2. Состав и свойства продуктов сгорания ракетных топлив.

Состав продуктов сгорания зависит как от состава исходного топлива, т. е. химической природы горючего, окислителя и соотношений между ними, так и от давления в камере сгорания и степени расширения сопла. Продукты сгорания представляют собой смесь различных газов, нагретых до 3000-4000 К.

Равновесный состав продуктов сгорания в камере определяется по закону действующих масс. Согласно этому закону, скорость химических реакций прямо пропорциональна концентрации исходных реагентов, каждый из которых берется в степени, равной стехиометрическому коэффициенту, с которым вещество входит в уравнение химической реакции. Исходя из состава топлив, можно считать, что продукты сгорания, например, жидких ракетных топлив в камере будут состоять из СО₂, Н₂О, СО, NO, OH, N₂, H₂, N, H, O; для твердого ракетного топлива – из AlO₃, N₂, H₂, HCl, CO, CO₂, H₂O при Т = 1100 – 2200 К.

Состав продуктов сгорания в камере может значительно отличаться от состава продуктов на срезе сопла из-за рекомбинации продуктов по соплу. С энергетической точки зрения наиболее выгоден процесс равновесного расширения, при котором температура и давление продуктов падает, а состав изменяется в соответствии с условиями химического равновесия. Тогда состав продуктов сгорания на срезе сопла определяется только степенью их расширения.

3. Загрязнения окружающей среды при предстартовой подготовке и на активном участке полета.

Наиболее ответственными операциями при предстартовой подготовке пуска РН является заправка топливом и сжатыми газами. Эти операции выполняются автоматически, и вероятность возникновения нештатных ситуаций и, соответственно, загрязнения окружающей среды определяется надежностью систем автоматичекого управления. При отмене запуска (или по другим причинам) осуществляется слив компонентов топлива из баков горючего и окислителя, из заправочных магистралей в хранилища.

Основное техногенное воздействие при предстартовой подготовке проявляется в виде загрязнения окружающей среды компонентами жидкого ракетного топлива и их парами.

Стартовым называют активный участок движения РН, на котором ракета сохраняет стартовое положение. Стартовый участок характеризуется мощной акустической нагрузкой как на ракету-носитель и космический аппарат, так и на окружающую среду.

Многочисленные экспериментальные данные и расчеты показывают, что на образование акустического поля затрачивается до 1% кинетической энергии струи. Частотный спектр шума простирается от нескольких герц до десятков килогерц.

В настоящее время существует гипотеза того, что запуск сверхтяжелых ракет-носителей служит стартовым импульсом крупномасштабных колебаний геофизической системы, причем энергия колебаний этой системы превышает энергию, выделившуюся при сгорании ракетного топлива. Частный вид колебаний – это волны деформации земной коры, способные спровоцировать землетрясения в наиболее напряженных ее участках, находящихся в зоне влияния запуска.

Истечение продуктов сгорания из сопла сопровождается мощным лучистым потоком в основном диапазоне видимых и инфракрасных длин волн. Плотность светового потока особенно велика для продуктов сгорания твердых ракетных топлив, для которых степень черноты достигает 0,8.

Существенным фактом экологической нагрузки на окружающую среду как на стартовом участке работы двигателя, так и все время его работы на траектории является выброс продуктов сгорания. По модели переноса примесей в атмосфере с использованием данных о составе продуктов сгорания и их массе можно рассчитать как скорость переноса, так и время жизни антропогенных примесей в атмосфере.

При дальнейшем движении на активном участке полета по траектории РН проходит через тропосферу и нижнюю часть ионосферы (термосферу). Кроме перечисленных факторов техногенного воздействия на окружающую среду, на стартовом участке имеют место: специфические, наиболее значимые факторы воздействия на атмосферу на активном участке полета: это образование ударных волн и скачков уплотнения при движении РН, достигшего трансзвуковых и сверхзвуковых скоростей, и, как следствие, газодинамическое возмущение атмосферы; разрушение озонового слоя в стратосфере; уменьшение концентрации загрязненных частиц в ионосфере; падение отработавших ступеней РН на Землю по трассам пуска и т.д.