ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЖРД

ENVIRONMENTAL PROBLEMS OF USING LIQUID ROCKET ENGINES

Nikolay Kaushan

student, Department of Aircraft Engines, Reshetnev Siberian State University of Science and Technology,

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

Проблемы воздействия на экологию современного народного хозяйства трудно переоценить. Ракетостроение как отрасль народного хозяйства не исключение. В качестве цели настоящей статьи определена необходимость анализа современных публикаций на тему экологических проблем использования жидкостных ракетных двигателей. Использованное сырье, продукты горения пары керосин-кислород, отработанные конструкции летательных аппаратов и многое другое негативно влияют на состояние экологии. В качестве метода использованы общенаучные методы анализа, обобщения, сравнения. Результаты научных изысканий позволили говорить о необходимости решения проблем экологической безопасности, основные пути представлены в результате написания данной статьи.

ABSTRACT

It is difficult to overestimate the problems of the impact on the ecology of the modern national economy. Rocket science as a branch of the national economy is no exception. As the purpose of this article, the necessity of analyzing modern publications on the topic of environmental problems of using liquid rocket engines is determined. The raw materials used, the products of gorenje-oxygen vapor combustion, the spent designs of aircraft and many other things negatively affect the state of ecology. General scientific methods of analysis, generalization, and comparison are used as a method. The results of scientific research made it possible to talk about the need to solve environmental safety problems, the main ways are presented as a result of writing this article.

Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель; перспективные разработки; экологические проблемы, совершенствование, экономические затраты.

Keywords: liquid rocket engine; promising developments; environmental problems, improvement, economic costs.

Остатки агрессивного ракетного топлива негативно влияют на почву и водные ресурсы, загрязняют атмосферу Земли.

В качестве сильнодействующих токсичных веществ ЖРД выделяют: азотную кислоту, тетроксид азота, амины, горючие гидразинового ряда (гидразин, монометилгидразин, несимметричный диметилгидразин) и другие.

Горение топлива сопровождается сложными и многочисленными химическими реакциями с образованием газообразных и мелкодисперсных твердых веществ. Основную массу продуктов сгорания составляют соляная (хлористоводородная) кислота и окись алюминия. Соляная кислота, поступая в почву, 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, приводящем к его поступлению в природные ландшафты.

Несимметричный диметилгидразин, который является одним из самых токсичных компонентов и иначе называется «гептил». «Гептил» способен накапливаться в грибах, ягодах, живых организмах и распространяется по пищевой цепочке, достигая человека. Тетраоксид азота также является довольно токсичным. Сочетание этих веществ вызывает опасность и определенные трудности при заправке топлива и эксплуатации ракет-носителей (PH).

Существенные трансформации происходят при попадании ракетного топлива в гидросферу. Оказывает негативное влияние, а именно увеличение концентрации нитратов и нитритов, загрязнение воды азотной кислотой.

В связи с чем, специалисты изучают возможности нивелирования этих проблем [3, с. 63-70]. В частности, специалисты рассматривают возможности утилизации отделившихся от ракеты-носителя частей в районах падения [5].

Специалисты разрабатывают мероприятия по рассеиванию опасных фрагментов, веществ в местах падения отработанных ступеней ракет-носителей, изучают предельно-допустимые концентрации токсичных выбросов [6, с. 93-107]. Специалисты предлагают программный подход решения проблемы экологии, рассматривая критерий экологической безопасности отделяющихся частей ракет-носителей с маршевыми жидкостными ракетными двигателями [4, с. 116-130]. Специалисты полагают, что предлагаемые ими мероприятия позволят минимизировать техногенное воздействие отработанных частей на окружающую среду после выполнения программы.

Специалисты отмечают значимость как экологических, так и технологических инноваций в ракетно-космических технологиях.

Специалисты рассматривают базовые направления снижения техногенного воздействия отработанных частей ракет носителей [2, с. 115-126]. Несомненно, для каждого типа ракеты-носителя необходима разработка определенных мер, например, для ракет-носителей типа «Иртыш» в районах падения предпринимаются следующие меры снижения негативного влияния на экологию:

• определение оптимальных участков для падения отработавшего ускорителя в выделенных зонах районов падения на основе создания дополнительной информационно-аналитической системы района падения;
• совершенствование процесса управляемого спуска на основе проектно-конструкторских решений, основанных на испарении невырабатываемых жидких остатков топлива в баках отработавшего ускорителя и использовании полученных парогазовых смесей для управляемого спуска отработавшего ускорителя в выделенную зону районов падения.

Несомненно, участки, предусмотренные для падения отработанных ступеней ракет-носителей, должны обладать наибольшей устойчивостью к вредному воздействию и минимальной стоимостью работ на восстановление почвогрунтов участка.

Такие мероприятия не могут считаться эффективными в стратегической перспективе освоения космоса. Необходимы более современные разработки, так как изменение экологических характеристик зависит от ресурсов и удельного расхода топлива в ракетно-космической техники двойного назначения. Необходимо рассматривать проблему экологии с экономической точки зрения, так как прогрессивные технологии, предлагаемые специалистами для снижения негативного воздействия на экологию, чаще всего высокозатратны. Об этом свидетельствуют данные, приводимые специалистами на VI Международной научно-практической конференции, посвященной Дню космонавтики [7, с.132-134]. Специалисты приводят данные падения прибыли от использования летательных аппаратов с улучшенными экологическими характеристиками двигателей (рисунок 1).

Рисунок 1. Падение прибыли от использования летательных аппаратов с улучшенными экологическими характеристиками двигателей

Однако проблемы экологии требуют сохранения баланса интересов экономики и экологии, они должны дополнять друг друга, о чем отмечают в своем исследовании таки специалисты как А. Анопка и С. Ковалев [1].

Специалисты отмечают в качестве перспективного направления решения экологических проблем возможность утилизации остатков компонентов топлива до момента контакта с поверхностью Земли на пассивном участке полета. Например, к таким мерам специалисты относят мероприятия, представленные на рисунке 2.

Рисунок 2. Падение прибыли от использования летательных аппаратов с улучшенными экологическими характеристиками двигателей

Специалисты отмечают, что стратегически важным является использование нетоксичного топлива. Кроме того, следует учитывать особенности дозаправки ЖРД, когда имеют место утечки топлива, которые необходимо устранять. Следует практически устранить малейшие утечки топлива с использованием агрегатов, фиксирующих и нейтрализующих их.

В настоящее время нет возможности применения нетоксичного топлива для ЖРД, однако, необходимо искать новые пути создания более безопасных компонентов топлива, не жертвуя при этом энергетическими характеристиками. Следует рассматривать возможности перехода на такие топливные пары как водород и кислород, которые наиболее благоприятны для экологии.

Список литературы:

1. Анопка А., Ковалев С. Экология при запусках ракет на токсичных компонентах топлива. Издательство: ОмГТУ. Актуальные проблемы авиации и космонавтики, 2016. – Т. 1. – С. 915-917.
2. Концепция снижения техногенного воздействия пусков перспективной ракеты-носителя «Иртыш» в районах падения космодрома Байконур / Б.Т. Суйменбаев, В.И. Трушляков, // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. – 2019. – Т. 3. – № 2. – С. 115-126.
3. Немчин В.Н., Молокова О.В., Иваненко Т.К. Проблемы загрязнения окружающей среды компонентами жидких ракетных топлив при запуске ракет // Космодром «Восточный» – будущее космической отрасли России: материалы II всерос. научно-практ. конф., (Благовещенск, 26–27 нояб. 2013 г.). – Благовещенск: БГПУ, 2013. – С. 63-70.
4. Сравнительный анализ экологической безопасности отделяющихся частей ракет-носителей с жидкостными ракетными двигателями при различных концепциях проектирования / Д. А. Баранов, К. И. Жариков, В. И. Трушляков // Космонавтика и ракетостроение. – 2019. – № 1(106). – С. 116-130.
5. Техногенная трансформация экологических функций абиотических сфер Земли под влиянием военной / В.Т. Трофимов, Харькина М.А., Жигалин А.Д. // Вестник московского университета. Сер. 4. Геология. – 2019. – № 1. – С. 3-13.
6. Экологические проблемы эксплуатации ракетно-космических систем / В. В. Родченко, А. Г. Галеев, П. В. Пичужкин [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». – 2015. – № 7. – С. 93-107
7. Экономические проблемы и экологические последствия использования ракетных двигателей / И.Е. Мушаков, Д.Д. Губин, А.В. Девятаев // Актуальные проблемы авиации и космонавтики: сб. материалов VI междунар. научно-практ. конф. (Красноярск, 13–17 апр. 2020 г.). – Красноярск: СибГУ им. М.Ф. Решетнева, 2020. – С. 132-134