Обеспечение требуемого уровня надежности и безопасности Международной космической станции

Впервые в истории ракетно-космической техники реализуется крупнейший международный проект — создание Международной космической станции. Ранее выполненные и реализуемые в настоящее время космические программы уступают проекту МКС по масштабу и объему задач, составу стран-участниц и организаций-соисполнителей, ответственности за решение вопросов надежности и безопасности в процессе создания и длительной эксплуатации МКС.

Вопросам обеспечения надежности и безопасности уделялось достаточное внимание во всех советских и американских пилотируемых программах: «Восток», «Восход», «Союз», «Салют», «Мир», Mercury, Gemini, Apollo, Skylab, «Аполлон» — «Союз», Space Shuttle.

Решение теоретических и практических вопросов обеспечения надежности и безопасности в отмеченных программах позволило накопить значительный опыт в России и США, который необходи-мо использовать для обеспечения надежности и безопасности в рамках международного проекта по созданию МКС.

Для обеспечения надежности и безопасности МКС особо важное значение имеют следующие вопросы:

• разработка концепции обеспечения надежности и безопасности МКС;
• обеспечение надежности средств выведения, используемых при создании МКС;
• управление надежностью и безопасностью МКС на этапе эксплуатации.

Концепция обеспечения надежности и безопасности МКС должна определять:

• требования к надежности и безопасности МКС в целом;
• основные принципы обеспечения надежности и безопасности МКС;
• требования к основным нормативным документам по надежности и безопасности МКС в целом;
• требования к моделям, алгоритмам, программному обеспечению и методикам оценки и контроля надежности и безопасности МКС.

Проведем оценку технического риска реализации программы создания МКС в части средств выведения. В соответствии с третьей версией графика работ создания МКС в течение 1998-2003 гг. планировалось осуществить (в настоящее время принята пятая версия сборки МКС — Revision Е — на период 1998-2004 гг.):

• 34 полета МТКК Shuttle (1 полет демонстрационный);
• 52 пуска РН «Союз»;
• 3 пуска РН «Протон-К»;
• 4 пуска РН Н2 (один пуск демонстрационный);
• 2 пуска РН Ariane-5 (один пуск демонстрационный).

Анализ предложенного плана пусков позволяет установить следующее:

• осуществление в течение 6 лет 95 пусков РН и полетов МТКК Shuttle представляет собой сложную научно-техническую задачу, для успешного решения которой необходимо осуществить ряд дополнительных мероприятий по повышению надежности РН;
• использование для создания МКС отработанных и обладающих достаточно высоким уровнем надежности МТКК Shuttle, РН «Протон-К» и «Союз» не вызывает сомнений;
• использование РН Ariane-5 (из 8 пусков — одна авария, частично успешный пуск и шесть успешных пусков) и РН Н2 (две аварии из 8 пусков) не является, на наш взгляд, достаточно обоснованным.

Наибольшее влияние на итоговую вероятность решения задачи оказывает надежность РН «Союз» и МТКК Shuttle. Для решения задачи создания МКС на уровне надежности раз-вертывания Р = 0,7 требования к надежности РН и МТКК Shuttle должны быть установлены на уровне: РН «Союз» — 0,997 (0,987 -в случае допущения одного отказа); МТКК Shuttle — 0,996; РН «Протон-К» — 0,99; РН Н2 — 0,99; РН Ariane-5 — 0,99.

Оценим возможность обеспечения требуемых уровней надежности РН и МТКК Shuttle. Надежность РН «Союз» может быть охарактеризована оценкой 0,992, являющейся оценкой надежности РН по результатам последних 15 лет эксплуатации с учетом статистики пусков РН «Молния». Потенциальная высокая надежность РН «Союз» (безотказная серия из 112 пусков на рис.) достаточна для успешного выполнения задачи по созданию МКС. Но для осуществления этой возможности необходимо разработать комплекс мероприятий по обеспечению стабильности качества и надежности РН.

Оценка надежности МТКК Shuttle по результатам эксплуатации составляет 0,989. Расчетная оценка последних лет — 0,995. МТКК является восстанавливаемым изделием, поэтому возможность обеспечения уровня надежности 0,996 представляется вполне реальной. Оценка надежности РН «Протон-К» в период 1993-1998 гг. составляет 0,98. РН «Протон-К» неоднократно демонстрирует успешные серии пусков более 25 (максимальное число 52). При принятии дополнительных мер по контролю качества образцов, используемых для МКС, можно обеспечить требуемый уровень надежности.

На основе изложенного выше можно сделать следующие выводы:

1. Системный подход к оценке технического риска реализации программы создания МКС в части средств выведения позволил установить степень соответствия уровней надежности РН «Союз», «Протон-К», Н2, Ariane-5 и МТКК Shuttle системным требованиям.
2. Для успешного выполнения задачи по созданию МКС должны быть установлены повышенные требования к надежности используемых средств выведения.
3. Для всех средств выведения должны быть разработаны планы (программы) обеспечения надежности на этапе их использования при создании МКС. Мероприятия указанных планов должны быть прежде всего направлены на обеспечение качества используемой элементной базы, стабильности качества производства и повышение достоверности контроля технического состояния систем и агрегатов РН.

Аварии РН «Протон-К» в 1999 г. и существенные замечания по техническому состоянию кабельной сети МТКК Shuttle свидетельствуют об актуальности данных работ (Shuttle в 1999 г. встали на ремонт). Основой управления надежностью и безопасностью МКС на этапе эксплуатации должна быть автоматизированная система оценки технического состояния, прогноза надежности и безопасности МКС и ее основных модулей (АС «Прогноз»).

АС «Прогноз» должна обеспечивать оценку всей совокупности показателей технического состояния, надежности и безопасности МКС, с использованием которых принимаются решения по управлению эксплуатацией МКС.