Качество на высоте

При приближении к светлому остекленному кораблю-зданию на улице Матроса Железняка сильнее ощущается волнение. В Научно-исследовательском центре технологий контроля качества ракетно-космической техники Университета ИТМО (НИЦ ТКК РКТ) все серьезно. На кону обороноспособность страны.

Экскурсию по НИЦ проводит руководитель лаборатории специальной оснастки и технологий неразрушающего контроля на новых физических принципах Игорь Кинжагулов. «Костяк организации — преподаватели кафедры, ранее Сенсорики, а теперь Технологий интроскопии. В зависимости от тематики исследования создается команда из сотрудников организации, студентов, магистрантов и аспирантов нашего университета. Заказчиками выступают ведущие предприятия госкорпорации «Роскосмос», такие как АО «НПО «Энергомаш им. академика В.П. Глушко», ФГУП «НПО «Техномаш».

1 этаж
В большом холле хаотично расставлено оборудование, технологические оснастки и деревянные каркасы. В углу стоит камера жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) первой ступени ракеты-носителя «Ангара». «Здесь все постоянно меняется: что-то приезжает к нам по техзаданию, что-то отправляется обратно к заказчику», — поясняет Игорь.

В последнее время в России, особое внимание уделяется проблемам и вопросам контроля качества в отрасли авиа- и ракетостроения. В НИЦ это вытекает в частные задачи — контроль качества изделий ракетно-космической техники на разных этапах их жизненного цикла. Известно, что на первую ступень ракеты-носителя приходится самая большая нагрузка — она должна оторвать ракету от земли и корректировать движение на активном участке траектории. Что такое авария ракеты-носителя? Огромные финансовые потери, без учета стоимости самого аппарата.

У стены стоит автоматизированный рентгенофлуоресцентный комплекс контроля толщины серебряных покрытий элементов ЖРД. Толщина примерно 10 мкм, поэтому механически воздействовать нельзя — легко повредить. Тем не менее соблюдение размера нужно  контролировать, так как покрытие несет важную функцию для обеспечения надежной и безопасной эксплуатации ракеты-носителя в целом. В сентябре комплекс прошел лабораторные, предварительные и даже межведомственные испытания с комиссией из Роскосмоса.

2 этаж
Здесь стоит камера ракетного двигателя поменьше: третьей ступени «Союза», который совершает пилотируемые пуски. Вдоль стены расположены оборудование, горы образцов, рядом столик с компьютером и прибором — магистранты кафедры изучают механические свойства титановой крыльчатки.  Она изготовлена с применением аддитивных технологий, иными словами — напечатана на 3D-принтере. «Пластик взаимодействует между собой внутри своей структуры — растекается, сваривает ся. С металлами сложнее: приходится решать вопросы температурного расширения,  возникающих дефектов, окисления и другие. Так как технология новая, то соответствующие методы контроля еще не разработаны. В этой области материаловедения мы совершаем первые шаги — кое-что получается, а что-то еще предстоит сделать», — рассказывает Игорь Кинжагулов.

Внутри коллектива дальнюю часть этажа называют Центром технологий неразрушающего контроля, так как здесь в лабораторных условиях отрабатываются методы исследования образцов. Это акустические, в том числе с применением фазированных решеток, лазерно-ультразвуковые, магнитные, вихретоковые и другие. Кроме того, здесь находится лаборатория металлографического анализа. Для того чтобы контролировать качество изделий, нужно иметь представление о внутренней структуре материалов, из которых они изготовлены, выяснить, что привело к разрушению или возникновению дефектов в нем. Мне показывают инвертированный микроскоп Carl Zeiss, который позволяет получать качественные снимки микроструктуры материалов.

Если просто порезать образец, то исходная структура будет изменена, так как поверхность задерется и закатается. Чтобы этого не случилось, при подготовке к исследованию образцы режут под потоком охлаждающей жидкости. Затем их шлифуют, полируют и травят поверхность растворами различных кислот. «Кроме того, в этой лаборатории мы занимаемся исследованиями композиционных материалов и изделий из них. Они интересны тем, что обладают высокой прочностью и термостойкостью, но при этом имеют низкий удельный вес. Много еще не решенных вопросов остается при контроле качества таких изделий, так как они — сплошные неоднородности», — объясняет руководитель отдела.

3 этаж
Рассказать о том, какие исследования ведутся на третьем этаже попросили аспиранта Университета ИТМО Ксению Степанову: «Не всегда имеется возможность получить образец-свидетель изделия для изучения его физико-механических характеристик при разрушающих испытаниях. Если мы имеем предмет определенной формы, из которого нельзя или трудно вырезать образец, как исследовать его свойства? Для этого были разработаны методы индентирования, основанные на регистрации процесса внедрения индентора в поверхность объекта контроля».

Классическим считается метод инструментального или кинетического индентирования. Ксения показывает прибор с прецизионными датчиками силы и перемещения, оснащенный оптической системой в вибро- и термоизолированной камере.
Для контроля механических свойств изделий разной формы разработали средства динамического индентирования, в основе которых лежит регистрация скорости внедрения индентора в исследуемый объект и получение диаграммы контактное усилие – глубина внедрения. По характеру диаграмм можем судить о свойствах упругости, пластичности, вязкости и других параметрах.
 

4 этаж
Существуют системы контроля позиционирования ракеты на старте, которые следят за ней и в первые секунды полета. Но кроме того нужно знать, как ведет себя сам стартовый комплекс. Он весит несколько сот тонн, кроме того, на него наезжает ракета в 180 тонн. Если конструкция кренится, просаживается, то это влияет на запуск ракеты, трассу полета, запасы топлива и так далее. Чтобы контролировать деформации стартового комплекса, была разработана система мониторинга СИДК — система измерений долговременного контроля. Это набор чувствительных датчиков: углов поворота, тензодатчики, температуры и давления. В конечном счете — около 400 элементов. Система собирает информацию до пуска, в момент пуска и после него. Работает как «черный ящик». Если какие-то значения измеряемых параметров превышают установленные диапазоны, то система выдает операторам сообщения об опасности и требует принятия немедленных мер. Здесь на этаже стоит имитационный стенд для отработки и тестирования программных модулей и аппаратуры системы. На космодромах «Плесецк» и «Восточный» разработка уже смонтирована и используется.
«Ну как, берет гордость за страну?» — спрашивает Игорь Кинжагулов. И раньше подтверждений не требовалось, но теперь, если надо будет переселяться в российскую колонию на другую планету, я знаю, что можно лететь спокойно.
 

Материал опубликован в газете «Мегабайт»