Как близко я могу подобраться к запуску ракеты и не погибнуть?

Американский институт нефти в своем стандарте 521 устанавливает пределы воздействия на персонал теплового излучения от факелов. Поскольку углеводороды и водород обычно сжигаются в факелах, а также обычно используются в качестве ракетного топлива, данные актуальны. Эта публикация используется в нефтяной промышленности по всему миру (и, следовательно, используется гораздо шире, чем любая другая, выпущенная любым космическим агентством).

Вот пределы из издания 1997 года (его немного легче интерпретировать для целей этого вопроса, чем последнее издание ). Нечетные числа являются результатом преобразования круглых чисел$\frac{BTU}{hft^2}$. Для сравнения, солнечное излучение составляет около 1$\frac{kW}{m^2}$.

9,45$\frac{kW}{m^2}$- Воздействие должно быть ограничено несколькими (примерно шестью) секундами, достаточными только для побега. Может считаться, что башня или структура обеспечивают некоторую степень защиты.

6.31$\frac{kW}{m^2}$- Аварийные действия продолжительностью до 1 минуты без экранирования, но в соответствующей одежде.

4,73$\frac{kW}{m^2}$- Аварийные действия продолжительностью до нескольких минут без экранирования, но в соответствующей одежде.

1,58$\frac{kW}{m^2}$- Персонал в соответствующей одежде может постоянно подвергаться воздействию

Последнее издание сокращает время для 4.73 и 6.31 до 2-3 минут и 30 секунд соответственно и, что весьма бесполезно с точки зрения этого вопроса, не указывает время для$9.45\frac{kW}{m^2}$.

Возьмем пример с популярным двигателем. Согласно Википедии, двигатель SpaceX Merlin 1-C имеет тягу$420000 N$и скорость сопла$2600 \frac{m}{s}$на уровне моря, что означает расход топлива$\frac{420000}{2600}=161\frac{kg}{s}$, около двух третей (по массе) которого составляет кислород. Остальные (скажем$50\frac{kg}{s}$) это керосин. Нижняя теплотворная способность (т.е. без учета тепла, извлекаемого за счет конденсации воды, образующейся при сгорании) керосина составляет около$43\frac{MJ}{kg}$так что сила мерлина 1-С примерно$43 \times 50 = 2150\ MW$или же$2150000\ kW$.

Предположим, мы хотим, чтобы в$6.31 \frac{kW}{m^2}$расстоянии и предположим (как это делает стандарт API 521), что излучение источника горения одинаково во всех направлениях. Чтобы не усложнять вычисления, мы будем считать (на данный момент), что коэффициент излучения источника горения равен 1: то есть идеальное излучение.

Теперь нам нужно вычислить радиус сферы так, что$6.31 \frac{kW}{m^2}$излучение будет происходить от точечного источника$2150000\ kW$. Такой шар будет иметь площадь$\frac{2150000}{6.31} = 340729\ m^2$. Так как площадь шара$4\times \pi\times r^2$, получается расстояние 165 м.

Еще две вещи, которые следует учитывать: во-первых, ракета-носитель Falcon 9 имеет 9 двигателей, а не один. чтобы учесть это, нам нужно умножить на$\sqrt{9}=3$так что мы должны быть в$165 \times 3=495 m$расстояние. (Скажем, 500 м.)

Во-вторых, коэффициент излучения может быть немного меньше 1 (значения для горения с кислородом трудно найти), но из-за квадратичного закона это не будет иметь большого значения. Непрозрачный дым может иметь большое значение для коэффициента излучения, но большинство ракет сгорают чисто, как только они покидают стартовую площадку. Низкое значение для бездымного факела, сжигающего тяжелые углеводороды, будет равно 0,25 ($\frac{1}{4}$), поэтому, если бы это было применимо к ракете, расстояние сократилось бы вдвое до$250 m.$

Я думаю, вы бы выжили, увидев запуск Falcon 9 при максимальном излучении$6.31 \frac{kW}{m^2}$, хотя вполне возможно со значительными ожогами. Это довольно короткое время, прежде чем ракета будет достаточно далеко от Земли, но будет жарко и неудобно (болезненно) с 6,31-кратным солнечным излучением на вашем лице. Я не удивлюсь, если ты повернешься и убежишь.

Большинство пропеллентов не так уж ядовиты. Возможно, худшие выхлопные газы исходят от твердотопливных ракетных ускорителей космического корабля "Шаттл", которые производят оксид алюминия в виде тонкого белого порошка, который очень вреден для ваших легких. Я почти уверен, что тепловое излучение по-прежнему будет ограничивающим фактором.

РЕДАКТИРОВАТЬ 1 : Ракета-носитель «Союз» имеет пять (четырехсопловых) двигателей с тягой 813 кН и$2.4\frac{km}{s}$скорость, что дает общий расход топлива$1694\frac{kg}{s}$. Это незначительно больше, чем$9 \times 160 = 1440\frac{kg}{s}$используется Falcon 9. Поэтому я нахожу в комментариях утверждение, что запуск можно наблюдать с$400 m$удивительно, хотя это не противоречит коэффициенту излучения$0.25$. Коэффициент излучения неизвестен, а облако обломков и пара на стартовой площадке будет защищать наблюдателя от теплового излучения до тех пор, пока ракета не наберет некоторую высоту. Это все еще ближе, чем я хотел бы быть к запуску.

РЕДАКТИРОВАТЬ 2 Я получаю комментарии о том, что мои тепловые расчеты завышены. Я проверил общее выделение энергии, и это, по крайней мере, правильно. Итак, давайте посмотрим, что может быть не так:

1. Модель сферического излучения является чрезмерным упрощением. Фактически, большая часть излучения будет направлена ​​вниз, так что это фактически увеличит тепловую энергию, ощущаемую наблюдателем на земле.

2. Я не принимал отдельного учета энергии, преобразованной в тягу. Википедия указывает эффективность около 60%, оставляя 40% энергии доступной для излучения. Я проверил это с помощью собственного расчета расширения:

Давление в камере$6.77\ MPa$(Мерлин)$5.85\ MPa$(Союз): рассмотреть$60\ atm$(ок.$6\ MPa$) для удобства.

Удельный коэффициент теплоемкости: И CO ₂ , и H ₂ O составляют около 1,3.

Тепло, не преобразованное в тягу =$\frac{T2}{T1} = 60^{\frac{1-1.3}{1.3}} = 0.389$

Это удивительно близко к значению эффективности Википедии.

Учитывая общую неопределенность значений коэффициента излучения, я не считаю коэффициент 40% особенно значимым.

3. После некоторого размышления мне пришло в голову, что, возможно, самое важное различие между факелом (с которым я, как инженер по сжиганию в нефтяной промышленности, хорошо знаком) и ракетным двигателем (с которым я, по общему признанию, знаком меньше) заключается в гораздо большей мощности. турбулентность с окружающим воздухом. Это может привести к гораздо большему перемешиванию и, следовательно, к более низкому коэффициенту излучения.

Я не хочу делать еще одно предположение об коэффициенте излучения, но если бы он был таким низким, как$\frac{1}{25}$(это всего лишь 4% выделяемого тепла преобразуется в тепловое излучение!) Моя оценка минимального несмертельного расстояния от Falcon 9 будет$\frac{500}{\sqrt{25}}=100\ m$(на таком расстоянии ваш слух будет серьезно поврежден.)

Примечательно, что это мало чем отличается от радиуса облака пыли и пара, образующегося на стартовой площадке. Это облако обломков должно быть довольно горячим (все это тепло, которое не излучается, должно куда-то уходить), поэтому я думаю, что риск быть убитым летящими обломками не имеет значения, поскольку тепло все равно достанет вас.

Имейте в виду, что ракетный двигатель — это просто управляемый взрыв. Взрыв направлен в землю, поэтому большая часть тепла/пламени/выхлопа не достигнет вас, если вы не будете очень близко. Было бы просто просто стоять на стороне, противоположной тому, куда он был направлен при запуске.

Однако, кроме системы подавления, состоящей из траншей и/или воды, ничто не защитит вас от звука .

Звуки — это просто волны давления, распространяющиеся по воздуху. Звук запуска шаттла составил 215 дБ. Сатурн V был 220 дБ и был способен плавить бетон одним только звуком. Для справки, ядерные бомбы, которые они сбросили на Японию, имели громкость 248 дБ. Исследования показывают, что звук в 210 дБ вызывает повреждение внутренних органов, что может привести к смерти от внутреннего кровотечения. Насколько близко вы должны быть к Saturn V, чтобы получить удар в 210 дБ? Вероятно, несколько сотен футов, что унесет вас подальше от большей части дыма и жара, особенно если вы встанете в правильном месте.

Так что я голосую за то, чтобы сначала вас убил звук.

Ссылка: http://www.makeitlouder.com/Decibel%20Level%20Chart.txt

То близко.....

http://www.parabolicarc.com/2017/04/12/close-video-chinese-rocket-launch/

Это довольно безумно, жара, должно быть, была огромной.

Он будет разным для каждого типа ракеты. Чем мощнее ракета, тем больше безопасное расстояние до нее. Для такой ракеты, как «Сатурн-5», потребуется большее расстояние, чем для ракеты «Протон».

Это также зависело бы от того, какие структуры управления выхлопом существуют под ракетой при запуске и где человек хотел бы находиться по отношению к этому. Отступное расстояние, перпендикулярное выпускным отверстиям, будет меньше, чем отступное расстояние на пути выхлопа от вентиляционных отверстий.

...один бы ОПРЕДЕЛЕННО погиб от звука первым; сила одного только звука превратила бы все ваше тело в жидкое состояние за доли секунды; вот почему вы не видите никого вокруг стартовой площадки, начиная с Т-9 минут и ниже. Вы, вероятно, были бы убиты, если бы стояли на смотровой площадке LC-39 менее чем в 1/2 мили от стартовой площадки 39-A. Кстати, у SLS тяга 8,8 м фунтов, по сравнению с 7,7 м у Saturn V при максимальной, поэтому зона поражения больше, но они запускают SLS с площадки 39-B 29 августа, поэтому расстояние ближе к миле от смотровая площадка.