Человек и космос

Аннотация

 Тема: «Человек и космос»

Автор: 

Мельников Василий Павлович

Полное название образовательного учреждения: 

Областное государственное образовательное бюджетное учреждение

среднего профессионального образования

 «Асиновский техникум промышленной индустрии и сервиса»

Предмет: Междисциплинарный курс по сварке (МДК)

Номинация: Исследование «Связь с профессией»

Цель создания: 

1. Стимулирование творческой активности студентов.
2. Повышение интереса студентов к профессии.

Данная  работа может стать для студентов образцом для создания собственной творческой работы с использованием ИКТ.

Профессия сварщик занимает огромное место в современном промышленном производстве и имеет непосредственное отношение к космосу.  При помощи сварочных процессов изготавливают космические корабли, ракеты, станции и многое другое. Поэтому может возникнуть необходимость сварки в космосе.

В преддверии  дня космонавтики хочется поздравить с праздником всех космонавтов и людей, имеющих отношение к космосу. А также весь народ в ознаменование величайшей победы покорения мирового пространства.

Сварка в космосе

В начале 60-х гг. прошлого века по инициативе главного конструктора ракетно-космических систем академика С.П. Королева была поставлена принципиально новая задача – исследовать возможность выполнения сварки непосредственно в космосе. Научным руководителем всего комплекса исследований являлся академик Б.Е. Патон.

При проведении исследований предполагалось, что сварка в космосе будет использоваться для выполнения следующих работ:

а) ремонт космических кораблей, орбитальных станций и различных металлоконструкций, находящихся в открытом космосе, на Луне и других планетах;

б) сборка и монтаж металлоконструкций, находящихся в орбитальном полете или расположенных на поверхности Луны и планет.

Условия в космосе, как известно, значительно отличаются от земных. Глубокий вакуум, невесомость, перепад температур, излучения, электрические и магнитные поля Земли и других планет оказывают существенное влияние на характер физико-химических процессов, протекающих при сварке, и на условия работы сварщика. В связи с этим необходимо было разработать технику и технологию выполнения сварочных работ, учитывающие перечисленные выше особенности.

На Земле трудно воссоздать условия межпланетной среды. Поэтому предварительные исследования выполнялись по этапам, на каждом из которых имитировались отдельные особенности космического пространства (вакуум, невесомость и др.) (рис. 1.51) .

Рис. 1.51. Стенд-тренажер для исследования ручной сварки в условиях, имитирующих космические

Прежде всего была поставлена задача выбора наиболее перспективных для условий космоса видов сварки. В качестве критериев были выбраны следующие характеристики видов сварки: - универсальность;

- возможность выполнения резки материалов;

- высокая надежность;

- возможность автоматизации;

- работоспособность в вакууме и невесомости.

Проведенный анализ показал, что наиболее перспективными для применения в космосе являются электронно-лучевая сварка, сварка сжатой дугой низкого давления и плавящимся электродом, а также контактная точечная сварка.

В орбитальном отсеке корабля «Союз-6» была смонтирована установка «Вулкан», предназначенная для проведения сварки в космическом вакууме. Установка «Вулкан» была разработана в Институте электросварки имени Е.О. Патона в Киеве. (рис. 1.52)

Рис. 1.52. Установка «Вулкан»                                        

                                                      Рис. 1.54. Фрагмент сварки в космосе

Источник: М.П. Шалимов, В.И. Панов. Сварка вчера, сегодня, завтра... Екатеринбург, 2006

 В соответствии с общей программой космических исследований первый в мире эксперимент по сварке в космосе был выполнен 16 октября 1969 года на космическом корабле «Союз-6» летчиками-космонавтами Георгием Степановичем Шониным и Валерием Николаевичем Кубасовым. Используя установку «Вулкан», космонавты запустили автоматические процессы сварки электронным лучом, сжатой дугой низкого давления и плавящимся электродом.

В условиях орбитального полета с помощью острофокусного электронного луча были выполнены:

- автоматическая сварка тонколистовой нержавеющей стали и титанового сплава;

- разделительная резка сплавов алюминия и титана;

- исследования поведения ванны расплавленного металла большего объема, чем в условиях летающей лаборатории.                                                                                           

 Г.С Шонин В.Н.Кубасов

Испытания сварочной установки «Вулкан» прошли успешно. Во время проведения сварки космонавты находились в спускаемом отсеке корабля, а орбитальный отсек был разгерметизирован. Космонавты контролировали процесс сварки по приборам, установленным в спускаемом отсеке. Установка «Вулкан» позволяла в автоматическом режиме выполнять дуговую, плазменную и электронно-лучевую сварку.

При дуговой сварке в условиях космоса изменяется процесс переноса электродного металла. Капля вырастает до больших размеров и держится на конце электрода долго – около 3 секунд. Увеличение размера капли снижает плотность тока, уменьшает устойчивость горения дуги. Улучшает процесс наложение на дугу импульсов тока. Механические свойства шва достаточно высокие.

Но самые хорошие результаты получены при электронно-лучевой сварке. Питание электронно-лучевой пушки осуществлялось от аккумуляторной батареи. Постоянное напряжение преобразовывалось в переменное с помощью инверторов, затем с помощью трансформатора повышалось и выпрямлялось. В пушке вместо магнитной фокусировки применена электростатическая, что упростило конструкцию и снизило вес установки.

16 октября 1969 г. корабль «Союз-6» успешно приземлился. Вертолёты поиска прибыли на место приземления через 10 минут, к этому времени космонавты уже самостоятельно выбирались из спускаемого отсека.

Но эксперименты по сварке в космосе продолжались и усложнялись. В 1979-1984 гг. на установках типа «Испаритель» проводились эксперименты по нанесению тонкопленочных металлических покрытий на образцы из конструкционных сталей методом термического испарения и конденсации. Было получено около 100 образцов, некоторые из них с уникальными свойствами.

Сварка в открытом космосе

Ее впервые провели космонавты С. Савицкая и В. Джанибеков 14 июля 1984 г. во время полета на космическом корабле «Союз Т-12»

С.Е.Савицкая                                       

                                                                                                                              Савицкая в открытом космосе

   Владимир Джанибеков

                                                                                                                 Савицкая и Джанибеков

В открытом космосе были проведены эксперименты по электронно-лучевой сварке с помощью сварочного аппарата УРИ (универсальный ручной инструмент). Этот аппарат позволял осуществлять сварку, резку, пайку металла, нанесение покрытий. Данные операции выполнялись короткофокусной электронно-лучевой пушкой, которую космонавт держал в руке. Аппарат весил около 30 кг, а электронно-лучевая пушка – 2,5 кг. Для сварки использовались сталь и титан, качество соединений признано высоким, хотя при резке расплавленный металл плохо удалялся из реза в связи с невесомостью.

Проведенные космонавтами Савицкой и Джанибековым эксперименты показали, что оборудование имеет высокую степень надежности, а сварка в космосе – весьма перспективное дело.

Некоторое время спустя был создан новый аппарат для сварки в космосе – «Универсал».

(об этом полете подробнее читайте на сайте: Женщина в открытом космосе! (Светлана Евгеньевна Савицкая).