М. Запольский, медиагруппа ARMTORG. Трубопроводная арматура в космосе

Во втором номере журнала «Вестник арматуростроителя» опубликована статья о трубопроводной арматуре в космической отрасли.

В современной космической отрасли трубопроводная арматура играет критически важную роль, ведь именно она призвана обеспечивать надлежащее функционирование сложных систем в экстремальных условиях космоса. Данная отрасль предполагает использование ТПА в разнообразных подсистемах ракет-носителей и космических аппаратов.

Ключевые функции ТПА в космосе

Экстремальные космические условия возлагают на задействованную в отрасли трубопроводную арматуру следующий функционал:

• контроль потока рабочих сред. ТПА в лице клапанов, вентилей и задвижек контролирует потоки топлива, окислителя и криогенных жидкостей (жидкие кислород и водород), хладагентов, гидравлических жидкостей, азота, гелия и прочих рабочих сред. Надежное и компетентное управление данными потоками чрезвычайно важно для корректной работы двигателей, терморегулирующих систем, комплексов жизнеобеспечения и другого критически важного оборудования;
• герметизация. Космическая инфраструктура предъявляет особенные требования к герметичности. На ТПА возложено полноценное обеспечение отсутствия утечек агрессивных рабочих сред в условиях вакуума, нестандартных (порою экстремальных) температур и перманентной вибрации. Утечки на космических объектах недопустимы, ведь они приведут к потерям драгоценного топлива и общему снижению эффективности всех систем, что чревато катастрофическими последствиями;
• регулирование давления. ТПА активно задействуется с целью регулировки давления в различных рабочих системах. Арматура предотвращает превышение допустимых значений и обеспечивает стабильное функционирование космического оборудования. Регулирующая давление арматура призвана поддерживать оптимальные рабочие параметры двигателей, гидравлических систем и комплексов жизнеобеспечения;
• безопасность. ТПА играет важнейшую роль в обеспечении безопасности космических полетов. В случае возникновения нештатных ситуаций, когда необходимо предотвратить повреждение оборудования, производится сброс избыточного давления посредством предохранительного клапана. С помощью запорной арматуры осуществляется изоляция отдельных сегментов трубопроводов с целью проведения ремонтно-восстановительных работ;
• заправка и тестирование. Для заправки ракет-носителей топливом и окислителем также используется специализированная арматура. Без нее не обойтись и при проведении испытаний ряда систем перед запуском.

ТПА является важнейшим сегментом космической техники, она призвана обеспечить надежность и безопасность работы сложнейших систем в условиях перегрузки. Без качественной трубопроводной арматуры невозможен успех современной космической миссии.

Использование ТПА в космосе

А вот и примеры использования трубопроводной арматуры в космической технике:

• топливные баки. ТПА активно используется для дренажа, слива и заправки топлива;
• гидравлические системы. С помощью арматуры осуществляется управление потоком гидравлической жидкости, которая используется для рулевого контроля и в ряде других ключевых механизмов;
• жизнеобеспечивающие системы. Посредством ТПА обеспечивается бесперебойная подача кислорода, осуществляется регулирование давления внутри кабины и удаление углекислого газа;
• терморегулирующие системы. Арматура осуществляет управление потоками хладагента, который отводит тепло от электрооборудования и других приборов;
• ракетные двигатели. С помощью арматуры осуществляется контроль за подачей топлива и окислителя в камеру сгорания. ТПА осуществляет регулировку давления и отвечает за герметичность топливных коммуникаций.

В космической технике используются несколько разновидностей ТПА:

• уплотнения;
• соединения и фитинги;
• шаровые клапаны (также игольчатые и запорные).

При производстве арматуры для космической техники используются специальные материалы: особые полимеры, нержавеющая сталь, титановые сплавы.

Особенности ТПА для космоса

Для трубопроводной арматуры, работающей в экстремальных условиях космоса, выдвигается ряд особых требований:

• герметичность. Для предотвращения утечек рабочих сред должен быть обеспечен надлежащий уровень герметичности;
• минимальные габариты и вес узлов. Конструкция должна быть максимально оптимизирована для снижения занимаемого пространства и массы;
• работоспособность в экстремальных условиях. Важно понимать, что в условиях космоса на оборудование будут влиять вакуум, низкие и высокие температуры, радиация;
• безотказность и надежность. Для обеспечения высокого уровня надежности проводится тестирование ТПА и надлежащий контроль качества.

Вызовы при эксплуатации ТПА

Арматура, используемая в экстремальных условиях космоса, сталкивается с рядом проблем:

• деградация и коррозия материалов ТПА. В условиях вакуума и радиации разрушительные процессы усугубляются;
• замерзание рабочих сред. Арматура должна стойко работать в условиях низких температур;
• повреждения и износ. ТПА вынуждена работать в условиях вибрации и ударных нагрузок;
• обслуживание и ремонт. Ремонтные мероприятия в условиях космического полета осуществлять куда сложнее.

Инновационные решения в отрасли

Арматура в космической отрасли развивается с учетом внедрения перспективных технологий:

• аддитивные технологии. Применение 3D-печати для воссоздания ТПА сложной формы с оптимизированной конструкцией;
• миниатюризация. Изготовление компактных арматурных узлов для использования в небольших спутниках и малых космических аппаратах;
• интеллектуальная ТПА. Разработка арматурных узлов с встроенными датчиками и мониторинговыми системами для контроля за текущим состоянием и осуществлением прогнозирования вероятных отказов;
• новые материалы. Инновационные материалы разрабатываются с целью улучшения характеристик арматуры.

В настоящее время трубопроводная арматура используется в системах жизнеобеспечения МКС, в спутниках, космических зондах. Без арматурных узлов не обходятся системы управления ориентацией в полете и его стабилизации.

ТПА также используется в научном оборудовании и на заправочных комплексах космодромов.