Новий витік повітря на МКС ускладнює роботу старого обладнання

Після понад 27 років перебування на орбіті Міжнародна космічна станція (МКС) знову стикається з проблемою витоку повітря. NASA відклала заплановану комерційну місію Axiom-4 принаймні до 18 червня 2025 року, поки інженери на Землі та в космосі працюють над виявленням і усуненням джерела витоку. З численними портами для стикування, модулями та понад 400 тоннами обладнання підтримувати тиск на борту МКС стає дедалі складніше, оскільки ключові структурні елементи наближаються до тридцятирічного терміну служби.

Передумови: Хронічна втрата повітря в переході PrK модуля Звезда

З 2019 року космонавти фіксували поступове, але стійке зниження тиску в російському модулі обслуговування Звезда. Цей модуль, один з перших, запущених у 1998 році, містить перехідний тунель PrK, який з’єднує Звезду з кормовим портом для стикування, що використовується космічними кораблями «Союз» та «Прогрес». Перші дані з польоту показали швидкість витоку близько 0.8–1.0 кПа на місяць (приблизно 2–3 фунти повітря на день).

“Ми кілька разів закривали невеликі тріщини епоксидними герметиками,” зазначив російський льотний інженер, “але кожен ремонт лише уповільнював витік.”

Оперативні рішення, такі як ізоляція люка PrK під час відсутності стикування, допомогли стримати витік. Однак тривалість витоку викликала занепокоєння щодо можливого пошкодження в структурі алюмінієвих сплавів станції.

Останній інцидент і затримки місії

12 червня наземні команди зафіксували нове зниження тиску в кабіні, незважаючи на нещодавні ремонти. Роскосмос і NASA оголосили, що тунель PrK “повністю герметичний” після нещодавнього виходу у відкритий космос, але загальний тиск на станції продовжував знижуватися на ~0.05 кПа/день. Це спонукало NASA відкласти місію Axiom-4, яка має на борту чотирьох приватних астронавтів, до 18 червня або пізніше, поки не буде підтверджено, що система екологічного контролю та життєзабезпечення (ECLSS) здатна компенсувати аномалію.

У короткій заяві менеджер програми NASA по МКС Джоел Монтальбано зазначив: “Безпека залишається нашим головним пріоритетом. Ми аналізуємо телеметрію з датчиків тиску по всіх модулях і оцінюємо додаткові кроки для усунення проблем.”

Аналіз втоми матеріалів та структурної цілісності

Втома від високих циклів виникає, коли повторні цикли підвищення тиску викликають мікротріщини в металі. МКС зазнає близько 14–16 циклів тиску на рік — стиковка, відстикування та рутинне регулювання ECLSS — накопичуючи понад 400 циклів з моменту запуску. Основна структура МКС складається переважно з алюмінієвих сплавів 2219 і 6061, які під впливом постійних циклічних навантажень можуть розвивати підкритичне зростання тріщин, що врешті-решт призводить до раптового руйнування.

• Сплав 2219: Використовується в тискових ємностях; межа міцності на розтяг ~350 МПа, межа втоми ~95 МПа.
• Сплав 6061-T6: Застосовується в вторинних структурах; межа міцності на розтяг ~290 МПа, межа втоми ~96 МПа.

Моделювання методом скінченних елементів (FEM) тунелю PrK — з урахуванням механіки мікротріщин — вказує на концентрацію напружень навколо зварних швів і проходок для кабелів. NASA класифікувала цей ризик на найвищому рівні у своїй 5×5 матриці ризиків, що означає, що раптове порушення модуля може мати катастрофічні наслідки.

Системи виявлення та моніторингу витоків

МКС обладнана мережею диференційних датчиків тиску та акустичних детекторів витоків. Датчики в ISPR-шафах Звезди передають дані в реальному часі через бортовий комп’ютер російського сегмента. Нещодавно інженери завантажили програмні оновлення, щоб збільшити частоту вибірки з 1 Гц до 10 Гц, що покращує можливість локалізації мікровитоків.

Крім того, космонавти готуються до використання ультразвукового інспекційного пристрою — аналогічного тому, що використовувався під час EVA 78 (червень 2024) — для сканування зварних швів на предмет початку тріщин. У поєднанні з інфрачервоною термографією з зовнішніх камер команда сподівається визначити джерело витоку без додаткових виходів у космос.

Майбутні заходи та модернізації

1. Укріплення на базі EVA: Установка композитних латок (вуглецевих волокон) на ділянках з високими навантаженнями.
2. Заміна модуля: Прискорення прибуття фінансованого NASA модуля, готового до МКС (IRM) у 2026 році, з використанням вдосконалених алюмінієво-літієвих сплавів з підвищеною втомною стійкістю.
3. Покращений моніторинг стану: Інтеграція оптоволоконних тензодатчиків у панелі корпусу станції для виявлення субмікронних деформацій у реальному часі.

Думки експертів

• Доктор Олена Іванова, інженер-матеріалознавець Московського авіаційного інституту: “Моніторинг розповсюдження тріщин за допомогою акустичної емісії є критично важливим. Якщо не контролювати, мікротріщини швидко зливаються під циклічним навантаженням.”
• Доктор Марк Ланглі, головний науковець Інституту втоми (Великобританія): “МКС є унікальною лабораторією для досліджень втоми на тривалих термінах; уроки, отримані тут, впливають на майбутні глибококосмічні житлові комплекси.”

На даний момент Центр управління місією продовжує перевірку ремонту витоків і консультується з Роскосмосом щодо подальших дій. Тим часом дата запуску Axiom-4 залишається попередньою, що відображає високі ставки у збереженні одного з найбільш складних інженерних досягнень людства на орбіті.