Георгий Тимофеевич Береговой
Владимир Ильич Ярополов
Иван Иванович Баранецкий
Яков Тимофеевич Шатров
Владимир Александрович Высоканов
Справочник
по безопасности
космических
полётов
*** 1989 ***
От нас: 500 радиоспектаклей (и учебники)
на SD‑карте 64(128)GB — ГДЕ?..
Baшa помощь проекту:
занести копеечку — КУДА?..
|
СОДЕРЖАНИЕ Условные обозначения 3 Предисловие 4 Глава 1. Общие положения 5 1.1. Основные аспекты безопасности космических полетов 8 1.2. Факторы опасности для экипажа 16 1.3. Причины появления аварийных ситуаций 35 1.4. Источники опасности 40 1.5. Способности человека переносить воздействие неблагоприятных факторов 42 Глава 2. Показатели безопасности космических полетов 57 2.1. Методология количественной оценки уровня безопасности экипажа ПКА в полете 57 2.2. Вероятностные показатели безопасности 68 2.3. Статистические показатели безопасности 69 2.4. Частные показатели безопасности 82 Глава 3. Задание требований по безопасности полетов 94 3.1. Количественное нормирование уровня безопасности полетов 94 3.2. Нормирование безопасности полетов заданием качественных требований 100 Глава 4. Требования по обеспечению безопасности экипажа ПКА 102 4.1. Общие положения 102 4.2. Требования по обеспечению безопасности экипажа на старте и участке выведения105 4.3. Требования по обеспечению безопасности экипажа ПКА в орбитальном полете 106 4.4. Требования по обеспечению безопасности экипажа иа участке спуска и после посадки 112 4.5. Требования к конструкции ПКА и его системам по обеспечению безопасности 114 4.6. Требования к выбору материалов 116 4.7. Требования, обусловленные неблагоприятным воздействием внешней среды 117 4.8. Требования к безопасности деятельности экипажа на борту ПКА 117 4.9. Требования к отбору и подготовке космонавтов 118 Глава 5. Порядок оценки и подтверждения требований безопасности полетов при проектировании, испытаниях и эксплуатации ПКА 119 5.1. Общий порядок подтверждения требований безопасности изделия в процессе его разработки 120 5.2. Особенности оценки и подтверждения требований безопасности в процессе проектирования 121 5.3. Порядок оценки значений показателей безопасности 122 5.4. Подтверждение требований безопасности при экспериментальной отработке и наземных испытаниях 129 5.5. Особенности оценки обеспечения безопасности экипажа ПКА по результатам выполненных космических полетов 130 5.6. Оценка РКК на соответствие качественным требованиям по обеспечению безопасности 131 5.7. Особенности оценки программы подготовки космонавтов к действиям в нештатных ситуациях 131 5.8. Методический подход к оценке вероятностных показателей безопасности полета 132 Глава 6. Программа обеспечения безопасности 138 6.1. Общие положения 138 6.2. Основные требования к программам обеспечения безопасности 138 6.3. Содержание основных разделов программы 141 6.4. Мероприятия по обеспечению безопасности, проводимые на всех этапах создания и эксплуатации комплекса143 6.4.1. Мероприятия по обеспечению безопасности иа этапе разработки 143 6.4.2. Мероприятия по обеспечению безопасности на этапе серийного производства 152 6.4.3. Мероприятия по обеспечению безопасности иа этапе эксплуатации 152 Глава 7. Подготовка космонавтов к действиям в нештатных (аварийных) ситуациях 154 7.1. Цели, задачи, этапы и содержание подготовки 154 7.2. Формирование состава нештатных (аварийных) ситуаций для проведения подготовки космонавтов 165 7.3. Методические принципы проведения подготовки космонавтов 167 7.4. Методические принципы планирования программы подготовки на комплексных и специализированных тренажерах 170 7.5. Методические принципы планирования циклограммы тренировки 174 7.6. Способы ввода нештатных ситуаций в процессе тренировок 179 Глава 8. Методы обеспечения безопасности полетов в процессе летных испытаний и эксплуатации космической техники 182 8.1. Обнаружение и распознавание нештатных (аварийных) ситуаций 182 8.2. Прогнозирование появления нештатных (аварийных) ситуаций 192 8.3. Идентификация непредвиденных нештатных (аварийных) ситуаций 195 8.4. Обобщенный алгоритм действий экипажа и персонала наземного комплекса управления в нештатных (аварийных) ситуациях 202 8.5. Методы использования аналогов, тренажеров и имитаторов для оперативного обеспечения безопасности космического полета 208 Глава 9. Аварийно-спасательные операции 214 9.1. Применение системы аварийного спасения 214 9.2. Спасение экипажа на орбите 216 9.3. Требования к аварийно-спасательному космическому аппарату 221 9.4. Общая схема спасения экипажа многоразового космического корабля 222 Глава 10. Обеспечение выживания экипажа ПКА в экстремальных условиях после вынужденной посадки 228 10.1. Особенности различных климатогеографических зон 228 10.2. Способы обеспечения выживания 238 10.3. Средства выживания 251 Глава 11. Расследование аварий и катастроф 257 11.1. Организация расследования аварий и катастроф -257 11.2. Методические вопросы расследования аварий и катастроф 261 Приложения 268 1. Термины и определения по безопасности космических полетов 268 2. Средства защиты экипажа 273 3. Средства спасения экипажа 301 4. Методы оценки безопасности космических полетов 321 Список литературы 328 Предметный указатель 331 ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ Авария 269 Аварийная ситуация 57, 95, 126, 268 Аварийная сигнализация 107, 108 Аварийная ошибка 269 Аварийно-восстановительная операция 103, 271 Аварийное изменение окружающей среды 269 программы полета 273 Аварийно-спасательная операция 214, 272 --------на орбите 216, 224 -------- на спуске и посадке 227 -------- на старте 223, 301 --------на участке выведения 215, 223 ---------после посадки 103, 227 Аварийно-спасательный космический аппарат 217, 221, 272, 319 Аварийной ситуации анализ 269 время выхода 57, 62, 63 время развития 269 источник 269 ликвидация 271 локализация 271 обнаружение 182, 271 параметр 269 прогнозирование 192, 271 распознавание 182, 271 резерв времени 47, 53, 56, 57, 62, 63, 74, 269 фактор 270 Аварийные запасы 13, 111, 272 Аварийный отказ 269 Алгоритм действий экипажа и персонала НКУ в НшС 202 Анализ безопасности 9, 10 Анализ перечня НшС 123 Аспект безопасности медицинский 14 научно-теоретический 8 организационный 11 психологический 15 технический 13 экономический 15 эксплуатационный 13 эргономический 12 Аспекты безопасности 8 Безаварийность 269 Безопасности аспекты 8 — критерии 10 — нормы 10 — служба 11, 12, 271 — стандарты 9 — терминология 9, 268 — требования 9 — экспертиза 11, 271 Безопасность 13 — инфекционная 270 — космических полетов 5, 6 — микрометеорная 270 — радиационная 270 — токсикологическая 271 — экипажа 268 Биологическая угроза 6 Бортовая документация по действиям экипажа в АС 111 Вероятность безопасного полета 57, 129, 132, 137 -------- на участке выведения 135 ---------на орбитальном участке 136 ---------на участке спуска и посадки 136 — выхода из АС 57, 66, 62, 63 — обнаружения АС 66, 75 — появления АС 57, 59, 60, 68 — появления НшС 59 — появления катастрофической ситуации 60 — появления опасной ситуации 60 — принятия решения 67. 76 — распознавания АС 66 — реализации решения 67, 77 — спасения экипажа 69 Взрывобезопасиость 13, 270 Время выхода из АС 57, 62, 63 — развития АС 269 — резервное 47, 53, 56, 57, 62, 63, 74, 269 Выживание экипажа 228, 270 Выживания экипажа способы 238 средства 251 факторы 229 Галактическое космическое излучение 16, 17, 88 Доза излучения 17, 19, 42 — допустимая 42 — критическая 43 — оправданного риска 4383 — предельно допустимая о8 — среднесимптомная 86 — эффективная остаточная 84 Заболевание экипажа 14, 32, 40 Индивидуальные средства защиты космонавта 272 спасения космонавтов 111, 302, 303, 315 Ионизирующее излучение 16 галактическое космическое 16, 17, 88 искусственного радиационного пояса Земли 18, 19 радиационных поясов Земли 17, 18, 88 солнечных Вспышек 18, 19, 88, 89 Источники опасности 40 Катапультируемое кресло 302 Катастрофа 269 Катастрофическая ситуация 95, 127 Качественное требование по безопасности 102 Классификация видов отказов 124 — нештатных ситуаций 127 — ошибок 80 Количественная оценка безопасности 57 Количественные показатели безопасности 102 Космический скафандр 110, 289 Коэффициент запаса времени в АС 65 Критерии безопасности общие 10 относительные 10 условные 10 частные 10 Летно-космическое происшествие 257, 269 Медицинский отбор космонавтов 14 Мероприятия по обеспечению безопасности 103 Методы анализа безопасности 9 --------логико-вероятиостиые 10 — «дерева отказов» 10 -------- статистические 10 — обнаружения и распознавания НшС 182 ----------- двухуровневого контроля 182 ---------- «дерева» поиска состояний 184 ----------диагностических матриц 182 ----------математического моделирования 184 ---------- распознавания образов 183 :---------эталонной траектории 185 ----------эталонных моделей 185 — оценки безопасности 321 --------анализа структурных схем надежности 325 --------анализа структурных схем фуикциоиирования 327 — «дерева отказов» 323 --------имитационного моделирования 326 --------логико-вероятиостный 321 — оценки уровня безопасности 10 ---------- аналитические 11 ---------- с использованием моделирования 11 ----------экспериментальные 11 Модели безопасности 58 — выхода из НшС 326 — появления НшС 9, 326 — развития НшС 9 Мощность дозы облучения 17, 18, 19 — эффективной остаточной дозы 84 Нештатная ситуация 268 Нештатных ситуаций виды неопределенностей 163 классификация 127 подгруппы 121 состав 165 характеристики 123 Нормы безопасности 10 Нормирование показателей безопасности 119 — уровня безопасности 94 -------- качественное 100 — количественное 96 Обеспечение безопасности экипажа 6, 58, 102, 271 --------оперативное 13, 208 Опасная ситуация 95, 127 Опасность взрыва 36 — отказа 126 — после посадки 30, 52, 53, 56 — радиационная 16 — столкновения 21 Определение степени опасности НшС 125, 127 Оценка уровня безопасности 121, 122 Параметр потока НшС 59 Переносимость неблагоприятных факторов 14, 15, 42 --------невесомости 50 --------недостатка воды 53 — недостатка пищи 53 --------общего давления 46 -------- парциального давления газов 48 -------- перегрузок 49 -------- радиации 42 --------температуры 43 --------токсических веществ 53 --------шумов и вибрации 51 Перечня НшС анализ 123, 126 составление 123, 126 План обеспечения безопасности И Подтверждение требований по безопасности 129 Подготовка космонавтов к действиям в АС 12, 154 Подготовка космонавтов к действиям в АС методические приемы 168, 177 ----------принципы 156, 167 — ------------планирования 170, 173, 174, 175, 176 ----------способы 158, 164 Пожаробезопасность 13, 270 Поиск и спасение экипажа 13, 14 Поисково-спасательная операция 14 Поисково-спасательный комплекс 13 Показатели безопасности 57 метеорной 90 радиационной 82 статистические 69 — ошибочной деятельности экипажа 79 Поток НшС 58 Принципы обеспечения безопасности 102 Причины АС 35 Предельно допустимая концентрация токсических веществ 55 Программа обеспечения безопасности 11, 103, 138, 271 --------комплексная 138, 139 -------- частная 138 Профилактика заболеваний экипажа 14, 39 Психологическая несовместимость членов экипажа 15, 33 — подготовка космонавтов 15 — поддержка экипажа 15 Психологический конфликт 15, 33 Расследование аварий и катастроф 13, 14, 257 Расследование аварий и катастроф методические вопросы 261 -------- организация 262 Расчет вероятностей появления НшС 125 — уровня безопасности 128 Резерв времени 47, 53, 56, 57, 62, 63, 74, 269 Риск экипажа 69 Само- и взаимопомощь 14 Система аварийного спасения 214, 272 Ситуация аварийная 26, 57, 95, 127, 268 — катастрофическая 127 — нештатная 268 — опасная 127 Скафандр аварийно-спасательный 110, 282 — космический 110, 289 Спасение экипажа 103, 214, 216, 271, 272, 301, 304 Способы ввода НшС 179 — выхода из АС 13 Средства выживания 251 — защиты экипажа 13, 108, 273 — информационного обеспечения 111 — локализации и ликвидации АС 111, 272 — обеспечения безопасности 13, 272 — оказания медицинской помощи экипажу 110 — поиска и эвакуации 112 — проведения аварийно-восстановительных работ 13, 272 — радиационной безопасности 109 — спасения экипажа 13, 218, 272, 301, 314, 320 Стандарты по безопасности 9 Терминология по безопасности 9, 268 Травмобезопасность 13 Требования по безопасности 9, 102 Уровень безопасности полетов 10, 268 Условия космического полета расчетные 270 -------усложненные 126 -------чрезвычайные 270 Факторы 270 — аварийные 270 — биологические 34 — механические 34 — неблагоприятные 40, 42, 270 — окружающей среды 7 — опасности для экипажа 16, 18 — психологические 34 — технические 6 — физические 34 — химические 34 Экспертиза безопасности 11, 271 Электробезопасность 270 Эмоциональный стресс 15, 33, 34 На современном этапе развития космонавтики продолжительность пилотируемых полетов постоянно растет. Это обусловило существенное возрастание значимости вопросов обеспечения безопасности экипажей пилотируемых космических аппаратов. Высокий уровень обеспечения безопасности космических полетов достигается благодаря реализации в процессе создания, испытаний и эксплуатации космической техники комплекса мероприятий, опирающихся на научные разработки и накопленный специалистами опыт. Разнонаправленность и разобщенность руководящих и нормативно-технических документов, государственных и отраслевых стандартов, научных изданий и методических разработок обусловили необходимость их обобщения в рамках одного издания, которое могло бы служить справочным пособием для специалистов, занимающихся созданием, испытаниями и эксплуатацией пилотируемых космических комплексов. Опыт общения со специалистами, занимающимися обеспечением безопасности персонала в других областях техники, показывает, что они сталкиваются с аналогичными проблемами. Поэтому авторы надеются, что данный справочник окажется полезным и для них, по крайней мере, в методическом плане. Для удобства пользования справочником он построен по проблемному принципу. Такой подход позволяет специалистам найти достаточно полный ответ на интересующие их вопросы, не прибегая к длительным поискам нужных материалов. Последовательность изложения материалов выбрана с учетом этапов жизненного цикла пилотируемого ракетно-космического комплекса. Исключение составляет лишь первая глава, призванная ввести специалистов в круг проблем, решаемых при обеспечении безопасности космических полетов, и дать представление об опасностях, ожидающих человека в космических полетах. В разработке материалов справочника принимали участие: Г. Т. Береговой (гл. 7, 10); В. И. Ярополов (гл. 1, 3, 5, 7, 8, 9, 11, прилож. 4); И. И. Баранецкий (гл. 2, 4, 6, 10, прилож. 1, 2, 3); В. А. Высоканов (гл. 5, прилож. 4); Я. Т. Шатров (гл. 2, 3). Большую помощь авторскому коллективу в разработке некоторых разделов справочника оказали инженеры И. В. Давыдов и Ю. П. Тимофеев( гл. 10), канд. техн. нйук Б. И. Крючков (прилож. 2) и В. В. Масютин (гл. 6), инженёры О. М. Смирнов (гл. 4, 6, прилож. 1), Ю. Б. Сосюрка (гл. 5) и Н. А. Филатов (рисунки к гл. 10). Авторы выражают глубокую благодарность Б. В. Чалому за тщательный просмотр рукописи. АЗ — аварийный запас АС — аварийная ситуация АСКА — аварийно-спасательный космический аппарат АСУ — автоматизированная система управления БД — бортовая документация БКП — безопасность космических полетов БС — бортовая система ВПП — взлетно-посадочная полоса ГКИ — галактическое космическое излучение ГО — головной обтекатель ДУ — двигательная установка ЖРД — жидкостный реактивный двигатель ИРПЗ — излучение радиационных поясов Земли ИСВ — излучение солнечных вспышек ИСЗ — искусственный спутник Земли КА — космический аппарат КК — космический корабль ККМИ — космический корабль многоразового использования КПОБ — комплексная программа обеспечения безопасности КС — катастрофическая ситуация ЛКП — летно-космическое происшествие МСКА — межспутннковый космический аппарат НАЗ — неприкосновенный (носимый) аварийный запас НКУ — наземный комплекс управления НшС — нештатная ситуация ОАД — обобщенный алгоритм действий ОГБ — отделяемый головной блок ОИП — объекты искусственного происхождения ОпС — опасная ситуация ОС — орбитальная станция ОСТ — отраслевой стандарт ОТТ — общие технические требования ПДК — предельно допустимая концентрация ПДС — постоянно действующая система ПКА — пилотируемый космический аппарат ПОБ — программа обеспечения безопасности ПСК — поисково-спасательный комплекс РКК — ракетно-космический комплекс РКС — ракетно-космическая система PH — ракета-носитель СА — спускаемый аппарат САС — система аварийного спасения СВ — солнечная вспышка СЖО — система жизнеобеспечения СК — стартовый комплекс СКИ — солнечное корпускулярное излучение СП — стартовая позиция СПК — средства подготовки космонавтов СТР — система терморегулнроиа-ния ТГК — транспортный грузовой корабль ТЗ — техническое задание ТЗК — теплозащитный костюм ТК — транспортный корабль ТМИ — телеметрическая информация ТСПК — технические средства подготовки космонавтов ТТЗ — тактико-техническое задание ТТТ — тактико-технические требования ЦУП — центр управления полетом ЧПОБ — частная программа обеспечения безопасности ГЛАВА 1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ При рассмотрении вопросов безопасности космических полетов (БКП) используется основной системный принцип, заключающийся в обязательном учете всех компонентов системы: людей, технических средств и окружающей среды. В обеспечении безопасности космических полетов участвуют следующие группы людей: научные работники, занятые исследованием проблем БКП; работники конструкторских бюро, осуществляющие проектирование пилотируемых космических комплексов с учетом требований по безопасности космических полетов; производственный персонал, занятый непосредственно изготовлением космической техники и реализующий проектные решения по обеспечению безопасности космических полетов; инструкторско-преподавательский и медицинский персонал, осуществляющий отбор космонавтов, комплектование экипажей и их подготовку к космическому полету, включая подготовку к действиям в нештатных, в том числе и аварийных ситуациях; персонал технической и стартовой позиций космодрома, осуществляющий подготовку ракеты-носителя (PH) и пилотируемого космического аппарата (ПКА) к пуску, их запуск и управление полетом на активном участке траектории; экипаж пилотируемого космического аппарата, управляющий полетом совместно с центром управления полетом (ЦУП) в штатных режимах функционирования и в нештатных ситуациях; персонал наземного комплекса управления, управляющий полетом совместно с экипажем ПКА в штатных режимах функционирования и в нештатных ситуациях; персонал поисково-спасательного комплекса (ПСК), осуществляющий эвакуацию экипажа ПКА с ест штатной, аварийной и вынужденной посадки; персонал комиссий по расследованию аварий и катастроф пилотируемых космических средств. Каждая из названных групп людей играет противоречивую роль в обеспечении безопасности космического полета. С одной стороны, они вносят конкретный положительный вклад в реше- ние этого вопроса, а, с другой, — порождают опасности космического полета, например, своими ошибками. Наконец, некоторые из этих групп сами могут подвергаться воздействию опасностей космического полета. В рамках обеспечения безопасности космического полета следует рассматривать обеспечение безопасности экипажа ПКА и персонала стартовой позиции. Однако космический полет может создавать опасности и для населения в районах падения отработавших ракетных блоков и ступеней ракет-носителей, и для персонала, обслуживающего космические аппараты, вернувшиеся с других небесных тел и потенциально несущие биологическую угрозу и требующие карантинизации. Учитывая, что основную проблему в обеспечении безопасности космического полета представляет обеспечение безопасности экипажа ПКА, в дальнейшем в справочнике эти два понятия будут рассматриваться как синонимы. В состав технических средств, оказывающих воздействие на безопасность космического полета, входят: производственное оборудование, используемое при изготовлении средств пилотируемого космического комплекса и определяющее уровень их надежности, а следовательно, и безопасности; испытательное оборудование, обеспечивающее контроль правильности принятых при проектировании решений, оценку надежности и безопасности функционирования приборов, агрегатов, систем и элементов ракетно-космического комплекса; технические средства подготовки космонавтов, предназначенные для приобретения экипажем ПКА знаний, умений и навыков по действиям в штатных режимах функционирования и в нештатных ситуациях; оборудование технической и стартовой позиций космодрома, обеспечивающее проверку работоспособности систем PH и ПКА, заправку их компонентами топлива и газами, проведение механосборочных работ, предстартовую готовность, запуск PH с ПКА, срочную эвакуацию экипажа из ПКА в случае аварии на стартовой позиции; ракета-носитель, осуществляющая вывод ПКА с экипажем на борту на орбиту; пилотируемый космический аппарат, обеспечивающий условия для жизни и деятельности экипажа, решение экипажем задач, предусмотренных программой полета, с учетом возможных нештатных ситуаций, а также его безопасность; средства спасения экипажа ПКА на участке выведения, в орбитальном полете и на спуске с орбиты; средства наземного комплекса управления, осуществляющие связь с ПКА, обработку поступающей с борта информации, обнаружение и распознавание нештатных ситуаций, выдачу на борт команд управления и другой управляющей информации как в штатных режимах полета, так и в нештатных ситуациях; средства поисково-спасательного комплекса, предназначенные для точного определения места штатной и вынужденной посадки, быстрой доставки к месту посадки группы спасения и эвакуации экипажа. Роль технических средств в обеспечении безопасности космического полета также противоречива. С одной стороны, отказы технических средств, участвующих в полете, могут привести к аварийным ситуациям и создать непосредственную угрозу экипажу или персоналу стартовой позиции космодрома. С другой стороны, они обеспечивают предупреждение появления аварийных ситуаций, их обнаружение, распознавание, локализацию или ликвидацию, а также защиту экипажа от воздействия неблагоприятных факторов, его выживание или спасение. К факторам окружающей среды, оказывающим непосредственное влияние на безопасность космического полета, относятся: шумы со значительным уровнем звукового давления при запуске ракеты-носителя, на участке выведения и при спуске, а также более низкого уровня в процессе орбитального полета; вибрации на участке выведения ПКА на орбиту; перегрузки при выведении ПКА на орбиту, включении двигательной установки системы аварийного спасения, в случае использования катапультирования, при прохождении атмосферы на спуске, введении в действие парашютной системы, включении двигателей мягкой посадки, приземлении на твердый грунт, протаскивании спускаемого аппарата (СА) на парашюте после приземления; космическая радиация, радиация от бортовых ядерных двигательных и энергетических установок, радиация от искусственных радиационных поясов Земли; спорадические метеорные тела и частицы; космические объекты искусственного происхождения: КА, последние ступени PH, устройства отделения полезных нагрузок, фрагменты, образующиеся в результате взрывов и столкновений указанных объектов; температура при нарушении теплового баланса на орбите, в случае возникновения пожара, при прохождении ПКА атмосферы, на спуске, приземлении в районы с жарким или холодным климатом; давление при нарушении герметичности ПКА в космосе или в случае разгерметизации емкостей со сжатыми газами; невесомость в процессе орбитального полета; состав атмосферы в кабине ПКА; токсические вещества: продукты метаболизма, выделения из конструкционных материалов, вредные отходы технологических процессов на борту ПКА, продукты горения при пожаре, пары и аэрозоли ракетных топлив и технологических жидкостей, просачивающихся через негерметичные уплотнения; высокие напряжения в электрических цепях; вода при приводнении ПКА; метеоусловия в районах запуска, штатной и аварийной посадки (ветер, дождь, град, гроза, обледенение, градиент ветра по высоте, видимость). Перечисленные факторы окружающей среды оказывают воздействие в космическом полете как на экипаж, так и на технические средства. Космический полет характеризуется участием значительного числа специалистов различных областей знаний, использованием большого количества разнообразной сложной и дорогостоящей техники, воздействием на экипаж и космический аппарат различных неблагоприятных факторов, высокой социальной значимостью завершения полета. Это требует строгого научного обоснования принимаемых решений по обеспечению безопасности космического полета, четкой организации всех выполняемых в этой сфере работ, создания потенциальной безопасной космической техники, наличия устойчивого к воздействию неблагоприятных факторов космического полета экипажа, способного активно и эффективно действовать в условиях опасности, реализации продуктивных действий по быстрому обнаружению, правильному распознаванию аварийных ситуаций и своевременному выходу из них в процессе эксплуатации космических средств. Причем решение этих вопросов должно быть достигнуто при ограничении сроков, затрат средств и достигнутого уровня развития техники. Всем этим обусловливается мвогоаспектность проблемы обеспечения безопасности космического полета. 1.1. ОСНОВНЫЕ АСПЕКТЫ БЕЗОПАСНОСТИ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТОВ К основным аспектам безопасности космических полетов относятся: научно-теоретический, организационный, эргономический, технический, эксплуатационный, медицинский, психологический и экономический. В рамках научно-теоретического аспекта рассматриваются: терминология, требования и стандарты по безопасности, модели появления и развития нештатных (аварийных) ситуаций, методы анализа безопасности, критерии и нормы безопасности, методы оценки ее уровня, методы оптимизации систем по критерию безопасности. Здесь и далее такое написание используется для акцентирования внимания иа аварийных ситуациях, при этом всегда остается в силе понимание нештатных и аварийных ситуаций в соответствии с определениями, данными в Приложении 1. Терминология (термины и их определения) является основой для взаимопонимания специалистов, работающих в области безопасности космических полетов, и необходимым условием единства подходов к решению теоретических и практических задач. Основные термины и определения по безопасности космических полетов приведены в Приложении 1. Требования и стандарты по безопасности представляют собой основополагающие документы для разработки, изготовления, испытаний и эксплуатации космической техники. Они направлены на регламентацию правил конструирования пилотируемых космических аппаратов и их оборудования, выбора материалов, определения состава и назначения бортовых и наземных средств обеспечения безопасности, правил выполнения полетных операций, организации деятельности экипажа, обеспечения состояния здоровья космонавтов, их отбора и подготовки к полету, определения границ, уровня и круга рассматриваемых вопросов при системном анализе безопасности, количественной оценки степени безопасности, определения состава и содержания программы обеспечения безопасности (ПОБ) для конкретного проекта, внедрения единой терминологии по безопасности космических полетов, определения форм отчетности и способов подтверждения степени безопасности проекта на различных этапах его создания и эксплуатации, взаимоотношений между заказчиком и разработчиком. Модель появления нештатных (аварийных) ситуаций в процессе космического полета отражает основные его закономерности, количественные и качественные характеристики этих ситуаций с учетом динамики функционирования элементов автоматизированной системы управления (АСУ) ПКА, состояния экипажа, воздействия на ПКА и экипаж внешней среды, взаимосвязи свойств и признаков нештатных (аварийных) ситуаций. Основное назначение модели: формирование моментов появления нештатных ситуаций в процессе космического полета и их фактографического описания для решения различного рода исследовательских и практических задач обеспечения БКП. Модели развития нештатных (аварийных) ситуаций разделяются на категории: движения, состояния ПКА, функционирования его систем, параметров атмосферы кабины и приборных отсеков ПКА, располагаемых на его борту ресурсов, схемы полета. Их отличительные особенности: высокая адекватность реальным процессам, приспособленность к вводу и моделированию любых ситуаций (как предусмотренный, так и непредвиденных), способность к воспроизведению как штатных режимов функционирования (процессов), так и нештатных (аварийных) ситуаций. Методы анализа БКП делятся на методы, с помощью которых осуществляется оценка безопасности, и методы, обеспечи- вающие выбор оптимальных параметров систем для достижения максимального уровня безопасности полета. Эти методы принципиально базируются на двух подходах: один из них связан с непрерывным анализом состояния ракетно-космического комплекса (РКК) во времени с учетом дискретно-ступенчатого характера изменения параметров и функций распределения отказов; другой — с поэтапным последовательным анализом, в пределах которого структура, характеристики и состояние системы фиксируются и считаются неизменными. В рамках этих подходов наибольшее распространение получили логико-вероятностный метод, метод «дерева отказов» и статистический метод анализа. Логикочвероятностный метод представляет собой последовательное описание событий согласно определенной логике функционирования объекта и определение вероятностей конечных событий благополучного продолжения полета или аварийного его прекращения. Метод «дерева отказов» — графический метод, позволяющий наглядно представить причинно-следственные связи между отказами систем ПКА и интегральным (конечным) нежелательным с точки зрения БКП событием. Статистический метод анализа БКП базируется на использовании метода статистических испытаний, или метода Монте-Карло. Критерии БКП разделяются на общие (интегральные), условные (косвенные), относительные (нормированные) и частные. В качестве общих критериев БКП используются: число катастроф за период эксплуатации ПКА, факт благополучного возвращения экипажа на Землю и др. К условным (косвенным) критериям относятся: выполнение полетной программы определенным числом ПКА, возникновение катастрофы в одном полете и др. Относительные критерии включают: возможность спасения экипажа в полете, возрастание значения показателя БКП и т. п. Частные критерии отражают составляющие общего показателя безопасности по их видам (например, взрывобезопас-ность, пожаробезопасность и т. д.) или по последовательным этапам полета ПКА (например, безопасность старта и выведения, спуска и посадки и т. п.) Нормы безопасности определяют допустимые уровни значений показателей безопасности космического полета и рассматриваются в совокупности с методами их задания. При определении и обосновании норм безопасности в основном используются эвристические методы и методы экспертных оценок. Оценка уровня безопасности космического полета направлена на решение таких задач, как сравнительная оценка вариантов ПКА и выбор наилучшего из них, анализ эффективности мероприятий и средств обеспечения безопасности, определение степени выполнения требований по безопасности. Методы оценки уровня безопасности космического полета подразделяются на аналитические, экспериментальные и методы с использованием моделирования. Методы оптимизации систем по критерию безопасности являются необходимым инструментом разработчиков космической техники на этапе проектирования. Их использование направлено на достижение заданных в техническом задании (ТЗ) на РКК норм безопасности, а если они не заданы, то на максимизацию уровня безопасности при заданных проектных ограничениях: весовых, габаритных, стоимостных и т. п. При этом решаются задачи нормирования безопасности полетов на подсистемы ПКА, выбора рациональных характеристик типовой системы безопасности и оптимальных параметров РКК с учетом требований безопасности. В основу оптимизации положено математическое моделирование для разработки вариантов проектных решений с последующим отбором из них наилучшего. В рамках организационного аспекта безопасности космических полетов рассматриваются: программы и планы обеспечения безопасности, экспертиза и служба безопасности космических полетов. Программа обеспечения безопасности включает в себя перечень мероприятий, план проведения работ и определяет исполнителей. В программе отражаются экспериментальные исследования, наземные и летные испытания, направленные на выявление всех особенностей проекта и фактическое подтверждение требований по безопасности, проектно-конструкторские, технологические и эксплуатационные мероприятия по обеспечению БКП, проводимые на всех этапах жизненного цикла космического проекта. Экспертиза безопасности является неотъемлемым элементом осуществления программы обеспечения БКП и направлена на точное определение достигнутого уровня безопасности космического проекта с целью разработки мероприятий по доведению его до норм, заданных в ТЗ. Она проводится органами службы безопасности космических полетов, а также специально создаваемыми комиссиями. Служба безопасности космических полетов предназначена для целенаправленного анализа безопасности космических проектов, координации работ в области обеспечения безопасности, контроля осуществления мероприятий по обеспечению безопасности, разработки конкретных мер повышения безопасности. Основными принципами ее деятельности являются: максимальный охват всех организаций, занимающихся космической техникой, включая проектные, производственные, испытательные, эксплуатационные и научно-исследовательские; независимость от непосредственных создателей космической техники; централизация управления; высокий профессиональный уровень руководства; тесное взаимодействие с руководством космических программ. Эргономический аспект безопасности космических полетов включает рассмотрение следующих вопросов: отбор космонавтов и комплектование экипажей ПКА с учетом требований обеспечения БКП; подготовка космонавтов к действиям в нештатных (аварийных) ситуациях; распределение функций между экипажем, системами ПКА и Землей в нештатных (аварийных) ситуациях, обеспечение выживания экипажа ПКА после аварийной посадки на землю (воду), согласование характеристик в системе «космонавт — ПКА — среда» в аварийных ситуациях. Отбор космонавтов предполагает выявление устойчивых к экстремальным условиям нештатных (аварийных) ситуаций людей, способных к тому же эффективно решать задачи космического полета в таких условиях. Комплектование экипажей подразумевает такой подбор его членов, который обеспечивает социальную устойчивость коллектива в неблагоприятных условиях нештатных (аварийных) ситуаций, взаимодополняемость и дублирование возможностей членов экипажа при выполнении действий по выходу из этих ситуаций. Подготовка космонавтов к действиям в нештатных (аварийных) ситуациях включает отбор указанных ситуаций для подготовки, планирование процесса их отработки при подготовке, организацию и проведение подготовки в соответствии с определенными методическими принципами. Распределение функций между экипажем, системами ПКА и Землей в нештатных (аварийных) ситуациях осуществляется исходя из условий обеспечения максимальной степени готовности АСУ ПКА к парированию аварийной ситуации (АС), учета реальных возможностей указанных элементов АСУ ПКА по решению задач выхода из АС по показателям информированности, быстродействия, скорости переработки информации, а также по возможностям реализации требуемых в АС управляющих воздействий и полетных операций. Обеспечение выживания экипажа связано с аварийной посадкой спускаемого аппарата (СА) в различные климатогеографические зоны земного шара на воду или на сушу и разные метеоусловия. Согласование характеристик в системе «космонавт — ПКА — среда» в аварийных ситуациях требует учета воздействия на работу системы неблагоприятных условий, сопровождаю- Под условным понятием «Земля» здесь и далее понимается сложная наземная система, включающая большие коллективы специалистов, комплексы специального оборудования и ЭВМ, средства наблюдения и связи, предназначенные для обеспечения космических полетов. ших указанные ситуации, особенностей информационного обеспечения деятельности экипажа, дефицита времени. Технический аспект безопасности космических полетов включает следующие вопросы: принципы конструирования ПКА и его систем исходя из требований обеспечения безопасности; состав и характеристики средств обеспечения безопасности экипажа (информационного обеспечения действий экипажа в аварийных ситуациях, защиты экипажа от воздействия неблагоприятных факторов АС, спасения экипажа, проведения аварийновосстановительных работ). Принципы конструирования ПКА и его систем охватывают вопросы выбора материалов, размещения опасного оборудования, выбора аварийных параметров, обеспечения пожаро-, взрыво- и травмобезопасности, защиты от воздействия внешних факторов, обеспечения срочного покидания ПКА и т. п. Состав и характеристики средств обеспечения безопасности экипажа затрагивают такие вопросы, как обнаружение и распознавание нештатных (аварийных) ситуаций; оборудование ПКА средствами аварийного спасения, пожаротушения, компенсации утечек газа из кабины, радиационной защиты, проведения аварийно-восстановительных работ, защиты экипажа от разгерметизации, воздействия токсических веществ; оснащение ПКА средствами обозначения места посадки и обеспечения выживания экипажа после посадки. Эксплуатационный аспект обеспечения безопасности космических полетов представлен следующими вопросами: оперативное обеспечение безопасности экипажа в процессе космического полета, поиск и спасение экипажа после посадки, расследование аварий и катастроф. Оперативное обеспечение безопасности экипажа в процессе космического полета связано с решением задач обнаружения и распознавания нештатных (аварийных) ситуаций в реальном масштабе времени как бортовыми, так и наземными средствами; разработкой способов выхода из этих ситуаций экипажем, персоналом Центра управления полетом (ЦУП), наземным моделирующим комплексом, включающим вычислительные средства, аналоги, тренажеры и имитаторы; реализацией способов выхода из упомянутых ситуаций силами экипажа и наземного комплекса управления (НКУ) полетом ПКА. Поиск и спасение экипажа после посадки включает рассмотрение вопросов: выбора мест посадки ПКА; учета метеоусловий в месте посадки; наличия у экипаж аварийных запасов; своевременного оповещения персонала поисково-спасательного комплекса (ПСК) о месте спуска ПКА; обозначения места посадки; оснащение ПСК средствами обнаружения, поиска и эвакуации ПКА и экипажа; взаимодействия средств ПСК между собой и с экипажем в процессе поиска и спасения; международного со- трудничества в вопросах спасения экипажей; подготовки персонала ПСК к проведению поисково-спасательных операций. Расследование аварий и катастроф проводится с целью разработки комплекса эффективных мероприятий, которые бы исключали или предупреждали их появление при реализации последующих полетов ПКА. Оно включает: создание специальной комиссии, состоящей из нескольких групп специалистов для изучения вопросов организации подготовки и действий экипажа, стартовой команды и группы управления полетом, исследования аварийной техники (стартового комплекса (СК), PH, ПКА), медико-биологических и психологических исследований; выявление источников информации; планирование и организацию работы комиссии в соответствии с определенной методикой. Медицинский аспект безопасности космических полетов включает рассмотрение таких вопросов: пределы переносимости человеком воздействия неблагоприятных факторов, медицинский отбор космонавтов, динамическое наблюдение за состоянием их здоровья, профилактика заболеваний членов экипажа, оказание само- и взаимопомощи, медицинское обеспечение полета экипажа с Земли. При определении пределов переносимости человеком воздействия неблагоприятных факторов космического полета принимаются во внимание как отдельные факторы (радиация, температура, барометрическое давление, парциальные давления газов, перегрузки, невесомость, шум, вибрация, токсические вещества, неполноценное питание, недостаток воды и др.), так и их сочетания (по составу и количеству) при комплексном воздействии. Медицинский отбор космонавтов осуществляется в соответствии с требованиями, предъявляемыми к кандидатам в космонавты, и методиками выявления из числа представленных кандидатов людей с таким состоянием здоровья, которое обеспечивает выполнение космических полетов без возникновения опасных заболеваний. Динамическое наблюдение за состоянием здоровья космонавтов в период их подготовки к полету подразумевает своевременное выявление заболеваний с целью их излечения до начала полета. Профилактика заболеваний членов экипажа включает комплекс мероприятий, проводимых при подготовке к полету (обсервация, дезинфекция и т. п.), для исключения опасных заболеваний в процессе полета. Оказание само- и взаимопомощи в экипаже ПКА направлено на исключение опасных последствий при травмах и заболеваниях экипажа в ходе полета или при угрожающем здоровью (жизни) космонавтов воздействии неблагоприятных факторов космического полета. Медицинское обеспечение полета экипажа с Земли включает вопросы выявления заболеваний экипажа ПКА в ходе полета и оказания ему квалифицированной помощи по предотвращению опасных последствий этих заболеваний. Психологический аспект безопасности космических полетов представлен следующими вопросами: психологический отбор космонавтов, психологическая совместимость членов экипажа ПКА, психологическая подготовка космонавтов, психологическая поддержка космонавтов в ходе полета. Психологический отбор космонавтов предполагает выявление лиц с такими характерологическими особенностями личности, поведенческими и эмоциональными реакциями при воздействии стрессовых нагрузок, при которых обеспечивается эффективная деятельность членов экипажа ПКА в аварийных ситуациях. Психологическая совместимость членов экипажа ПКА обеспечивается специальным подбором членов экипажа по данному критерию. Она особенно важна при групповой деятельности в длительных полетах в условиях сложных и опасных ситуаций, способных полностью расшатать коллектив и привести к психологическому конфликту. Психологическая подготовка космонавтов направлена на выработку у экипажа такой концептуальной модели полета, которая обеспечивает постоянную готовность экипажа к действиям в нештатных (аварийных) ситуациях и высокую эффективность деятельности. Психологическая поддержка космонавтов в полете предполагает создание условий, предотвращающих возникновение психологических срывов у каждого из членов экипажа, и регулирование возникающих в полете психологических конфликтов. Экономический аспект безопасности космических полетов включает вопросы: экономической оптимизации технических решений по обеспечению безопасности, экономической оптимизации проекта ПКА в целом при выполнении заданных требований по БКП, оптимизации распределения затрат для обеспечения максимального уровня БКП. Экономическая оптимизация технических решений по обеспечению безопасности предполагает разработку альтернативных вариантов таких решений и их сравнительную оценку по критерию стоимости. Экономическая оптимизация проекта ПКА в целом при выполнении заданных требований по БКЦ осуществляется распределением проектных характеристик, мфсы и надежности систем ПКА таким образом, чтобы при решении целевой задачи с заданной вероятностью затратить минимум средств. Такая постановка задачи является характерной для случаев, когда нормативные требования по обеспечению БКП заданы в ТЗ на РКК. В тех случаях, когда такие требования не заданы, проект- ные характеристики и затраты распределяются таким образом, чтобы выполнить целевую задачу с заданной вероятностью и максимальным уровнем обеспечения БКП. 1.2. ФАКТОРЫ ОПАСНОСТИ ДЛЯ ЭКИПАЖА Неблагоприятные факторы, представляющие опасность для членов экипажа ПКА, являются следствием: воздействия космической среды (радиации, микрометеоров, космических объектов искусственного происхождения (ОИП), температуры, вакуума); влияния динамики полета (невесомости, перегрузок, шума, вибраций, десинхронизации биоритма); замкнутости, изолированности среды ограниченного объема (ограниченности запасов средств обеспечения жизнедеятельности, возможности появления и образования токсических веществ), функционирования систем ПКА (высокого напряжения в электрических цепях); пребывания космонавтов на ПКА (заболеваний, психологической несовместимости членов экипажа, эмоционального стресса и др.); неблагоприятного влияния внешней среды на месте посадки (воды при приводнении и др.). Радиация. Рассматриваются источники ионизирующих излучений: галактическое космическое излучение (ГКИ), излучение радиационных поясов Земли (ИРПЗ), корпускулярное излучение солнечных вспышек (ИСВ), бортовые изотопные источники, ядерно-двигательные и ядерно-энергетические установки, искусственный радиационный пояс Земли, образующийся вследствие ядерных взрывов в космическом пространстве. ГКИ — это поток заряженных частиц высоких энергий. Угловое распределение ГКИ принято считать изотропным, распределение дозы в теле космонавтов — равномерным. Плотность потока ГКИ равна в среднем 2,5 част, см-2-с-1 и не меняется сколько-нибудь значительно в течение длительного времени. Аналогично обстоит дело и с энергетическими спектрами ядер ГКИ. В состав ГКИ входят протоны (около 85%), а-частицы (примерно 13%), ядра лития, бериллия, бора, углерода, кислорода, вплоть до олова (около 2%). Доза ГКИ в околоземном пространстве меньше, чем в межпланетном, что обусловлено экранирующим влиянием Земли и геомагнитным эффектом. Экранирующее влияние Земли уменьшает плотность ГКИ в два раза. Геомагнитное поле может снизить плотность потока ГКИ вблизи Земли в 3... 10 раз. Мощность дозы излучения ГКИ зависит от высоты орбиты. На сравнительно небольшой высоте доза ГКИ существенно меняется в зависимости от угла наклона плоскости орбиты. Если орбита расположена на высоте 200 ..600 км, то доза ГКИ на экваториальной орбите будет примерно в 5 раз ниже, чем на полярной. KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ
|
