Особенности оптических явлений, связанные с работой твердотопливных ракет в верхней атмосфере

Особенности оптических явлений, связанные с работой твердотопливных ракет в верхней атмосфере
Номер: 31 Год: 2021 Страницы: 17-28

УДК: 533.951

EDN: ECBBRY

Автор(ы):

Платов Юлий Викторович¹, e-mail: yplatov@mail.ru

Николайшвили Сергей Шотаевич²,

e-mail: nikolaishvili@ipg.geospace.ru

Алпатов Виктор Владимирович²

Беляев Алексей Николаевич²

Клюшников Валерий Юрьевич³

Козлов Станислав Иванович⁴

Омельченко А.Н.²

Репин Андрей Юрьевич²

Учреждения:
1 - Институт земного магнетизм, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова, РАН, Москва, Россия
2 - Институт прикладной геофизики им. академика Е.К.Федорова, Москва, Россия
3 - Московский авиационный институт (НИУ), Москва, Россия
4 - Институт динамики геосфер им. академика М.А.Садовского, РАН, Москва, Россия

Аннотация:
Рассматриваются специфические оптические явления в верхних слоях атмосферы, связанные с запусками мощных твердотопливных ракет. Наблюдается сферическая симметрия газопылевых образований, имеющих форму расширяющегося "бублика" в плоскости изображения, и образование области с интенсивным сине-зеленым (бирюзовым) свечением, наблюдаемое в сумеречных условиях в области полета ракеты. Развитие газопылевых облаков, возникающих при разделении ступеней твердотопливных ракет в верхних слоях атмосферы, можно описать моделью сильного взрыва в разреженной среде. При разделении ступеней ракеты в верхней атмосфере наблюдаются облака, имеющие спиральную структуру, что определяется вращением ракеты вокруг продольной оси и истечением продуктов горения через дренажные отверстия в корпусе ракеты. Бирюзовое свечение, наблюдаемое в зоне полета твердотопливных ракет, возникает в результате резонансного рассеяния солнечного излучения молекулами AlO, образующимися при взаимодействии металлического алюминия, входящего в состав топлива, с атмосферными компонентами и продуктами сгорания.

Ключевые слова: ВЕРХНИЕ СЛОИ АТМОСФЕРЫ, РАКЕТЫ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ, ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, ГАЗОПЫЛЕВОЕ ОБЛАКО, СФЕРИЧЕСКИЕ И СПИРАЛЬНЫЕ СТРУКТУРЫ ОБЛАКОВ ПРОДУКТОВ ГОРЕНИЯ, БИРЮЗОВОЕ СВЕЧЕНИЕ

Сведения об источниках финансирования: -

Скачать текст Ссылка на цитирование Ссылка на Elibrary

1. Лазарев А.И., Коваленок В.В., Савиных В.П. Визуальные и инструментальные наблюдения с "Салюта-6". Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 136 с. 2. Шефов Н.Н., Семенов А.И., Хомич В.Ю. Излучение верхних слоев атмосферы - показатель ее структуры и динамики. М.: ГЕОС, 2006. 740 с. 3. Ветчинкин Н.В., Границкий Л.В., Платов Ю.В., Шейхет А.И. Оптические явления в околоземной среде при эксплуатации ракетных и спутниковых двигательных установок. I. Наземные и спутниковые наблюдения искусственных образований при пусках ракет // Космические исследования. 1993. Т.31. №1. С.93-100. 4. Platov Yu.V., Chernouss S.A., Kosch M.J. Classification of Gas-Dust Formations from Rocket Exhaust in the Upper Atmosphere // J. Spacecraft Rocket. 2004. V.41. №4. P.667-670. 5. Беляев А.Н. Внутренние гравитационные волны в средней атмосфере: ч.2. Диффузионные характеристики // Изв. РАН, Физика атмосферы и океана. 1996. Т.32. С.346. 6. Бронштэн В.А. Метеоры, метеориты, метеороиды. М.: Наука, 1987. 173 с. 7. DeLuca L.T., Maggi F., Dossi S., Fassina M., Paravan C., Sossi A. Prospect of aluminum modification as energetic fuels in chemical rocket propulsion // Chemical Rocket Propulsion / Ed. L.T.DeLuca. Springer International Publishing, 2017. P.191-234. 8. Kung R.T.V., Cianciolo L., Myer J.A. Solar Scattering from condensation in Apollo translunar injection plume // AIAA Journal. 1975. V.13. №4. P.432. 9. Wu B.J.C. Possible water vapor condensation in rocket exhaust plume // AIAA Journal. 1975. V.13. №6. P.797-802. 10. Платов Ю.В., Алпатов В.В., Клюшников В.Ю. Конденсация водяного пара и углекислого газа в выхлопной струе ракетных двигателей. I. Гетерогенная конденсация продуктов сгорания // Геомагнетизм и аэрономия. 2014. Т.54. №1. С.100-114. 11. Платов Ю.В., Семенов А.И., Филиппов Б.П. Конденсация водяного пара и углекислого газа в выхлопной струе ракетных двигателей. II. Гетерогенная конденсация продуктов сгорания // Геомагнетизм и аэрономия. 2014. Т.54. №1. С.115-120. 12. Платов Ю.В., Черноус С.А., Алпатов В.В. Особенности оптических явлений, связанных с запусками твердотопливных баллистических ракет // Геомагнетизм и аэрономия. 2013. Т.53. №1. С.1-6. 13. Denison M.R., Lamb J.J., Bjorndahl W.D., Wong E.Y., Lohn P.D. Solid rocket exhaust in the stratosphere: Plume diffusion and chemical reactions // J. Spacecr. Rockets. 1994. V.31. P.435-442. 14. Беляев А.Н. Спектры атмосферных внутренних гравитационных волн // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. 1992. Т.28. С.837. 15. Присняков В.Ф. Динамика ракетных двигателей на твердом топливе. М.: Машиностроение, 1984. 248 с. 16. Колесников К.С., Козлов В.И., Кукушкин В.В. Динамика разделения ступеней ракеты. М.: Машиностроение, 1977. 222 с. 17. Баум Ф.М., Станюкович К.П., Шехтер Б.И. Физика взрыва. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1959. 800 с. 18. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1987. 430 с. 19. Ивлев Л.С., Романова В.И. Модель газопылевого облака при высотных ракетных вспышках // Оптика атмосферы и океана. 1993. Т.6. №4. С.458-468. 20. Молчанов А.Г., Платов Ю.В. Газодинамическое развитие продуктов сгорания ракетных двигателей в условиях верхней атмосферы // Геомагнетизм и Аэрономия. 2011. Т.52. №4. С.822-827. 21. Голубь А.П., Козлов С.И., Тасенко С.В. Критерии применимости газодинамического приближения сплошной среды к описанию разлета продуктов сгорания ракетных топлив // Космические исследования. 2014. Т.52. №3. С.197-200. 22. Платов Ю.В., Ветчинкин Н.В., Черноус С.А. Влияние дисперсной составляющей ракетных выбросов на масштабы возмущений в верхних слоях атмосферы // Материалы конференции по оптическим методам исследования атмосферы. Киев, 1996. С.67. 23. Tagirov V.R., Arinin V.A., Brändström U. et al. Atmospheric optical phenomena caused by powerful rocket launches // J. Spacecraft and Rockets. 2000. V.37. №6. P.812-821. 24. Nikolayshvili S.Sh., Kozlov S.I., Platov Yu.V., Repin A.Yu. Dynamics of the gas-dust cloud observed in the upper atmosphere on October 26, 2017 // Acta Astronautica. 2019. V.163. P.133-137. 25. Беликов Ю.Е., Николайшвили Ш.С., Перадзе Р.К. Модель рассеяния солнечного света на искусственном сферическом газодисперсном облаке в верхних слоях атмосферы Земли // Космические исследования. 1993. Т.31. №1. С.135-142. 26. Simmons F.S. Rocket Exhaust Plume Phenomenology. California: Aerospace Process, 2000. 286 p. 27. Kozlov S.I., Nikolayshvili S.Sh., Platov Yu.V., Silnikov M.V. Exceptional optical phenomena observed during operation of Russian launchers // Acta Astronautica. 2016. V.126. P.536-540. 28. Ballester Olmos V.-J., Perez Ricardo Campo. Identificados! Los OVNIS de Canarias feuron misiles Poseidon // Revista de Aeronautica y Astronautica. 2001. Marzo. P.201-207. 29. Armstrong E.B. Observation of luminous clouds produced in the upper atmosphere by exploding grenades. I, II, III // Planet. Space Sci. 1963. V.11. P.733-758. 30. Authier B., Blamont J.E., Carpentier G. Measurement of the ionosphere temperature beginning with the twilight fluorescence of aluminum oxide // NASA Technical Documents. 2010. May 6. 05/10. 218 p. 31. Zavitsanos P.D., Alyea F.N., Golden J.A. Aluminum vapor release in the upper atmosphere. Final technical rept. Apr 1974-Jan 1976. Accession Number: ADA028820. 32. Houghton J.J. Homogeneous and heterogeneous kinetics of the atomic Al/O2 reaction in the 1000-1700 K range // Symp. Int. Combust. Proc. 1975. V.15. P.775-784. 33. Chernouss S.A., Kirillov A.S., Platov Yu.V. Optical features of rocket exhaust products interaction with the upper atmosphere // Proceedings of the 17th ESA Symposium on European Rocket and Balloon programs and related research. 2005. P.173-177. 34. Гусева Н.Н., Клюев О.Ф. Вычисление спектров излучения перехода A2Σ+ ↔ X2Σ+ молекулы AlO для определения температуры верхней атмосферы // Тр. Института экспериментальной метеорологии. 1977. Вып.6(74). С.2-58. 35. Гершензон Ю.М., Григорьева В.М., Максютов Ш.Ш. Химия искусственных газовых облаков в верхней атмосфере Земли // Тр. Института экспериментальной метеорологии. Физика верхней атмосферы. 1990. Вып.21. С.3-31. 36. Козлов С.И., Николайшвили С.Ш., Платов Ю.В. Оптические явления, наблюдающиеся при запусках и эксплуатации ракетной техники // Воздействие ракетно-космической техники на окружающую природную среду / Под ред. Адушкина В.В., Козлова С.И., Сильникова М.В. М.: ЕОС, 2016. С.794.

Ссылка на XML

Features of optical phenomena associated with the operation of solid-fuel rockets in the upper atmosphere
Number: 31 Year: 2021 Pages: 17-28

Platov Yuli Viktorovich¹, e-mail: yplatov@mail.ru

Nikolaishvili Sergey Shotaevich²,

e-mail: nikolaishvili@ipg.geospace.ru

Alpatov Viktor Vladimirovich²

Belyaev Alexey Nikolaevich²

Klyushnikov Valery Yurievich³

Kozlov Stanislav Ivanovich⁴

Omelchenko A.N.²

Repin Andrey Yurievich²

Institutions:
1 - Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
2 - Institute of Applied Geophysics named after Academician E.K.Fedorova, Moscow, Russia
3 - Moscow Aviation Institute, Moscow, Russia
4 - Academician M.A.Sadovsky Institute of Geospheric Dynamics, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

Abstract
The specific optical phenomena observed in the upper atmosphere associated with the launches of powerful solid-fuel rockets are discussed in the article. There are the spherical symmetry of gas-dust formations that have the form of an expanding "bagel" in the picture plane and formation of region with intense blue-green (turquoise) glow observed in the twilight conditions in the rocket flight region. When the rocket stages are separated, clouds with a spiral structure are observed in the upper atmosphere, which is determined by the rotation of the rocket around the longitudinal axis and the expiration of combustion products through drainage holes in the rocket body. The development of gas-dust clouds that occur during the separation of solid-fuel rocket stages in the upper atmosphere can be described by the model of a strong explosion in a rarefied medium. The turquoise glow observed in the flight area of solid-fuel rockets occurs as a result of the resonant scattering of solar radiation by AlO molecules formed by the interaction of aluminum metal, which is part of the fuel, with atmospheric components and combustion products.

Keywords: UPPER ATMOSPHERE LAYERS, SOLID-FUEL ROCKETS, OPTICAL PHENOMENA, GAS-DUST CLOUD, SPHERICAL AND SPIRAL STRUCTURES OF COMBUSTION PRODUCT CLOUDS, TURQUOISE GLOW

Information about sources of financing: -