Геннадий Блинов - Покорители земных недр
Вопрос: Каковы реальные достигнутые успехи мировой науки и техники по бурению в космосе?
Ответ: До недавнего времени метеориты были единственными внеземными горными породами, доступными изучению. Монополия метеоритов была нарушена в 1969 г. полетами на Луну американских астронавтов и в 1970 г. советских автоматических станций, доставивших на Землю образцы лунного грунта. Образцы лунных пород доставлены па Землю из восьми различных районов Луны! Астронавты «Аполлона-12» привезли с Луны фотографию открытого ствола скважины (пройденной грунтоносом) с четким изображением отверстия, свободного от обвалившейся породы. Такая же фотография скважины была получена телевизионными камерами «Луны-20».
По программе «Аполлон», основной целью которой была высадка человека на Луну, предусматривалось применение астронавтом грунтоносов и ручных электробуров. Электробуры, получившие в литературе сокращенное название ALSD — «бур для лунной поверхности по программе „Аполлон“», — и применяли астронавты при бурении скважин глубиной до 3 м. Работа электробура основана на принципе ударно-вращательного бурения.
В транспортном положении электробур находится в корабле в алюминиевом ящике. За исключением технологических новинок, главным образом в части применения новых и легких материалов, в конструктивном отношении такой электробур не имеет каких-либо особых новшеств.
Но первые образцы лунных горных пород — керны диаметром около 20 мм — были получены из-под поверхности Луны при полете «Аполлона-11» с помощью ручных трубчатых грунтоносов, которые забивались в грунт геологическим молотком. Глубина скважин не превышала 15 см.
Астронавты «Аполлона-12» и «Аполлона-14» пользовались улучшенными конструкциями грунтоносов и смогли с меньшими затратами усилий и времени разведать грунт и отобрать две пробы на глубину 35 см и одну пробу — на глубину 70 см. Вдавливание и вытаскивание такого грунтоноса осуществлялось простым нажимом руки с помощью рычажного приспособления.
Экипаж «Аполлона-15» использовал управляемый вручную луноход, на раме которого закреплялся электробур. Пробы горных пород отбирались бурением вдоль трассы движения лунохода по поверхности Луны. Этот луноход можно считать первой самоходной буровой установкой, испытанной человеком на другом космическом теле. Этой установкой был поднят керн уже с глубины 2,4 м. В последующих экспедициях американских астронавтов глубина скважин достигла 3 м.
Вопрос: А как можно охарактеризовать качество работы первых космических буровиков?
Ответ: В качественном отношении результаты бурения скважин были вполне удовлетворительными — выход керна достигал 47–61 %, хотя бурение выполнялось астронавтами — непрофессионалами в области бурения скважин.
Интересны ощущения и впечатления о процессе бурения первого космического буровика Э. Олдрина («Аполлон-11»).
«Технически самой трудной для меня задачей был забор проб лунного грунта, для чего было необходимо заглубить в грунт трубки пробоотборников. Мягкий порошкообразный грунт Луны обладает удивительной сопротивляемостью уже на глубине нескольких дюймов. Это ни в коем случае не означает, что он приобретает твердость каменной породы, однако на глубине 5–6 дюймов начинаешь ощущать его постоянное противодействие. Еще одна удивительная вещь заключается в том, что при всей своей сопротивляемости этот грунт настолько рыхлый, что он не удерживал трубку в вертикальном положении. Я с трудом погружал трубку в грунт, и все же она продолжала качаться из стороны в сторону…Когда я, наконец, взял пробу грунта, по тому, как он прилипал к поверхности трубки, казалось, что грунт имеет влажную консистенцию».
Рис. 39. Компоновка бурового узла станций «Луна-16» и «Луна-20». /, 2— положение поворотной штанги: 1 — при бурении, 2 — при загрузке керна в контейнер.
Но продолжим наше заочное интервью с В. Е. Копыловым.
Вопрос: Каковы отечественные достижения в области лунного бурения?
Ответ: В СССР первые космические станции с автоматическим буровым устройством на борту были запущены на Луну в сентябре 1970 г. и в феврале 1972 г. Цель этих запусков состояла в доставке на Землю образцов горных пород Луны с глубины 0,3–0,35 м без участия человека. Посадочная ступень содержала автоматический грунтозаборный механизм, ракету с возвращаемым аппаратом и контейнером для грунта и все необходимые устройства и узлы, обеспечивающие посадку, управление и связь с космическим аппаратом. (Общая компоновка узлов станции показана на рис. 39.)
Поворотная штанга-манипулятор с буровым устройством на конце служила одним из тех автоматических устройств, с помощью которого станок колонкового бурения станции переводился из транспортного положения в рабочее, а после окончания бурения — в первоначальное положение: колонковая труба с образцом горной породы помещалась в возвращаемую на Землю ступень. Конструкторами создана надежная автоматическая буровая установка, позволяющая с помощью колонкового бурения отбирать практически любые по твердости образцы (керны) горных пород Луны.
Все операции по выбору места для скважины, процессу бурения и отбору керна контролировались по телевизионному каналу. По стереоскопическим изображениям на ровном участке была выбрана точка бурения, не содержащая камней с поперечником более 1 см. От сигнала с Земли включились электродвигатели станка и началось бурение скважины. (Буровое устройство показано на рис. 40.)
Работа буровой установки «Луна-16» началась через час после посадки аппарата. Бурение выполнялось при весьма низких температурах лунной ночи — минус 120 °C. Средняя скорость бурения превысила расчетную и составила 6,1 см/мин. Доставленный на Землю образец лунного грунта сохранил расположение слоев горной породы в естественном залегании. Бурение станцией «Луна-20», в отличие от «Луны-16», выполнялось днем при температуре корпуса станка плюс 18 °C. Была пройдена скважина глубиной 34 см со скоростью бурения от 4,6 до 24,0 см/мин. И наконец, летом 1976 г. успешно завершился эксперимент «Луна-24», в результате которого в автоматическом варианте бурения получен керн с глубины 2 м.
Вопрос: В чем значение достижений космического бурения для наших земных забот?
Рис. 40. Автоматическое буровое устройство станций «Луна». 1 — корпус; 2 — вращатель; 3 — колонковая труба со шнеком; 4 — буровая коронка.
Ответ: Во-первых, в опыте создания специализированного бурового оборудования. Необычность условий (вакуум, сниженная гравитация и др.) заставили конструкторов выйти за рамки обычных представлений, сложившихся на Земле и сковывающих воображение исследователя и конструктора. Отказ от традиционных путей решения новых задач может оказаться полезным не только для лунного, но и для земного бурения, результативность технологии и совершенство техники которого в ближайшие десятилетия необходимо значительно повысить.
Во-вторых, жесткие ограничения весовых характеристик буровых станков заставили спроектировать хорошо продуманные, легкие и компактные конструкции. Было бы желательно, чтобы и в земных условиях при проектировании передвижных установок, используемых на отдаленных разведочных площадках, для конструкторов существовали не менее жесткие ограничения по массе этих установок.
В-третьих, ряд конструктивных решений буровых установок, предложенных в ходе работы над космическими проектами, применим и при бурении скважин на Земле, в том числе в условиях, когда промывочная жидкость недоступна или дорога (условия пустынь).
И наконец, успешное завершение весьма сложных экспериментов по бурению станциями «Луна-16, -24» показало всему миру не только высокое совершенство отечественной космической автоматики и телемеханики, но и достижения советской буровой техники.
Вопрос: Что наиболее характерно для будущей профессии космонавта-буровика?
О т в е т: Специфические условия исследований в космосе, малочисленность космических экипажей, множество одновременно решаемых задач при остром дефиците рабочего времени, большая физическая и психологическая нагрузка, испытываемая космонавтом, — все это заставляет по-новому подходить к процессу бурения. Естественно, что это наложит существенный отпечаток на профессиональную подготовку, будущих космонавтов-буровиков.
Вопрос: А что можно сказать о проблемах бурения на Мapce и Венере?
Ответ: Поверхности планет земной группы могут стать доступными для автоматических разведчиков уже в ближайшие десятилетия. Эти разведчики будут иметь на борту грунтозаборные устройства, буровые станки и другие установки для исследования свойств и состава горных пород. Чем более изучена планета, тем разнообразнее предлагаемые технические проекты для освоения ее поверхности.
