Эволюция технологии открытой сварки в космосе

Идея проведения сварочных работ в открытом космосе приписывается Сергею Павловичу Королеву — отцу советской космонавтики. Изначально подобная идея была встречена с большой долей скепсиса, а многие инженеры и вовсе считали, что сварка в космосе невозможна. На то было несколько причин.

В подобной среде перепады температур соединяемых материалов могут достигать нескольких сотен градусов, скорость диффузии газов крайне высока, а главное — полностью отсутствует гравитация. Также стоило учитывать и другие нюансы: будущие сварочные аппараты необходимо было адаптировать для использования в плотном скафандре, в котором мелкая моторика космонавта практически сводилась на нет. Большое внимание стоило уделить и безопасности работ, ведь повреждения защитной оболочки космонавта ставило его жизнь и выполнение миссии под угрозу.

Сварщик в космосе

Тем не менее, уже спустя 4 года были проведены первые эксперименты по соединению деталей экипажем корабля «Союз-6». Для сварки использовалось устройство под кодовым названием «Вулкан» и имело поистине внушительный набор возможностей. С его помощью можно было соединять детали плазменным, дуговым и электронно-лучевым способом. Руководителем группы ученых, сделавших подобный скачок в развитии технологий, стал Борис Евгеньевич Патон — еще один ученый, впоследствии получивший всемирную известность.

Как итог: первые шаги к работе с металлом в космосе были сделаны, но установки нуждались в существенной модернизации и уменьшении веса.

Развитие идеи

Эксперименты показали, что именно электронно-лучевая сварка показывает наиболее высокий КПД в условиях невесомости. Это потребовало от советских инженеров вплотную заняться разработкой эффективных инверторов — устройств, преобразовывающих постоянный ток от солнечных батарей и аккумуляторов в переменный. Забегая наперед, эти наработки затем были успешно использованы для повышения КПД солнечных батарей и развития альтернативных источников энергии.

Основным недостатком использования такой схемы стало существенное снижение напряжения, поэтому в цель добавили трансформаторы. Также большая работа была проведена над снижением габаритов и веса установки — каждый лишний килограмм существенно увеличивал стоимость запуска. Поэтому впоследствии вместо магнитной фокусировки (как в обычных сварочных аппаратах) использовалась электростатическая.

Наряду с модернизацией установки «Вулкан» проводились работы по нанесению тонкопленочных покрытий в условиях невесомости. Для этого использовался метод термического испарения, базировавшийся на наработках Патона и экспериментах в ходе миссий «Союз». Масштаб работ был внушительным: инженерам достались более сотни образцов стали, с которыми работали в космосе.

Как видно из приведенных выше фактов, советским ученым удалось развить идеи предшественников и воплотить задумку в реальность.

Доработка и расширение возможностей

Целенаправленные исследования не прошли даром: уже в 1984 году стала возможной сварка деталей в открытом космосе. Использовался все тот же электронно-лучевой способ, но габариты и характеристики установки были качественно улучшены. С того времени универсальный ручной инструмент (сокр. «УРИ») лишь незначительно модернизировался — именно его модификацию (на фото версия под названием «Универсал») используют на МКС и в ходе миссий аппаратов «Союз-ТМА».

Отдельного упоминания заслуживает функционал устройства. С помощью УРИ в условиях невесомости и значительных перепадов температуры стали возможными:

  • пайка;
  • резка;
  • нагрев детали;
  • нанесение тонких покрытий.

Сварочные работы в космосе

При своих массово-габаритных характеристиках УРИ стал незаменимым элементом любой космической миссии. Электронно лучевая пушка весила всего 2 килограмма, а суммарная масса установки составляла 30 кг. Мощность также удалось минимизировать до 750 ватт, что несоразмерно с «земными» аналогами сварочного аппарата. Тем не менее, «Универсал» способен работать как с различными сортами стали, так и с титаном.

Аппарат планировалось использовать для создания и ремонта больших орбитальных станций типа «Мир-2», но планам так и не суждено было сбыться. Советский Союз исчез с карты мира как государство и программа была приостановлена. Тем не менее, проект не был остановлен и с небольшими изменениями наработки советских инженеров используются до сих пор.

Сварка в космосе сейчас

Современные виды сварки в космосе слабо отличаются от такового в земных условиях. Для этих целей используется электронный луч со сжатой дугой низкого давления с использованием плавящегося электрода. Конкретно же для точечной сварки даже не пришлось разрабатывать новые модели аппаратов: процесс сводился лишь в минимизации веса и повышении КПД. Для этого была использована жесткая трубчатая конструкция в форме ранца, обеспечивавшая космонавту максимальную подвижность. Единственная сложность заключается лишь в контроле за температурой свариваемых деталей: в условиях вакуума формирование оксидной пленки (побежалости) попросту невозможно. Для контроля применяют инфракрасные температурные датчики.

Статья носит обзорный характер и лишь в общих чертах описывает историю развития отрасли и ее текущее состояние. Если у вас имеется более подробная информация об установках или современных методов сварки в космосе — можете поделиться ими в комментариях.

Поиск записей с помощью фильтра:
Вид обработки
Вид проката
Вид материала