Реферат: Особенности газо-пылевых образований в верхней атмосфере, связанных с выбросами продуктов сгорания ракетных двигателей - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Особенности газо-пылевых образований в верхней атмосфере, связанных с выбросами продуктов сгорания ракетных двигателей

Банк рефератов / Авиация и космонавтика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 21 kb, скачать бесплатно
Обойти Антиплагиат
Повысьте уникальность файла до 80-100% здесь.
Промокод referatbank - cкидка 20%!

Узнайте стоимость написания уникальной работы



УДК 531.510.536


Особенности газо-пылевых образований в верхней атмосфере, связанных с выбросами продуктов сгорания ракетных двигателей.


Платов Ю.В., Куликова Г.Н., Черноус С.А.


В работе представлены результаты исследования оптических явлений в верхней атмосфере сопровождающих запуски ракет и связанных с особенностями структуры и динамики газо-пылевых образований в верхней атмосфере. Наиболее интенсивные, крупномасштабные и динамичные явления обусловлены особыми режимами работы ракетных двигателей, в частности, разделение ступеней и отсечкой тяги твердотопливных ракетных двигателей и физическими условиями в области пролета ракеты.


Yu.V.Platov, G.N.Kulikova, S.A.Chernous. –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 мощных ракет и работа двигательных установок космических аппаратов сопровождаются выбросами в околоземную среду продуктов сгорания сложного состава, содержащих как газовую компоненту, так и дисперсные образования, что приводит к развитию газо-пылевых облаков, обладающих определенными геометрическими и динамическими особенностями. Развитие таких искусственных образований в верхней атмосфере сопровождается достаточно необычными оптическими явлениями, обусловленными рассеянием солнечного света на продуктах сгорания и их взаимодействием с компонентами верхней атмосферы [1 - 5].

Исследование этих оптических явлений позволяет получить информацию об антропогенном загрязнении околоземного космического пространства, процессах взаимодействия загрязняющих выбросов с окружающей средой, динамических процессах в верхней атмосфере.

При проведении патрульных наблюдений полярных сияний на камерах полного обзора неба в северных регионах Советского союза в течение многих лет регистрировались оптические явления в верхней атмосфере, сопровождающие запуски ракет, производимые с космодрома Плесецк и испытательных ракетных полигонов. Оптические эффекты, связанные с работой ракетных двигателей, были зарегистрированы в виде треков и диффузных крупномасштабных образований на панорамных фотографических и спектральных камерах. Кроме того, для получения данных об их развитии с достаточно высоким пространственным и временным разрешением был проведен ряд комплексных целенаправленных наблюдения таких явлений. Всего было зарегистрировано более пятидесяти оптических явлений, сопровождающих запуски ракет. В результате анализа данных наблюдений отдельных наиболее интересных явлений были получены оценки характерных структурных и динамических параметров крупномасштабных образований в верхней атмосфере, развивающихся при пролете ракет с работающим двигателем. В частности, было показано, что характерные скорости расширения газо-пылевых облаков образованных ракетными выхлопами составляют 1-2 км/сек, а их размеры могут достигать нескольких сотен километров в поперечнике. Основным механизмом свечения таких искусственных образований является рассеяние солнечного излучения на дисперсной компоненте продуктов сгорания. Взаимодействие газовой фазы продуктов сгорания с веществом атмосферы приводит к изменению скоростей и направлений ионно-молекулярных реакций, что также может приводить к появлению аномалий в собственном свечении верхней атмосферы [6 - 9].

Статистический анализ оптических явлений, связанных с запусками и маневрами ракетно-космической техники позволяет сделать общие оценки пространственно-временных масштабов и заключения о физических механизмах развития явлений.

Совокупность крупномасштабных оптических явлений в средней и верхней атмосфере, сопровождающих запуски ракет можно, с некоторой долей условности, разделить не несколько основных типов.

1). Явления, развивающиеся в области стратосферы на высотах 40-50 км, связанные с выбросами остатков компонент топлива после отделения первых ступеней ракет носителей. Характерными особенностями развития таких образований являются: относительно небольшая скорость их расширения, определяемая диффузией и ветровым разносом; дрейфовые перемещения под действием стратосферных ветров; продолжительное время жизни; относительно высокая яркость, позволяющая проводить оптические наблюдения таких образований, как в сумеречное, так и в дневное время суток.

Указанные особенности определяются в основном физическими условиями в области развития этих явлений, а также составом и количеством инжектируемого в атмосферу вещества. На рис.1 приведена последовательность фотографий, иллюстрирующих развитие искусственного облака, образованного в результате слива компонент топлива жидкостной ракеты-носителя на высоте ~ 45 км. Общая масса выброшенного вещества составляла около 0,5 тонны. Значимость исследования такого типа явлений в первую очередь связана с необходимостью оценки степени возможного загрязнения окружающей среды.

2). Оптические явления, развивающиеся при прохождении ракеты носителя областей атмосферы вблизи турбопаузы на высотах 100-120 км.

Такие явления наблюдаются в сумеречных условиях, имеют достаточно большую яркость (часто наблюдаются визуально с расстояний до 1000 км) и определяются рассеянием солнечного света на расширяющемся облаке продуктов сгорания. Скорости расширения таких образований составляют 1-2 км/сек, характерный поперечный размер 100-200 км. Локализация таких явлений на высотах 100-120 км определяется условиями торможения дисперсной компоненты продуктов сгорания. Потеря импульса относительно крупной частицы при ее движении в верхней атмосфере описывается уравнением m dt   r2 V2  dt, где m r3 0 масса частицы (0 - плотность частицы), r и V ее радиус и скорость, а  плотность атмосферы. Нетрудно найти изменение скорости частицы со временем

VV0 V0 t  4 0 r и характерную «длину торможения», т.е. расстояние, на котором скорость частицы уменьшается в e раз

L   0 r    lnt, где    0 r    V0, а t=1.

На Рис.2 показано изменения с высотой «длины торможения» частиц с характерным размером 1 мкм для модели атмосферы приведенной в [10].

На меньших высотах след ракеты имеет относительно небольшой поперечный размер. На высотах более 120 км дисперсная компонента продуктов сгорания практически свободно разлетается и яркость пылевого облака незначительна, а интенсивность солнечного света, рассеянного на газовой компоненте продуктов сгорания мала по сравнению с рассеянием на дисперсной фазе. В качестве примера на Рис.3 показано развитие газо-пылевого облака, образовавшегося во время запуска ИСЗ «Молния» на высоте 100-130 км.

На больших высотах при работе двигателей ракет-носителей и двигателей космических аппаратов также развиваются оптические явления, обусловленные рассеянием света на дисперсной фазе продуктов сгорания. Однако из-за быстрого расширения продуктов сгорания и относительно небольшого секундного расхода топлива двигателей последних ступеней ракет и космических аппаратов интенсивность свечения этих образований на несколько порядков меньше [1, 3].

3). Наиболее крупномасштабные динамические явления, развивающиеся на высотах более 150 км, связанные с особыми режимами работы ракетных двигателей. В основном, эти эффекты сопровождают процесс выключения твердотопливных ракетных двигателей, после выводя ракеты на расчетную траекторию. Этот процесс связан с резким сбросом давления в камере сгорания, что приводит к практически мгновенному выбросу в атмосферу большого количества различных компонент топлива и продуктов сгорания. Нетрудно оценить, что количество инжектированного таким образом вещества для мощных ракет может составлять сотни килограмм, причем значительная доля выброса находится в дисперсном состоянии из-за специфического состава топлива и неполного процесса сгорания. Масса вещества, выбрасываемого в атмосферу при сбросе давления в ракете с твердотопливным двигателем определяется давлением в камере сгорания – Р, ее объемом – V, температурой – Т и средней молярной массой продуктов горения - : М =  Р V / R Т. Для характерных значений Р=10 Мпс, V= 20 м 3, Т= 3000 К, = 35 [ 11 ]. Такие искусственные «облака» могут подниматься до высот более 700 км, скорость их расширения составляет 2-3 км/сек, а их поперечный размер в отдельных случаях превышает 1500 км [ 5 ]. Время жизни таких образований определяется в основном временем оседания его компонент под действие силы тяжести до ~ 100 км, т.е. до границы турбопаузы. Явления такого класса многократно наблюдались не только в России, но и в США и на Канарских островах, при запусках ракет морского базирования. Интересно отметить, что возможность наблюдения таких оптических явлений на огромных территориях, охватывающих целые регионы и даже страны, их масштабность, необычность, отсутствие природных аналогов часто приводили даже к сенсационным сообщениям в печати о наблюдениях неопознанных летающих объектах (НЛО) [12, 13]. На рис. 4. приведены снимки, демонстрирующие развитие одного из таких явлений.

Статистический анализ совокупности полученных данных позволяет заключить, что динамические и морфологические особенности искусственных образований в верхней атмосфере, связанных с запусками ракет в целом определяются соотношением газовой и дисперсной составляющих. Ниже приведены характеристики двух основных типов оптических явлений наблюдаемых в верхней атмосфере при запусках ракет.

А). Долгоживущие светящиеся образования

Высота развития облака - 80 - 150 км.

Характерные размеры - 100 км.

Время жизни образования 0.1 - 6 часов и более.

Наблюдаемый спектр - дискретные эмиссии.

Регистрируемые яркости до 10-6 сб.

Состав облака - газовая фазы (молекулярная компонента выбросов ракетных двигателей)

Физические механизм свечения - взаимодействие продуктов сгорания ракетных двигателей с компонентами верхней атмосферы и резонансное рассеяние солнечного излучения в качестве превалирующего механизма.

Динамика развития облака определяется процессами молекулярной диффузии [ 14 ].

Б) Динамические образования с коротким временем жизни

Высота развития облака - 100 - 700 км.

Характерные размеры - 100 - 1000 км.

Время жизни образования 1 – 10 минут.

Наблюдаемый спектр - непрерывный.

Регистрируемые яркости до 10 –4 сб.

Состав облака - дисперсная компонента выбросов ракетных двигателей с характерными размерами частиц 0.1 – 10 мкм

Физический механизм свечение - рассеяние солнечного света.

Динамика развития облака - разлет дисперсной фазы компонент ракетного выброса.

При регистрации оптических «ракетных» явлений в той или иной мере, как правило, наблюдаются оба механизма свечения. На Рис. 4, например, отчетливо видно, что после окончания динамической фазы развития явления, долгое время (до нескольких часов после начала развития явления, во время наблюдений - до восхода Солнца) наблюдалось относительно слабое диффузное свечение в месте отделения ступени ракеты-носителя, связанное с эмиссиями газовой компоненты выброса.

Отдельного рассмотрения заслуживает вопрос об образовании дисперсной фазы в ракетном выхлопе. Во-первых, достаточно крупные частицы с размерами до нескольких микрон образуются в результате конденсации паров воды при резком расширении продуктов сгорания [1, 15, 16]. В этих работах было показано, что для объяснения наблюдавшихся явлений достаточно допустить степень конденсации 5-10% водяных паров в факеле ракетных двигателей с образованием кристаллов льда с характерными размерами  100 А. Этот механизм представляется весьма интересным, поскольку является универсальным как для жидкостных, так и для твердотопливных ракет. Кроме того, он не только объясняет динамику развития «ракетных облаков» в верхней атмосфере, но и крупномасштабность явлений, связанных с взаимодействием продуктов сгорания с веществом атмосферы, например в процессе образования ионосферных дыр с пониженной плотностью электронов. Действительно, разлет «ледяной» компоненты ракетного выброса должен приводить к быстрой транспортировке возмущающего фактора на большие расстояния, а возгонка льда в процессе разлета переводит его в «активное» состояние для участия в физико-химических процессах. Однако подробное рассмотрение механизма конденсации-переноса-возгонки с учетом термодинамических процессов пока не проведено.

Образование дисперсной компоненты при отсечке тяги твердотопливных двигателей и сливе компонент топлива после разделения ступеней особых проблем не вызывает, однако, необходимо оценить характерное распределение твердых частиц по размерам для корректной интерпретации результатов наблюдений.

Работа выполнена при поддержке Международного научно-технического центра, проект № 1328-99.

Литература

  1. R.T.V.Kung, L.Cianciolo и J.A.Myer, Solar Scattering from Condensation in Apollo Translunar Injection Plume// AIAA Journal. 1975. v.13. №4. P. 432-437

  2. Платов Ю.В., Фешин Б.А., Черноус С.А. Аномальные явления факты и вымысел// Наука в СССР. 1989. №. 5. С. 14-22.

  3. Chemouss S. A., Platov Y. V. Optical Effects of Exhaust Products of a Rocket Launches," Proceedings of the 19th European Meeting on Atmospheric Studies by Optical Methods, edited by A. Steen, IRF Scientific Rept. 209, Swedish Inst. of Space Physics, Kiruna, Sweden. 1992. P. 501-505.

  4. Ветчинкин Н.В., Границкий Л.В., Платов Ю.В., Шейхет А.И. Оптические явления в околоземной среде при работе двигательных установок ракет и спутников. I. Наземные и спутниковые наблюдения искусственных образований при запусках ракет// Космические исследования. 1993. Т.31. Вып. 1. С. 93-100.

  5. Tagirov, V. R., Arinin, V. A., Br?ndstr?m U., Pajunp?? A., Klimenko V.V. Atmospheric Optical Phenomena Caused by Powerful Rocket Launches// Journal of Spacecraft and Rockets. 2000. V. 37. No. 6. P. 812-821/

  6. Mendillo, M., Hawkins, G. S., and Klobuchar, J. A. A Sudden Vanishing of the Ionospheric F Region due to the Launch of Skylab// Journal of Geophysical Research. 1975. V. 80. No. 16. P. 2217-2228.

  7. Карлов В.Д., Козлов С.И., Ткачев Г.Н. Крупномасштабные возмущения в ионосфере, возникающие при пролете ракеты с работающим двигателем (обзор)// Космические исследования. 1980. Т. 18, Вып. 2., С. 266-277.

  8. Красовский В.И., Рапопорт З.Ц., Семенов А.И. Новые эмиссии в верхней атмосфере как результат искусственного воздействия на ионосферу // Космические исследования. 1982. Т. 20. Вып. 2. С. 237-243.

  9. Платов Ю.В., Семенов А.И., Шефов Н.Н. Увеличение интенсивности эмиссии гидроксила в мезопаузе, связанное с выбросами продуктов сгорания ракетных двигателей // Геомагнетизм и аэрономия. 2001. В печати.

  10. Аллен К.У.Астрофизические величины. 1977. М. Мир.

  11. Экологические проблемы и риски воздействий ракетно-космической техники на окружающую природную среду. Справочное пособие. М.: Издательство «Анкил». 2000. 640 с.

  12. Oberg J.E. The Great Soviet UFO Coverup// Ufo Journal (USPS 002-970) 103 Oldtowne Rd., Seguin, Texas 78155. 1982. October. P. 1-10.

  13. Платов Ю.В., Рубцов В.В. НЛО и современная наука. 1991. М. Наука.

  14. Смирнова Н.В., Козлов С.И. Козик Е.А. Влияние запусков твердотопливных ракет на ионосферу Земли. 2. Области Е, E-F// Космические исследования. 1995. Т. 33. Вып. 2. С 115.

  15. Wu J.C. Possible Water Vapor Condensation in Rocket Exhaust Plumes// AIAA Journa., 1975. V. 13. № 6. P. 797-802

  16. Pike C.P., Knecht R.A., Viereck R.A., Murad E., Kofsky I.L., Maris M.A., Tran N.H., Ashley G., Twist L., Gersh M.E., Elgin J.B., Berk A., Stair A.T., Bagian J.P. and Buchli J.F. Release of Liquid Water from the Space Shuttle// GRL. V. 1. N. 2. P. 139-142.


Рис. 1. Развитие облака образованного в результате слива остатков компонент топлива после отделения первой ступени жидкостной ракеты-носителя на высоте около 45 км. Расстояние от точки наблюдения до области развития облака около 250 км. На рисунке приведен угловой масштаб; время, прошедшее с начала развития явления в секундах обозначено на кадрах.

Рис. 2. Изменение “длины торможения” ледяных дисперсных частиц с характерным размером 1 мкм в зависимости от высоты.

Рис. 3. Развитие газо-пылевого облака ракетного выброса во время запуска ИСЗ «Молния». Негативное изображение. Расстояние от места наблюдения до области развития явления около 500 км. Длительность процесса в секундах указана на кадрах. На девятом кадре (140 сек) виден только факел ракеты, снятый «в угон», облако продуктов сгорания не зарегистрировано. Высота ракеты в это время составляла более 160 км. На последнем кадре показано послесвечение газо-пылевого облака, оставшегося в области пролета ракеты через турбопаузу.

Рис. 4. Развитие газо-пылевого облака, образовавшегося во время выключения двигателя твердотопливной ракеты, зарегистрированное на панорамной камере. Время в минутах, прошедшее с начала развития явления, обозначено на кадрах. На первом кадре виден трек, оставленный изображением факела ракеты. На последнем кадре видно послесвечение газовой компоненты выброса ракетного двигателя в области его выключения.


1Авиация и космонавтика
2Архитектура и строительство
3Астрономия
 
4Безопасность жизнедеятельности
5Биология
 
6Военная кафедра, гражданская оборона
 
7География, экономическая география
8Геология и геодезия
9Государственное регулирование и налоги
 
10Естествознание
 
11Журналистика
 
12Законодательство и право
13Адвокатура
14Административное право
15Арбитражное процессуальное право
16Банковское право
17Государство и право
18Гражданское право и процесс
19Жилищное право
20Законодательство зарубежных стран
21Земельное право
22Конституционное право
23Конституционное право зарубежных стран
24Международное право
25Муниципальное право
26Налоговое право
27Римское право
28Семейное право
29Таможенное право
30Трудовое право
31Уголовное право и процесс
32Финансовое право
33Хозяйственное право
34Экологическое право
35Юриспруденция
36Иностранные языки
37Информатика, информационные технологии
38Базы данных
39Компьютерные сети
40Программирование
41Искусство и культура
42Краеведение
43Культурология
44Музыка
45История
46Биографии
47Историческая личность
 
48Литература
 
49Маркетинг и реклама
50Математика
51Медицина и здоровье
52Менеджмент
53Антикризисное управление
54Делопроизводство и документооборот
55Логистика
 
56Педагогика
57Политология
58Правоохранительные органы
59Криминалистика и криминология
60Прочее
61Психология
62Юридическая психология
 
63Радиоэлектроника
64Религия
 
65Сельское хозяйство и землепользование
66Социология
67Страхование
 
68Технологии
69Материаловедение
70Машиностроение
71Металлургия
72Транспорт
73Туризм
 
74Физика
75Физкультура и спорт
76Философия
 
77Химия
 
78Экология, охрана природы
79Экономика и финансы
80Анализ хозяйственной деятельности
81Банковское дело и кредитование
82Биржевое дело
83Бухгалтерский учет и аудит
84История экономических учений
85Международные отношения
86Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
87Финансы
88Ценные бумаги и фондовый рынок
89Экономика предприятия
90Экономико-математическое моделирование
91Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Чтобы купить новейшие умные часы Apple за 2 миллиона рублей, продал квартиру. Теперь мне эти часы говорят, что я абсолютный идиот.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по авиации и космонавтике "Особенности газо-пылевых образований в верхней атмосфере, связанных с выбросами продуктов сгорания ракетных двигателей", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2017
Рейтинг@Mail.ru