Загрязнения воздушного бассейна при сжигании жидких ракетных и авиационных топлив и их последствия

На некотором осевом расстоянии от смесительной головки оба компонента топлива уже полностью распылены и хорошо перемешаны, так что коэффициент соотношения компонентов становится постоянным по всему поперечному сечению камеры сгорания; выравнивается и состав газовой фазы. Так как объем жидких компонентов в камере сгорания составляет лишь малую толику объема горячих газов (порядка 1%), вероятност

ь соударения капель и их взаимодействия в факелах распыла пренебрежимо мала. Таким образом, в зоне смешения капли обоих компонентов ускоряются потоком окружающего их горячего газа. Теплопередача от горячего газа к жидким каплям вызывает испарение последних. Образующиеся пары перемешиваются и реагируют с окружающим газом с образованием дополнительных продуктов сгорания; вдоль камеры в направлении к соплу создается газовый поток. Аэродинамические силы ускоренного газа в некоторых случаях могут вызвать вторичное распыливание капель жидкости. После завершения процесса испарения течение потока определяется законами газовой динамики.

При устойчивом горении скорость перехода жидких компонентов в горячие газы обычно определяется процессами теплообмена и массообмена в условиях вынужденной конвекции, но для некоторых сочетаний компонентов определяющими могут стать химические реакции в газовой фазе.

Переход от зоны горения к зоне упорядоченного течения газа обычно плавный и не имеет четкой границы; даже в одном и том же двигателе она может смещаться в зависимости от условий работы.

3. Экологические проблемы эксплуатации РН.

В настоящее время на фазе предстартовой подготовки полета разработаны эффективные мероприятия, позволяющие существенно снизить экологическую нагрузку на окружающую среду. Например, процессы нейтрализации паров и жидкой фазы окислителя с помощью поглотителей, дожигание горючего в специальных аппаратах и т. д.

На остальных фазах выведения космических аппаратов на орбиту существует ряд проблем экологии, требующих своего разрешения. Прежде всего, это загрязнение атмосферы и космического пространства продуктами сгорания и компонентами топлива ( для нештатной ситуации). На экологическое состояние всех слоев атмосферы основное влияние оказывают продукты сгорания, состав которых определяется компонентами топлива. В стратосфере движение ракетоносителя связано с проблемой нарушения озонового слоя. При полете любой ракеты-носителя в озоновом слое возникает «окно», которое со временем затягивается. Разрушение озонового слоя определяется следующими процессами. Озон разрушается в результате воздействия водяных паров продуктов сгорания ракетных топлив, а также окислов азота, образующихся из азота и кислорода воздуха под воздействием высоких температур в факелах ракетных двигателей. В следе ракеты озон разрушается полностью на всех высотах. В общем, с учетом всех процессов одиночный запуск ракеты-носителя типа «Энергия» приводит к уменьшению концентрации озона по траектории полета на 1.7%. В ионосфере антропогенное воздействие прохождения ракеты-носителя проявляется в образовании так называемых ионосферных «дыр» вблизи следа ракеты. Ионосферная «дыра» - это результат взаимодействия воды, находящейся в продуктах сгорания, с ионосферной плазмой. Кроме ионосферных «дыр», на высотах 70-90 км, где наиболее низкая температура атмосферы, молекулы воды конденсируются и образуют кристаллики льда. В результате образуются искусственные облака, наподобие естественных серебристых облаков. Искусственные серебристые облака и зоны ионосферных «дыр» с пониженной плотностью электронов вызывают различного рода аномалии в области свечения ионосферы, распространения электромагнитных колебаний в оптическом и радиодиапазонах т. п. Кроме загрязнения окружающей среды продуктами сгорания выхлопная струя оказывает механическое воздействие на тропосферу, приводящее к образованию мощных вихревых потоков в приземном слое. Такие вихревые образования могут являться очагами смерчей, ураганов и т. п. Существенной экологической проблемой при эксплуатации РКТ является необходимость отчуждения значительной поверхности Земли для обеспечения безопасности ее жителей при падении отработавших ступеней РН и других отделяющихся элементов конструкции на территории, расположенные вдоль трасс пусков.

В процессе вывода объекта на орбиту после выработки топлива последовательно отделяются: стартовые ускорители, ступени, сбрасываются головные обтекатели, переходные отсеки последующих ступеней и т. д. Все указанные элементы различаются по массе и конфигурации, имеют различные аэродинамические характеристики, отделяются в разное время полета и на различной удаленности от точки старта, что приводит к значительному рассеиванию по поверхности Земли. Следующей экологической проблемой является проблема засорения околоземного космоса фрагментами ракетно-космической техники. В литературе эту проблему называют проблемой «космического мусора». По некоторым данным на начало 1991 года в космосе находилось около 7200 наблюдаемых объектов искусственного происхождения, причем лишь 5% из них – действующие космические аппараты. Основная опасность «космического мусора» связана с высокими скоростями столкновения орбитальных фрагментов с КА. В космосе частица диаметром 0.5 мм может пробить космический скафандр, даже если он изготовлен из многослойного материала. Наряду с механическим загрязнением космоса серьезную опасность представляют возможные аварии и отказы КА с радиоизотопными и ядерными энергоустановками на борту. В настоящее время имеются проекты и предложения по решению некоторых задач перечисленных выше проблем экологии при эксплуатации РКТ. В США ведутся работы по созданию одноступенчатого национального аэрокосмического самолета, снабженного многорежимной двигательной установкой, позволяющего доставлять объекты в космос и обратно с минимальной экологической нагрузкой на атмосферу и космос. Аналогичные проекты имеются и в России. Однако решение перечисленных проблем находится лишь в начальной стадии.

4. Социально-экологические последствия ракетно-космической деятельности.

В течение нескольких лет, с 1992 по 1998 год, Центром независимых экологических программ СоЭС и Институтом социологии РАН при поддержке газеты “Труд” проводились исследования социальных, экологических и медицинских последствий ракетно-космической деятельности в Алтайском крае, в республиках Алтай и Коми, в районах ликвидации ракетных комплексов (Державинск в Казахстане, Владимирская и Ивановская области в РФ) и ракет средней дальности (Астраханская область, РФ). Одновременно обследовались районы, пострадавшие от аварии на Чернобыльской АЭС: Житомирская (Украина), Гомельская (Беларусь) и Брянская (Россия) области, - там изучались последствия длительного радиационного воздействия на организм человека.

В регионах ракетно-космической деятельности они занимались проблемой поражения человека компонентами ракетных топлив, изучали их воздействие на различные популяции и группы населения, в том числе на детей ракетчиков, исследовали репродуктивное здоровье жен ракетчиков. Метод исследования - ретроспективный клинико-эпидемиологический анализ в сочетании с социологическим обследованием. Надо сказать, что официально признанные методы учета заболеваемости неприменимы к исследованию медицинских аспектов данной проблемы - здесь речь идет о токсикологии, об описании отдельных симптомов. И если Минздрав РФ при оценке ситуации учитывает статистику заболеваемости, то они ведут анализ структуры симптомов и синдромов, встречающихся в данной популяции. В результате исследования получен очень важный и интересный материал, который частично был опубликован; добыты факты, дающие новое представление о вредном воздействии компонентов ракетных топлив на человека. Например, в районах падения отделяющихся частей ракет-носителей, содержащих остатки гептила, наблюдается типичная картина гидразинового поражения человека в результате длительного воздействия малых доз гептила. Гептил (несимметричный диметилгидразин, НДМГ) - жидкое ракетное топливо, представитель большого класса гидразинсодержащих веществ, с которыми соприкасаются миллионы людей. Прежде всего, это применяющиеся при лечении депрессий и туберкулеза гидразинсодержащие лекарства, в том числе изониазид. Исследование побочных эффектов и осложнений, возникающих при передозировке изониазида, позволило досконально изучить механизм и клинику воздействия гидразина на организм человека. Тем не менее, не все проблемы в этой сфере пока разрешены, и одна из них - определение безопасных концентраций гидразинсодержащих веществ. В России, как и в бывшем СССР, предельно допустимая концентрация (ПДК) для НДМГ в атмосферном воздухе составляет 0,1 мГ/куб. м, однако имеются данные о неблагоприятном воздействии гептила на организм человека при концентрации в 10 раз меньшей ПДК - 0,01 мГ/куб.м. Речь идет о воздействии на взрослого человека, а в пересчете воздействия на ребенка или плод допустимая концентрация НДМГ должна быть уменьшена еще в 10 раз - до 0,001 мГ/куб.м. Таким образом, говорить, что концентрация гептила, равная 1 ПДК, безопасна - несерьезно. Воздействие на людей НДМГ, как и компонентов других ракетных топлив, приводит к поражению иммунной, сердечно-сосудистой, лимфатической и центральной нервной систем, желудочно-кишечного тракта, крови, печени, кожи, к нарушению репродуктивной деятельности, появлению тяжелых врожденных уродств, внутриутробному недоразвитию плода и другим патологическим состояниям. Причем наиболее сильно воздействие сказывается на беременных женщинах, на новорожденных и детях дошкольного возраста. Медико-биологические эффекты воздействия компонентов ракетного топлива чрезвычайно сходны с эффектами воздействия ионизирующего излучения: выпадение волос, носовые кровотечения, гиперплазия щитовидной железы, цитопения, анемия, астения, нейроциркуляторная дистония и многие другие симптомы и синдромы. Вместе с тем, сравнительные исследования показали, что воздействие на организм человека ракетного топлива, возможно, даже более разрушительно, чем длительное радиационное воздействие в самых загрязненных районах (Новозыбковский, Злынковский районы Брянской области). Следует отметить, что у детей ракетчиков, имеющих контакт с НДМГ при обслуживании ракетных комплексов, обнаруживаются такие же расстройства здоровья, что и у людей, проживающих в районах падения отделяющихся частей ракет-носителей с остатками НДМГ. При этом клиническая картина поражения людей гептилом соответствует экспериментальным данным, полученным при передозировке гидразинсодержащих лекарств (изониазида и других). Присутствие НДМГ в воздухе в малых концентрациях (0,1-0,9 ПДК) при длительном, порядка двух лет, воздействии приводит к тяжелым нарушениям здоровья - сейчас это доказано. Прежде были изучены тяжелые и средней тяжести отравления гептилом, но никто не располагал данными о длительном воздействии его малых доз на детей, на женщин, на репродуктивную функцию. Загрязнение окружающей среды компонентами жидких ракетных топлив - ароматическими углеводородами, синтином, гептилом, керосином - представляет большую опасность и для людей, и для окружающей среды. Компоненты ракетного топлива попадают в организм человека через воздух, воду, почву (при хождении по росе, по загрязненной земле), через фрукты и овощи и даже при нахождении человека в лесу - из-за десорбции токсикантов из растений. Например, выявлены массовые отравления детей в результате однодневного пребывания в лесу вблизи района падения ступеней ракет-носителей. В местах, загрязненных компонентами ракетного топлива, обнаруживаются мутантные формы домашних птиц, насекомых, растительности. Эта проблема требует немедленного исследования на цитогенетическом уровне.

 Скачать реферат