Эволюция объектов мониторинга в космической отрасли

Для определения остаточного ресурса оборудования СК были разработаны методики индивидуального прогнозирования безотказности каждого агрегата, основанные как на выполненных текущих оценках их состояния, так и на анализе конструкторской и эксплуатационной документации на эти агрегаты. Одновременно с этим предусматривалось постоянное уточнение прогнозных оценок за счет введения систематического контроля состояния агрегатов методами неразрушающего контроля (НК). Это позволило примерно для 30% агрегатов СК отказаться от календарной системы эксплуатации и перейти к их эксплуатации по фактическому состоянию. Организационные аспекты внедрения методов НК в практику эксплуатации космических комплексов рассмотрены в работе [20].

Положительные результаты функционирования системы мониторинга СКстимулировали также разработку новой концепции проектирования современных СК космического назначения [10]. В соответствии с этой концепцией уже на стадии проектирования необходимо обеспечить приспособленность оборудования к выполнению контроля его состояния переносными приборами НК, а в особо ответственных случаях предусматривать в его составе стационарные (встроенные) диагностические системы.

Развитие системы мониторинга в космической отрасли в последующие годы, вплоть до 2003 г, характеризовалось расширением круга объектов наземной космической инфраструктуры, для которых стали решаться задачи продления ресурса и предотвращения отказов в период применения по назначению за счет своевременного определения предотказного состояния их оборудования и выполнения соответствующих ремонтно-профилактических работ. Вслед за СК в систему мониторинга были включены технические комплексы, заправочно-нейтрализационные станции, сети водоснабжения и водоканализации, ТЭЦ, высоковольтные линии электроснабжения и другие объекты инфраструктуры космодрома.

В процессе выполнения работ по повышению эффективности функционирования системы эксплуатации объектов НКИ за счет внедрения системы мониторинга постепенно приходило осознание того, что дальнейшее повышение ее эффективности, в частности, повышение уровня безопасности может быть достигнуто только в том случае, когда в качестве объекта мониторинга будут рассматриваться не только сами объекты НКИ, но и объекты, с которыми они взаимодействуют, а также обслуживающий персонал и эксплуатационные процессы, т. е. система эксплуатации КСр в целом. Задачи мониторинга системы эксплуатации объектов КСр представлены на рис. 6.8. В этом случае система мониторинга будет охватывать не только все поднадзорные аспекты обеспечения промышленной безопасности ОПО, но и другие объекты, прямо или косвенно взаимодействующие с ними, что будет способствовать формированию более полноценной системы обеспечения безопасности эксплуатации КСр. Дело в том, что органы, уполномоченные осуществлять надзор за промышленной безопасностью ОПО, контролируют состояние лишь тех технических устройств, которые традиционно входили в сферу деятельности Госгортехнадзора (подъемно-транспортное оборудование, сосуды, котлы), и вне поля зрения этих органов остается состояние других технических устройств, которые также могут быть либо непосредственными источниками угрозы, либо способны спровоцировать ее. Поэтому наличие названной выше системы мониторинга, несомненно, будет способствовать повышению уровня безопасности эксплуатации объектов, входящих в систему эксплуатации КСр.

Качество функционирования системы эксплуатации КСр во многом зависит от качества КСр, которое закладывается при их проектировании и производстве. Проектные организации непосредственно участвовали в создании системы мониторинга и, естественно, оказались первыми потребителями информации, полученной в ходе ее функционирования. В частности, эта информация была использована при проектировании новых СК [9]. Поэтому следующий шаг в развитии системы мониторинга в космической отрасли был сделан в направлении введения системы мониторинга качества РКТ при ее производстве.

Необходимость такого организационного мероприятия обусловлена проявившимся в настоящее время противоречием между потребностью в обеспечении требуемого качества изделий РКТ и состоянием системы контроля их качества при производстве, в частности, системы неразрушающего контроля. Разрешение этого противоречия представляется возможным на основе комплексного подхода, включающего два аспекта. Во-первых, создание методологии использования методов и средств неразрушающего контроля в космической отрасли на современном этапе, и, во-вторых, разработка и внедрение на основе этой методологии отраслевых организационных мероприятий, ключевым звеном которых является образование отраслевого центра технологий неразрушающего контроля изделий РКТ.

Сделать этот шаг оказалось возможным благодаря опыту, накопленному сотрудниками ВКА им. А.Ф. Можайского и учреждения науки «Инженерно-космический центр сопровождения эксплуатации космической техники» (ИКЦ СЭКТ) в процессе применения методов НК в рамках мониторинга технического состояния объектов НКИ. О плодотворности переноса этого опыта в производство свидетельствуют успешно проведенные в НПО им. С.А. Лавочкина работы по созданию и применению методического обеспечения диагностирования сложных тонкостенных конструкций из алюминиевых сплавов.

В связи с этим в интересах создания системы мониторинга качества изделий РКТ в процессе их производства было принято совместное решение руководства Федерального космического агентства и командования Космических войск о создании в составе ИКЦ СЭКТ «Центра технологий неразрушающего контроля космических средств», структура которого представлена на рис. 6.9.

К наиболее важным практическим задачам, которые будет решать названный центр, относятся:

- научно-методическое обеспечение внедрения на предприятиях космической отрасли современных методов и средств неразрушающего контроля при производстве РКТ;

- обеспечение работ по мониторингу и инженерному обследованию состояния строительных сооружений, оборудования стартовых и технических комплексов и других объектов космодромов;

- экспертные исследования причин разрушения элементов конструкций стартовых и технических комплексов при эксплуатации;

- обучение сертифицированных специалистов в области неразрушающего контроля применению новых технологий на сложных изделиях РКТ.

В настоящее время системой мониторинга уже охвачены два важнейших этапа жизненного цикла РКТ: производство и эксплуатация. Кроме того, результаты ее функционирования используются не только на этих этапах, но и на этапах проектирования РКТ и разработки планов ее развития [45]. Это позволяет сказать, что система мониторинга в космической отрасли вступила в завершающую стадию своего становления как системы поддержки принятия решений по управлению жизненным циклом РКТ (рис. 6.10) в интересах обеспечения требуемого качества функционирования оборудования на стадии эксплуатации. С этой целью необходимо осуществлять контроль характеристик его качества на всех этапах жизненного цикла и в случае необходимости использовать результаты контроля для формирования соответствующих управляющих воздействий, как на текущую стадию, так и на стадии ей предшествующие. При этом для формирования управляющих воздействий целесообразно использовать информацию обо всем многообразии факторов, влияющих на эффективность эксплуатации оборудования: технических, технологических, экономических и организационных.

Таким образом, сущность изложенной концепции управления НКИ заключается в непрерывном выявлении и комплексном использовании различной информации о причинах, снижающих эффективность ее функционирования, с целью продления стадии эксплуатации и снижения стоимости жизненного цикла технических объектов НКИ при условии сохранения ими требуемых значений целевых характеристик. Ее применение обеспечит снижение удельных капитальных затрат, связанных с применением и поддержанием требуемого уровня технического состояния оборудования, сокращение потерь от выхода его из строя, совершенствование процесса принятия решений и взаимоотношений организаций, так или иначе связанных с эксплуатацией оборудования [47].

Система мониторинга жизненного цикла РКТ будет способствовать также решению задач обеспечения ее безопасной эксплуатации. Вместе с системой Федерального надзора в области промышленной безопасности и другими видами надзора она, фактически, образует систему обеспечения промышленной безопасности объектов НКИ, как опасных производственных объектов (рис. 6.11).

Важнейшим условием применения концепции управления НКИ на основе мониторинга ее состояния является наличие специальной организации, занимающейся исключительно сбором и обработкой информации о состоянии НКИ, а также разработкой вариантов решений, направленных на предотвращение неблагоприятных ситуаций, которые могут произойти при его изменении. Роль такой организации будет играть Центр мониторинга космодрома “Байконур”.

На рис. 6.12 представлена организационная структура системы управления эксплуатацией КСр, создание которого предусмотрено Федеральной космической программой 2006 - 2015 годов на космодроме “Байконур” - месте эксплуатации основных объектов НКИ, находящихся в ведении Роскосмоса.

Задачей этого Центра является проведение тотального мониторинга системы эксплуатации КСр, охватывающего все ее компоненты (технические, организационные и организационно-технические). База данных с результатами мониторинга будет доступна для всех предприятий отрасли и всех уровней управления эксплуатацией.

Изложенные структурные изменения позволят:

- обеспечить требуемую надежность и безопасность объектов космодрома за счет знания их текущего и прогнозного состояния и возможности на этой основе принятия превентивных мер по предотвращению возникновения неблагоприятных ситуаций или снижению тяжести их последствий;

- обеспечить экономичность эксплуатации объектов космодрома за счет открывающейся возможности применения ресурсосберегающих стратегий эксплуатации (по фактическому состоянию) и сокращения затрат на идентификацию их состояния за счет концентрации материальных, финансовых и людских ресурсов, предназначенных для этой цели, в едином центре;

- повысить оперативность принятия решений о возможности и условиях дальнейшей эксплуатации объектов космодрома и управленческих решений, обусловленных изменением состояния оборудования, применяемого в процессе выполнения работ по подготовке и проведению запусков КА;

- повысить достоверность принимаемых решений за счет возможности оперативного представления информации более широкому кругу заинтересованных в разрешении сложившейся ситуации лиц и организаций;

- получить информацию необходимую для планирования развития НКИ.

Оглавление

1. ВВЕДЕНИЕ.. 2

Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПЛЕКСЕ СИСТЕМ НАЗЕМНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ.. 3

1.1. Комплексы ЛА.. 3

1.2. Летательный аппарат как объект обслуживания. 6

1.3. Классификация систем наземного обеспечения и требования, предъявляемые к ним.. 11

Глава 2. ОСНОВЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ НАЗЕМНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ НА ТЕХНИЧЕСКОЙ И СТАРТОВОЙ ПОЗИЦИЯХ... 19

2.1. Принципиальные схемы технологической подготовки ЛА к пуску.. 19

2.2. Назначение и структура технической позиции.. 22

2.3. Назначение и структура стартовой позиции.. 31

2.4. Организация процесса функционирования технологического оборудования в период предстартовой подготовки ЛА.. 40

2.4.1. Характеристика объекта подготовки. 40

2.4.2. Организация работ на технической позиции. 41

2.4.3. Организация работ на стартовой позиции. 44

2.4.4. Функционирование наземного оборудования при полете РКТС.. 52

Глава 3. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСА СИСТЕМ НАЗЕМНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 53

3.1. Основные этапы организации проектирования. 53

3.2. Последовательность системного проектирования и.. 66

схема увязки частных задач. 66

3.3. Распределение ресурсов при создании и эксплуатации КСНО.. 70

3.3.1. Технико-экономический анализ создания КСНО.. 70

3.3.2. Определение временных характеристик технологического цикла подготовки ЛА.. 77

Глава 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОДГОТОВКИ ЛА К ПУСКУ 82

4.1. Моделирование на ЭВМ процесса подготовки ЛА с помощью представления технологического процесса абстрактными операциями.. 82

4.1.1. Задачи, решаемые при моделировании процесса подготовки ЛА.. 82

4.1.2. Абстрактные операции технологического процесса подготовки ЛА.. 85

4.1.3. Математическая модель операции обработки. 87

4.1.4. Математическая модель операции сборки. 93

4.1.5. Математическая модель операции управления. 98

4.2. Аналитические модели процесса подготовки ЛА.. 100

4.2.1. Общая постановка задачи обслуживания. 100

4.2.2. Математическая модель процесса функционирования КСНО.. 103

4.2.3. Моделирование процесса функционирования ЦЗС.. 108

4.2.4. Моделирование процесса функционирования системы заправки, осуществляемой подвижными агрегатами обслуживания. 113

4.3. Анализ эффективности КСНО.. 120

4.3.1. Определение степени готовности КСНО к применению.. 120

4.3.2. Вероятность нормального функционирования элементов КСНО.. 132

4.3.3. Оценка вероятности поражения обслуживающего персонала при аварийном подрыве ЛА.. 137

Глава 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСА СИСТЕМ НАЗЕМНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 147

5.1. Выбор рационального принципа структурного построения КСНО и построения генерального плана.. 147

5.2. Выбор проектных параметров отдельных элементов наземного обеспечения.. 155

5.2.1. Транспортно-установочный агрегат.. 155

5.2.2. Башня обслуживания. 159

5.2.3. Монтажно-испытательный корпус. 162

5.3. Выбор оптимальных сроков службы КСНО и его элементов.. 164

5.3.1. Постановка обобщенной задачи замены КСНО.. 164

5.3.2. Выбор оптимальных сроков службы элемента КСНО для частного случая. 166

5.3.3. Определение рационального срока службы элемента КСНО.. 169

5.4. Выбор оптимальной надежности КСНО и его элементов.. 172

5.4.1. Общая постановка задачи оптимизации надежности КСНО.. 172

5.4.2. Определение оптимального режима тренировок элементов КСНО.. 175

5.4.3. Определение оптимального времени замены элементов КСНО.. 178

5.4.4. Выбор оптимального распределения надежности отдельных элементов КСНО.. 179

5.4.5. Определение оптимального числа резервных элементов КСНО.. 182

Глава 6. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НАЗЕМНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРОЙ.. 185

6.1. Особенности российской космической деятельности.. 185

6.2. Общая характеристика состояния наземной космической инфраструктуры... 192

6.2.1. Определение космической инфраструктуры.. 192

6.2.2. Состав и состояние технической структуры космодромов. 196

6.3. Прогноз запусков КА по научным, социально-экономическим и международным космическим программам.. 201

6.4. Направления совершенствования технической структуры НКИ.. 204

6.5. Концепция управления наземной космической инфраструктурой на основе мониторинга ее состояния.. 207

Таблица 6.2. 213

Эволюция объектов мониторинга в космической отрасли.. 213