Нештатные ситуации на пилотируемых космических аппаратах. Часть 1

 

Московский государственный технический университет  
имени Н.Э. Баумана 

А.В. Беляев, Е.И. Журавлев, В.И. Никитенко 
 
 
НЕШТАТНЫЕ СИТУАЦИИ  
НА ПИЛОТИРУЕМЫХ  
КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТАХ  
 
Рекомендовано методической комиссией  
факультета «Специальное машиностроение»  
в качестве учебного пособия по дисциплинам  
«Конструирование корпусов и агрегатов аэрокосмических 
систем», «Основы проектирования и конструирования  
космических аппаратов», «Инженерная психология» 
 
 
Часть 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
М о с к в а  

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 

2 0 0 9  

 

УДК 629.7.01(075.8) 
ББК 39.66 
Б447 
Ре це нзе нт ы:  
В.Е. Миненко, В.П. Ванюшин 

 
Беляев А.В., Журавлев Е.И., Никитенко В.И. 
  
 
       Нештатные ситуации на пилотируемых космических  
аппаратах: учеб. пособие. — Ч. 1. — М.: Изд-во МГТУ  
им. Н.Э. Баумана, 2009. — 21 с.: ил. 
 
Приведен перечень и причины возникновения нештатных ситуаций на пилотируемых космических аппаратах. Дана классификация 
ситуаций по степени опасности для жизни и здоровья космонавтов 
применительно к основным системам корабля: корпусу, спускаемому 
аппарату, двигательной установке, системе электроснабжения, системе обеспечения жизнедеятельности, а также пиротехническим устройствам.  
Для студентов старших курсов, изучающих дисциплины «Конструирование корпусов и агрегатов аэрокосмических систем», «Основы 
проектирования и конструирования космических аппаратов», «Инженерная психология».   

УДК 629.7.01(075.8) 
ББК 39.66 

Учебное издание 
Беляев Александр Владимирович 
Журавлев Евгений Иванович 
Никитенко Виталий Иванович 
НЕШТАТНЫЕ СИТУАЦИИ  
НА ПИЛОТИРУЕМЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТАХ 
Часть 1 
 
Редактор С.А. Серебрякова 
Корректор Р.В. Царева 
Компьютерная верстка С.А. Серебряковой 

Подписано в печать 28.03.2009. Формат 60×84/16. 
Усл. печ. л. 1,16. Изд. № 97.  
Тираж 100 экз. Заказ           . 
 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5. 

 
 
 © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009 

Б447 

ВВЕДЕНИЕ 

Со времени полета Ю.А. Гагарина 12 апреля 1961 г. специалистами по космической технике были достигнуты новые рубежи в 
области проектирования, изготовления и эксплуатации пилотируемых кораблей. Наиболее значимым событием последнего десятилетия является создание Международной космической станции 
(МКС). Ее сборка началась в 1998 г. с доставки на орбиту первых 
двух космических модулей: российского модуля «Заря» и американского модуля Unity. Постоянное проживание людей на станции 
началось в октябре 2000 г. с прибытием экипажа первой экспедиции, состоящей из астронавта США Билла Шеппарда и двух российских космонавтов: бортинженера Сергея Крикалева и командира экипажа Юрия Годзенко. Транспортные задачи по смене 
экипажей и доставке грузов на МКС решаются с помощью многоразовой системы Space Shuttle, космических кораблей «Союз» и 
грузовых «Прогресс». В мае 2007 г. на МКС работала уже 16-я экспедиция. 
Важнейшим условием пребывания человека в космосе является 
безопасность и его защита от факторов космического полета. К 
таким факторам относятся невесомость, низкое барометрическое 
давление, отсутствие газовой среды, резкие перепады температуры 
на солнечной и теневой поверхностях, сильное световое излучение 
и т. п. Особые условия питания, проживание в замкнутом пространстве, шум от работающего оборудования, искусственная атмосфера и другие факторы негативно влияют на работоспособность космонавтов. В этой связи к работе всех систем станции 
предъявляют высокие требования по надежности их функционирования в течение всего полета.  
В нашей стране применяется отраслевая система обеспечения 
качества и надежности изделий ракетно-космической техники, 
разработанная на основе постановления Правительства Россий

ской Федерации от 22 июля 1998 г. № 819-31 «О порядке создания, производства и эксплуатации (применения) космических 
комплексов» и устанавливающая принципы контролирования работ на всех этапах создания изделия: при проектировании, производстве и эксплуатации. На каждом из них различными методами 
специалисты стремятся добиться максимальной надежности работы оборудования и аппаратуры, узлов конструкции, агрегатов и 
блоков как автономно, так и в составе пилотируемого космического комплекса. Частью этой работы является сбор и систематизация 
данных об отказах различных систем или ошибках людей, т. е. о 
нештатных ситуациях, которые были выявлены в процессе эксплуатации станции, корабля, спускаемого аппарата и т. п. Последующие пуски осуществляются после обязательного принятия 
мер, исключающих повторение подобных случаев в дальнейших 
полетах.  
В данном учебном пособии собраны описания нештатных ситуаций, которые были определены в процессе работы над программами пилотируемых и беспилотных космических полетов 
(корабли «Союз», «Союз-ТМА», «Прогресс», долговременные орбитальные станции «Мир», «МКС» и автоматические летательные 
аппараты различного назначения). Для обеспечения максимальной 
простоты и краткости приведены только наименования нештатных 
ситуаций и сведения, необходимые для понимания природы их 
возникновения.  

КЛАССИФИКАЦИЯ НЕШТАТНЫХ СИТУАЦИЙ 

По возможности последующего функционирования космического аппарата нештатные ситуации подразделяют на критические, 
парируемые, локализуемые и неопределяемые (рис. 1):  
• критическая нештатная ситуация — ситуация, при которой 
нарушается работоспособность ракетно-космического комплекса, 
при этом задействуются средства, способные продолжать эксплуатацию ракетно-космического комплекса; 
• парируемая нештатная ситуация — ситуация, при которой 
работоспособность ракетно-космического комплекса сохраняется 
только при переходе на предусмотренную нештатную программу 
функционирования; 

• локализуемая нештатная ситуация — ситуация, при которой 
ракетно-космический комплекс сохраняет работоспособность за 
счет внутрисистемного или межсистемного резерва при эксплуатации космической техники;  
• неопределяемая нештатная ситуация — ситуация, при которой 
нарушается работоспособность ракетно-космического комплекса, 
но ситуация не контролируется располагаемыми средствами. 

 
 Нештатные  ситуации 

  Критические 
 Парируемые 
Локализуемые 
Неопределяемые  
 
Рис. 1. Классификация нештатных ситуаций  

По степени опасности (СО) для жизни и здоровья экипажа 
нештатные ситуации целесообразно разделить на аварийные (А), 
опасные (О) и неопасные (Н). Аварийная нештатная ситуация непосредственно угрожает жизни космонавтов. В таких случаях для 
спасения экипажа, как правило, применяют специальные технические средства, например систему аварийного спасения, систему 
пожаротушения и др. Опасная нештатная ситуация связана с возникновением угрозы для жизни или здоровья членов экипажа либо 
с нарушением сохранности летательного аппарата. В такой ситуации дальнейшее выполнение программы полета невозможно. Возникновение неопасной нештатной ситуации не нарушает функционирования систем корабля и не угрожает безопасности членов 
экипажа. При этом выход из нештатной ситуации осуществляется 
с использованием внутрисистемного резерва или за счет изменения программы отдельных полетных операций. 
Причины возникновения нештатных ситуаций рассмотрены 
применительно к шести важнейшим системам и устройствам космического корабля, которые выделены на рис. 2 полужирным курсивом. В третьем столбце табл. 1−6 указана степень опасности каждой нештатной ситуации для жизни и здоровья космонавтов.  

Космический корабль

Двигат ельная 
установка 
 (3) 

Система 
элект роснабж ения 
(4) 

Система  
управления 

П иротехнические 
устройст ва 
(6) 

Система 
терморегулирования

БЦ В М  

Система 
обеспечения 
ж изнедеятельност и 
(5) 

Спускаемый
аппарат  
 (2) 

Система 
аварийного спасения
Топливо 

Сжатые газы 

Расходные 
материалы системы 
электроснабжения 

Расходные запасы 
системы обеспечения 
жизнедеятельности 

Расходные 
материалы 

Корпус 
 (1) 

Радиоэлектронное 
оборудование 

 
 
Рис. 2.  Состав основных систем космического корабля 

1. КОРПУС КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА 

Таблица 1 

Описание ситуации 
(наименование) 
Причина возникновения нештатной ситуации; 
профилактика и парирование ситуации 
СО 

Критические нештатные ситуации 

1. Потеря несущей 
способности корпуса 

Неудовлетворительное крепление обшивок трехслойных сотовых конструкций, 
приводящее к недопустимым деформациям 
элементов корпуса изделия под действием 
внешних нагрузок 

А 

Недостаточная прочность элементов 
конструкции при упругой отдаче, возникающей в момент выключения двигателей 
ракеты-носителя. При этом нагрузка может 
существенно измениться, вплоть до изменения ее направления на противоположное  

О 

Недостаточная защита оборудования  
от ударных воздействий, возникающих  
при срабатывании пиротехнических устройств. При разделении отсеков пиротехническими устройствами перегрузка достигает 
1000 g при частоте более 100 Гц 

О 

Неправильное назначение допусков  
(зазоров) на размещение прилегающего 
оборудования. Согласно требованию Государственного стандарта расположение  
оборудования без амортизаторов должно 
выполняться с зазорами не менее 5 мм 

О 

2. Разрушение 
отдельных узлов 
или агрегатов  
корабля 

Недостаточные допуски на деформации, 
обусловленные тепловым расширением или 
сжатием, что вызывает отказ в функционировании конструкции. Компенсация осуществляется созданием статически определимых конструкций, уменьшением линейных 
размеров конструкций, управлением температурным полем и расчетным значением 
деформируемости конструкции при воз- 
действии температурного поля 

О 

Продолжение табл. 1 

Описание ситуации 
(наименование) 
Причина возникновения нештатной ситуации; 
профилактика и парирование ситуации 
СО 

3. Возгорание 
Применение материалов, не прошедших 
испытание на возгорание, в отсеках с высоким содержанием кислорода. Необходимы 
специальные меры, исключающие возгорание материалов 

А 

Применение материалов, в состав которых входят бериллий, оксиды бериллия или 
его сплавы, содержащие более 4 % токсичного элемента 

О 

4. Загрязнение 
воздуха вредными 
примесями 

Использование в кабине красок или покрытий, содержащих сажу, которая испускает угарный газ. Необходимы специальные 
меры для очистки воздуха от угарного газа 

О 

Парируемые нештатные ситуации 

Повреждение конструкции вследствие 
разности давлений в отсеках и упругой  
отдачи резинового уплотнения при открытии люков. Требуется применение тормозных устройств 

Н 

5. Разрушение 
отдельных узлов 
или агрегатов  
корабля 

Недостаточное число опор магистралей, 
которое может привести к их повреждениям 
от механических нагрузок и вибрации.  
В магистралях сброса давления следует  
избегать изгибов за клапанами, поскольку  
в процессе сброса давления изгибы стремятся распрямиться 

О 

6. Разрушение 
соединений 
Ненадежность соединений и контровки 
крепежных деталей 
О 

7. Нарушение герметичности соединений 

Использование для герметизирующих 
уплотнений материалов, несовместимых  
с используемыми в системе жидкостями 
О 

8. Травмирование 
космонавтов 
Наличие острых выступов или кромок, 
которые могут стать причиной ранений  
членов экипажа или повреждений скафандров как внутри, так и снаружи корабля  

О 

 

Окончание табл. 1 

Описание ситуации 
(наименование) 
Причина возникновения нештатной ситуации; 
профилактика и парирование ситуации 
СО 

8. Травмирование 
космонавтов 
Использование в жилом отсеке хрупких 
или ломких материалов, которые могут  
нанести ущерб здоровью космонавтов 
Н 

9. Загрязнение 
воздуха вредными 
примесями 

Размещение емкостей и прокладка топливных магистралей с токсичными жидкостями внутри жилых отсеков 
О 

Локализуемые нештатные ситуации 

10. Нарушение 
герметичности 
Потеря герметичности люка из-за разрушения уплотнений. Рекомендуется  
предусматривать возможность установки 
резервных герметизирующих уплотнений 
для замены выработавших ресурс или 
имеющих дефекты по герметичности  
уплотнений люков, входящих в гермоконтур корабля 

Н 

11. Загрязнение 
окружающей  
среды 

Невозможность утилизации систем,  
последующее функционирование которых 
связано с образованием ядовитых компонентов в окружающей среде, которые:  
а) должны оставаться вблизи корабля; 
б) предполагается использовать повторно;  
в) могут приземлиться в населенном районе 

О 

Неопределяемые нештатные ситуации 

12. Нарушение 
герметичности 
Потеря герметичности в связи с факторами, которые не могли быть предусмотрены в процессе разработки, эксплуатации  
и экспериментальной отработки летательного аппарата, поскольку они приводят  
к катастрофе. Для ликвидации неопределяемых ситуаций разрабатывают системы, 
парирующие либо компенсирующие аварии. Например, в случае потери герметичности жилых отсеков целесообразно иметь 
в наличии системы аварийной подачи газовой смеси, компенсирующие разгерметизацию 

А 

2. СПУСКАЕМЫЙ АППАРАТ 

Таблица 2 

Описание ситуации 
(наименование) 
Причина возникновения нештатной ситуации; 
профилактика и парирование ситуации 
СО 

Критические нештатные ситуации 

Размещение баков с токсичными жидкос- 
тями в зоне возможной деформации корпуса 
спускаемого аппарата. Баки могут разрушиться при ударе во время приземления 

О 

1. Разрушение 
отдельных узлов 
или агрегатов 

Крепление оборудования без достаточного запаса на эксплуатационные нагрузки, 
включая штатное и аварийное приземление. 
Для парирования этой ситуации нагрузки 
нормируют для аварийного случая приземления (отказ двигателя мягкой посадки). 
Нормирование нагрузок для случая приземления осуществляется согласно требованиям Государственного стандарта 

О 

2. Отказ функционирования парашютной системы 

Применение аэродинамических форм 
спускаемого аппарата, допускающих различные устойчивые положения относительно набегающего потока при входе в атмосферу. Это может способствовать закручи- 
ванию аппарата и нераскрытию парашюта 

О 

3. Загрязнение 
воздуха вредными 
примесями 

Преждевременное открытие клапана 
дыхательной вентиляции, приводящее  
к проникновению внутрь спускаемого  
аппарата токсичных газов, образующихся 
при абляции теплозащиты  

А 

Парируемые нештатные ситуации 

4. Неотделение  
от спускаемого 
аппарата отсеков 
или элементов 
(оптический  
визир) перед  
спуском 

Недостаточная надежность функционирования систем разделения. Необходимо 
ввести резервирование комплекса систем 
разделения 
О