Лекции по экол. и утил. ЖРД

Лекции по дисциплине «Экология и утилизация ЖРД»

Гр. Э1-111, РКТ5-111

1. КОНЦЕПЦИЯ ЛИКВИДАЦИИ ЖРД МБР

Принимая во внимание особую опасность обращения с ЖРД на долгохранимых компонентах после завершения сроков эксплуатации, для создания технологии утилизации (уничтожения) были выбраны два основных критерия: обеспечение технической и экологической безопасности.

Выбранная технология должна предусматривать создание такого технологического процесса удаления и переработки топлива, утилизации ЖРД, при котором реализуются:

• наиболее безопасная транспортно-технологическая связь с минимальным количеством перевозок и перегрузок;

• исключение присутствия обслуживающего персонала в зоне возможного поражения при выполнении особо опасных и опасных операций;

• исключение ручных операций при обращении с опасными продуктами;

• задействование минимального количества зданий и сооружений;

• минимальные трудозатраты;

• максимальная автоматизация и механизация процесса;

• минимум опасных и особо опасных операций.

• В настоящее время технологические аспекты утилизации снятых с вооружения изделий ракетной техники широко освещены. Сформулированы основные требования к выбору наиболее эффективных технологий из всех практически применяемых в последние десятилетия.

• Основными требованиями должны быть:

• - обеспечение приемлемого уровня безопасности осуществления технологических процессов;

• - экономическая эффективность, выраженная в возможном восполнении затрат по утилизации, в этой связи приоритетными являются технологии, предусматривающие максимально эффективную утилизацию ценных компонентов, узлов и материалов ликвидируемых изделий, регенерацию компонентов топлива с целью их дальнейшего использования;

• - соблюдение санитарных и иных требований, обеспечивающих нормативный уровень воздействия на объекты природной среды и безопасные условия труда персонала;

• - достаточно высокая степень готовности предлагаемой технологии для ее реализации в промышленных масштабах.

Анализ этапов жизненного цикла ракет и их частей показывает, что после завершения эксплуатации они возвращаются на последний этап, где в зависимости от их технического состояния должны быть применены методы, обеспечивающие быструю безопасную утилизацию с минимальными затратами и максимальным получением вторичных материальных ресурсов.

В настоящее время основными документами, определяющими нормативно-правовые отношения субъектов всех уровней, занимающихся утилизацией МБР, являются:

- «Федеральная целевая программа промышленной утилизации вооружения и военной техники на 2005-2010 годы»;

- закон РФ «Об утилизации высвобождаемых вооружений и военной техники».

После принятия решения о выведении из эксплуатации выработавших свой ресурс морально и физически устаревших, а также сокращаемых по международным обязательствам Российской Федерации МБР с ЖРД первым и обязательным этапом обращения с ними является демилитаризация. В результате демилитаризации изделие переводится в небоеспособное состояние путем внесения в конструкцию необратимых изменений, исключающих прямое использование в военных целях по прямому назначению - удаляется боевая головная часть, проводится необратимое разукрупнение изделия, в отдельных случаях - его разрезка с выделением отдельных частей и элементов, которые после этого могут направляться на диверсификацию или утилизацию.

Принято считать, что при ликвидации ракетных вооружений оказывается комплексное воздействие на объект уничтожения, приводящее к необратимым из­менениям в его структуре и свойствам; при утилизации ведется повторное исполь­зование частей или материалов, использование энергетического и материального потенциала элементов конструкций или материалов объекта уничтожения.

Целью обеспечения экологической безопасности утилизации жидкостных МБР является практическое осуществление комплекса информационных, технических, научно-исследовательских и других мероприятий, направленных на обеспечение охраны окружающей природной среды на всех этапах обращения с ликвидируемыми МБР и их частями. Обеспечение экологической безопасности при утилизации МБР базируется на законах РФ и других нормативных актах, регулирующих отношения в области охраны окружающей природной среды и природопользования.

Экологические аспекты утилизации МБР на концептуальном уровне в «Федеральной целевой программе промышленной утилизации ВВТ на период до 2000 г.» и «Федеральной целевой программе промышленной утилизации вооружения и военной техники на период 2005-2010 гг.» предусматривали создание и применение промышленных технологий, позволяющих максимально обеспечить техническую и экологическую безопасность.

Основой создания и совершенствования системы экологического обеспечения ликвидации ЖРД МБР являются прогнозирование и оценка степени риска возникновения чрезвычайных ситуаций при выполнении технологических операций в процессе обращения с ракетой и ее частями, воздействия на окружающую среду, обслуживающий персонал и население.

Обеспечение экологической безопасности при утилизации МБР базируется на законах РФ и других нормативных актах, регулирующих отношения в области охраны окружающей природной среды и природопользования.

Принципиальная схема ликвидации ракет может быть реализована в четыре основных этапа.

На первом ракеты извлекают из шахт или пусковых установок. На втором этапе производят разборку ракет и их транспортно-пусковых контейнеров. На третьем этапе ликвидируется ракетное топливо. На последнем этапе в соответствии с протоколами к Договору СНВ подлежат изменению конструкции корпусов, ТПК и других основных компонентов ракетных двигателей, исключая возможность их повторного использования.

Требования к экологической безопасности

Основными требованиями экологической безопасности являются:

- создание замкнутого водооборота;

- снижение объемов эмиссий вредных веществ в объекты окружающей среды до допустимого уровня путем улова вредных веществ и очистки;

- экологический контроль технологических процессов и мониторинг состояния компонентов экосистем в зоне возможного воздействия основных технологических процессов утилизации; экологический контроль технологических процессов и мониторинг состояния компонентов экосистем в зоне возможного воздействия основных технологических процессов утилизации;

- минимизация объемов неутилизируемых отходов и их безопасное захоронение.

1. Космическая деятельность

Освоение космического пространства дает неоспоримые преимущества стране занимающейся развитием своей ракетно-космической техники. Это и оборона и получение новых знаний о Земле, Солнечной системе, далеком Космосе, развитие передовых технологий двойного назначения. Современный мир не мыслим без космонавтики.

Но есть и свои проблемы.

Производство, испытания и эксплуатация ракетно-космической техники имеет свои факторы негативного влияния на окружающую среду.

Это:

- опасное производство токсичных долгохранимых самовоспламеняющихся компонентов топлива;

- риск возникновения аварийных ситуаций в процессе хранения токсичных компонентов ракетного топлива;

- загрязнение воздуха и воды в процессе изготовления и испытания ЖРД;

- риск возникновения аварийных ситуаций во время испытаний ЖРД и старта РН;

- вредное воздействие ракетного топлива и продуктов его сгорания на окружающую среду;

- отчуждение огромных территорий под районы падения 1 и 2 ступеней РН (космодром Байконур – 10 млн га, Плесецк – 7,5 млн га. В архангельской области – 9 районов под падение ступеней, в республике Коми – 4 района). За счет более точного определения времени и места отделения ступеней современные РН имеют малые зоны падения 1, 2 ступеней и их расширение путем изъятия земли из хозяйственного оборота недопустимо;

- разлив токсичных компонентов топлива из баков в местах падения ступеней РН и загрязнение почвы, водных сред, воздуха;

- разрушение озонового слоя в местах запуска РН;

- засорение околоземного космического пространства «космическим мусором».

Требования предъявляемые к РКТ для уменьшения негативного воздействия на окружающую среду:

- применение экологически чистых компонентов топлива (О₂-Н₂, О₂-СН₄, О₂- РГ-1) в ЖРД первой, второй ступенях РН;

- уменьшение гарантированных остатков токсичного топлива в баках;

- уменьшение остатков токсичных компонентов в баках при движении ракеты на активном участки траектории за счет опережающей выработки наиболее токсичного компонента (НДМГ);

- применение двухступенчатых РН для уменьшения засорение околоземного космического пространства «космическим мусором»;

- унификация ступеней РН;

- многоразовое использование первой ступени РН;

- перевод двигателей КА с НДМГ+АТ на электроракетные двигатели;

- удешевление производства и эксплуатации РН за счет упрощения конструкции;

- дешевое топливо с широкой ресурсной базой;

- использование плавучих космодромов.

Диверсификация и утилизация РН с ЖРД

1. Метод диверсификации РН путем запуска РН для вывода гражданских КА после снятия с боевого дежурства и демилитаризации.

Запуск КА с помощью демилитаризированных РН Циклон, Рокот, Волна, Днепр, Штиль и др.

1. Утилизация РН с ЖРД

При утилизации ведется повторное использование частей или материалов РН и ЖРД, использование энергетического и материального потенциала элементов конструкций или материалов РН и ЖРД.

Последовательность операций.

1. Слив токсичных компонентов с последующей переработкой или уничтожением на базах ликвидации ракетного топлива (Суроватиха, Пибаньшур и др.).

2. Нейтрализация баков, трубопроводов, ЖРД от НДМГ, АТ методом продувки водяным паром при высокой температуре с последующей проливкой керосином. НДМГ хорошо растворяется в воде и керосине. Далее растворы НДМГ сливаются и перерабатываются.

3. Разборка ЖРД на драгоценные, полудрагоценные, цветные металлы, хромоникелевые сплавы и другие материалы.

4. Переплавка очищенных металлов.

НДМГ

Компоненты токсичного топлива АТ- НДМГ по-прежнему используются в двигателях 1, 2 ступенях РН. Это двигатели на долгохранимых компонентах для ракет военного назначения и для вывода гражданских КА после снятия с боевого дежурства и демилитаризации (Воевода, Сармат, Синева, Космос-3М, Молния, Циклон, Рокот, Волна, Днепр, Штиль и др.).

НДМГ относится к веществам 1 класса опасности (ПДК 0,001 мг/м³) и подпадает под Федеральную целевую программу от 05.07.2002г. «Уничтожение запасов химического оружия в РФ». С₂Н₈N₂ окисляется в воздухе с образованием токсичных и канцерогенных нитрозодиметиламина (ПДК 0,0001 мг/м³), формальдегида и др. соединений. НДМГ в 12 раз токсичней формальдегида СН₂О (ПДК 0,012 мг/м³), в 6 раз токсичней синильной кислоты (HCN).

АТ относится к 3 классу опасности (ПДК 5 мг/м³).

При падении ступени РН баки разрушаются и происходит разлив токсичных компонентов. Если АТ быстро испаряется и рассеивается в атмосфере, то НДМГ испаряется, очень хорошо растворяется в воде и переносится водным путем на большие расстояния. НДМГ стабильно накапливается в почве и воде. На 20 лет участок земли (5 га) в месте падения ступени потерян для всего живого. НДМГ разлагается в почве за счет окисления кислородом воздуха около 20 лет.

НДМГ в воде не разлагается, а склонен к накоплению во флоре и фауне. Хотя при при попадании НДМГ в океан происходит разбавление НДМГ до концентраций ниже норм ПДК это не решает проблему загрязнения окружающей среды.

Для уменьшения загрязнения почвы, воды, воздуха надо:

- уменьшать гарантированные остатки топлива в баках (РН Протон – 1500 кг НДМГ, Протон-М – уже намного меньше:150-200 кг НДМГ);

- производить сбор, нейтрализацию разлившихся компонентов (использование поглотителей, химические и биологические средства разложения НДМГ, гидразина);

- выемка и перевозка зараженного грунта в места складирования и переработки.

Методы уничтожения остатков НДМГ:

- выжигание гарантированных остатков топлива после отделения ступени РН до падения на сушу или в воду;

- сорбция гептила в баке пористым углеродом путем его вдува в бак после окончания работы двигателя и перевод гептила в твердое соединение с углеродом для предотвращения его разлива. Далее сбор углерод-гептила, вывоз на полигон и выжигание;

- дезактивация НДМГ на месте разлива химическими реагентами (гипохлорид кальция CaOCl (хлорка) нейтрализует гептил и продукты его разложения, но и убивает все живое; лучше использовать – водный раствор пироксида кальция СаО₂);

- использование биотехнологий при попадании НДМГ в воду (использование водного геоцинта для очистки водного раствора НДМГ).

Водный геоцинт (эйхория) поедает гептил и продукты его разложения (диметиламин, формальдегид) при плюсовой температуре и за два месяца очищает водоем. Зимой геоцинт не работает.

Засорение околоземного космического пространства «космическим мусором»

На околоземных орбитах в настоящее время находится огромное количество фрагментов отработавших верхних ступеней РН, РБ, КА различного размера (от нескольких метров до десятых долей мм). Они представляют реальную угрозу для работающих КА и пилотируемых КК и станций. Частица с диаметром 0,5 мм уже пробивает скафандр космонавта.

Максимальное количество фрагментов находится на высотах 300 – 1100 км.

Надежно наблюдаются и сопровождаются космические объекты размером 10 см и выше. В 2017 г. их было около 29000. Они отслеживаются оптическими и радиолокационными методами. Еще в 2010 г. американская служба контроля космического пространства оценила количество малоразмерных фрагментов (от 5 мм) примерно в 500 тысяч единиц.

Сейчас летают в околоземном пространстве: 5% - действующие КА, 23% - КА, исчерпавшие свой ресурс, 10% - отработавшие верхние ступени РН, 62% - различные фрагменты ракетно-космических систем.

По оценкам ЕКА сейчас в космосе 750000 объектов размером более 1 см и 160 млн размером 1 –10 мм. Они могут разгерметизировать космическую станцию, вывести из строя оборудование. Микрочастицы (0,5 мм и менее) выводят из строя солнечные батареи или уменьшают их КПД. Наиболее опасны мини фрагменты не поддающиеся контролю.