Сварка космической станции-сферы без выхода в открытый космос

"Сдвигают пластину вбок через вакуумные прокладки" - это жесть

Fakir> "Сдвигают пластину вбок через вакуумные прокладки" - это жесть

На самом деле это всего лишь такая разновидность подшипника скольжения. Вот ролик про них:

Трущиеся поверхности, то есть треугольники и прокладки имеют низкий коэффициент трения. Для этого на них можно нанести соответствующее покрытие. В зазор между поверхностями, под давлением подаётся масло, и сдвиг происходит как по маслу.

Пойдёт?

Fakir> "Сдвигают пластину вбок через вакуумные прокладки" - это жесть

Есть ещё

Вариант с разгерметизацией

То есть:
1) манипулятором, который осуществляет сварку трением - захватываем сваренные треугольники, которые надо выдвинуть;
2) из модуля откачивается воздух;
3) ослабляются все прокладки, вплоть до полного раздвигания частей модуля, если это необходимо;
4) манипулятор сдвигает конструкцию из сваренных треугольников в новое положение;
5) части модуля сдвигаются обратно; прокладки вновь затягиваются;
6) модуль наполняется воздухом.

Но это как-то долго и геморойно, время надо тратить на откачку воздуха. Если бы мне поручили сборку Сферы, я бы просто сдвигал треугольники без разгерметизации.

Но вариант с разгерметизацией может пригодиться в случае если потребуется выдвигать наружу негабаритные сегменты. Например, сегменты с люками или с иллюминаторами, которые не пролезут через уплотнители. Но таких сегментов единицы.

Кенгуру> Пойдёт?

Нет.

Начнём с банального. С жёсткости конструкции.
Балка на одной стороне не даёт надёжного соединения, без применения весьма тяжеленных конструкций.

Кроме того - хотите улучшить качество сварки - надо куда то подевать кислород и азот.


В общем, чтобы сварить такую сферу, надо три манипулятора, аналогичных тем, что устанавливали на Шаттлах и стоит на МКС.
2- для работы с сегментами и 1 - для перемещения сварочного автомата.Обыкновенная электронно-лучевая сварка.

Сегменты, при этом, лучше двояко выпуклой кривизны. Такие применяются для изготовления шаровых резервуаров.

Кенгуру>> Пойдёт?
Бяка> Нет.
Бяка> Начнём с банального. С жёсткости конструкции.
Бяка> Балка на одной стороне не даёт надёжного соединения, без применения весьма тяжеленных конструкций.

Ну и что, что тяжёлых? МКС - 500 тонн весит. Там всё тяжёлое. Привыкайте.

Бяка> Кроме того - хотите улучшить качество сварки - надо куда то подевать кислород и азот.

В ролике сварка трением происходит в обычной атмосфере. "Улучшить качество" - это не конкретно. Если есть конкретные цифры - давайте обсудим насколько это нужно.

Бяка> В общем, чтобы сварить такую сферу, надо три манипулятора, аналогичных тем, что устанавливали на Шаттлах и стоит на МКС.
Бяка> 2- для работы с сегментами

В чём именно заключается "работа с сегментами"? Уложить их на стапель космонавты могут и без манипуляторов.

Бяка> Обыкновенная электронно-лучевая сварка.

Для неё вроде нужен вакуум? Внутри станции удобнее сваривать в атмосфере.

Бяка> Сегменты, при этом, лучше двояко выпуклой кривизны. Такие применяются для изготовления шаровых резервуаров.

Можно ролик или картинку как это выглядит?

Кенгуру> Трущиеся поверхности, то есть треугольники и прокладки имеют низкий коэффициент трения. Для этого на них можно нанести соответствующее покрытие. В зазор между поверхностями, под давлением подаётся масло, и сдвиг происходит как по маслу.

...и масло выдувает нахрен в открытый космос
Маслице должно быть в идеале с совершенно дикой смачиваемостью - чтобы не выдуло к известной матери - да к тому же еще и почти не испаряющимся (аналогично вакуумным маслам), иначе см. выше. Совершенно не уверен, что такое вообще в природе бывает. Ах, да, оно еще должно быть невязким во всех смыслах, иначе от него толку нет Блин, но почему тогда его не выдувает к той самой матери?!

Кенгуру>> Трущиеся поверхности, то есть треугольники и прокладки имеют низкий коэффициент трения. Для этого на них можно нанести соответствующее покрытие. В зазор между поверхностями, под давлением подаётся масло, и сдвиг происходит как по маслу.
Fakir> ...и масло выдувает нахрен в открытый космос

Да. Также как у автомобиля тратится масло, также и здесь. Оно для того и нужно, чтобы обеспечить беспроблемное выдвигание наружу очередного треугольника. Вес затрачиваемого масла по сравнению с весом треугольника - это от силы несколько процентов, так, что на общей стоимости расход масла почти никак не скажется.

Кенгуру> Для неё вроде нужен вакуум? Внутри станции удобнее сваривать в атмосфере.
Простите, но я как инженер-технолог скажу: атмосфера - главный враг сварщика. Сварищики, если техника позволяет, охотно в скафандр лезут, лишь бы металл не загрязнялся кислородом и водородом (вода). Азот не так страшен.
А с точки зрения экономии - в космосе вакуум высочайшего качества дешевле, чем любая атмосфера.

Кенгуру>> Для неё вроде нужен вакуум? Внутри станции удобнее сваривать в атмосфере.
Zenitchik> Простите, но я как инженер-технолог скажу: атмосфера - главный враг сварщика. Сварищики, если техника позволяет, охотно в скафандр лезут, лишь бы металл не загрязнялся кислородом и водородом (вода). Азот не так страшен.
Zenitchik> А с точки зрения экономии - в космосе вакуум высочайшего качества дешевле, чем любая атмосфера.

Ещё во время Великой отечественной при попадании снаряда в сварочный шов танка Т-34, рвался не шов, а материал около шва. Потому, что прочность шва была выше.

Вот я и говорю - считаете, что обязательно нужен вакуум - обоснуйте. Докажите.

Минус вакуума в том, что на откачку воздуха из модуля тратится время и энергия. Бессмысленное затягивание проекта никому не нужно.

Кенгуру> Ну и что, что тяжёлых? МКС - 500 тонн весит. Там всё тяжёлое. Привыкайте.

Раз на вес наплевать, то проще вывести сферу на орбиту, собрав на земле.

Бяка>> Кроме того - хотите улучшить качество сварки - надо куда то подевать кислород и азот.
Кенгуру> В ролике сварка трением происходит в обычной атмосфере.

Сварка трением не применяется на больших конструкциях. Невозможно.


Кенгуру> В чём именно заключается "работа с сегментами"? Уложить их на стапель космонавты могут и без манипуляторов.
В перемещении и позиционировании.
Космонавты вовсе не атланты, чтобы точно позиционировать такие тяжёлые конструкции. Силы инерции никуда не деваются в невесомости.
И задача была - без выхода космонавтов в открытый космос.

Бяка>> Обыкновенная электронно-лучевая сварка.
Кенгуру> Для неё вроде нужен вакуум? Внутри станции удобнее сваривать в атмосфере.
Нужен. Внутри станции сваривать хуже.


Кенгуру> Можно ролик или картинку как это выглядит?
Шаровые резервуары? Или их монтаж?
Или Вы не знаете, что такое двояковыпуклая кривизна?

Кенгуру> Ещё во время Великой отечественной при попадании снаряда в сварочный шов танка Т-34, рвался не шов, а материал около шва. Потому, что прочность шва была выше.
Качество металла шва может быть как выше, так и ниже, чем качество свариваемых поверхностей. Задача в другом - в создани равнопрочной поверхности. Технологи, тогда, на Т-34, с этой задачей не справились. Околосварочная зона оказалась ослабленой.

Кенгуру> Вот я и говорю - считаете, что обязательно нужен вакуум - обоснуйте. Докажите.

Гляньте в любой правочник сварщика и поглядите, от чего надо защищать свариваемые металлы.
Ответ один - от существующей атмосферы. Азот в ней - наиболее безобидный элемент. Но и он - дикий "Яд", для кучи металов и сплавов.

Вакуум - наилучшее из условий, для сварки. Никаких реакций с атимосферой.

Кенгуру> Минус вакуума в том, что на откачку воздуха из модуля тратится время и энергия.

Модуль совсем не нужен.
Привези сегменты и собирай сферу манипуляторами, прямо в открытом космосе.

Кенгуру>> Ну и что, что тяжёлых? МКС - 500 тонн весит. Там всё тяжёлое. Привыкайте.
Бяка> Раз на вес наплевать, то проще вывести сферу на орбиту, собрав на земле.

Я не хочу обсуждать тему создания ракеты с головным обтекателем в сорок метров в диаметре. Это без меня, пожалуйста. И лучше в другой теме.

Бяка> Бяка>> Кроме того - хотите улучшить качество сварки - надо куда то подевать кислород и азот.
Кенгуру>> В ролике сварка трением происходит в обычной атмосфере.
Бяка> Сварка трением не применяется на больших конструкциях. Невозможно.

Применяется. Ангара сваривается трением. Вот, почитайте на досуге:

Кенгуру>> В чём именно заключается "работа с сегментами"? Уложить их на стапель космонавты могут и без манипуляторов.
Бяка> В перемещении и позиционировании.
Бяка> Космонавты вовсе не атланты, чтобы точно позиционировать такие тяжёлые конструкции. Силы инерции никуда не деваются в невесомости.

Может быть вы сначала поинтересуетесь сколько весят треугольники, а уже потом решите можно их перетащить без манипулятора или нельзя?

Бяка> И задача была - без выхода космонавтов в открытый космос.

Никто и не собирается туда выходить.

Бяка> Бяка>> Обыкновенная электронно-лучевая сварка.
Кенгуру>> Для неё вроде нужен вакуум? Внутри станции удобнее сваривать в атмосфере.
Бяка> Нужен. Внутри станции сваривать хуже.

Параметров не один, а много. По такому параметру как прочности шва - её должно быть достаточно. Нам не нужен самый лучший в мире шов. А по такому параметру как удобство космонавтов - в воздухе сваривать значительно удобнее. А именно от космонавтов зависит то, как быстро будет сварена Сфера.

Кенгуру>> Можно ролик или картинку как это выглядит?
Бяка> Шаровые резервуары? Или их монтаж?
Бяка> Или Вы не знаете, что такое двояковыпуклая кривизна?

Кенгуру - смелое. Не боится признаваться, что чего-то не знает.

Бяка> Технологи, тогда, на Т-34, с этой задачей не справились. Околосварочная зона оказалась ослабленой.

Потому, что в процессе сварки из неё выгорали нужные вещества. А в материале шва эти вещества были с избытком, чтобы учитывать, что их часть выгорит.

Бяка> Модуль совсем не нужен.
Бяка> Привези сегменты и собирай сферу манипуляторами, прямо в открытом космосе.

Так спроектируйте такие манипуляторы, тогда и обсудим. Те, которые на МКС, для этого не предназначены.

Кенгуру> Потому, что в процессе сварки из неё выгорали нужные вещества. А в материале шва эти вещества были с избытком, чтобы учитывать, что их часть выгорит.

Совсем не так. Дело в том, что каждая точка зоны термического влияния подвергается своей собственной кривой температуры. Это всё равно что термообработка. Собственно, в некоторых случаях после сварки термообработку назначают, для устранения подобных эффектов.
Разрыв по зоне термического влияния - это совсем не новость, и за характеристики ЗТВ тоже отвечает сварщик (т.е. технолог сварочного производства, конечно).

Вакуум. Обосновываю:
Необходима защита сварочной ванны от кислорода. Существует три варианта это сделать:
1. Создание вокруг сварочной ванны защитной атмосферы (обычно аргон);
2. Использование флюса, который плавится и покрывает сварочную ванну слоем шлака (обмазка плавящегося электрода или насыпанный на стык слой флюса);
3. Вакуум.
Использовать флюс в невесомости трудно. Значит остаются два варианта: защитный газ или вакуум.
Вакуум в космосе дешевле, чем любой газ.

>Минус вакуума в том, что на откачку воздуха из модуля тратится время и энергия. Бессмысленное затягивание проекта никому не нужно.

Плюс вакуума - он существует в отсеке до его заполнения воздухом.
Если Вам интересно, каким образом защищали от кислорода сварочную ванну при сварке Т-34, я готов ответить: применялась сварка под флюсом и сварка покрытым электродом.

Zenitchik> Необходима защита сварочной ванны от кислорода. Существует три варианта это сделать:

В ролике выше, при сварке трением, вращающаяся головка так сильно прижата к свариваемым сегментам, что металл из под неё выдавливается. Понятно, что никакого воздуха там нет.

Zenitchik> Плюс вакуума - он существует в отсеке до его заполнения воздухом.

Вообще-то отсеки ещё на Земле заполняются воздухом. Собрать всю Сферу можно без разгерметизации.

За исключением негабаритных треугольников. Из них два с иллюминаторами, через которые Сфера будет освещаться солнечным светом направленным через зеркало; и от двух и более с люками. Всего от четырёх. Если можно сделать люки и иллюминаторы достаточно плоскими, чтобы пролезли через уплотнители, то можно собрать и вообще без разгерметизации.

Ну, если трение с перемешиванием, то почему бы и нет. Это процесс новый и я лично с ним дела не имел. Если пересекусь со своим товарищем, который писал на диплом НИР по этому способу сварки, то спрошу, но честно говоря, вряд ли.

Кенгуру> Тут мне давно нужна помощь специалиста по космическому материаловедению, который бы помог выбрать материал для Сферы, сказал бы какой у него предел прочности, и подсказал бы какой выбрать запас прочности. От запаса прочности зависит размер Сферы. Например, для данных по-умолчанию, если запас - 5, то Сфера будет в 20 метров в диаметре, а если запас - 1.5, то 40 метров в диаметре. При запусках всех треугольников одними и теми же двумя Протонами.

Запас прочности - по меньшей мере трёхкратный. Это просто закон природы. У всего, от чего зависит жизнь человека, - даже у малярного помоста - должен быть трёхкратный запас прочности. В некоторых особо ответственных конструкциях вводят 5-6-кратный запас.

Относительно материалов, мне трудно судить. Я лично любою алюминий-литиевые сплавы. У них наибольшая удельная прочность. Но вообще, их не любят за едкий литий на поверхности. Так или иначе, я высказываюсь за сплавы

и

Как говорится, на выбор.

Хорошо бы, чтобы высказался кто-нибудь знакомый с титановыми сплавами.

Zenitchik> Запас прочности - по меньшей мере трёхкратный. Это просто закон природы. У всего, от чего зависит жизнь человека, - даже у малярного помоста - должен быть трёхкратный запас прочности. В некоторых особо ответственных конструкциях вводят 5-6-кратный запас.

По памяти, нам на сопроматной части введения в МСС говорили о стандартно 5-кратном (если речь не об авиационной, космической и ракетной технике - где иногда можно и за пределом упругости работать), а в строительстве и пр. иногда до 8-10.
Строители еще любили в советские времена оперировать "коэффициентом самостраховки" порядка двойки, иногда называя его ЯХСС - "я хочу спать спокойно"

Fakir>> ...и масло выдувает нахрен в открытый космос
Кенгуру> Да. Также как у автомобиля тратится масло, также и здесь.

Потери несравнимы. Под таким перепадом давлений масло должно очень нехило лететь, серьёзной такой струёй.
Собственно вы можете даже поупражняться в физике - задаться разумным коэффициентом вязкости, и посчитать параметры такого вытекания для размера стального листа и правдоподобной величины масляного зазора, и оценить скорость вытекания и расход. Формулу для плоского течения выведете по аналогии с формулой Пуазейля - только не для цилиндрической трубы, а для широкой плоской.

Кенгуру> Оно для того и нужно, чтобы обеспечить беспроблемное выдвигание наружу очередного треугольника.

Беспроблемность сомнительна, даже если наплевать на расход масла Кстати, и потери воздуха неизбежны. Вакуумплотное соединение вообще не такая простая штука.
Вообще задачка выдвигания ну оооочень нетривиальна Потому как с одной стороны уплотнение должно быть достаточно эластичным, чтобы обеспечивать герметичность, с другой - его не должно давлением "выворачивать наружу". Что влечёт за собой как минимум большую толщину (резиновые вакуумные шланги видели? толстенные такие, в руку, при просвете диаметров в сантиметр), т.е. увеличивают трение. И прижимать придётся, и давлением на каких-то участках будет сжимать дополнительно... не, эт тот еще мрак. Даже с вазелином со смазкой


Но самое главное - что предложено решать весьма сомнительным способом неактуальную задачу.

Мало того что, как справедливо указали, для сварки глупо не использовать даровой высокий вакуум - на земле за него люди платить готовы, лишь бы электронным пучком варить, а ведь получение приличного вакуума в значительных объёмах не халява. Зачем тут ручная работа в атмосфере - непонятно совершенно. Никаких плюсов помимо минусов не видно, + куча геморроя.

И сама сферическая большая конструкция тоже непонятно кому и зачем нужна хоть когда-нибудь, а тем более в обозримом будущем. Для станции с центробежной тяжестью - форма неоптимальная.

Zenitchik>> Запас прочности - по меньшей мере трёхкратный...
Fakir> Строители еще любили в советские времена оперировать "коэффициентом самостраховки" порядка двойки, иногда называя его ЯХСС - "я хочу спать спокойно"

Емнип, для РКТ 1,5 вполне себе норма =) Но и цена соответствующая.
На самом деле можно/нужно оценить какие именно проблемы грозят конструкции и отсюда плясать.
От повреждения силовой оболочки массивным медленным объектом изнутри вполне себе поможет метр многослойной композитной/пористой изоляции. Она же тепло придержит. Впрочем - от умеренно тяжелого объекта. Просто у защитного слоя будет определенный предел гасимых энергии и импульса, а так же ограничение на нагрузку на мидель "атакующего" объекта.
Снаружи от высокоскоростных частиц нужно делать что-то посложнее, тут моя мысль пасует.
Сосредоточенных ощутимых нагрузок данная конструкция испытывать не должна, так что делать её жесткой нет никакой необходимости - внутренним давлением вполне себе удержится форма.

Другое дело, что в уравнении для напряжения тонкостенной оболочки с двумя радиусами изгиба небольшое локальное изменение формы поверхности может привести (особенно при больших диаметрах) к ооочень сильному увеличению радиуса изгиба и, как следствие, росту напряжений. Посему допуск на отклонение формы (обеспечиваемый технологически) и коэффициент запаса должны достаточно жестко увязываться друг с другом.

Вообще, такой вот глобус наоборот с искусственной экосистемой представляет собой очень интересную задачку с точки зрения и прочности, и энергетического/теплового баланса, и вообще есть чего посчитать. Кстати, сильную искусственную гравитацию нельзя создавать, по крайней мере в сфере со стенкой постоянной толщины - на экваторе напруги прибавится и просто от вращения, да и вся начинка начнет к экватору сползать со всеми вытекающими - так что подобную конструкцию исключительно по давлению наддува оценивать более чем легкомысленно.

Вообще, конечно, из способов сварки плавлением лучший вариант - электронный луч. А если в распоряжении вакуум высочайшего, недостижимого на Земле качества - грех этим не пользоваться.
Но сварка трением с перемешиванием тоже достойна рассмотрения.

>метр многослойной композитной/пористой изоляции
Может, пеноалюминий? Его можно варить во вспененном состоянии трением с перемешиванием.