Влияние продуктов сгорания жидкого и твердого ракетного топлива на окружающую среду

Секция

«ЭКОЛОГИЯ ПРОМЫШЛЕННОСТИ»

УДК 621.45

А. Ю. Васянина, А. А. Тонких, Т. Н. Антоновский, Д. С. Швецова Научные руководители - М. В. Чижевская, В. П. Назаров Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ВЛИЯНИЕ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ЖИДКОГО И ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА

НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Рассмотрены экологические результаты и анализ последствий запусков ракет с жидкостными и твердотопливными ракетными двигателями.

При зарождении основ теоретической космонавтики экологические аспекты играли важную роль. Тесное взаимодействие биосферы Земли с космической средой дает основание утверждать, что происходящие во Вселенной процессы оказывают воздействие на нашу планету [1-3].

Нельзя не признать, что сегодня имеет место отрицательное воздействие ракетно-космической техники (РКТ) на окружающую среду (разрушение озонового слоя, засорение атмосферы окислами металлов, углерода, азота, а ближнего космоса - частями отработанных космических аппаратов).

Производство, испытания и эксплуатация ракетно-космической техники имеет свои специфические факторы негативного влияния на окружающую среду. Ниже приведены наиболее весомые факторы негативного влияния эксплуатации ракетно-космической техники (РКТ):

- загрязнение атмосферного воздуха и поверхностных водоемов в процессе изготовления элементов ракетно-космической техники и продуктами выбросов ракетных двигателей;

- риск возникновения аварийных ситуаций во время изготовления и хранения ракетного топлива (возможны утечки и испарение токсичных компонентов ракетного топлива (КРТ), их горение и взрывы);

- риск возникновения аварийных ситуаций во время наземных испытаний ракетных двигателей;

- локальное загрязнение атмосферы во время запуска ракет-носителей;

- негативное влияние продуктов реакций в ходе сгорания топлива на состояние озонового слоя Земли;

- отчуждение территорий и загрязнение плодородного слоя почвы отпадающими частями ракет, а также продуктами реакций.

- отделение фрагмента конструкции, либо отделяющейся части ракет-носителей или космического аппарата (КА). «Космический мусор».

В данной работе проанализированы результаты запусков ракет с жидкостными и твердотопливными двигателями, а также факторы ослабления или усиления их воздействий на окружающую природную среду.

При изучении и анализе выявили, что эксплуатация ракетно-космической техники оказывает значительное антропогенное влияние на приземную атмо-

сферу, особенно в районах космодромов во время запуска и в начале полета больших ракет носителей, имеющих на борту сотни тонн топлива. Наибольшую опасность представляют случаи, сопровождающиеся взрывами, пожарами и мощными токсичными выбросами.

Выбросы топлив сгорания и токсичных элементов могут вызывать выпадение кислотных дождей, повышение содержания в воздухе взвешенных веществ, изменение погодных условий на прилежащих территориях.

Основным вредным фактором, влияющим на состояние окружающей среды при пусках ракет-носителей, является большой объем выбросов продуктов сгорания при старте в приземном слое атмосферы (тропосферы). К нежелательным локальным последствиям в районе старта ракет-носителей могут также привести выбросы хлористого водорода и окислов алюминия, содержащиеся в продуктах сгорания некоторых носителей, в частности к таковым относится ракета-носитель «Шаттл».

Проведен анализ по данным выбросов продуктов сгорания в атмосферу при запуске ракет. Мы выяснили, что в отличие от зарубежных ракет-носителей, базирующихся в основном на РДТТ, российские ракеты, использующие ЖРД не выделяют N2, HCl, AI2O3.

Также при исследовании жидких и твердых ракетных топлив мы выявили следующие особенности.

При падениях частей ракетной техники происходит механическое загрязнение твердыми фрагментами, что приводит к перенасыщению почвы соединениями алюминия, наличие которых в почве, даже в незначительном количестве, резко снижает урожайность сельскохозяйственных культур.

Обратимся к анализу влияния продуктов работы ракетных двигателей на нижнюю часть околоземного космического пространства - стратомезосферу. Среда здесь имеет сложный химический состав, одним из компонентов которого является озон, оберегающий нас от воздействия ультрафиолетового излучения. В результате работы ракетных двигателей образуются практически все те вещества, которые обусловливают гибель озона в естественных условиях.

Основную массу продуктов сгорания РДТТ составляют соляная (хлористоводородная) кислота и окись алюминия. Соляная кислота, поступая в почву,

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2014. Технические науки

повышает ее кислотность, что вызывает ряд изменений, как химических свойств самих почв, так и состояния растительности. Кроме того, есть сведения о неполном сгорании перхлората аммония - вещества второго класса опасности.

В заключение можно сделать вывод о том, что твердые ракетные топлива более опасны для окружающей среды, чем жидкие. И лучшим топливом, с экологической точки зрения, является соединение водорода в качестве горючего и кислорода в качестве окислителя, так как эти вещества не токсичны и не дают никаких вредных продуктов реакций сгорания.

В целом, объекты современной перспективной ракетно-космической техники являются потенциально опасными для экологии. Таким образом, необходимо искать новые пути создания более безопасных компонентов топлива, не жертвуя при этом энергетическими характеристиками, что важно с конструкторской точки зрения, и опираясь на существующие проблемы

окружающей среды. Также, учитывая ряды особенностей различных видов топлива, следует развиваться в направлении наиболее благоприятного для экологии -соединения водорода и кислорода.

Библиографические ссылки

1. Федоров Л. А., Кричевский С. В. Химическая безопасность и социально-экологические последствия технической деятельности. М. : МСоЭС, 2005. 167 с.

2. Дорофеев А. А. Основы теории тепловых ракетных двигателей (Общая теория ракетных двигателей). МГТУ им. Н. Э. Баумана. М., 1999.

3. Ушаков В. Г., Шпигун О. Н., Старыгин О. И. Особенности химических превращений НДМГ и его поведение в объектах окружающей среды // Ползу-новский вестник. 2004. № 4.

© Васянина А. Ю., А Тонких. А., Антоновский Т. Н., Швецова Д. С., 2014

УДК 504.062.4

П. С. Гапенко, А. О. Иринина Научные руководители - В. А. Миронова, М. В. Чижевская Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

МАГНИТНАЯ ОБРАБОТКА ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ВОД

Работа освещает вопросы, касающиеся магнитной обработки водных систем. Проведены исследования, определяющие влияние омагничивания на процесс коагуляции коллоидных растворов, содержащую золь трехвалентного железа. Предложено практическое применение магнитной обработки железосодержащих вод.

Магнитная обработка воды (МО) применялась уже в первые десятилетия двадцатого века для предотвращения образования накипи на нагревательных элементах паровых машин, для воздействия на образование кристаллов в пересыщенных растворах. Первые опубликованные сообщения и патенты относятся именно к этому периоду.

За прошедшее время опубликовано большое количество статей, обзоров, монографий, в которых акцент делается, прежде всего, на практическую полезность применения МО, состоялись многочисленные конференции и совещания по практике применения МО в широком круге промышленных производств [1; 2].

Целью нашей работы стало определение влияния магнитной обработки на воду содержащую золь трехвалентного железо.

Объектом для исследования мы выбрали дисперсные системы, содержащие золь трехвалентного железа, который готовили по стандартной методике.

Модельные растворы (1, 2) объемом 25 мл пропускали через зазор постоянного магнита напряженностью 8000 эрстед (индукция 0,8 Тл).

Омагниченные коллоидные растворы фильтровали, используя плотные фильтры (синяя лента). Параллельно в таких же условиях проводили фильтрацию неомагниченных проб.

Результаты исследования показали, что время фильтрования 1-й пробы с МО и без нее отличаются.

Причем эта разница была зафиксирована во время проведения эксперимента в разные дни. В омагничен-ных коллоидных растворах фильтрование происходит медленнее и соответственно скорость этого процесса замедляется (табл. 1).

Во второй пробе (табл. 2) разница между этими характеристиками (время и скорость) незначительная.

Анализ полученных данных позволяет сделать следующие выводы:

1. МО в различной степени влияет на процесс коагуляции дисперсной коллоидной системы, содержащей золь трехвалентного железа, в зависимости от размера золя.

Таблица 1

Сравнение параметров (1) модельного раствора

Простая проба Омагниченная проба

Время Скорость Время Скорость

11 2,3 26 1,0

14 1,8 25 1

11 2,3 16 1,6

13 2,0 17 1,5

15 1,7 17 1,5

13 2,0 20 1,25

16 1,6 22 1,1

Сред. зна- 2,0 Сред. зна- 1,3

чение 13,3 чение 20