Лев Андреев - Янгель: Уроки и наследие

О том, насколько серьезно проблема герметичности решалась в тесном сотрудничестве конструкторов и заводских технологов при самом непосредственном участии представителей заказчика, свидетельствует такой факт. На регулярных заводских оперативках о состоянии дел в производстве, стало модным новое слово.

— А вы знаете, что такое диффузия? — неизменно обращался к присутствовавшим директор завода А.М. Макаров, начиная обсуждать состояние вопроса о герметичности ракет.

В процессе изучения возникшей проблемы необходимо было дать четкий ответ на два вопроса: какой уровень герметичности требуется и как его можно реализовать.

В такой постановке обязательно следовало иметь достоверную информацию о герметичности собственно металла, из которого изготовлены элементы емкостей и трубопроводов, сварных швов и различного рода соединений. Но даже опытные физики — материаловеды не представляли и приблизительно, какими коварными окажутся самовоспламеняющиеся высококипящие компоненты топлива. Казалось бы, о какой проницаемости может идти речь, когда имеешь дело с металлом, с помощью которого решаются автоматически все проблемы герметичности на морских судах и подводных лодках. А самые различные хранилища для жидкостей и газов! Все они надежно выполняют свои разделительные функции.

Однако, как вскоре стало ясно, на первый план вышли факторы времени и диффузионной способности компонентов топлива, которые "объединившись" в сочетании разрушили все традиционные представления о надежной защите металлом от действия окружающей среды.

Оказалось, что при малых толщинах алюминиевый сплав не является абсолютно герметичным, особенно на трубопроводах небольших диаметров. В связи с этим все алюминиевые магистрали были заменены на стальные.

Сразу выяснился и крупный недостаток принимавшихся конструктивных решений, связанных с применением разъемных соединений. То, что раньше обеспечивало мобильность сборки, стало одним из крупнейших недостатков в новых требованиях к ракете. Все соединения практически оказались с позиций длительного нахождения под компонентом негерметичными… Особенно сильно протекали ниппельные, плоско-прокладочные и резьбовые. Был взят курс на штуцерно-торцевые и сварные соединения. Целеустремленно и методично проводившаяся работа в течение несколько лет дала результаты, способные поразить любое воображение: количество разъемных соединений на ракете уменьшалось на порядок (вместо двухсотдвадцати их осталось только двадцать два).

На соединение трубопроводов сваркой перешли даже в цехе общей сборки ракеты, что до этого вообще казалось неосуществимым, так как считалось, что без ниппельных соединений ракету собрать вообще невозможно. Для этих целей на Южном машиностроительном заводе совместно с Институтом электросварки имени Е.О. Патона и Украинским научно-исследовательским институтом технологии машиностроения были созданы специальные автоматы, что вдобавок позволило увеличить степень механизации сборочных работ.

Но на этом пути поджидала новая неприятность. Оказалось, что из-за неизменных микродефектов сварные швы сами по себе далеки от совершенства и поэтому не являлись абсолютно герметичными. А кроме сварных швов для соединения трубопроводов на ракете — еще почти один километр (!) самых различных сварных швов на топливных емкостях.

В довершение ко всему выяснилось, что микродефекты, вызывающие проникновение компонентов топлива, образуются не только в самом шве, а чаще даже в околошовной зоне вследствие недостаточного качестве основного металла.

Обнаруженная неожиданно негерметичность сварных швов поставила исполнителей в щекотливое положение.

— Выступая с предложением перед Главным о переводе большинства разъемных соединений на сварные, — рассказывает Ф.П. Санин, — мы были уверены в успехе. Когда же обнаружилось, что они текут, то не сразу решились об этом сказать Михаилу Кузьмичу…

Рентгеноструктурный анализ показал, что главными дефектами макро- и микроструктуры сталей и алюминиевых сплавов являлись неметаллические включения оксидов, карбидов, нитридов, а также газовые включения.

Для устранения указанных дефектов и придания металлу плотно упакованной структуры на заводах-поставщиках были внедрены новые уникальные металлургические переделы: одинарный и двойной вакуумные переплавы металла, переплав в переменных физических полях, рафинирование и даже процеживание жидкого металла через стеклоткань. Эти технологические процессы позволили понизить содержание растворимых в структуре сплава газов до тысячных долей процента. Например, содержание водорода в ста граммах металла было доведено до четырех десятых в кубическом сантиметре, неметаллические включения были практически исключены полностью, кислорода содержалось не более восьми тысячных процента. О масштабности предпринятых мер, приведших к созданию качественно новых структур свидетельствует и тот факт, что на всех металлургических заводах, поставлявших металл, был введен автоматизированный ультразвуковой контроль полуфабрикатов, которые затем обязательно проходили входной контроль на Южном машиностроительном заводе. Дополнительно к проведенным мероприятиям были сформулированы специальные требования к сварочной проволоке, подготовке кромок под сварку и количеству допустимых подварок.

Результаты этих мероприятий превзошли самые смелые предположения. Если до введения описанных новых технологических процессов обнаруживалось по причине негерметичности металла до двадцати проявлений просачивания компонента, то после внедрения новой технологии начиная с 1970 года — ни одного!

Не обошлось без последствий и введение стальных трубок вместо алюминиевых. В результате возникла проблема сварки разнородных металлов: алюминий — сталь, титан — сталь, сталь — ниобий и других сочетаний, которые применялись не только на ракетах, но и на космических аппаратах. Для реализации этих вопросов в городе Орджоникидзе (Северная Осетия) был построен специальный цех изготовления биметаллических переходников.

В довершение было установлено (о чем имелись отрывочные сведения из американских источников), что, проникая через поры металла, компонент не только загазовывает воздух, но и производит разрушительную работу. Соединяясь с влагой, неизменно присутствующей в воздухе, компонент образует кислоту, которая, в свою очередь, вызывает коррозию в алюминиевом сплаве, тем самым еще больше увеличивая негерметичность отсека. Несколько позднее было выяснено, что при относительной влажности воздуха ниже сорока процентов названная реакция не происходит.