Відділ космічних технологій

Зокрема:

1.Зварювальний стенд ОБ-1469, який складається з вакуумної камери діаметром 750мм і довжиною 800мм. Камера виконана з алюмінієвого сплаву марки 2219 і має обсяг – 0,75м3. Вона оснащена форвакуумним насосом і двома дифузійними насосами, що забезпечують відкачку камери. Вакуумна камера має спеціалізований маніпулятор з п’ятьма ступенями свободи, які забезпечують зварювання зразків в різних просторових положеннях, в т.ч. в нижньому положенні і можливістю виконання зварювання в горизонтальному положенні на вертикальній площині. Крім цього, вона оснащена спеціалізованим зварювальним столом для кріплення зварювальних зразків.

Для зварювання використовується гармата ПЛ-4 і джерело живлення з електричною потужністю – до 3 кВт та прискорючою напругою – 10кВ.

2. Спеціалізоване обладнання нового покоління для ручного електронно-променевого зварювання на поверхні Місяця, яке дозволяє одержувати якісні зварні з’єднання при виконанні монтажних та ремонтно-відновлювальних робіт. Потужність зварювального інструменту 2 кВт дає можливість зварювати матеріали із алюмінієвих сплавів товщиною до 6 мм. Це обладнання, яке складається з електронно-променевої гармати, високовольтного джерела живлення та системи керування технологічними процесами для ручного електронно-променевого зварювання в умовах космосу є  прототипом для комплексу автоматизованого зварювання.

3.Установка для проведення електронно-променевої безтигельної зонної плавки – прототип польотного варіанту  (потужність 1000 кВт, прискорювальна напруга до 10 кВ, температура, яку можливо створювати на зразку 250 … 2200 0С).

4.Для індукційної зонної плавки в атмосфері аргону у відділі створена спеціалізована високочастотна установка типу ВЧИ4–10.В41 потужністю 10 кВт і частотою 440 кГц.

Вперше в світі створено нове поління ручного електронно-променевого інструменту для виконання   монтажних і ремонтно-відновлювальних робіт у відкритому космосі. Випробування електронно-променевого інструменту проводилося при зварюванні, різанні та термообробці  алюмінієвих і титанових сплавів, а також нержавіючих сталей на плоских зразках товщиною від 1 до 5мм. Крім того, нове обладнання застосовувалося при відпрацьовування технології   зварювання панелей фрагментів корпусу космічного апарату.

Досліджені причини утворення тріщин в зварних з’єднаннях  при електронно-променевому зварюванні інтерметаліду на основі алюмініду титану.  Вперше визначені технологічні можливості зменшення залишкових напружень в зоні зварного  з’єднання інтерметалідного сплаву  внаслідок раціонального регулювання швидкості його охолодження в умовах локальної термічної обробки. Створена технологія електронно-променевого зварювання інтерметаліда, яка передбачає послідовне здійснення в одній камері електронно-променевого зварювання   інтерметаліда з наступною локальною  термообробкою. Встановлено, що оптимальна швидкість охолодження зварного з’єднання, яка  знижує  рівень залишкових зварювальних напружень майже на 30% з 225 до  160МПа і дозволяє уникнути утворення тріщин у шві є швидкість 0,7– 0,9⁰С/с.

Вперше встановлено, що при охолодженні зварного шва інтерметаліда від температури 1000⁰С відбувається фазова трансформація, завдяки якій  в структурі з’являються додаткова β₀ (В2) фаза, що представляє собою впорядковану фазу на основі Ti. Вона розташовується на границях колоній і блокує зародження та поширення тріщин в α₂-фазі внаслідок зниження напруги. Утворення в зварному шві сприятливої трьохкомпонентної структури: γ-фази, (γ+α₂)-фази і β-фази сприяє збільшенню його міцності і пластичності. Механічні випробування зварних з’єднань на розтягнення показали, що застосування локальної післязварювальної термообробки збільшує рівень межі міцності зварного з’єднання  в 1,8 рази .

2017. Розроблена робоча документація та виготовлено високовольтне джерело живлення (напруга до 10 кВ), а також виготовлена та проведена наладка електронно-променевої гармати для ручного зварювання в космосі. Джерело живлення забезпечує можливість використання тріодної електронно-променевої гармати.

Створена електронно-оптична система електронно-променевої гармати для зварювання в космосі  з комбінованим фокусуванням електронного пучка. Розрахунок магнітної фокусуючої системи дозволив розробити  фокусуючу систему електронно-променевої гармати і тим самим підвищити питому потужність пучка в фокальній площині гармати без збільшення ії габаритів та маси.

Розроблена технологія ремонту трубопроводів космічних апаратів методом електронно-променевого зварювання у відкритому космосі. Створена технічна документація та виготовлена електронно-променева гармата для орбітального зварювання трубопроводів у відкритому космосі,  за допомогою якої відпрацьована наземна технологія і режими зварювання неповоротних стиків трубопроводів. Конструкція створеної апаратури дозволяє виконувати орбітальне зварювання трубопроводів, які знаходяться на відстані від 50 до 80мм  один від одного та стінкою модуля. Апаратура і режими зварювання дозволять проводити у відкритому космосі ремонтні роботи в разі виходу частин  трубопроводів з ладу у результаті корозії матеріалу або механічних пошкоджень.

2018. Розроблена технічна документація і виготовлена електронно-променева гармата для автоматичного зварювання з короткофокусною емісійною системою та подвійним електромагнітним фокусуванням електронного пучка, яка відрізняється від звичайних тим, що для проектування в фокальну площину використовується не дійсний кросовер пучка, а уявний кросовер, який створюється в закатодному просторі у всьому діапазоні струмів пучка. Виконані випробування електронно-променевої гармати з елементами комбінованого фокусування пучка. Проведені технологічні експерименти з електронно-променевого зварювання зразків з використанням гармати для автоматичного зварювання. Нова електронно-оптична система завдяки підвищеній   щільності пучка в зоні зварювання дозволяє суттєво збільшити проплавляючу здатність гармати та спростити операцію керування гарматою. Розроблена і виготовлена  система відхилення електронного пучка електронно-променевої  гармати нового покоління  для автоматичного зварювання. Створена система дискретного відхилення електронного пучка може бути використана при виконанні електронно-променевих технологічних операцій в космосі, таких, як: зварювання, паяння, різання, локальний нагрів, термообробка. Проведені технологічні експерименти із електронно-променевого зварювання зразків із алюмінієвого сплаву з використанням різних траєкторій відхилення електронного пучка. Досліджені механічні властивості і структура одержаних зварних з’єднань.

Розроблена концепція і технічні пропозиції для створення електронно-променевої гармати, яка буде використана при проведенні монтажних і ремонтно-відновлювальних робіт з урахуванням фізичних умов на поверхні Місяця (надвисокий вакуум і велика різниця в температурах в денний та нічний час та ін.). Вперше розроблена спеціалізована апаратура для ручного електронно-променевого зварювання на поверхні Місяця при будівництві та експлуатації довготривалих місячних баз, а також спосіб запобігання розширенню електронного пучка в надвисокому вакуумі шляхом штучного підвищення тиску залишкових газів у просторі дрейфу пучка. У результаті проведених робіт значно  підвищена питома потужність пучка в площині зварювання. Розроблена апаратура може бути застосована для зварювання та споріднених технологій на поверхні Місяця.

Створені наукові підходи та технологічні основи процесу безтигельної електронно-променевої зонної плавки металургійного кремнію в атмосфері гелію з метою видалення бору. Визначені і науково обґрунтовані закономірності процесу  очищення кремнію від домішки бору. Даний метод дозволяє провести очищення кремнію від бору у 4 рази. Питомий електроопір при видаленні бору збільшується у 5 разів.

2019. Розрахунковими та експериментальними методами розроблені шляхи підвищення якості формування електронного променю в електронно-оптичній системі гармати для зварювання у відкритому космосі.. Конструкція розробленої ручної електронно-променевої зварювальної гармати має потужність електронного променя 2,5 кВт при прискорюючій напрузі 10 кВ. Розроблений спосіб формування і транспортування електронних пучків в надвисокому вакуумі, який забезпечує їх питому потужність в місці зварювання до 12 кВт/мм².  Це дає можливість зварювання конструкційних матеріалів – алюмінієвих та титанових сплавів, а також нержавіючої сталі товщиною до 6 мм в умовах відкритого космосу.

Вперше розроблено спеціалізоване робоче місце космонавта – оператора-зварника для електронно-променевого зварювання. При розробці робочого місця оператора-зварника була мінімізована кількість шарнірів і забезпечений їх захист від впливу реголітів. Розроблені ескізний та робочий проекти  робочого місця космонавта, яке пристосовано для роботи з ручним інструментом для електронно-променевого зварювання та споріднених технологій на поверхні Місяця.

2020. Розроблене технічне завдання та проектно-конструкторська документація на дослідний зразок джерела живлення для електронно-променевого зварювання у відкритому космосі. По розробленій документації був виготовлений дослідний зразок джерела живлення для ручного електронно-променевого інструменту. Джерело живлення ручного електронно-променевого інструменту складається з вторинного джерела живлення та високовольтного джерела, до якого входять: джерело прискорюючій напруги (високовольтний трансформатор з випрямлячем); блок напруження з випрямлячем; блок бомбардування; модулятор для керування струмом пучка. Обладнання забезпечене також системою керування технологічними процесами. З застосуванням  дослідного зразка джерела живлення були проведені експерименти по електронно-променевому зварюванню алюмінієвого сплаву АМГ-6, товщиною до 6 мм. Інверторне джерело живлення дозволяє  виконувати всі умови роботи тріодної системи електронно-променевої гармати в умовах відкритого космосу.

За допомогою створеного дослідного зразка автоматизованого комплексу обладнання будуть проведені наземні експерименти по електронно-променевому зварюванню з урахуванням фізичних умов на поверхні Місяця. Результати роботи в подальшому будуть використані при створенні штатного обладнання для будівництва та експлуатації довготривалих Місячних баз. Результати, які  будуть одержані при виконанні даного проекту, потенційно можуть бути використані при будівництві та  експлуатації постійно діючих споруд і обладнання на поверхні  Місяця, в т.ч.  в   рамках програми “Артеміда”, а також при виконанні робіт згідно проекту  «Місячного села».

Розробка обладнання і принципової технології  3D принтінгу титанових, алюмінієвих та інтерметалідних сплавів в умовах космічного вакууму. В рамках цієї роботи будуть  проведені теоретичні і експериментальні дослідження по проведенню модернізації спеціалізованого обладнання – електронно-променевої гармати та маніпулятора. По результатах досліджень  буде  розроблена  технічна документація,  за допомогою якої виготовленні модернізовані катодні та анодні вузли електронно-променевої гармати ПЛ-104 та маніпулятор нового покоління.  Для виконання експериментів по  3D принтінгу будуть розроблені фокусуюча та відхиляюча системи, а також проведенні  наземні випробування модернізованої  гармати та маніпулятора нового покоління. В результаті буде проведена  модернізації електронно-променевої гармати ПЛ-10 та створений спеціалізований маніпулятор для проведення робіт по 3D принтингу. Розроблена  і відпрацьована принципова технологія електронно-променевого3D принтингу титанових, алюмінієвих та інтерметалідних сплавів; яка дозволить проводити ремонтно-відновлювальні роботи  в космічних умовах, а також побудову трубопроводів і оболонкових конструкцій на поверхні Місяця.

Створення наукових підходів та технологічних основи процесу індукційної безтигельної  зонної плавки (ІБЗП) інтерметалідного сплаву системи TiAl, яка дозволить  забезпечити оптимальну структуру зливку без застосування газостатичної ізотермічної обробки (ГІП) для його подальшого використання в промисловості. В результаті відпрацювання процесу спрямованної кристалізації інтерметаліду  системи TiAl  буде створений матеріал з підвищеною  низькотемпературною пластичністю, який здатний працювати під навантаженням при високих температурах експлуатації, а його низька щільність дозволить значно заощадити вагу виробів, що є дуже важливим аргументом при створенні аерокосмічної техніки

• Дослідження і розробка спеціалізованої апаратури і електронно-променевих технологічних процесів для виконання монтажних і ремонтних робіт в умовах високого вакууму, перепаду температур і зниженої гравітації. Державний реєстраційний номер роботи 0115U00 2019-2021рр.
• Дослідження і вдосконалення електронно-променевих технологічних процесів для космічних умов і розробка нового покоління апаратури для їх реалізації. Державний реєстраційний номер роботи 0117U001263. 2017-2021рр.
• Розробка обладнання та технології електронно-променевого зварювання для виконання монтажних і ремонтно-відновлювальних робіт на поверхні Місяця при будівництві та експлуатації довготривалих місячних баз. Державний реєстраційний номер роботи 0118U 2018-2022рр.

 Колектив відділу «Космічні технології» має багаторічний досвід по створенню обладнання для зварювання  у відкритому космосі, експлуатація якого на орбіті показала його високу надійність і працездатність. У 1984 році льотчиками-космонавтами С. Савицькою і В. Джанібековим вперше в світі у відкритому космосі були проведені експерименти по зварюванню, різанню, паянню й нанесенню покриттів з використанням створеного авторами проекту   універсального  електронно-променевого  ручного інструменту   (УРІ). За допомогою вдосконаленого УРІ була проведена пайка вузлів фермових конструкцій агрегату для розкриття та розгортання сонячних батарей багаторазового використання орбітальної станції «Мир».

З використанням апаратури і технології, розробленої в ІЕЗ ім. Є.О. Патона на МКС був  проведений експеримент «Реставрація», в рамках якого була відпрацьована технологія і техніка ремонту зовнішньої поверхні МКС шляхом нанесення на деградовану поверхню плівки, яка має  тепловідображаючє покриття  з алюмінію, що дозволило зберегти тепловий режим станції.

1. Lobanov L.M., Asnis E.А., Ternovy Ye.G., Zubchenko Yu.V., Statkevich I.I., Volkov V.S., Glushak S.A. Some Issues of Repairing Manned Space Vehicles in Outer Space Using Electron Beam Welding. Solid State Phenomena Submitted: 2020-07-07 ISSN: 1662-9779, Vol. 315, pp 101-105
2. Paton, B. E., Lobanov, L. M.,  Naidich, Yu, Asnis E.А., Ternovy Ye.G. and etc «New electron beam gun for welding in space» в журналі . Science and technology of welding and joining. Volume 24, Issue  -2019, яка отримала позитивні відгуки від міжнародних фахівців, що працюють в рамках програми NASA.
3. Ю.А. Асніс, В.Ф. Демченко, О.П. Федоров, Математичне моделювання гідродинамічних та теплових процесів при вирощуванні кристалів із розплаву. Современная электрометаллургия, №2, 2015г., с. 42-50
4. Б.Є.Патон, Л.М. Лобанов, Ю.А. Асніс, Є.Г. Терновий, Ю.В. Зубченко. Обладнання і технологія для електронно-променевого зварювання в космосі. Космічна наука і технологія, 2017.- том 23, № 4(107) с.27-32
5. Е.Г. Терновой, Ю. В.Зубченко. Разработка новых эмиссионных систем электронно-лучевых пушек для технологических работ в условиях космоса. Автоматическая Сварка, №12, 2015, с.36 – 40
6. Е. А. Аснис, Е.Г. Терновой, Е А Великоиваненко, А. С. Миленин, Г. Ф. Розынка. Напряженно-деформированное состояние сварных соединений из алюминиевых сплавов в условиях, имитирующих открытый космос. Автоматическая сварка, №1, 2018, с. 29-32
7. V. Kartavykh, E.A.Asnis, N.V. Piskun, I.I. Statkevich, M.V. Gorshenkov. Microstructure and mechanical properties control of c-TiAl(Nb,Cr,Zr) intermetallic alloy by induction float zone processing. Journal of Alloy and Compounds. 2015. 643. P. 182-166.
8. V. Kartavykh, E.A.Asnis, N.V. Piskun, I.I. Statkevich, M.V. Gorshenkov, A.V. Korotitskiy. A promising microstructure/deformability adjustment of β-stabilized γ-TiAl intermetallics. Journal Materials Letters.  2016. 162.  P. 180–184.
9. V. Kartavykh, E.A.Asnis, N.V. Piskun, I.I. Statkevich, M.V. Gorshenkov, A.V. Korotitskiy. Room-temperature tensile properties of float-zone processed β-stabilized γ-TiAl(Nb,Cr,Zr) intermetallic.Journal Materials Letters. 2017. 188. P. 88–9.
10. V. Kartavykh, E.A.Asnis, N.V. Piskun, I.I. Statkevich, A.A. Stepashkin, M.V. Gorshenkov, T.K. Akopyan. Complementary thermodynamic and dilatometric assessment of phase transformation pathway in new β-stabilized TiAl intermetallics. Journal Materials Letters. 2017. 189. P. 217–220.
11. M. Lobanov, E. A. Asnis, N. V. Piskun,É. L. Vrzhizhevskii, O. L. Mikhodui, and I. I. Statkevich. STRUCTURE, MECHANICAL PROPERTIES, AND STRESSED STATE OF WELD JOINTS OF THE TiAl(Nb,Cr,Zr)INTERMETALLICSYSTEM. Journal of Strength of Materials. 2020. Vol. 52. No.2.– Р. 199-204.
12. L.Vrzhyzhevskyi, N.V. Piskun, T.G.Taranova, S. V.Akhonin, I.I.Statkevich, I.L.Bogajchuk, C.O. Zvorykin. Prevention of gold cracks formation during electron-beam welding of alloy based on TiAl system intermetallic compound// Технологические системы. 2019. №1(86). p.43-49.
13. A. Velikoivanenko, A.S .Milenin, G.F. Rozynka, E. L.Vrzhyzhevskyi, N. V Piskun,  T.G. Taranova, C. O. Zvorykin, V. C. Zvorykin. Forecasting of inclination of welded joints of titan γ-aluminide based alloy towards  cold cracking under electron beam welding. Технологические системи. 2019. №3. С.59 – 66 .
14. України О.Р. Гохман, Ю.А. Асніс, Н.В. Пискун, І.І. Статкевич, О.А. Великоіваненко, Г.Ф. Розинка, О.С. Міленін, В.М. Бабич. Дослідження впливу режимів електронно-променевої безтигельної зонної плавки металургійного кремнію на рафінування та структуроутворення зливків. Фізика і хімія твердого тіла. Том 18. №2. С.228-234.
15. Е.А. Аснис, Н.В. Пискун, МИ.И. Статкевич, Е.А. Великоиваненко, Г.Ф. Розынка, А.С. Миленин, И.Л. Богайчук, В.Э. Филатов. Регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой. Доповіді Национальної академії наук Україні. №6. С. 36-44.
16. Л.М. Лобанов, Е.А. Аснис, Н.В. Пискун, И.И. Статкевич.Улучшение структуры и механических характеристик конструкционных интерметаллидов системы титан-алюминий при направленной кристаллизации. Доповіді Национальної академії наук Україні. №12. С. 51-60.
17. L.M. Lobanov, E.A. Asnis, N.V. Piskun, E.L. Vrzhizhevsky, A.S. Milenin and E.A. Velikoivanenko. Investigation of stress-strain state of welded joints of the system TiAl intermetallics. The Paton Welding Journal. 2019. №11. Р.8-11.
18. Н.В. Піскун, Ю.В. Фальченко, Л.В. Петрушинець, А.І. Устінов, Т.В. Мельніченко, І.І. Статкевич. Формування структури та механічних властивостей з`єднань з інтерметалідного сплаву TiAlNb при дифузійному зварюванні. Автоматичне зварювання. № 2. С.3-10.
19. Л.М. Лобанов, Ю.А. Асніс, Н.В. Піскун, І.І. Статкевич. Вдосконалення механічних властивостей β -стабілізованих інтерметалідів системи TiAl  методом зонної перекристалізації. Доповіді Национальної академії наук України . №8. С. 52-56.
20. Л.М. Лобанов, Ю.А. Асніс, Н.В. Піскун, І.І. Статкевич. Високотемпературні механічні характеристики β-стабілізованого  інтерметалідного сплаву системи TiAl після індукційної зонної плавки. Сучасна електрометалургія. № 2. С. 11-15.
21. Л.М. Лобанов, Ю.А. Асніс, Н.В. Піскун, Е. Л. Вржижевський, Л.М. Радченко. Вплив локальної термообробки на механічні властивості зварних з’єднань інтерметаліду системи TiAl, одержаного методом електронно-променевого зварювання. Автоматичне зварювання. № 9. С.36-41.

Патенти

1. Патон Б.Є., Лобанов Л.М., Асніс Ю. А., Терновий Є.Г., Зубченко Ю.В.

Пристрій для ручного  електронно-променевого зварювання і споріднених технологій у відкритому космосі. Патент на  винахід № 118896, 25.03.2019р., Бюл.№ 6.

2. Лобанов Л.М., Асніс Ю. А., Терновий Є.Г., Зубченко Ю.В., Перепеченко Б.І., Харківська Т.М.,  Шулим В.Ф., Статкевич І.І..,  Глушак С.О.

Спосіб забезпечення високого робочого вакууму в електронно-променвій гарматі та пристрій для здійснення зварювання і споріднених технологій у відкритому космосі. Патент на  винахід № 121773, 27.07.2020р., Бюл.№ 14.

3. Терновий Є.Г., Зубченко Ю.В., Матвійчук В.А., Лікаренко Т.О., Глушак С.О. Спосіб формування електронного пучка електронно-променевої гармати для зварювання та споріднених технологій в умовах відкритого космосу. Патент на  винахід № 117397, 07.2018р., Бюл.№ 14.
4. Асніс Ю.А.,Булацев О.Р., Крюков Лиходід Л.О. Пристрій для наклеювання плівкових покриттів для ремонтно-відновлювальних робіт на поверхні космічних об’єктів у відкритому космосі. Патент на корисну модель № 137492, 10.2019р., Бюл.№ 20