Трушляков В.И. и др. Монография (818589), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Таблица 2.8 Масса компонентов топлива, обеспечивающих нормальное функционирование выключения двигательной установки первой ступени Рас ет массы и ив альной озы зап ваки Штатные дозы заправки 1 ступени составляют 121,094 т, в т.ч. окислителя — 86,533 т и горючего — 34,561 т. Расчет массы индивидуальной дозы заправки окислителя и горючего 1 ступени при выведении конкретного КА проводится по формулам: (2.15) (2.16) (2.17) ЬСг„, = — ЬСэ„, )г «-1 50 / дбь й б и>т Абри/ о (гПВ) б- =бит -(б -О"1 (2.19) где О,, б„— масса штатной дозы заправки окислителя и горючего; Л О„вЂ” масса остатка рабочего топлива на момент разделения ступеней при выведении рассматриваемого КА носителем со штатной заправкой по траектории с конкретной сезонной программой РКС; О,", О~ — стартовая и конечная масса! ступени носителя по траекторным данным; — производная конечной массы по стартовой; дб„ дбр 1с — коэффициент соопюшения секундных расходов компонентов топлива через ДУ: )г = 2,516.
Величины уменьшения штатных доз заправки 1 ступени РН типа «Циклон» дая разных КА и проррамм выведения могут достигать от 4 000 до 7 000 кг. Для уменьшения количества остатков токсичных компонентов наиболее приемлемым является способ назначения различных массовых доз заправки первой ступени для каждой сезонной программы РКС, выбранных из условия обеспечения минимизации остатков в баках при выведении конкретного КА.
Для опреде. пения индивидуальных доз были проведены расчеты траекторий выведения носителем «Циклон» двух типов КА (№ 8 и № 3) при штатной заправке первой ступе- ни и расчитаны остатки компонентов. Оп еление остатк в компонентов топлива в от еляю ейся ~й Производная изменения конечной массы первой ступени по стартовой массе, полученная прямым расчетом параметров траектории полета РН «Циклон»: —" = 0,406. дб„ дбо 51 Ь б „,, Ь б „„— масса недозаправки окислителя и горючего; Ь О „„— масса недозаправки топлива (суммарная масса недозаправки окислителя и горючего); Производная имеет близкое значение при выведении всех типов космических аппаратов с использованием различных программ: 16С вЂ” 0,406; ! 7С вЂ” 0,404; 18С вЂ” 0,402; 19С вЂ” 0,408; 20С вЂ” 0,410.
Уменьшение остатков рабочего топлива (Л б' и Л б'" ) в отделяющейся части первой ступени за счет уменьшения массы заправляемого топлива на постоянную величину определяется по формуле: д0„(г ЬСг' = —" — Лб дб. !с+1 (2.20) ЛСг = —" ЬСз М„ д0 где Л Сг р — масса топлив~Ь на которую уменьшена заправляемая доза первой сту- пени; дᄠ†" — производная изменения конечной массы первой ступени по стартовой д0, массе„принята равной 0,406; ЬСг — остатки окислителя; ЛСз' — остатки горючего; )г — соотношение расхода компонентов топлива через двигательную установку, равное 2,516. Проведенные проработки показываот, что величина неиспользуемых остатков рабочего запаса топлива на борту отделяющейся части первой ступени для РН типа «Циклон» может уменьшаться до 1100 — 1200 кг. 2.3.
Методы обезвреживания на основе выброса остатков компонентов ракетного топлива в окружающую среду Выброс остатков топлива на баллистическом участке траектории в верхних слоях атмосферы позволяет снизить зкологическое воздействие запуска РН за счет двух основных факторов [33): - распределения опасных компонентов топлива по большому объему и соответствующего уменьшения их концентрации в атмосфере или океане; - химических превращений компонентов топлива под влиянием внешних факторов (ультрафиолетового излучения и столкновений с атомами и молекулами окружающей атмосферы).
52 Пространственное распределение н химическое состояние остаточных компонент топлива, выброшенного в верхних слоях атмосферы, определяется сложной последовательностью физических и химических превращений [7). Выбрасываемая нз баков струя топлива разбивается на капли, принимающие сферическую форму. Распределение капель по размерам зависит от организации процесса выброса, конструкции н технических характеристик вылнвного устрой- В разреженных верхних слоях атмосферы начнется быстрее испарение капель топлива, сопровождающееся его охлаждением.
Охлаждение резко замедляет процесс испарения. В конце концов, тепловой режим капли переходит в квазнстацно- нарное состояние, когда процесс испарения поддерживается только за счет притока внешнего тепла (либо нз-за поглощения теплового излучения Земли нлн солнечного излучения, либо нз-за воздействия набегающего потока прн достаточной плотности окружающей атмосферы). Таким образом, динамика испарения капель вдоль траектории полета зависит как от начальных размеров капель, так н от внешних условий (местного времени, географической широты, плотности окружающей атмосферы, скорости движения капли).
Капли малых размеров могут испариться полностью еще на верхнем уча- стке траектории„крупные капли могут сохраниться до входа в плотные слои атмосферы, где нх испарению будет содействовать нагрев при аэродинамическом торможении. После перехода остатков топлива в газообразное состояние пространственное распределение капель будет определяться процессами свободного разлета молекул, молекулярной и турбулентной диффузии. Прн этом молекулы остатков топлива подвергнугся дальнейшим превращениям.
В самых верхних слоях атмосферы малой плотности будут доминировать фотохимические реакции расщепления молекул компонентов топлива под действием ультрафиолетового излучения Солнца. В нижних слоях относительная эффективность этого процесса падает как из-за поглощения ультрафиолетового излучения в толще остаточной атмосферы, так и из-за большей вероятности химических реакций с атомами н молекулами атмосферы. Окончательное распределение остатков топлива в верхней атмосфере будет зависеть от результатов взаимодействия указанных выше процессов.
Результкгы теоретических исследований по скорости падения н испарения капель в атмосфере (7], представленные на рнс. 2.2 показывает, что на Землю в жидком виде может попасть талью НДМГ, находящийся в упавших баках РН н двнгате- 53 лях. Капли НДМГ максимального устойчивоп1 радиуса 3 мм полностью испаряются на высоте более 3 км, в то время как капли гидразина размером более 1 мм достигаот поверхности Земли. ь 1 х с 3 о х С а о1 с а з оь 5 о 4 с 3 о О н ъ 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Нонасьньэм надино капли, мм Рис. 2.2 Задачу выброса токсичных компонентов ракетного топлива в атмосферу на заданной высоте путем разрушения корпуса ступени можно решить посредством подрыва баков специальными зарядами или с помощью специальных вытесни- тельных систем.
При этом компоненты топлива из баков вытекают в виде жидкостно-газовой смеси и, смешиваясь, воспламеняются. В результате часть топлива сгорит, а оставшаяся будет деградировать в результате процессов взаимодействия с атмосферой. При этом остатки компонентов на высотах более 40 км, как уже отмечалось, вскипают по всему обьему, затем замерзают, диспергируют и распадаются на частицы до размеров устойчивого радиуса, затем испарюотся, разносясь и рюбавляясь господствующими гориюнтальными воздушными потоками до неуловимо малых концентраций, причем при организации направления выброса с соударением струй истекающих жндюстей значительная часть веществ (до 50 — 60%) должна сгореть в ядре выброса„оставшаяся часть распылится энергией горящего 54 ядра или за счет вышеуказанного вскипання и сформироваться в виде облака, которое в течение 1,5 — 2 часов будет рвзреживаться горизонтальными стратосферными течениями.
Вещества, находящиеся в несгоревшем облаке, будут подвергаться затем разложению на простые, экологически безопасные составляющие, под действием жесткого ультрафиолетового излучения или влиянием озонного слоя. Все это может обеспечить экологическую чистоту штатной эксплуатации изделия.
Обезвреживание остатков в баках 1 ступени должно быль закончено в пределах пребывания ОЧ на высотах от 20 до 80 км. В случае возникновения аварийной ситуации произойдет выброс всего компонента из баков. Предварительно проведенные расчеты для этого случая показали следующее. Даже в предположении, что диспергированные и испарнвшиеся самовоспламеняющиеся компоненты не реагируют друг с другом, их концентрация и степень влияния на озонный слой падали бы по мере расширения облака до допустимых пределов в течение 40 часов, при этом толщина облака будет менее 2 км (около 10 'Ь толщины озонного слоя), а диаметр 500 м. С учетом динамики изменения скоростей потоков в стратосфере за 40 часов облаю может быть перенесено на расстояние от 4 000 до 10 000 км.
Даже полное разрушение озонного слоя в пределах этой зоны приведет лишь к кратковременному локальному изменению интенсивности ультрафиолетового излучения на поверхности Земли не более, чем на 15 'М, что находится в пределах естественной межсуточной изменчивости, достигающей 20 — 30 ть Восстановление разрушившейся части озонного слоя произойдет в течение нескольких суток за счет естественных процессов. В реальном случае, в результате вскрытия баков горючего и окислителя, их основная масса прореагирует между собой с образованием нейтральных продуктов, а непрореагировавшая часть будет разложена под действием жесткого ультрафиолетового излучения Солнца в течение нескольких часов, т.е.
действительное влияние аварийной ситуации на оюнный слоИ будет много меньше приведенной выше оценки. Озоноактивные примеси разрушают озон при концентрации 10 г/см и более, а прн меньших концентрациях не взаимодействуют. Помимо влияния компонентов топлива на озонный слой, оценивалась также возможность его осаждения на Землю в районах выброса. Расчеты показали, что при учете только гравитационного осаждения на поверхности Земли выпадение капель жидкости начнется через сутки. Расчеты по испаряемости жидкости в этих условиях показали, что максимально возможные 55 по размерам капли жидкости, образующиеся после диспергнрования, испаряются менее чем за 1 час.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
