«Наука и жизнь» 1986, №2, с. 2-7, 4 с. обл. (Нет фото с обложки)


сканировал Игорь Степикин

ИСПЫТАНО НА ОРБИТЕ
Дважды Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской и Государственной премий академик Б. ПАТОН, директор Института электросварки имени Е. О. Патона АН УССР, дважды Герой Советского Союза летчик-космонавт В. ДЖАНИБЕКОВ, дважды Герой Советского Союза летчик-космонавт С. САВИЦКАЯ.



Станция "Салют-7". Рабочий пост в открытом космосе. Эксперимент ведет Светлана Савицкая.
Фото В. Джанибекова.


Технологическая установка "Испаритель" для нанесения тонкопленочных металлических покрытий; внизу видны два моноблока, каждый из которых имеет свою электронно-лучевую пушку. При создании УРИ удалось в одном моноблоке разместить две пушки: одна из них предназначена для сварки, резки, пайки, другая — для нанесения покрытий.



Универсальный ручной инструмент: 1 — контейнер; 2 — вторичный источник питания; 3 — пульт управления; 4 — рабочий инструмент; 5 — ручка с гашеткой; 6 — кабель; 7 — планшет с шестью образцами.



Рабочий инструмент: 1 — электронно-лучевая пушка для сварки, резки, пайки; 2 — электронно-лучевая пушка (с тиглем) для нанесения покрытия; 3 — высоковольтный преобразователь; 4 — кабель питания; 5 — экран, защищающий руку от теплового излучения обрабатываемого металла; 6 — ручка; 7 — гашетка.



Рабочий пост в барокамере. Внизу снимка "якорь", в котором фиксируются ноги космонавта; универсальный ручной инструмент с открытым планшетом закреплен на откидном поручне фрагмента станции "Салют-7".
  • Все возрастающую роль в развитии производительных сил и совершенствовании общественных отношений, создании принципиально новых видов техники и технологии, в повышении производительности труда, освоении недр земли, океана, космоса, охране и облагораживании окружающей среды играет наука.
  • Из проекта новой редакции Программы Коммунистической партии Советского Союза.

    ТАСС СООБЩАЕТ

  • "В соответствии с программой полета орбитального научно-исследовательского комплекса "Салют-7" — "Союз Т-11" — "Союз Т-12" 25 июля 1984 года космонавты Светлана Савицкая и Владимир Джанибеков осуществили выход в открытое космическое пространство. Основной задачей выхода явилось проведение испытаний нового универсального ручного инструмента, предназначенного для выполнения сложных технологических операций...
  • Впервые в мире выход в открытый космос совершила женщина-космонавт Светлана Савицкая. Успешное выполнение ею уникальных экспериментов в условиях космического пространства показало возможность эффективной деятельности женщины при выполнении сложных работ не только на борту пилотируемого орбитального комплекса, но и в открытом космосе".
  • За этими скупыми фразами, взятыми из облетевшего весь мир сообщения ТАСС от 27 июля 1984 года, многолетняя напряженнейшая, не лишенная драматизма работа больших коллективов ученых, инженеров, космонавтов. Речь идет о создании универсального ручного инструмента (УРИ) и его испытании на орбите, участниками которого стала шестерка космонавтов, работавших на борту корабля "Салют-7": В. Джанибеков, С. Савицкая, И. Волк, Л. Кизим, В. Соловьев и О. Атьков.
  • ...Вспомним событие, которое произошло за пятнадцать лет до этого. 16 октября 1969 года в ходе полета корабля "Союз-6" летчики-космонавты Г. Шонин и В. Кубасов впервые а мировой практике осуществили сварку и резку металла в космосе. Этот уникальный эксперимент можно считать началом эры космической технологии. Проводился он на установке "Вулкан", созданной в Институте электросварки имени Е. О. Патона АН УССР и позволявшей вести сварку различными способами: электронным лучом, плазмой и дугой с плавящимся электродом. И все эти опыты выполнялись в автоматическом режиме.
  • Вскоре был сделан следующий шаг в развитии космической технологии. Институт электросварки разработал новую установку — "Испаритель". С ее помощью в условиях невесомости и забортного вакуума в автоматическом режиме методом термического испарения и конденсации веществ наносились тонкопленочные металлические покрытия на образцы из конструкционных материалов.
  • Космонавты В. Рюмин и В. Ляхов в 1979 году, затем Л. Попов и В. Рюмин в 1980 году и, наконец, в следующем году В. Коваленок и В. Савиных на борту станции "Салют-6" провели эксперименты, подтвердившие высокую эффективность использования установки "Испаритель".
  • Экскурс в историю сделан не зря. Ведь именно опыт, накопленный в процессе разработок "Вулкана" и "Испарителя", эксперименты с ними на Земле и в космосе позволили создать универсальный ручной инструмент.

    ОТ АВТОМАТА К РУЧНОМУ ИНСТРУМЕНТУ

  • Инструмент, разработанный и изготовленный в Институте электросварки, позволяет производить и сварку, и резку, и пайку, и напыление металла в открытом космосе. Универсальность инструмента — исключительно важное его достоинство. С помощью одного такого устройства космонавт сможет осуществить по своему выбору нужную операцию в процессе профилактического ремонта космического корабля, восстанавливать и повышать жизнеспособность, надежность различных его узлов, напылять защитные покрытия, собирать из модульных конструкций орбитальные научные платформы, сооружать крупные радиотелескопы, отражающие экраны и т. д.
  • И если универсальность инструмента бесспорно оценивается как его замечательная особенность, то может показаться странным, что выполнен он в ручном варианте. Ведь "Вулкан" и "Испаритель" были автоматически работавшими установками. Почему же отказались от такого режима и через 15 лет пришли не к роботу-манипулятору, а к ручному инструменту?
  • Ничего странного в этом нет. Автоматы или роботы-манипуляторы целесообразно применять, как правило, там, где набор технологических операций четко определен, отдельные из них многократно повторяются и где можно обеспечить жесткую пространственную ориентацию обрабатываемых деталей, изделий. При работе в открытом космосе могут появиться самые неожиданные ситуации, требующие резки, сварки или нанесения различных покрытий, причем зачастую вид и объем операций будет определяться космонавтом непосредственно "на месте". Так, В. Рюмину, прежде чем отцепить антенну от стыковочного узла, пришлось предварительно перекусить кусачками стальной трос. Л. Кизиму и В. Соловьеву понадобилось вырезать фрагмент обшивки корабля на агрегатном отсеке и фрагмент солнечной батареи. Словом, космонавтам придется работать и на разных участках поверхности космического аппарата, и иметь дело с различными по физико-механическим свойствам конструкционными материалами.
  • Еще в период испытаний установки "Вулкан" специалисты Института электросварки задумывались над созданием компактного, ранцевого универсального инструмента с автономным источником питания, который мог бы позволить космонавту провести работы, связанные с ремонтом или монтажом, на любом участке поверхности космического объекта. Перечень наиболее необходимых для этих целей операций определился сразу: резка, сварка, пайка и нанесение покрытий.
  • При выборе средств воздействия на материалы для выполнения всех этих операций остановились на электронном луче. Почему?
  • Работая с электронным лучом, можно легко концентрировать энергию в небольшом "пятне", что необходимо при сварке и резке, и также нетрудно, не сфокусировав луч, равномерно распределять его энергию по относительно большой поверхности, что требуется при пайке и испарении металлов из тигля для нанесения покрытий. Немаловажным обстоятельством при выборе электронно-лучевой технологии послужило ее широкое распространение в земных условиях, где она доведена в ряде случаев до полной автоматизации.

    ЛУЧШЕЕ — ВРАГ ХОРОШЕГО

  • Как нередко бывает при решении сложных проблем, появились не только энтузиасты идеи создания универсального инструмента, но и скептики. Энтузиасты стали воплощать идею в чертежи, схемы, металл, испытывать отдельные узлы на функционирование, а скептики — выявлять все новые и новые научные и технические проблемы, без решения которых будто бы инструмент создать нельзя. И надо заметить, что скептицизм был не "голым отрицанием", а имел серьезные основания, которые определялись сложностью возникающих задач, со многими из которых еще никто до этого не сталкивался.
  • Самой трудной была задача отвода тепла, которое неминуемо выделяется при работе аппаратуры, особенно от той части инструмента, который космонавт должен держать в руке. Здесь максимально допустимая температура определяется самим материалом перчаток, скафандра. Конечно, для земных условий это не проблема. Решается она весьма просто: применяют систему принудительного охлаждения. Но в условиях космоса это неприемлемо, так как привело бы к значительному усложнению инструмента, увеличению его массы и габаритов и как следствие снижению мобильности, повышению расхода энергии.
  • Не менее сложные задачи возникали из-за того, что в электронно-лучевых пушках формирование потока электронов, их ускорение и управление лучом производят с помощью высокого напряжения (более 10 кВ). Из-за этого при обработке материалов появляется вторичное (тормозное) рентгеновское излучение, от которого надо надежно защитить человека.
  • К тяжелым последствиям может привести попадание на скафандр капель расплавленного металла, образующихся при работе.
  • Сложность перечисленных технических проблем определялась прежде всего тем, что традиционные решения, применяемые земной техникой для близких или аналогичных условий, здесь практически не годились. Космос и специфика деятельности в нем требуют обеспечить высочайшую надежность аппаратуры, полную безопасность людей при работе с ней, исключить возможность какого-либо повреждения станции. И к тому же создаваемое оборудование должно непременно отличаться компактностью, малым потреблением энергии, быть легким, удобным в работе.
  • На первом этапе был разработан и изготовлен земной аналог будущего космического инструмента. Это позволило проверить (1974 г.) принципиальную жизненность самой идеи создания электронно-лучевого инструмента с ручным исполнительным органом. Но оставались еще не решенными многие задачи, связанные с обеспечением надежной и безопасной работы таким инструментом, и в том числе защита от возникающего вторичного рентгеновского излучения.
  • К тому времени в летающей лаборатории на самолетах ТУ-104, ИЛ-76 начали отрабатываться конструкции тиглей, способных удерживать в невесомости жидкий металл; в термобарокамере испытывались миниатюрные высоковольтные преобразователи.
  • Особое внимание уделялось конструированию короткофокусной электронной пушки с низким (до 10 кВ) ускоряющим напряжением. Именно такие пушки позволили бы решить сразу две задачи. Короткофокусность делала луч безопасным для далеко отстоящих предметов, в частности корпуса космического корабля, а при ускоряющем напряжении до 10 кВ уровень вторичного рентгеновского излучения становится ниже допустимого, и тем самым автоматически снимается трудная проблема защиты от него.
  • В то время параллельно создавалась установка "Испаритель". Для нее удалось разработать электронную пушку именно с такими характеристиками, которые полностью соответствовали и требованиям, предъявлявшимся к пушке для ручного инструмента.
  • Моноблок, состоящий из короткофокусной пушки и миниатюрного высоковольтного преобразователя, и стал унифицированным узлом космической технологической аппаратуры.
  • Такой моноблок неоднократно испытывался в шлюзовой камере (в условиях открытого космоса) станций "Салют-6" и "Салют-7" при работе "Испарителя". Были получены сведения о работоспособности моноблока в реальных условиях эксплуатации. Эти данные, имеющие не только научную, но и большую практическую ценность, были использованы при проектировании и разработке космического варианта УРИ.
  • Наконец инструмент был изготовлен, успешно прошел испытания по множеству частных и комплексных программ и был представлен на строгий суд ученых и ведущих специалистов. Конструкция инструмента вызвала неподдельный интерес, а результаты испытаний — некоторое изумление и даже замешательство в рядах скептиков. И тем не менее почти все они продолжали упорствовать в своих сомнениях по поводу безопасности инструмента и потому, естественно, считали преждевременной работу с ним в космосе. Снова предлагались дополнительные устройства, "дабы не прожечь борт станции и не испортить скафандр", хитроумные электрические блокировки, механические ограничители перемещения инструмента, целые датчиковые системы, реагирующие на род материала перед инструментом, регистрирующие расстояние до обрабатываемой поверхности и ее температуру и т. д. и т. п. Конечно, все эти устройства должны были иметь обратную связь по цепям питания.
  • Оказалось, что создать уникальный, необходимый для практической космонавтики инструмент во много раз легче, чем дать ему путевку в жизнь. Необходимо было принимать решение: или с учетом "новых" идей продолжать, не видя конца, модернизацию УРИ, или передать его для завершающих испытаний и обучения работы с ним летчиков-космонавтов. Взвесив все "за" и "против", аттестовав инструмент как вполне надежное, безопасное в работе устройство, было принято решение передать его специалистам космической техники.

    УРИ КАК ТАКОВОЙ

  • Что же представляет собой универсальный ручной инструмент?
  • Все узлы инструмента находятся в контейнере размером 400 X 450 X 500 мм, сваренном из трубчатых элементов, что обеспечило ему достаточную жесткость при малом весе. В этом контейнере, его еще называют ранцем (можно носить за плечами), удобном для закрепления на внешней поверхности орбитальной станции, смонтированы: вторичный источник питания с пультом, кабели, соединяющие источник питания с бортовой розеткой и ручным инструментом, и собственно сам рабочий инструмент в специальном ложементе. К контейнеру крепится планшет с образцами материалов для сварки, резки, пайки и нанесения покрытий.

    Схема на вкладке


    I. СХЕМА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА.



    II. УНИВЕРСАЛЬНЫЙ РУЧНОЙ ИНСТРУМЕНТ (УРИ): 1 — контейнер; 2 — приборный отсек; 3 — аварийный разрывной электроразъем; 4 — пульт управления; 5 — кабель питания; 6 — рабочий инструмент; 7 — переключатель пушек; 8 — планшеты с образцами.



    III. РАБОЧИЙ ИНСТРУМЕНТ: 9 — высоковольтный блок; 10 — пушки (А — для сварки, резки, пайки; Б — для нанесения покрытия); 11 — ручка; 12 — гашетка; 13 — защитный экран; 14 — кабель инструмента.



    IV. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА РАБОЧЕГО ИНСТРУМЕНТА: 7 — переключатель пушек (А и Б); 15 — высоковольтный трансформатор; 16 — высоковольтный эмиттер; 17 — высоковольтный выпрямитель; 18 — изолятор; 19 — анод; 20 — фокусирующий электрод; 21 — поток электронов; 22 — сфокусированный электронный луч; 23 — расплавленный металл; 24 — тугоплавкий тигель; 25 — пары металла; 26 — напыляемая подложка; 27 — покрытие; 28 — свариваемый металл; 29 — сварной шов.



    V. СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА К СИСТЕМЕ ЭНЕРГОПИТАНИЯ СТАНЦИИ.
  • Рабочий инструмент — это моноблок, состоящий из высоковольтного источника электропитания и двух электронных пушек. Одна из них — для выполнения технологических операции резки, сварки и пайки; другая пушка, где фокусирующая система заменена тиглем с испаряемым металлом, предназначена для нанесения покрытий. У моноблока есть ручка, которой придана форма, удобная для работы человека, одетого в скафандр.
  • Масса УРИ немногим более 30 кг, а моноблока, которым оперирует космонавт,— чуть больше 2,5 кг. Потребляемая мощность 750 Вт, и ее можно регулировать в зависимости от режима работы и обрабатываемого материала.
  • В Центре подготовки космонавтов испытания начались с барокамеры. В ней организовали рабочее место оператора, подобное рабочему месту космонавта на станции "Салют-7". Несколько операторов-испытателей, среди которых была и женщина, снаряжались в доспехи космонавта, входили в вакуумную камеру и под наблюдением специалистов выполняли операции сварки, резки, пайки металлов и нанесения покрытий. Операторы сразу же отметили удобство работы с УРИ. Это было очень важно. Однако еще важнее оказалось то, что даже испытатели, до этого не имевшие дела со сваркой, уже со второго или третьего раза могли выполнять любую из перечисленных технологических операций на "хорошо" и "отлично". В барокамере не только испытывался инструмент и отрабатывалась технология, но и оценивались удобство работы в скафандре, достаточность мероприятий по безопасности, подбирался режим труда и отдыха. По результатам испытаний выработали программу проведения эксперимента в космосе и разработали методику подготовки космонавтов.
  • Наконец универсальный ручной инструмент был включен в состав научной аппаратуры станции "Салют-7".
  • Космонавты В. Джанибеков и С. Савицкая очень быстро освоили инструмент и приступили к тренировкам с ним в барокамере, гидролаборатории и при кратковременной невесомости (25-30 секунд) в самолете-лаборатории. В ходе тренировок они отработали все действия, связанные с выносом УРИ в космос, закреплением его на поручне, подготовкой к работе.

    ПОСТ В КОСМОСЕ

  • 25 июля 1984 года В. Джанибеков и С. Савицкая вышли в открытый космос. Джанибеков тщательно закрепил УРИ к откидному поручню. Получилось очень удобное рабочее место оператора-сварщика с обеспечением всех требований техники безопасности (см. 2-3-ю стр. цветной вкладки). Космонавт-сварщик стоит на специальной подножке — "якоре", ноги его зафиксированы. Перед ним на поручне установлен УРИ. Пульт управления, рабочий инструмент и планшет легко досягаемы. Нижняя часть туловища космонавта защищена самим контейнером. Левая рука космонавта находится на пульте управления, и от случайного попадания электронного луча ее защищает крышка пульта. В правой руке космонавт держит рабочий инструмент, направленный от космонавта в сторону планшета с образцами.
  • В целях обеспечения безопасности станции рабочее место по отношению к ней ориентировано так, чтобы луч, если он и пройдет мимо планшета с образцами, не мог коснуться ее корпуса. Если в случае каких-либо непредвиденных обстоятельств инструмент "выпадает" из руки, то гашетка на ручке автоматически отключит его электрическое питание. В случае заедания гашетки космонавт отключит питание инструмента кнопкой "стоп" на своем пульте управления. Чтобы исключить бесконтрольную и неуправляемую работу инструмента, если это по каким-то причинам не сможет сделать космонавт на рабочем месте, предусмотрена возможность отключения питания вторым и третьим членами экипажа; сделать это они могут разрывом разъемного соединения кабеля, отключением бортовой розетки и, наконец, с центрального пульта станции.
  • Оборудовав сварочный пост, В. Джанибеков подготовил инструмент к работе и уступил место С. Савицкой. Сначала она выполнила операцию резки, затем сварки, пайки и нанесения покрытия. Все свои действия подробно комментировала.
  • Вот фрагменты радиопереговоров космонавтов с Центром управления полетом, которые дают представление о том, как шел этот уникальный эксперимент.
  • — Я начинаю работу,— докладывала Савицкая.— Включаю аппарат. Есть питание. Есть след. Шов не очень ровный получается, но красивый. Закрываю планшет. Выдвигаю второй. Включаю режим, беру инструмент. Идет сварочка металла.
  • — Пошел шов. Он ровный, красивый. Вижу его хорошо... Сейчас попробую третий режим... Мне удобнее делать пятый образец... Выставляю его... Есть пятно красное. Утюжу вверх и вниз...
  • — Рекомендуем приступить к напылению, — подсказал оператор.
  • — Хорошо,— спокойно ответила Савицкая.
  • — Через минуту входите в тень,— напомнил оператор.
  • В следующем сеансе связи Савицкая сообщала:
  • — Первый планшет напылялся энергично — это было очень хорошо видно. Во время пайки образовалась блестящая капля...
  • Прекращать работу не хотелось, но программа есть программа, и Савицкая уступила место Джанибекову.
  • — Я закончил пайку,— докладывал Джанибеков, который продолжил работу с УРИ.— Напыляю. Как кисточкой работаю. В общем, маляром заделался... Прекрасный инструмент. Думаю, у него большое будущее в космонавтике.
  • В. Джанибеков демонтировал УРИ и внес его в переходной отсек станции. Люк закрылся.
  • Работа с УРИ в открытом космосе продолжалась 3 часа. Специалисты в Центре управления полетом внимательно следили за работой космонавтов. Все прошло очень четко и на одном дыхании. После возвращения экипажа космонавтов на Землю образцы были переданы специалистам для исследований.
  • Результат их убедительно свидетельствует, что и в космосе традиционные земные операции соединения металлов, резки и нанесения покрытия могут успешно применяться для проведения любых ремонтных и монтажных работ.
  • Универсальный ручной инструмент сейчас находится на станции "Салют-7". Специалисты готовят интересные программы по сварке и пайке узлов форменных конструкций.
  • Новая технология уверенно шагает в космос.