неделя, 4 юни 2017 г.

Ракетни системи и пиротехнически състави за борба с пожарите. / Извадка от пълния доклад /

 

ХIX Национален конкурс  „Космосът - настояще и бъдеще на човечеството"


АЕРОКОСМИЧЕСКИ ТЕХНОЛОГИИ

ЗА БОРБА С ПОЖАРИТЕ


Автор:  Томислав Скандалиев1,2,3

 

 1Езикова гимназия „Д-р Петър Берон”, Кюстендил

                        2Клуб за аерокосмически технологии “Зодиак”– Кюстендил

 3Школа по ракетомоделизъм при ОДК, Кюстендил

 

e-mail: zodiac.program@gmail.com


Ръководители:   Д-р инж. Калин Крумов 1,2,

                                       Маг. инж. Христофор Иванов 2,3

 

1 Химикотехнологичен и металургичен университет, София

                        2 Клуб за аерокосмически технологии “Зодиак”– Кюстендил

 3 Технически университет, София

 

Ключови думи: Аерокосмически технологии, пожари, природни катастрофи, дистанционни изследвания, ракети, аерозолни пиротехнически състави, екология, безпилотни летателни апарати, дронове. 

         Резюме:  Това научно изследване описва възможности за приложение на актуални технически решения за противодействие срещу пожарите. Представени са примери за използване на върхови технологии от областта на арокосмическата техника за борба с огнената стихия в различни области на съвременния живот. Показани са конкретни резултати от изпитания на  специално създадени пиротехнически състави за аерозолно пожарогасене и начини за тяхното прилагане чрез наземни средства и чрез използване на безпилотни летателни апарати и ракети.

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

    От няколко години в нашия клуб за аерокосмически технологии "Зодиак", Кюстендил провеждаме експерименти по създаване и усъвършенстване на нетоксични пиротехнически състави за арозолно пожарогасене, базирани на нашия опит с разработки на безвредни ракетни горива за гражданска употреба. Освен експерименти с горивните състави, извършваме и тестове на системи за ефикасно и бързо пренасяне на такива устройства до зоната на пожар чрез ракети, радиоуправляеми самолети и дронове. Идеята ни е да се излезе от ограниченията за използване на този метод само и единствено в затворени помещения, а да се пренесат неговите големи предимства в условията на открити огнища на полски, горски   и промишлени пожари. Особено ценно би било да се въздейства на тези огнища в недостъпни горски и планински условия, където традиционните противопожарни техники трудно могат да се приложат, а атаките със самолети и хеликоптери са много скъпи и изискват огромни организационни усилия. Известно е, че нашата страна дори не разполага със специализирана противопожарна летателна техника, а в отделни случаи се ползват някои машини на армията и на гранична полиция.

            Пиротехническите състави, които ние създаваме, са във вид на твърди заряди, изглеждащи почти като горивните елементи на нашите ракетни двигатели. Може да се каже, че те са вид модифицирано ракетно гориво, но изгарянето става при много по-ниско налягане в металната тръба на уреда за пожарогасене. Като химически състав, това гориво се състои от окислител, горивна съставка и технологични добавки. В различните варианти използваме следните химически компоненти:

- Окислители - калиев нитрат, натриев нитрат, стронциев нитрат, амониев нитрат.

- Горива и свързващи вещества - полизахариди, епоксидна смола, въглен.

- Вещества с високо азотно съдържание - азодикарбонамид, уротропин, дициандиамид.

- Добавки и катализатори - железен оксид, магнезиев оксид.

- Охлаждащ агент - алуминиев хидроксид.

            При употребата на изброените вещества няма отделяне на токсични елементи и съединения при изгарянето на гасителния състав. Чрез софтуерната симулационна програма за химически превръщания PROPEP установихме следните резултати за вещества, получавани при изгарянето на 100гр. заряд, например от нашия състав AFZ-12:



Вижда се, че на изхода на генератора се отделя 38,57% аерозол от течен калиев карбонат, който попада в зоната на огъня, заедно с газова смес от азот, въглероден диоксид, водни пари и малки количества въглероден оксид и калиев хидроксид. Този гасителен състав, както и другите му разновидности, подлагаме на тестове с нарочно запален огън, за изследване на потушаващите му способности в открита среда. Това е част от нашата програма за успешно прилагане на тази технология при открити пожари.

            Кадри от такъв експеримент са представени на следващите няколко снимки:



    При този тест е използван пиротехнически гасителен заряд AFZ-9 (AntiFireZodiac-9) в цилиндрична форма с вътрешен канал и маса 0,2кг, който за 12 секунди потушава огън, изискващ нормално около 5-6 литра вода за изгасяването му. При тези горивни формули не е включен допълнителен охлаждащ агент, затова те изхвърлят струя със сравнително висока температура. В следващите варианти бяха направени тестове с добавянето на химически охлаждащ агент - алуминиев хидроксид и ефективността се повишава значително, а температурата на продуктите на горене се намалява на изхода на генераторната тръба.

            Едно изключително полезно приложение на ръчните аерозолни генератори може да е създаването на комерсиален продукт за загасяване на огнища при туристически излети, след барбекю в природата, лагерни огньове и други случаи на открит огън в гората. С помощта на малък и евтин "джобен" генератор може да се компенсира липсата на вода за изгасяване на огъня в такива огнища след приключване на излета.

            Оптимизирането на тези горещи аерозолни гасителни заряди продължава в работата на клуб "Зодиак", едновременно с дейностите по другите наши аерокосмически теми. Целта ни е да се постигне снижение на работната температура, повишаване количеството на инертни газове и аерозолни частици при изгарянето и намаляване на ненужните и на корозивните химически съединения. По световната класификация за аерозолни гасителни състави, създадените от нас формули могат да се причислят към категориите G2 и G3, които са от второ и трето поколение разработки. Разликата между тях е, че при G3 се заменя окислителят калиев нитрат с магнезиев или стронциев нитрати, които осигуряват неразтворими аерозолни частици при горене, а те са безвредни при гасене на електронно оборудване. Използват се също и комбинации от няколко вида окислители, според нуждите на конкретната среда за защита при пожар. [23]

Възможности за бързо пренасяне на гасителното оборудване:

.....................................................................................................................................................

.....................................................................................................................................................

    Най-смелата ни идея е свързана с използването на специално конструирани ракети за пренасяне на пожарогасителни състави до най-недостъпните зони на възникнали пожари. Такива са високопланинските горски пожари, които са невероятно трудни за овладяване, заради пресечения терен и невъзможността за достъп на стандартна гасителна техника. Тези огнища могат да се атакуват от разстояние с ракетни залпове, като полезният товар на ракетите е съставен от аерозолни пиротехнически състави. Може да се осигури масирано въздействие в зоната на пожара от дистанция по точно изчислена балистична траектория и да се покрие обширна територия с гасителни средства. За такъв вид "ракетна атака" е възможно да се конструира специална залпова установка, или пък да се ползва съществуваща военна такава, но с модифицирани противопожарни ракети за цивилна употреба.

            Например, на въоръжение в Българската рамия се намират установки от типа БМ-21 Град, които изстрелват при един залп 40 ракети за време по-малко от една минута. Всяка ракета има бойна глава с маса около 25кг. Ако бойните глави се заменят със специално направени гасителни носови части, или дори цялата ракета се направи в граждански вариант за пожарогасене, то един залп може да пренесе до зоната на пожара над 1000кг аерозолен гасителен реагент в рамките на една минута. Това може да стане от растояние 1 - 20 км. без значение от релефа и достъпността. Въздействието на такова количество твърд пиротехнически състав се равнява на водното количество в една стандартна противопожарна кола с десетки тонове вода, която при подобни екстремни условия е вероятно изобщо да не може да достигне до зоната на пожара.  [17,18,19]

            Самите ракети могат да се направят изцяло от разградими материали, а тяхното гориво и пиротехническият гасителен заряд да са нетоксични и безвредни за хората и природата. Такива пиротехнически формули вече има разработени и тествани в нашата експериментална практика, а ние условно сме ги означили като следваща категория G4 по международната класификация на иновативните гасителни средства. [23]

    Подобна идея за артилерийско въздействие върху пожари е описана в заявка за патент US 20160216091 A1, подадена от корпорацията "Boeing" през 2014г, но при тяхната идея се използват оръдия за изстрелване на снаряди, разпръскващи течни и прахообразни гасителни вещества. [20,21]

    Използването на подходящо конструирани ракети, изстрелвани от установка за залпов огън, е много по-ефикасно от употребата на оръдия. Атаката срещу пожара е бърза и масирана. Самите ракети позволяват изпълнение на конструкцията им от разградими материали, за разлика от снарядите, които са подложени на огромни натоварвания при изстрел и трябва да са направени от материали с висока якост. Също така, в идеята на Боинг е заложена схема с течни и прахообразни реагенти, които имат плътност едва 0,1-1,2кг/м3, докато твърдите аерозолни състави са с плътност 1,7-2,0кг/м3 и цялото вещество на пиротехническия заряд се превръща в гасителни продукти при своето изгаряне. [21]

            За нас бъдещето на пожарогасенето в екстремни и недостъпни условия е именно в разработването на системи за залпово противодействие от разстояние. Това е тясно свързано с оптимизирането на аерозолни гасителни формули с достатъчно ниска температура на изгаряне, висока начална плътност, ефикасен състав на продуктите от изгарянето и интелигентна конструкция на самия генератор, в който е поместен химическият агент.

.......................................................................................................................................................

.......................................................................................................................................................

Използвани източници на информация:

1.НАЦИОНАЛНА ПРОГРАМА ЗА ЗАЩИТА ПРИ БЕДСТВИЯ 2014-2018г., София 2013

2. http://www.heliair.bg

3. Димитров И., Витов О., "Мениджмънт на риска при горски пожари.", SENS-2009, София

4. ГДПБЗН, Статистическа и графична информация за дейността 2005-2013, Доклад

5. Гинчев Д., Бойчев Б., Василева С., "Съвременни методи и средства за наблюдение на критичната инфраструктура.", SES 2014, София

6. Димитров И., "Пожари в близост до обекти от критичната инфраструктура.", SES 2016, София

7. Станкова Н., Недков Р., Иванова И., "Изследване на последствията и състоянието на горски екосистеми след пожар чрез използване на дистанционни аерокосмически методи и данни.", SES 2016, София

8. "Начини на гасене на горски пожари.", Проект №2007СВ16IPO008-2013, Бургас

9. Любомиров И., "Система за ранно предизвестяване на горски и полски пожари.", ВТУ, 2014

10. Близнаков И., Мардиросян Г., "Аерокосмически методи за оценка на въздействието

на горските пожари върху околната среда.", Гора BG, Бр.7, 2004

11. Мардиросян, Г., Близнаков А., "Горските пожари.", Сп. Планета екоинфо, Кн. 1, 2001

12. Мардиросян Г., "Големите успехи на България в космоса.", Лекция в Ямбол, 2014

13.  Георгиев Н., Спиридонов Х., "Съвременни аерокосмически техники и технологии при дистанционното изследване на Земята." Научна сесия в Национален Военен Университет “В. Левски” Шумен, 2004

14. Spiridonov H., "Remote Sensing in Bulgaria: State-of- the-Art.", 2005, Sofia.

15. Защита от пожар чрез водна мъгла., Списание "Profesional", Бр.10, 2015

16. Аерозолни пожарогасителни системи DSPA.

17. https://bg.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%9C-21_%D0%93%D1%80%D0%B0%D0%B4

18. http://www.iiss.org/en/publications/military-s-balance

19. https://www.scribd.com/document/343342467/The-Military-Balance-2016-2016-pdf

20. Volpicelli G., Boeing wants to fight forest fires with ARTILLERY, MailOnline, 2016

21. Заявка за патент "Fire-retarding artillery shell",US 20160216091 A1

22. High-Pressure Systems Suppress Fires in Seconds, Public Safety, NASA Technology, 2016

23. Zhang X., Hot aerosol fire extinguishing agents and the associated technologies: A review., 2014