СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ДЕФЕКТА В ОБОЛОЧКЕ ПИЛОТИРУЕМОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2020 года по МПК B23P6/00 B64G1/56 

Изобретение относится к аэрокосмической технике, а именно к заделке дефектов в оболочках пилотируемых космических аппаратов (ПКА) в процессе их космического полета, в том числе обнаруженных визуально или при помощи течеискателей с целью восстановления требуемой герметичности ПКА.

Заделка сквозных дефектов или повреждений корпуса ПКА вызвана необходимостью поддержания внутри ПКА газовой среды (атмосферы), по составу и величине давления близкой к земной на уровне моря. Требования по исключению утечки, т.е. по герметичности жилых отсеков, являются нормой безопасного пребывания человека в космосе и предъявляются ко всем ПКА. Потеря атмосферы ПКА является прямой угрозой жизни экипажа и в случае падения давления выявление места утечки, ее заделка должна устраняться незамедлительно всеми доступными экипажу средствами.

Известен способ заделки прокорродированных дефектов металлических поверхностей изделий, эксплуатирующихся в том числе в герметично замкнутых обитаемых отсеках в составе космических летательных аппаратов, выполняемый с применением металлополимера «Герметалл-1» (см. патент РФ №2131344 по заявке №98113360/02, приоритет от 3.07.1998, МПК В23Р 6/00 (1995.01)). Данный способ заделки металлических поверхностей включает зачистку металлической поверхности вокруг зоны дефекта, пропитку прокорродированной поверхности низковязким герметиком, после отверждения поверх пропитанной поверхности наносят два слоя металлополимера «Герметалл-1», причем второй слой перекрывает первый.

Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает возможность заделки сквозных дефектов в оболочках жилых отсеков ПКА в условиях космического полета, находящихся под избыточным давлением на уровне в одну атмосферу (750 мм рт.ст.), т.к. металлополимер не удерживается в сквозных дефектах и не заделывает их.

Аналогом заявляемого способа также является способ герметизации дефектов оболочек космических объектов и устройство для его реализации (см. патент РФ №2131386 по заявке №97122048/02, приоритет от 30.12.1997 г, МПК B64G 1/52 (1995.01), В23Р 6/00 (1995.01)). Данный способ герметизации сквозных дефектов оболочек космических аппаратов включает формирование оснастки в зоне дефекта, заполнение этой зоны герметиком через заливочное отверстие в оснастке, при этом внутреннюю поверхность оснастки выполняют замкнутой, покрывают ее несмачиваемым составом, а герметик перед заполнением дегазируют.

Изобретение позволяет обеспечить герметизацию дефектов оболочек космических объектов в условиях космического полета, т.е. невесомости и перепада давления от 5-20 мм рт.ст. внутри объекта до вакуума за бортом 10^-5 мм рт.ст.

Недостаток данного способа заключается в том, что ремонт дефекта оболочки по данному способу предполагает его проведение только снаружи космического аппарата. Для этого необходимо иметь на борту ПКА соответствующую оснастку и проводить выход космонавтов за пределы ПКА, что связано со значительными материальными затратами и расходованием полетного времени экипажа.

Известен способ заделки отверстия на изделии, предполагающий использование, в том числе и на изделиях космической техники (патент РФ №2173245 по заявке №2000105660/02, приоритет от 7.03.2000, МПК В23Р 6/00 (2000.01)), выбранный в качестве прототипа. Он заключается в том, что для заделки предварительно формируют пробку из мягкого пористого материала со сквозными порами и по размерам, идентичным размерам дефекта, затем пропитывают пробку безусадочной герметизирующей композицией - металлополимером «Герметалл-1» и в течение времени его жизнеспособности устанавливают пробку в зачищенную зону дефекта заподлицо с наружной поверхностью изделия, выдерживают до отверждения металлополимера «Герметалл-1», и затем наносят два слоя «Герметалла-1» на пробку и зачищенную поверхность вокруг нее.

К недостаткам способа-прототипа относится то, что он неприменим в условиях реального космического полета для оболочек, находящихся под избыточным давлением относительно окружающего вакуума, вследствие чего формирование пробки в таких условиях указанным способом невозможно.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа герметизации дефекта в виде отверстия в оболочке ПКА с характерным размером до 10 мм в условиях космического полета при истечении через него воздуха в окружающее космическое пространство. Дефекты в оболочках ПКА с подобными размерами могут образовываться за счет воздействия на ПКА микрометеороидов, частиц космического мусора, а также вследствие ошибочных действий экипажа при проведении ремонтных работ на оболочке ПКА.

Эффект достигается тем, что в способе герметизации дефекта в оболочке пилотируемого космического аппарата, включающем зачистку поверхности в зоне дефекта и вокруг него, предварительное формирование пробки, ее пропитку безусадочной герметизирующей композицией, установку пробки в дефект, выдержку до отверждения безусадочной герметизирующей композиции и нанесение одного или более слоев безусадочной герметизирующей композиции, дополнительно зачистку поверхности в зоне дефекта и вокруг него проводят изнутри ПКА, для формирования пробки используют салфетку из прореженного тканого материала с высокой воздухопроницаемостью и гигроскопичностью, центральную часть салфетки пропитывают безусадочной герметизирующей композицией с формированием пятна диаметром, идентичном размеру и глубине дефекта, удерживая салфетку за ее периферийную часть, вводят пропитанную безусадочной герметизирующей композицией часть салфетки в дефект на всю его глубину, контролируя ее выход за пределы оболочки ПКА, подают безусадочную герметизирующую композицию в течение времени ее жизнеспособности в дефект с помощью истекающего в вакуум воздуха до заполнения дефекта с избытком, удаляют избыток салфетки, контролируют герметичность образованной пробки ультразвуковым течеискателем, а один или несколько слоев безусадочной герметизирующей композиции через заданный интервал времени наносят на сформированную пробку и зачищенную поверхность вокруг нее.

Указанный способ позволяет с одной стороны, за счет потока истекающего в вакуум воздуха сквозь поры салфетки, обеспечить подачу безусадочной герметизирующей композиции (герметика) в заделываемое отверстие на всю его глубину, а с другой стороны, используя нарастающую вязкость герметика по мере исчерпания времени его жизнеспособности, удержать его с помощью салфетки в сквозном дефекте оболочки ПКА. Тем самым из пропитанных волокон салфетки и герметика по всему объему отверстия формируется композитная пробка в виде стержня с выпуклой головкой, находящейся с внутренней стороны оболочки ПКА. Пробка удерживается в заделанном дефекте за счет высокой адгезии и клейких свойств герметика, а также за счет воздействия на нее давления атмосферы изнутри ПКА.

Технический результат предлагаемого способа заключается в том, что решена задача простой и надежной заделки сквозных дефектов диаметром до 10 мм в оболочке ПКА, в том числе в местах негерметичного присоединения силовых шпангоутов к оболочке изнутри ПКА. Максимальный размер дефекта, который подлежит заделке определяется, с одной стороны, временем, необходимым для его локализации и заделки экипажем в условиях падения давления в ПКА до уровня, допустимого для нахождения в ней человека (не менее 490 мм рт.ст.), а с другой стороны - способностью материалов, из которых изготавливается пробка, обеспечивать требуемый уровень герметичности оболочки ПКА после заделки дефекта.

Предлагаемый способ герметизации дефекта в оболочке ПКА в условиях космического полета осуществляют следующим образом:

- зачищают зону дефекта и вокруг него на расстоянии не менее 15 мм изнутри ПКА;

- берут прореженный тканый материал, обладающий воздухопроницаемостью и высокой гигроскопичностью (пропитываемостью) (например, хлопчатобумажную салфетку из отбеленной марлевой ткани поверхностной плотностью 28-52 г/м²);

- формируют салфетку из двух или более слоев ткани в зависимости от размера дефекта и поверхностной плотности ткани;

- пропитывают центральную часть салфетки безусадочной герметизирующей композицией (например, герметиком металлополимер «Герметалл-1») с размером пятна, идентичном размеру и глубине дефекта;

- удерживая салфетку за ее периферийную часть заводят пропитанную герметиком часть салфетки в дефект на всю его глубину, контролируя при этом выход салфетки за внешнюю часть оболочки ПКА. Для целей заведения салфетки в дефект, контроля ее гарантированного выхода за пределы оболочки ПКА и исключения возможности прокола салфетки, используют, например, тупой стержень с диаметром заведомо меньше диаметра заделываемого дефекта;

- подают герметик в дефект с помощью истекающего в вакуум воздуха до его заполнения с избытком и формируют поверх дефекта выпуклую головку диаметром, превышающем поперечный размер дефекта в 1,5-2 раза, в течение времени жизнеспособности герметика,

- после отверждения герметика удаляют, например ножницами, избыток салфетки,

- контролируют герметичность образованной заделки дефекта (пробки) ультразвуковым течеискателем,

- наносят сплошной слой герметика с перекрытием наружной поверхности пробки, а после его затвердевания наносят, при необходимости, последующий слой с полным перекрытием первого слоя. Затем осуществляют выдержку до окончательного отверждения герметика.

Использование предлагаемого способа дает возможность герметизации сквозных дефектов оболочек ПКА, в том числе в виде отверстий с характерным диаметром до 10 мм, на борту ПКА в процессе космического полета, работающих в диапазоне эксплуатационных давлений, при этом получить надежную герметичную систему. Способ прост в эксплуатации и не требует применения дополнительного оборудования.

Изобретение может быть использовано для герметизации сквозного дефекта в оболочке пилотируемого космического аппарата. Формирование пробки производят путем пропитки безусадочной герметизирующей композицией центральной части салфетки из прореженного тканого материала с высокой воздухопроницаемостью и гигроскопичностью с формированием пятна, идентичного размеру и глубине сквозного дефекта. Удерживая салфетку за ее периферийную часть, вводят пропитанную безусадочной герметизирующей композицией часть салфетки в сквозной дефект на всю его глубину. Контролируют при этом выход салфетки за внешнюю часть оболочки пилотируемого космического аппарата. Подают безусадочную герметизирующую композицию в течение времени ее жизнеспособности в сквозной дефект с помощью истекающего в вакуум воздуха до заполнения дефекта с избытком. Затем удаляют избыток салфетки и контролируют герметичность образованной пробки ультразвуковым течеискателем. На сформированную пробку и зачищенную поверхность вокруг нее наносят один или более слоев безусадочной герметизирующей композиции через заданный интервал времени. Технический результат состоит в простой и надежной герметизации сквозных дефектов размером до 10 мм.

Способ герметизации сквозного дефекта в оболочке пилотируемого космического аппарата, включающий зачистку поверхности в зоне дефекта и вокруг него, предварительное формирование пробки, ее пропитку безусадочной герметизирующей композицией, установку пробки в сквозной дефект, выдержку до отверждения безусадочной герметизирующей композиции и нанесение одного или более слоев безусадочной герметизирующей композиции, отличающийся тем, что зачистку поверхности в зоне сквозного дефекта и вокруг него проводят изнутри пилотируемого космического аппарата, формирование пробки производят путем пропитки безусадочной герметизирующей композицией центральной части салфетки из прореженного тканого материала с высокой воздухопроницаемостью и гигроскопичностью с формированием пятна, идентичного размеру и глубине сквозного дефекта, затем, удерживая салфетку за ее периферийную часть, вводят пропитанную безусадочной герметизирующей композицией часть салфетки в сквозной дефект на всю его глубину, при этом контролируют выход салфетки за внешнюю часть оболочки пилотируемого космического аппарата, после чего подают безусадочную герметизирующую композицию в течение времени ее жизнеспособности в сквозной дефект с помощью истекающего в вакуум воздуха до заполнения дефекта с избытком, удаляют избыток салфетки и контролируют герметичность образованной пробки ультразвуковым течеискателем, а один и более слоев безусадочной герметизирующей композиции наносят через заданный интервал времени на сформированную пробку и зачищенную поверхность вокруг нее.