«Энергия» - «Буран»

     При эксплуатации ракеты возможны нештатные ситуации, в результате которых происходит пролив криогенных компонентов топлива в стартовое сооружение, что может привести к авариям из-за воспламенения образующейся смеси из проливаемых продуктов. Точная количественная оценка размеров таких проливов весьма затруднена, но приведенный по проектной документации предварительный анализ показывает, что возможны ситуации, в результате которых за короткое время в стартовое сооружение может произойти совместный или раздельный пролив до 285 кг жидкого водорода и до 1500 кг жидкого кислорода. Такой пролив может привести к образованию легко детонирующей гетерогенной взрывчатой смеси "отвержденный кислород - жидкий водород" или накоплению в объеме сооружения облака больших размеров взрывоопасной смеси испарившихся криокомпонентов. При детонации конденсированной фазы, а также сгорания образовавшейся взрывоопасной смеси паров компонентов могут возникать ударные нагрузки, значительно превышающие допустимые. Поэтому при таких проливах существует реальная опасность дальнейшего развития аварии, что может привести к разрушению ракеты с катастрофическими последствиями и к необходимости дополнительных специальных мероприятий по предотвращению подобных аварий или снижению разрушительных последствий, если авария произошла.

     Это было практически первый в нашей стране опыт работ с такими большими количествами жидкого водорода и отсутствовали надежные отечественные статистические данные, прототипы, аналоги, методические приемы обеспечения пожаро-взрывобезопасности при эксплуатации подобных систем. До сих пор практически не имеется достаточно апробированных теоретических разработок, позволяющих прогнозировать последствия таких аварийных ситуаций, особенно в условиях проливов криогенных компонентов в частично ограниченное пространство, каковым и являются стендовые и стартовые сооружения.

     Проведенные исследования процессов образования и сгорания взрывоопасных смесей при проливах базировались в основном на экспериментах с малыми расходами и малыми количествами жидких продуктов. При этом авторы предупреждали о невозможности экстраполяции результатов и считали, что необходимо проведение крупномасштабных экспериментов. Аналогичным образом имеющиеся в литературе рекомендации по снижению взрывоопасности делались на основании исследований, проведенных на малоразмерных облаках пожаро-взрывоопасной смеси и предусматривали, как правило, ее полную флегматизацию.

     Для исследования условий аварийных проливов криокомпонентов и возможных путей снижения их последствий требовалось проведение широкого круга работ на макете газовода по исследованию образования и рассеивания облаков взрывоопасных паров при проливах жидкого водорода, условий предотвращения образования взрывчатой смеси компонентов, изучения влияния ограничения пространства стенками макета старта на интенсивность аварийных взрывов и условий снижения последствий аварии за счет использования флегматизаторов.

     При создании экспериментальной установки была разработана модель аварии, связанная с проливом жидкого водорода, которая содержала следующие предпосылки:

     - в результате разрушающего воздействия нарушается целостность системы жидкого водорода;

     - происходит пролив водорода, испарение и смешение его паров с воздухом и образование пожаро-взрывоопасного облака;

     - происходит воспламенение и взрывное сгорание неоднородной воздушно-водородной смеси, образование волн сжатия;

     - взрывные волны оказывают воздействие на ракету и, если их величина достаточно велика, это может привести к дальнейшему разрушению систем.

     Необходимо было учитывать, что на процесс сгорания воздушно-водородной смеси в сооружении и на увеличение интенсивности волн сжатия будет оказывать влияние наличие препятствий на пути распространения пламени, загромождения объема, а также ограничение пространства воздушно-водородной смеси стенками газовода.

     На основании работ, проведенных на экспериментальной базе, получены следующие результаты. Коллектор профилактической продувки обеспечивает в отсеке конуса двигательной установки полное замещение воздуха на азот за 11 мин. при расходе азота 0,6 кг/с и за 7 мин. - при расходе 1,2 кг/с. Коллектор аварийной продувки конуса двигательной установки обеспечивает продувку отсека за 5 мин. при расходе азота 15 кг/с и за 3 мин. - при расходе 21 кг/с.

     Первые продувки по вентиляции двигательного отсека выявили неудовлетворительную организацию азотной продувки в отсеке по расположению и диаметрам отверстий в коллекторах профилактической и аварийной продувок. После доработок коллектора профилактической продувки в двигательный отсек отдув отсека происходит за 5 мин. при расходе азота 0,6 кг/с и за 3 мин. - при расходе 1,2 кг/с. Оценена эффективность различных вариантов доработки коллектора аварийной продувки в двигательном отсеке, был выбран коллектор, обеспечивающий минимальное время продувки отсека за 45 с при начальном расходе азота 7,5 кг/с.