За 5 лет космонавты преодолели путь, равный экватору Земли, на парящем в невесомости тренажере

Беговая дорожка для международной космической станции (МКС) или тренажерный комплекс БД-2 — первая подобная российская разработка. Она заменила американский аналог на борту российского сегмента МКС. 

Ключевой особенностью тренажера стала уникальная система виброзащиты, созданная в Самарском университете. Она успешно отработала 4 000 часов в космосе и превзошла назначенный техническим заданием ресурс (3 500 часов). Учитывая среднюю скорость бега во время тренировки на орбите, получается, что за 5 лет российские космонавты на беговой дорожке МКС преодолели путь равный экватору Земли*. 

Комплекс БД-2 стал результатом тесной кооперации Самарского университета с РКК "Энергия" и Институтом медико-биологических проблем РАН. При проектировании беговой дорожки был использован многолетний опыт вуза в создании систем защиты аппаратуры авиационной и ракетно-космической техники от динамических и виброакустических нагрузок.

Перед коллективом Самарского университета стояла задача создать систему виброзащиты, способную амортизировать огромные динамические нагрузки, возникающие во время бега космонавта на тренажере — около 200-250 кг. Они могут вызывать опасные низкочастотные колебания конструкций МКС, способные их разрушить.

Инженеры и ученые вуза решили эту задачу используя собственную разработку — уникальный демпфирующий материал МР (металлическая резина)**. Кроме того, было использовано нестандартное конструкторское решение. Вместо того чтобы жестко прикрепить тренажер и пытаться обеспечить его стабильное положение с помощью электромеханических устройств, они позволили ему парить в невесомости, соединив комплекс с бортом МКС только слабыми механическими связями — четырьмя низкочастотными (0,2 Гц) виброизоляторами из МР. В результате соударения тренажера с конструкциями станции не происходит, и передаваемая нагрузка падает в 80 раз, составляя всего 3 кг. 

Учитывая безупречное техническое состояние систем тренажерного комплекса БД-2, его ресурс был увеличен и принято решение о продолжении эксплуатации на борту МКС.

Комментарии

Олег Артемьев, космонавт, Герой России, участник двух космических экспедиций на МКС, провел в космосе свыше 365 дней

"Занятия на различных тренажерах, на беговой дорожке — обязательное условие при работе на МКС. Причем нормы и нагрузки для космонавтов просчитаны медиками на Земле, поэтому никакой самодеятельности — мы бежим в соответствии с заранее составленной программой. Сначала делается разминка в активном режиме, потом я выбираю одну из четырех программ (циклограмм), и бегу, интервально актив-пассив, чтобы не было большой нагрузки на колени. Находясь на МКС, которая летит с приблизительной скоростью 8 километров в секунду, я понимаю, что за 40 минут "пробегаю" расстояние равное половине Земного шара — и это завораживает".

Данила Давыдов,  заместитель главного конструктора отраслевой научно-исследовательской лаборатории (ОНИЛ-1) Самарского университета 

"Конструкция дорожки обеспечивает ей все шесть степеней свободы, это значит, что в определенных пределах тренажер может перемещаться по трем линейным осям — вперед/назад, вправо/влево, вверх/вниз, а также совершать угловые движения: крен, тангаж и рысканье. Тренажер висит в невесомости сам по себе, а наша система его чуть-чуть придерживает. Во время тренировок космонавтов он колеблется слегка, но от станции фактически отделен.

***

Все изделия ракетно-космической техники проходят наземные испытания, завершающий этап — это испытания на надежность. Их объем просто огромный, так как эта характеристика одна из ключевых, а испытание на ресурс составляет значительную часть этих проверок. На стендах нашей лаборатории мы имитировали нагрузки, которым наша система виброизоляции будет подвергаться в космосе. Проведенные испытания подтвердили ресурс — 3500 часов. Это значит, что в течение этого времени система должна работать без сбоев, поломок и простоев. Однако стендовые и наземные испытания — это одно, а космос — другое. По-настоящему рассудить может только эксплуатация. И то, что назначенный ресурс мы полностью подтвердили эксплуатацией, даже с превышением на 500 часов, говорит об очень высокой надежности системы".

Никита Химорода, главный специалист Института медико-биологических проблем РАН (ГНЦ РФ-ИМБП РАН) — головного разработчика отечественного тренажера

"БД-2 — первый в истории российский тренажерный комплекс. До этого в российском сегменте МКС использовались американские тренажеры, использующие электромеханические системы гашения вибрации. Виброзащита российского тренажера спроектирована совершенно иначе. Она базируется на принципах механики и благодаря этому по своим характеристикам значительно превосходит зарубежную.

Основное отличие в том, что система виброизоляции, созданная в Самарском университете, пассивная (энергонезависимая). Ее функционирование не требует энергии, а это неоценимо для МКС, где нет никакого источника энергии кроме солнечных батарей. Ежедневно все космонавты тренируются на бегущей дорожке БД-2 на борту космической станции по 40-45 минут в день. А за месяц до спуска на Землю начинается усиленный режим по две тренировки в день. Не менее важно, что эта система виброзащиты простая и надежная. Это подтверждается фактами — она с лихвой отработала назначенный ресурс".

Для справки

* - На разных этапах тренировки космонавт развивает на беговой дорожке скорость от 7 до 14 км/час. 

** - Металлическая резина (материал МР) — уникальный демпфирующий материал, разработанный и производимый в лабораториях Самарского университета. Материал МР обладает полезными свойствами резины и способен, вместе с тем противостоять агрессивным средам, высоким и низким температурам, а также другим неблагоприятными внешним воздействиям. Секрет заключается в особой технологии плетения и прессования спиральных металлических нитей разного диаметра.

Полученные таким способом демпферы на основе материала МР существенно превосходят (в частности, по надёжности) известные в России и за рубежом аналоги, они традиционно используются в производстве отечественной космической и авиационной техники, а также в современных наземных и морских транспортных системах.

Изделия же из материала МР, благодаря цельнометаллической структуре, спокойно выдерживают температуры до 400 °С, а также имеют высокие ресурсные показатели, поскольку процессы разрушения в них развиваются сравнительно медленно. Ещё одной интересной особенностью металлического аналога резины является то, что при разрушении прессованных нитей спирали внутри виброизолятора его демпфирующие свойства усиливаются. Например, гарантия качества на виброизоляторы из МР для локомотивов даётся на 25 лет, а для космической техники — на 15 лет.