ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ Российский патент 2002 года по МПК A01G15/00 

Изобретение относится к области активных воздействий на метеорологические процессы, в частности для рассеяния облаков, туманов и искусственного регулирования осадков из облаков различных форм. Наиболее распространенными видами воздействия на облака являются интенсификация осадкообразующего механизма с целью вызывания дополнительных осадков либо предотвращение выпадения осадков. Управление процессом выпадения осадков основывается на анализе микро- и макрофизических процессов в облаках, определение которых позволяет выбрать соответствующий реагент для проведения засева облаков и способ его применения. Известно, что естественные облака состоят из капель воды при положительных температурах или кристаллов льда при температуре ниже нуля градусов. Необходимыми условиями для конденсации водяного пара являются ядра конденсации, которыми, как правило, служат гигроскопические вещества морского или океанического происхождения, продукты горения органических или неорганических веществ и частицы выветривания почв и горных пород, несущие положительный или отрицательный электрический заряд.

Процессы конденсации водяного пара на гигроскопических ядрах наблюдаются как при положительных, так и при отрицательных температурах. Проведенные исследования ядер конденсации показали, что они преимущественно состоят из солей щелочных металлов (натрий, калий), магния и галогенов. Изучение процессов конденсации водяного пара в атмосфере позволяет осуществлять регулирование осадкообразующего механизма введением дополнительного количества ядер конденсации водяного пара в различные части облака, вызывая интенсификацию генерации осадков или прерывание действия осадкообразующего механизма и диссипацию (рассеяние) облака. Составы для воздействия на облака в целях изменения погодных условий, как показали исследования естественных ядер конденсации, возможно получать пиротехническим способом, состоящими из тех же компонентов, которые были обнаружены в жидких или твердых осадках.

Аналогами предлагаемого изобретения являются пиротехнические составы по патентам США 3630950, МПК А01G 15/00, 1971 г. и РФ 2090549, МПК С06Д 3/00, С06В 31/02, A01G 15/00, 1997 г. Состав по патенту 3630950 содержит магний в качестве горючего, нитраты щелочных металлов в качестве окислителя, галогенид металла при молярном соотношении горючего и окислителя 1,5:1 - 3,5:1. Недостатком указанного состава является ограниченный температурный диапазон применения (ниже нуля градусов), экологическая небезопасность использования (возможное "засаливание" поверхности почвы в местах интенсивного использования).

Ближайшим аналогом изобретения является состав для рассеивания облаков и туманов по патенту РФ 2090549 (авторы: Козлов В.Н., Лихачев А.В., Окунев С. М., Фомин В.А., Соснов А.В.), содержащий порошок магния или его сплавов, нитраты щелочных металлов и мочевину при молярном соотношении металлического горючего к окислителю от 2,1:1 до 6,25:1 и следующем соотношении всех компонентов (в мас.%): мочевина 10-18, нитрат щелочного металла 32-55, порошок магния или его сплавов 27-53. Опыт использования этого состава показал, что его недостатками являются низкая чувствительность к воспламенению и нестабильность процесса горения в облачной среде. Скорость горения пиротехнического состава уменьшается с увеличением концентрации мочевины и при 20 в. ч. горение прекращается.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение чувствительности состава к действию воспламенительного вещества, стабилизация процесса горения при сохранении его экологической безопасности применения и неограниченного температурного порога воздействия на облака, упрощение технологии изготовления.

Поставленная задача достигается использованием состава, содержащего в качестве горючего порошок магния или порошок сплавов магния 27-53%, в качестве окислителя нитрат щелочного металла 32-55%, в качестве регулятора процесса горения мочевину 10-18% с добавлением фенолформальдегидной смолы 2-5% и сульфата кальция 3-5% (табл.1).

Состав действует следующим образом. Воспламенительный механизм пиропатрона, например ПВ-26, инициирует горение основного состава. Введение дополнительно фенолформальдегидной смолы и сульфата кальция способствует увеличению чувствительности к действию воспламентельного состава в 2 раза, при этом происходит ровное стабильное горение без выбросов незагоревшихся частиц заряда, скорость горения зарядов при этом незначительно изменяется (табл.2). Для определения воспламеняемости и скорости горения использовались образцы пиротехничской смеси массой 20 г, запрессованные в бумажные оболочки диаметром 23 мм. Кроме того, введение дополнительных компонентов позволяет упростить технологию изготовления зарядов, которые могут изготовляться обычным способом глухого прессования или с добавлением воды литьевым способом. Высокая температура горения вызывает термоионизацию щелочного металла. Наличие 10-18% состава мочевины способствует преимущественному образованию положительных ионов. В результате горения пиротехнического состава образуются частицы радиуса ~ 10^-5 см, которые являются ядрами конденсации в атмосфере. Принимая во внимание плотность реагента, равную ~2 г/см³, число таких частиц составит ~10¹⁴ на грамм реагента. На основании распределения Больцмана можно определить, что при термоионизации щелочных металлов при температуре горения пиротехнической смеси образуется ~10¹⁵ пар ионов. Таким образом, можно считать, что образовавшиеся частицы в результате ионизации несут в среднем единичный положительный заряд. Введение положительного заряда в облако приводит к образованию нисходящих движений и диссипации облака.

Проведение активных воздействий в январе и мае-июле 1997 года показало, что предлагаемый состав активно воспламеняется, стабильно горит и эффективно действует как при отрицательных, так и при положительных температурах облаков.

Так, например, в результате экспериментального засева облаков с самолета АН-2 в Ленинградской области в январе 1997 года было предотвращено выпадение снегопада над городом. Воздействия проводились на слоисто-дождевые облака фронта окклюзии по типу холодного на расстоянии 100-150 км, переносимые юго-западным потоком в сторону города со скоростью ~30 км/ч. Высота воздействия составляла 2,5-3,0 км, температура наружного воздуха (-10,8) ÷ (-12)^oС. В результате отстрела 10 генераторов в габаритах пиропатрона ПВ-26 с интервалом 15-20 с через 10-15 минут после воздействия радиолокатором зафиксировано интенсивное выпадение осадков юго-западнее города на удалении 50-80 км. В Санкт-Петербурге выпадение осадков (снега) не наблюдалось.

24 мая 1997 г. была проведена метеозащита г. Санкт-Петербурга от выпадения осадков. Воздействие проводилось на конвективную облачность на удалении 80-90 км северо-восточнее города с самолета АН-2. Высота нижней границы облаков составляла 1,5-2,0 км с температурой около 0^oС. Всего было израсходовано 13 пиропатронов. В результате воздействия через 10-20 мин прошли интенсивные осадки в районе Сосново-Токсово. В Санкт-Петербурге осадков не наблюдалось.

28 июня 1997 г. была проведена метеозащита г.Пушкина во время проведения "Царскосельского карнавала". Активные воздействия проводились с 10.00 до 21.00 ч на облачные образования, связанные с прохождением фронта окклюзии с борта легкомоторного самолета. Высота воздействия составляла 1,5-2,0 км при температуре наружного воздуха от 5 до 6^oС. В результате метеозащиты в часы проведения карнавала выпадения осадков не наблюдалось, в то же время в соседних районах области наблюдались интенсивные осадки до 10-14 мм за день.

Во всех трех приведенных примерах воздействия не наблюдалось ни одного отказа в воспламенении пиросоставов, горение было стабильным.

Таким образом, предлагаемый пиротехнический состав позволяет эффективно изменять погодные условия, вызывать диссипацию облака или предотвращать выпадение осадков из природных облаков, расположенных как в области отрицательных, так и области положительных температур. Так как предлагаемые составы имеют более высокую чувствительность к действию воспламенительного состава, то значительно упрощается технология изготовления из них зарядов из-за отсутствия изготовления одного или двух переходных составов и прессование можно проводить в одну запрессовку. Кроме того, наличие в составе сульфата кальция позволяет проводить изготовление зарядов литьевым способом в водных смесях, значительно повышающих безопасность производства.

Таким образом, положительный эффект от введения дополнительных компонентов: фенолформальдегидной смолы 2-5% и сульфата кальция в количестве 3-5% заключается в значительном увеличении чувствительности составов к действию воспламенительного состава, что позволяет упростить технологию изготовления из него зарядов. Кроме того, введение дополнительных компонентов позволяет стабилизировать процесс горения. Наличие сульфата кальция даже в таких небольших количествах позволяет изготовлять заряды литьевым способом.

Существенным отличием предлагаемого состава от прототипа является непрерывное горение с постоянной скоростью. Введение дополнительных компонентов фенолформальдегидной смолы и сульфата кальция и соотношение между компонентами, определенное экспериментальным путем (табл.1), способствуют стабилизации процесса горения и равномерному засеву облака ионогенным гигроскопическим аэрозолем, преимущественно положительно заряженным, так как при этом развиваются интенсивно нисходящие движения на всей трассе действия пиротехнической шашки. Пиротехнический состав экологически безопасен, так как сам состав и продукты его горения являются составными частями естественных атмосферных ядер конденсации водяного пара.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано при проведении работ по активным воздействиям для метеозащиты от неблагоприятных погодных условий. Пиротехнический состав содержит в качестве горючего порошок магния или его сплавов, в качестве окислителя нитрат щелочного металла, в качестве регулятора процесса горения мочевину, фенолформальдегидную смолу и сульфат кальция при определенных соотношениях компонентов. Изобретение позволяет создать состав, который увеличивает чувствительность состава к действию воспламенительного вещества, стабилизировать процесс горения при сохранении его экологической безопасности применения и неограниченного температурного порога воздействия на облака. 2 табл.

Пиротехнический состав для изменения погодных условий, содержащий в качестве горючего порошок магния или порошок сплавов магния, в качестве окислителя - нитрат щелочного металла, в качестве регулятора процесса горения - мочевину, отличающийся тем, что он дополнительно содержит фенолформальдегидную смолу и сульфат кальция при следующем соотношении всех компонентов, %:
Мочевина - 10-18
Нитрат щелочного металла - 32-55
Порошок магния или его сплавов - 27-53
Фенолформальдегидная смола - 2-5
Сульфат кальция - 3-5