Неужели самое дорогостоящее сооружение, созданное человечеством – Международная космическая станция – на наших глазах начинает рассыпаться? Такие версии все чаще звучат из-за постоянных сообщений о появлении новых трещин на МКС. В чем причина образования трещин и почему экипаж так долго не может справиться с этой проблемой?
Находящиеся на орбите обитатели Международной космической станции не оставляют надежды решить крупнейшую – и самую опасную – проблему этого гигантского сооружения. Речь идет о появлении трещин в оболочке станции, через которые выходит воздух.
Уже неоднократно появлялись сообщения, что проблема полностью решена – в частности, говорилось, что российские космонавты завершили герметизацию трещин (процедура герметизации началась еще в начале месяца). Однако снова и снова вскрываются новые места утечек. Очередное предположительное место утечки на днях проверяли с помощью чаинок.
Понять происходящее невозможно без пояснения о том, как устроена сама МКС.
Дом на орбите
Международная космическая станция сделана из множества отдельных блоков – модулей. Причина проста – каждый модуль доставлялся на орбиту отдельно, при помощи ракеты-носителя и своих двигателей или в грузовом отсеке космической системы Space Shuttle. Поэтому и размеры одного модуля ограничены размерами под головным обтекателем ракеты или местом внутри грузового отсека. Каждый модуль герметичен, и в теории его можно загерметизировать обратно. На практике для этого придется потрудиться – сквозь модули проходит множество кабелей и проводов.
Но если есть необходимость, Международную космическую станцию можно герметизировать по частям. В кораблестроении корабль разделяют герметизирующимися переборками на случай затопления одного или нескольких отсеков. Тут схема схожая, разве что проход есть только один и в случае герметизации все закрытые модули станут недосягаемы для посещения. На борту Международной космической станции поддерживается давление в 101,3 килопаскаля, такое же, как на уровне моря на Земле.
Атмосфера на станции тоже похожая на земную кислородно-азотная смесь. Получаемый в результате дыхания космонавтов углекислый газ захватывают цеолитовые поглотители системы "Воздух" и высвобождают его в забортное пространство.
Для поддержания нужного количества кислорода трудится система "Электрон". С ее помощью кислород добывается за счет электролиза воды (получающийся при этом водород стравливают за борт), а азот приходится завозить в баллонах с Земли. В сутки на поддержание количества кислорода, пригодного для дыхания, тратится около литра воды на одного человека.
Естественно, что станция постепенно теряет воздушную смесь, герметичность не везде идеальна. В нормальном состоянии ее потеря несколько граммов в сутки, однако в последние месяцы она выросла до 270 граммов, а затем и до полутора килограммов (!) в сутки.
Для понимания – один кубометр воздуха при давлении как у поверхности Земли весит 1,2–1,3 килограмма в зависимости от температуры. Всего внутренний объем Международной космической станции более 900 кубометров, а значит, примерно 1000 килограммов воздушной смеси в использовании.
Потеря полутора килограммов воздушной смеси – это не критическая ситуация, опасная для экипажа, но вещь очень неприятная. Значит, потребуется больше запусков грузовых космических кораблей с водой и азотом для поддержания жизнедеятельности. Следовательно, весь график пусков к МКС и работы МКС придется пересматривать, и, возможно, это приведет к срыву экспериментов. Поэтому, если фиксируется повышенное падение давления в системе, на станции срабатывает сигнал, и экипаж начинает искать утечку, чтобы ее ликвидировать.
Волосинка в стоге сена
Найти микротрещину, к примеру, пробитую кусочком мусора, на станции чрезвычайно трудно. Представьте себе поиски трещинки толщиной в волос в более чем пятнадцатикомнатной квартире. Добавим, что все стены, пол и потолок этой квартиры завешаны аппаратурой, коробками с припасами и приборами. Для поиска используется течеискатель, американский прибор. Как он работает? Прибор реагирует на очень высокочастотные звуки. Дело в том, что воздух, покидая станцию, делает это "со свистом". Именно этот звук и "ищет" прибор.
Проблема в том, что на станции никогда не бывает полной тишины. Наоборот, там постоянный шум от работающих круглые сутки вентиляторов и систем жизнеобеспечения. Поэтому уловить звук уходящего воздуха можно, только прислонив прибор практически к месту утечки. Для этого сначала пытаются найти примерное место утечки, сузив поиски до конкретного модуля. Станцию перекрывают в одном месте, космонавты остаются в российском или американском сегменте и ждут, где будет зафиксировано падение давления.
Так, постепенно перекрывая модули, можно понять, в котором из них проблема. И уже после этого использовать ультразвуковой течеискатель.
Хуже всего, если отверстие находится под обшивкой. Тогда прибор может не помочь, а отдирать всю обшивку в модуле – дело сложное и хлопотное.
В случае с отверстием в промежуточной камере модуля "Звезда", обнаруженной в октябре 2020 года, космонавтам помогла смекалка. Они распотрошили чайный пакетик и вытряхнули оттуда чаинки, оставив их в модуле на несколько часов. После чего обследовали места, куда чаинки принесло под воздействием воздушных потоков. Почему именно чаинки, а не кусочки бумаги? Они не электризуются, не подвержены статическому электричеству.
Кто виноват и что делать?
Причина появления трещин в промежуточной камере модуля "Звезда" пока доподлинно не известна. Впервые о потере воздуха в этом месте стало известно еще в 2019 году. Судя по всему, в 2020 году проблема просто усилилась. Предполагаются самые разные варианты возникновения этой трещины, от усталости металла до удара во время стыковки. Можно точно говорить об одном: Международная космическая станция эксплуатируется уже два десятка лет, а трещина возникла пока лишь в одном месте, причем далеко не самом очевидном – переходной камере модуля "Звезда".
Если в ближайшее время будут появляться новые трещины в других модулях, то это действительно будет свидетельствовать о деградации и усталости металла. Значит, даже специальный алюминиевый сплав на орбите имеет срок жизни, измеряемый парой десятков лет. Если же все трещины будут локализованы лишь в переходной камере российского модуля "Звезда", то, скорее всего, речь идет о локальных повреждениях.
Например, от ударов во время стыковки или из-за брака при изготовлении модуля.
Пока же космонавты работают над заделыванием трещин и пытаются понять, к каким результатам это приводит. В худшем случае, если с проблемой справиться не получится, придется загерметизировать переходную камеру, закрыть люк и больше ею не пользоваться. Но это вариант на совсем крайний случай. На Земле же эти трещины – повод в очередной раз обсудить работающую уже больше изначально запланированного срока станцию и всерьез задуматься над продлением сроков ее работы или какой-то заменой.
Кроме того, такие трещины – это бесценный опыт на будущее. Хочется верить, что пилотируемая программа продолжится и в будущем, а значит, опыт поиска и устранения мест разгерметизации на орбитальных станциях понадобится жителям Земли еще не один раз.
Михаил Котов
