены из задач надёжности бортового оборудования и систем КА и решаются специальными методами. В 1981 г. в отделе прочности и нагрузок была создана группа надёжности механических устройств, которая работает по методике, разработанной А. А. Кузнецовым для механических устройств КА ещё в далёком 1978 г.
С другой стороны, с 80-х годов XX в. сложность механизмов раскрытия значительно выросла, а обновлённой научно-методической и нормативной базы по анализу и обеспечению надёжности раскрытия ТК ни в ОЦ КТМС, ни в отрасли так до сих пор и не появилось. К тому же в АО «ИСС» завершается смена поколений конструкторов и результаты этого процесса вряд ли способны вызвать у кого-то оптимизм.
Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
В этой связи, по мнению автора, заслуживают внимание методы конструкторско-технологического анализа надёжности (КТАН), разработанные в 2014 г., которые позволяют производить комплексную оценку надёжности изделий на базе традиционных расчётно-экспериментальных методов с учётом конструкторских, технологических и производственных факторов, что приводит к снижению неопределённостей при принятии технических решений и повышению достоверности результатов анализов (оценок) надёжности с безотказностью выше 0,999 [5].
Практический опыт применения КТАН при проведении экспертиз новейших разработок ТК предприятиями Железногорска (включая разработки АО «ИСС»), Красноярска и Санкт-Петербурга, показал, что фактический уровень их безотказности намного ниже требуемого - 0,9-0,99 вместо 0,9995-0,99999. Во всех случаях проведения анализов с применением КТАН обнаружился недостаточный объём требований КД для обеспечения заданной безотказности, отсутствовали расчёты размерных цепей, выявился стереотипный подход к проведению расчётов на прочность численными методами с помощью конечно-элементного анализа.
К этому следует добавить, что на сегодняшний день в России действует единственный отраслевой стандарт ОСТ 92-4339-80, регламентирующий требования к ТК, в котором, например, нет ни слова о рекомендациях по выбору важнейшей характеристики приводов раскрытия - запасов движущих моментов (сил). В то же время за рубежом данному вопросу посвящены ряд стандартов: МЛ8Л-8Т0-5017, Л1ЛЛ 8-114-2005, БС88-Б-8Т-33-01С, при этом нормы по запасам движущих моментов (сил) существуют в американских стандартах начиная с 1975 г.
С учётом сказанного, по мнению автора, пришло время обратить должное внимание на вопросы обеспечения надёжности ТК. Тем более, что в целях проведения в 2018 г. НИР «Гарантия», направленной на разработку научно-методических основ системы управления безопасностью космической деятельности Госкорпорации «Роскосмос», прямо указывается: «...высокая стоимость и значительный материальный ущерб, наносимый при., отказах космических аппаратов на орбитах, а также потребности рынка космических услуг и повышения конкурентоспособности... выдвигают вопросы обеспечения, оценки и контроля повышенных требований к качеству, надёжности и безопасности... в число наиболее важных научно-технических проблем».
Библиографические ссылки
1. Машуков А. В., Шатров А. К. Подходы к формированию требований по надёжности крупногабаритных рефлекторов при раскрытии на орбите // Ре-шетнёвские чтения : материалы IX Междунар. науч. конф. (10-12 ноября 2005, г. Красноярск) / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. С. 49-50.
2. Мухортова Е. П. Анализ надёжности функционирования механических систем батареи солнечной // Решетнёвские чтения : материалы XVI Междунар. науч. конф. (7-9 ноября 2012, г. Красноярск) / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2012. Ч. 1. С. 83-84.
3. Похабов Ю.П. Учёт факторов надёжности при унифицировании шарнирных узлов механических устройств одноразового срабатывания // Решетнёв-ские чтения : материалы XVI Междунар. науч. конф. (7-9 ноября 2012, г. Красноярск) / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2012. Ч. 1. С. 86-87.
4. Похабов Ю.П. Обеспечение надёжности крупногабаритных трансформируемых механических систем // Решетнёвские чтения : материалы XVIII Меж-дунар. науч. конф. (11-14 ноября 2014, г. Красноярск) / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2014. Ч. 1. С. 95-97.
5. Похабов Ю. П. О методе конструкторско-технологического анализа надёжности // Решетнёв-ские чтения : материалы XIX Междунар. науч. конф. (10-14 ноября 2015, г. Красноярск) / Сиб. гос. аэро-космич. ун-т. Красноярск, 2014. Ч. 1. С. 126-128.
6. H. Hecht & M. Hecht. Reliability prediction for spacecraft, Report prepared for Rome Air Development Center, no. RADC-TR-85-229, Dec. 1985. 156 p.
7. J. H. Saleh & J.-F. Caster. Reliability and MultiState Failures: A Statistical Approach, First Edition. John Wiley & Sons, 2011. 206 p.
References
1. Mashukov A. V., Shatrov A. K. [Approaches to the formation of requirements for reliability of large reflectors in the disclosure in orbit]. Materialy IXMezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials IX Intern. Scientific. Conf "Reshetnev reading"] / Sib. gos. aerokosmich. un-t. Krasnoyarsk, 2005, P. 49-50. (In Russ.)
2. Mukhortova E. P. [Analysis of the reliability of mechanical systems solar]. Materialy XVI Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials XVI Intern. Scientific. Conf "Reshetnev reading"] / Sib. gos. aerokosmich. un-t. Krasnoyarsk, 2012, Vol. 1, P. 83-84. (In Russ.)
3. Pokhabov Y. P. [Factors of safety for unify hinge assemblies mechanical devices single wipe]. Materialy XVI Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials XVI Intern. Scientific. Conf "Reshetnev reading"] / Sib. gos. aerokosmich. un-t. Krasnoyarsk, 2012, Vol. 1, P. 86-87. (In Russ.)
4. Pokhabov Y. P. [Reliable large transformable mechanical systems]. Materialy XVIII Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials XVIII Intern. Scientific. Conf "Reshetnev reading"] / Sib. gos. aerokosmich. un-t. Krasnoyarsk, 2014, Vol. 1, P. 95-97 (In Russ.).
5. Pokhabov Y. P. [The method of design-technological analysis of reliability]. Materialy XIX Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials XVIII Intern. Scientific. Conf "Reshetnev reading"] / Sib. gos. aerokosmich. un-t. Krasnoyarsk, 2015. Vol. 1. P. 126-128. (In Russ.)
6. H. Hecht & M. Hecht. Reliability prediction for spacecraft, Report prepared for Rome Air Development Center, no. RADC-TR-85-229, Dec. 1985. 156 p.
7. J.H. Saleh & J.-F. Caster. Reliability and MultiState Failures: A Statistical Approach, First Edition. John Wiley & Sons, 2011. 206 p.
© Похабов Ю. П., 2017
