CC BY
87
Секция
«ЭКОЛОГИЯ ПРОМЫШЛЕННОСТИ»
УДК 629.78:504.61
ЭКОЛОГИЯ ПРИ ЗАПУСКАХ РАКЕТ НА ТОКСИЧНЫХ КОМПОНЕНТАХ ТОПЛИВА
А. С. Анопка, С. В. Ковалев
Омский государственный технический университет Российская Федерация, 644050, г. Омск, просп. Мира, 11 E-mail: [email protected]
Раскрывается проблема экологической безопасности при проведении пусков ракетоносителей, влияние остатков ракетного топлива в отделяемых частях на экологию и предлагаемые пути решения.
Ключевые слова: экология, ракета, токсичные топлива, районы падения.
ECOLOGY AT STARTUP ROCKETS THE TOXICITY OF FUEL A. S. Anopka, S. V. Kovalev
Omsk State Technical University 11, Mira Av., Omsk, 644050, Russian Federation E-mail: [email protected]
This article reveals the problems of ecological safety during the launches of launch vehicles, the effect of residual propellants in separated parts of the ecology and the proposed solutions.
Keywords: ecology, rocket, toxic fuel, falling areas.
В современном мире очень активно продолжает развиваться ракетно-космическая техника (РКТ), в том числе и новые баллистические ракетоносители (РН) на жидких компонентах ракетного топлива (КРТ): амил (АТ) и гептил (НДМГ). Любое проектирование и изготовление новых образцов РН требует, соответственно, проведение летных испытаний, а в дальнейшем, при эксплуатации и продлении сроков эксплуатации, также необходимо проведение пусков. В настоящее время именно двигатели на жидких КРТ обладают большой удельной тягой и соответственно имеют лучшие характеристики, по сравнению с твердотопливными.
Одной из основных проблем при проведении любых пусков ракет (испытательный, коммерческий и т. д.) является экологическая составляющая, а в частности - это проблема наличия не использованных остатков компонентов ракетного топлива в баках ступеней РН на пассивной траектории полета. Очевидными факторами влияния на окружающую среду являются:
- воздействие на почву и воду остатков агрессивных КРТ;
- возможное возникновение очагов пожара;
- деформация почвы при падении ступеней.
В 2006 году 26 июля состоялся запуск РН «Днепр». На 75 секунде после старта произошло выключение двигательной установки 1 ступени РН «Днепр» и как следствие ее падение и взрыв. Все это случилось в безлюдном районе у поселения Жанкала, Кызылордынской области Республики Казахстан, в 150 километрах от места старта. На месте аварии РН образовалась воронка диаметром 50 и глубиной 10 метров. Взятые там пробы грунта содержали до одного грамма токсичного ракетного топлива НДГМ на литр почвы, таким образом предельно допустимая концентрация (ПДК) была превышена в тысячу раз. На площади восьми гектаров ударной волной была выкорчевана практически вся растительность.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1
Авария РН привела к огромному количеству мероприятий по ликвидации последствий, в том числе и больших финансовых затрат, как Российской Федерацией, так и Республикой Казахстан.
По отдельной информации Радио "Свобода", некоторые жители сел, расположенных недалеко от места падения обломков, обратились за медицинской помощью. Местные медики утверждают, что все люди жалуются на головную боль и кожный зуд. Подобные симптомы могут быть связаны с загрязнением местности КРТ [1].
Также известно, что химические элементы КРТ и корпуса РН могут очень быстро и плотно взаимодействовать с водой и растительной пищей, через которые все негативные вещества в последующем могут попасть и в организмы людей и животных.
Если рассмотреть вопрос в количественной составляющей на примере РН «Днепр» (ракета РС-20Б «Воевода»), используемой в мирных целях для вывода космических аппаратов в космос, и провести расчеты, то количество остатков КРТ составит:
- 1 ступень - 1000 кг (727 кг АТ, 273 кг НДГМ);
- 2 ступень - 399 кг (286 кг АТ, 113 кг НДГМ) [2].
Весь это остаток упадет на поверхность Земли и нанесет непоправимый ущерб экологии региону.
В настоящее время любой запуск РН сопровождается организаторами пуска в полной мере, в том числе и по линии экологической безопасности. Принимаются максимальные меры по утилизации отделившихся частей РН из районов падения. Но какие бы не были приняты меры - воздействие на окружающую среду очевидно.
Ликвидация последствий падения ступеней РН несет еще и большие финансовые вложения (оцепление района, доставка людей и оборудования к месту ликвидации, нейтрализация, вывоз остатков, рекультивация земли и т. д.).
В связи со всем вышесказанным актуальным направлением в проектировании РКТ является разработка путей утилизации (ликвидации) остатков КРТ до момента контакта с поверхностью Земли на пассивном участке полета.
В настоящее время предлагается несколько вариантов решения данной проблемы.
Кандидат технических наук, профессор Семенов В. В. (МАИ) предлагает различные способы [3].
Как одним из способов решения данной проблемы с полной уверенностью можно считать разработку РН Falcon 9 компанией США SpaceX. Как известно из средств массовой информации планируется осуществить посадку ступени РН в заданном районе после основной работы. Положительное решение данного вопроса одновременно позволить исключить такие проблемы как:
- воздействие компонентов ракетного топлива на окружающую среду;
- воздействие элементов корпуса РН на окружающую среду;
- образование возможного пожара в районе падения и т. д.
Специалисты Военного инженерно-космического университета имени А. Ф. Можайского предлагают невыработанные остатки жидких КРТ в отработанных ступенях жидкостных РН одновременно подавать в специальную камеру дожигания во время движения ступени на атмосферном участке спуска с выбросом продуктов горения не в донную часть ступени. При этом первоначально остатки компонентов подают в камеру дожигания с избытком окислителя, а в момент его окончания переводят процесс горения горючего на потребление воздуха путем его подачи в камеру дожигания из зоны с избыточным давлением торможения набегающего потока, например, из донной части РН. Возможно данный метод на сегодняшний день является наиболее «живым», но возникает вопрос: А что будет управлять работой данной системы в полете? Штатная система управления РН продолжит свой полет, выполняя свое предназначение, соответственно на каждую отделившуюся ступень необходимо устанавливать свою собственную мини систему управления, которая будет контролировать как количество остатков топлива, так и производить открытие-закрытие клапанов, вентилей и так далее [4].
В последующем специалисты Военного инженерно-космического университета имени А. Ф. Можайского доработали свое изобретение и предложили использовать тепловую энергию, выделяемую при горении остатков КРТ, для управления падением ступени РН [5].
Наиболее полно представлены предлагаемые способы утилизации остатков КРТ специалистами Омского государственного технического университета [6]. Из всех перечисленных методов какая-то часть уже реализована на современных типах РН. Продолжается активное проведение исследований в данной области.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что в настоящее время любые элементы и узлы современной и перспективной РКТ оказывают отрицательное влияние на экологию Земли. Все методы по утилизации остатков КРТ, предложенные научными сотрудниками различных организаций,
Секция «Экологияпромышленности»
имеют право на существование. Очень важно продолжать исследования в данной области. Чем больше будет исследовано методов, тем быстрее будет решена данная проблема. При исследовании и решении проблемы, необходимо как можно больше уделять внимания «экологической чистоте» перспективной РКТ.
Считаю, что необходимо продолжать исследования в области разработки, доработки метода нейтрализации КРТ на пассивном участке траектории (ПУТ) с помощью специальных устройств, реализацию бортовой системы нейтрализации остатков КРТ на основе химической газификации НДГМ штатным окислителем, имеющимся в РН. Именно применение комбинированного метода (совмещение процесса окисления и процесса термического разложения НДГМ) позволить в будущем успешно реализовать решение существующей проблемы [6].
Здесь же следует уделить не маловажное значение и подготовке будущих специалистов, участвующих в разработке новой, перспективной РКТ, которые с момента проектирования будут учитывать влияние КРТ на экологию Земли в целом.
Задача по максимальному сохранению окружающей среды была, есть и будет иметь свою актуальность и с каждым днем все сильнее.
Библиографические ссылки
1. Паперный Е. Воевода оказалась сатаной [Электронный ресурс] // LENTA.RU: сайт новостей. 2006. URL: http://lenta.ru/articles/2006/08/07/satan/ (дата обращения: 01.03.2016).
2. ГП «КБ «Южное» имени М. К. Янгеля. Расчет баллистический. Ч. 1. Материалы по баллистике на пуск ракеты РС-20 с космическим аппаратом. 2011. С. 8.
3. Семенов В. В. Мифы и реальность о воздействии ОЧ РН [Электронный ресурс] // Myshared.ru : портал презентаций. 2015. URL: http://www.myshared.ru/slide/907589/ (дата обращения: 10.03.2016).
4. Ведерников М. В., Герасимов А. Б., Жиганов Е. Б., Зубарьков В. А. Способ уничтожения не-выработанных остатков жидких компонентов ракетных топлив в отработанных ступенях жидкостных ракет» [Электронный ресурс] // Bankpatentov.ru : банк патентов. 2002. URL: http://bankpatentov. ru/node/126028 (дата обращения: 25.02.2016).
5. Каземиров А. В. Способ утилизации невыработанных остатков компонентов ракетного топлива в отработанных ступенях ракет-носителей [Электронный ресурс] // Freepatent.ru : поиск патентов. 2013. URL: http://www.freepatent.ru/patents/2484283 (дата обращения 4.03.2016).
6. Шатров Я. Т. Обеспечение экологической безопасности ракетно-космической деятельности : учеб.-метод. пособие. Ч. 1. Виды и масштабы воздействия РКТ на окружающую среду. Нормативное и правовое обеспечение экологической безопасности. Трассы пусков и районы падения отделяющих частей ракет-носителей. Нейтрализация токсичных ракетных топлив. Проектно-конструкторские решения. 2010. 261 с.
© Анопка А. С., Ковалев С. В., 2016
