загрузка...

трусы женские
загрузка...

Динаміка

УДК 531.510.536

Особливості газо-пилових утворень у верхній атмосфері, пов'язаних з викидами продуктів згоряння ракетних двигунів.

Платов Ю.В., Куликова Г.М., Чорноус С.А.

В роботі представлені результати дослідження оптичних явищ у верхній атмосфері супроводжуючих запуски ракет і пов'язаних з особливостями структури і динаміки газо-пилових утворень у верхній атмосфері. Найбільш інтенсивні, великомасштабні і динамічні явища обумовлені особливими режимами роботи ракетних двигунів, зокрема, поділ щаблів і отсечкой тяги твердопаливних ракетних двигунів і фізичними умовами в області прольоту ракети.

Yu.V.Platov, GNKulikova, SAChernous.-The Features of gas-dust formations in the upper atmosphere connected with rocket launches. The result of investigation of optical phenomena in the upper atmosphere connected with rocket launches is presented. This phenomena are caused by scattering of sunlight on gas-dust formation of rocket exhaust having certain features a structure and dynamics. The most intensive, large-scale and dynamic phenomena connect with special modes of engines operation, in particular, with separations of stages and solid fuel engines switch off as well as physical conditions in the upper atmosphere.

Запуски потужних ракет і робота рухових установок космічних апаратів супроводжуються викидами в навколоземну середу продуктів згоряння складного складу, що містять як газову компоненту, так і дисперсні освіти, що призводить до розвитку газо-пилових хмар, що володіють певними геометричними і динамічними особливостями. Розвиток таких штучних утворень у верхній атмосфері супроводжується досить незвичайними оптичними явищами, зумовленими розсіюванням сонячного світла на продуктах згоряння та їх взаємодією з компонентами верхньої атмосфери [1 - 5].

Дослідження цих оптичних явищ дозволяє отримати інформацію про антропогенний забрудненні навколоземного космічного простору, процесах взаємодії забруднюючих викидів з навколишнім середовищем, динамічних процесах у верхній атмосфері.

При проведенні патрульних спостережень полярних сяйв на камерах повного огляду неба в північних регіонах Радянського союзу протягом багатьох років реєструвалися оптичні явища у верхній атмосфері, супроводжуючі запуски ракет, вироблені з космодрому Плесецьк і випробувальних ракетних полігонів. Оптичні ефекти, пов'язані з роботою ракетних двигунів, були зареєстровані у вигляді треків і дифузних великомасштабних утворень на панорамних фотографічних і спектральних камерах. Крім того, для отримання даних про їх розвиток з досить високим просторовим і тимчасовим дозволом було проведено низку комплексних цілеспрямованих спостереження таких явищ. Всього було зареєстровано більше п'ятдесяти оптичних явищ, супроводжуючих запуски ракет. В результаті аналізу даних спостережень окремих найбільш цікавих явищ були отримані оцінки характерних структурних і динамічних параметрів великомасштабних утворень у верхній атмосфері, що розвиваються при прольоті ракет з працюючим двигуном. Зокрема, було показано, що характерні швидкості розширення газо-пилових хмар освічених ракетними вихлопами становлять 1-2 км / сек, а їх розміри можуть досягати декількох сотень кілометрів у поперечнику. Основним механізмом світіння таких штучних утворень є розсіювання сонячного випромінювання на дисперсної компоненті продуктів згоряння. Взаємодія газової фази продуктів згоряння з речовиною атмосфери призводить до зміни швидкостей і напрямків іонно-молекулярних реакцій, що також може призводити до появи аномалій у власному світінні верхньої атмосфери [6 - 9].

Статистичний аналіз оптичних явищ, пов'язаних з запусками і маневрами ракетно-космічної техніки дозволяє зробити загальні оцінки просторово-часових масштабів та висновку про фізичних механізмах розвитку явищ.

Сукупність великомасштабних оптичних явищ у середній і верхній атмосфері, супроводжуючих запуски ракет можна, з деякою часткою умовності, розділити не кілька основних типів.

1). Явища, що розвиваються в області стратосфери на висотах 40-50 км, пов'язані з викидами залишків компонент палива після відділення перших щаблів ракет носіїв. Характерними особливостями розвитку таких утворень є: відносно невелика швидкість їх розширення, що визначається дифузією і вітровим розносом; дрейфові переміщення під дією стратосферних вітрів; тривалий час життя; відносно висока яскравість, що дозволяє проводити оптичні спостереження таких утворень, як в сутінковий, так і в денний час доби.

Зазначені особливості визначаються в основному фізичними умовами в галузі розвитку цих явищ, а також складом і кількістю інжектіруемого в атмосферу речовини. На рис.1 приведена послідовність фотографій, що ілюструють розвиток штучного хмари, утвореного в результаті зливу компонент палива рідинної ракети-носія на висоті ~
45 км. Загальна маса викинутої речовини становила близько 0,5 тонни.
Значимість дослідження такого типу явищ в першу чергу пов'язана з необхідністю оцінки ступеня можливого забруднення навколишнього середовища.

2). Оптичні явища, що розвиваються при проходженні ракети носія областей атмосфери поблизу турбопаузи на висотах 100-120 км.
Такі явища спостерігаються в сутінкових умовах, мають досить велику яскравість (часто спостерігаються візуально з відстаней до 1000 км) і визначаються розсіюванням сонячного світла на розширюється хмарі продуктів згоряння. Швидкості розширення таких утворень становлять 1-2 км / сек, характерний поперечний розмір 100-200 км. Локалізація таких явищ на висотах 100-120 км визначається умовами гальмування дисперсної компоненти продуктів згоряння. Втрата імпульсу відносно великою частинки при її русі у верхній атмосфері описується рівнянням m dt ((r2 V2 (dt, де m (((((r3 (0 маса частки ((0 - щільність частки), r і V її радіус і швидкість, а (щільність атмосфери. Неважко знайти зміна швидкості частки з часом
V (V0 ((((((V0 t (4 (0 r (і характерну «довжину гальмування» , тобто відстань , на якому швидкість частинки зменшується в e раз
L (((0 r (((ln (((t (((, де ((((0 r (((V0, а ( ((t (((= 1.

На Рис.2 показано зміни з висотою «довжини гальмування» частинок з характерним розміром 1 мкм для моделі атмосфери наведеної в [10].

На менших висотах слід ракети має відносно невеликий поперечний розмір. На висотах понад 120 км дисперсная компонента продуктів згоряння практично вільно розлітається і яскравість пилової хмари незначна, а інтенсивність сонячного світла, розсіяного на газовій компоненті продуктів згоряння мала в порівнянні з розсіюванням на дисперсної фазі. Як приклад на Рис.3 показано розвиток газо-пилової хмари, що утворилася під час запуску ШСЗ «Молния» на висоті 100-130 км.

На великих висотах при роботі двигунів ракет-носіїв і двигунів космічних апаратів також розвиваються оптичні явища, обумовлені розсіюванням світла на дисперсної фазі продуктів згоряння. Однак через швидке розширення продуктів згоряння і відносно невеликого секундного витрати палива двигунів останніх ступенів ракет і космічних апаратів інтенсивність світіння цих утворень на кілька порядків менше [1,
3].

3). Найбільш великомасштабні динамічні явища, що розвиваються на висотах більше 150 км, пов'язані з особливими режимами роботи ракетних двигунів. В основному, ці ефекти супроводжують процес виключення твердопаливних ракетних двигунів, після виводячи ракети на розрахункову траєкторію. Цей процес пов'язаний з різким скиданням тиску в камері згоряння, що призводить до практично миттєвого викиду в атмосферу великої кількості різних компонент палива і продуктів згоряння.
Неважко оцінити, що кількість инжектированного таким чином речовини для потужних ракет може становити сотні кілограм, причому значна частка викиду знаходиться в дисперсному стані через специфічного складу палива і неповного процесу згоряння. Маса речовини, що викидається в атмосферу при скиданні тиску в ракеті з твердопаливним двигуном визначається тиском в камері згоряння - Р, її обсягом - V, температурою
- Т і середньої молярної масою продуктів горіння - (: М = (Р V / R Т. Для характерних значень Р = 10 Мпс, V = 20 м 3, Т = 3000 К, (= 35 [11]. Такі штучні «хмари» можуть підніматися до висот більш 700 км, швидкість їх розширення становить 2-3 км / сек, а їх поперечний розмір в окремих випадках перевищує 1500 км [5]. Час життя таких утворень визначається в основному часом осідання його компонент під дію сили тяжіння до ~
100 км, тобто до кордону турбопаузи. Явища такого класу багаторазово спостерігалися не тільки в Росії, але і в США і на Канарських островах, при запусках ракет морського базування. Цікаво відзначити, що можливість спостереження таких оптичних явищ на величезних територіях, які охоплюють цілі регіони і навіть країни, їх масштабність, незвичайність, відсутність природних аналогів часто приводили навіть до сенсаційних повідомлень у пресі про спостереженнях невпізнаних літаючих об'єктах (НЛО) [12, 13]. На рис. 4. наведені знімки, що демонструють розвиток одного з таких явищ.

Статистичний аналіз сукупності отриманих даних дозволяє зробити висновок, що динамічні та морфологічні особливості штучних утворень у верхній атмосфері, пов'язаних з запусками ракет в цілому визначаються співвідношенням газової та дисперсної складових. Нижче наведені характеристики двох основних типів оптичних явищ спостережуваних у верхній атмосфері при запусках ракет.

А). Довгоживучі світяться освіти

Висота розвитку хмари - 80 - 150 км.
Характерні розміри - (100 км.
Час життя освіти 0.1 - 6 годин і більше.
Спостережуваний спектр - дискретні емісії.
Реєстровані яскравості до 10-6 СБ
Склад хмари - газова фази (молекулярна компонента викидів ракетних двигунів)
Фізичні механізм світіння - взаємодія продуктів згоряння ракетних двигунів з компонентами верхньої атмосфери і резонансне розсіювання сонячного випромінювання в якості переважаючого механізму.
Динаміка розвитку хмари визначається процесами молекулярної дифузії [14].
Б ) Динамічні освіти з коротким часом життя
Висота розвитку хмари - 100 - 700 км.
Характерні розміри -

Сторінки: 1 2
загрузка...
ur.co.ua

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар