Wie nah kann ich an einen Raketenstart herankommen, ohne getötet zu werden?

Das American Petroleum Institute legt in seinem Standard 521 Grenzwerte für die Exposition von Personal gegenüber Wärmestrahlung von Fackeln fest. Da Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff häufig abgefackelt und auch häufig als Raketentreibstoff verwendet werden, sind die Daten relevant. Diese Veröffentlichung wird in der gesamten Ölindustrie weltweit verwendet (und wird daher viel häufiger verwendet als alles, was von irgendeiner Weltraumbehörde herausgegeben wird).

Hier sind die Grenzwerte aus der Ausgabe von 1997 (für den Zweck dieser Frage etwas einfacher zu interpretieren als die neueste Ausgabe .) Die ungeraden Zahlen sind ein Ergebnis der Umwandlung von runden Zahlen von$\frac{BTU}{hft^2}$. Zum Vergleich: Die Sonneneinstrahlung beträgt etwa 1$\frac{kW}{m^2}$.

9.45$\frac{kW}{m^2}$- Die Exposition muss auf wenige (ca. sechs) Sekunden begrenzt werden, die nur für die Flucht ausreichen. Kann erwägen, dass ein Turm oder eine Struktur ein gewisses Maß an Abschirmung bietet.

6.31$\frac{kW}{m^2}$- Notfallmaßnahmen bis zu 1 Minute ohne Abschirmung, aber mit angemessener Kleidung.

4.73$\frac{kW}{m^2}$- Notfalleinsätze bis zu mehreren Minuten ohne Abschirmung, aber mit angemessener Kleidung.

1.58$\frac{kW}{m^2}$- Personal mit entsprechender Kleidung kann ständig exponiert sein

Die neueste Ausgabe reduziert die Zeiten für 4.73 und 6.31 auf 2-3 Minuten bzw. 30 Sekunden und gibt, was aus Sicht dieser Frage eher wenig hilfreich ist, keine Zeit für an$9.45\frac{kW}{m^2}$.

Nehmen wir ein Beispiel mit einer beliebten Engine. Laut Wikipedia hat ein SpaceX Merlin 1-C-Triebwerk einen Schub von$420000 N$und eine Düsengeschwindigkeit von$2600 \frac{m}{s}$auf Meereshöhe, was einen Treibstoffverbrauch von bedeutet$\frac{420000}{2600}=161\frac{kg}{s}$, von denen etwa zwei Drittel (nach Masse) Sauerstoff sind. Der Rest (s$50\frac{kg}{s}$) ist Kerosin. Der untere Heizwert (dh ohne Berücksichtigung der durch Kondensation von bei der Verbrennung erzeugten Wassers rückgewinnbaren Wärme) von Kerosin liegt bei etwa$43\frac{MJ}{kg}$also die leistung eines merlin 1-c ist ungefähr$43 \times 50 = 2150\ MW$oder$2150000\ kW$.

Nehmen wir an, wir wollen am$6.31 \frac{kW}{m^2}$Abstand und gehen Sie davon aus (wie es die Norm API 521 tut), dass die Strahlung einer Verbrennungsquelle in alle Richtungen identisch ist. Um die Berechnung einfach zu halten, nehmen wir (vorerst) an, dass der Emissionsgrad der Verbrennungsquelle 1 ist: das heißt, perfekte Strahlung.

Wir müssen nun den Radius einer Kugel so berechnen, dass$6.31 \frac{kW}{m^2}$Strahlung wird von einer Punktquelle erfahren$2150000\ kW$. Eine solche Kugel hat eine Fläche von$\frac{2150000}{6.31} = 340729\ m^2$. B. die Fläche einer Kugel ist$4\times \pi\times r^2$, das entspricht einer Entfernung von 165 m.

Zwei weitere Dinge sind zu beachten: Erstens hat eine Falcon 9-Trägerrakete 9 Motoren, nicht einen. Um dies zu berücksichtigen, müssen wir mit multiplizieren$\sqrt{9}=3$also müssen wir dabei sein$165 \times 3=495 m$Distanz. (Sagen wir, 500 m.)

Zweitens kann der Emissionsgrad etwas kleiner als 1 sein (Werte für die Verbrennung mit Sauerstoff sind schwer zu bekommen), aber aufgrund des quadratischen Gesetzes macht es keinen großen Unterschied. Undurchsichtiger Rauch kann den Emissionsgrad erheblich verändern, aber die meisten Raketen brennen sauber, sobald sie die Startrampe verlassen haben. Ein niedriger Wert für eine rauchlose Fackel, die schwere Kohlenwasserstoffe verbrennt, wäre 0,25 ($\frac{1}{4}$) Wenn dies also auf eine Rakete anwendbar wäre, würde sich die Entfernung halbieren$250 m.$

Ich schätze, Sie würden den Start von Falcon 9 bei einer maximalen Strahlung von 100,000 überleben$6.31 \frac{kW}{m^2}$, wenn auch möglicherweise mit erheblichen Verbrennungen. Es dauert ziemlich kurz, bis die Rakete die Erde weit entfernt hat, aber es wäre heiß und unangenehm (schmerzhaft) mit der 6,31-fachen Sonneneinstrahlung in Ihrem Gesicht. Es würde mich nicht wundern, wenn du dich umdrehst und davonläufst.

Die meisten Treibmittel sind nicht so giftig. Die vielleicht schlimmsten Abgase stammen von den Feststoffraketen-Boostern des Space Shuttles, die Aluminiumoxid in Form eines feinen weißen Pulvers produzieren, das sehr schlecht für Ihre Lungen wäre. Ich bin mir ziemlich sicher, dass die Wärmestrahlung immer noch der begrenzende Faktor sein würde.

EDIT 1 : Der Sojus-Trägerrakete hat fünf (Vierfachdüsen-) Triebwerke mit 813 Kilonewton Schub und$2.4\frac{km}{s}$Geschwindigkeit, was einen Gesamttreibstoffverbrauch von ergibt$1694\frac{kg}{s}$. Das ist geringfügig mehr als die$9 \times 160 = 1440\frac{kg}{s}$von Falcon 9 verwendet. Daher finde ich in den Kommentaren die Behauptung, dass der Start beobachtet werden kann$400 m$überraschend, obwohl es nicht mit einem Emissionsgrad von kollidiert$0.25$. Der Emissionsgrad ist so etwas wie ein Unbekannter, und die Trümmer- und Dampfwolke an der Startrampe würde den Beobachter vor der Wärmestrahlung abschirmen, bis die Rakete eine gewisse Höhe erreicht hat. Es ist immer noch näher an einem Start, als ich es gerne wäre.

BEARBEITEN 2 Ich erhalte Kommentare, dass meine thermischen Berechnungen zu hoch angesetzt sind. Ich habe die Gesamtenergiefreisetzung überprüft und das zumindest ist korrekt. Mal sehen, was falsch sein könnte:

1. Das sphärische Strahlungsmodell ist eine zu starke Vereinfachung. Tatsächlich wird der größte Teil der Strahlung nach unten gerichtet sein, sodass dies die von einem Beobachter am Boden wahrgenommene Wärmeenergie tatsächlich erhöhen würde.

2. Ich habe die in Schub umgewandelte Energie nicht gesondert berücksichtigt. Wikipedia gibt einen Wirkungsgrad von etwa 60 % an, wodurch 40 % Energie für die Emission verfügbar bleiben. Ich habe dies mit meiner eigenen Ausdehnungsrechnung überprüft:

Kammerdruck$6.77\ MPa$(Merline)$5.85\ MPa$(Sojus): überlegen$60\ atm$(ca.$6\ MPa$) zur Bequemlichkeit.

Spezifisches Wärmeverhältnis: Sowohl CO ₂ als auch H ₂ O liegen bei etwa 1,3.

Wärme nicht in Schub umgewandelt =$\frac{T2}{T1} = 60^{\frac{1-1.3}{1.3}} = 0.389$

Das liegt überraschend nahe am Wikipedia-Effizienzwert.

Angesichts der allgemeinen Unsicherheit von Emissionsgradwerten halte ich einen Faktor von 40 % für nicht besonders aussagekräftig.

3. Nach einigem Nachdenken fiel mir auf, dass der vielleicht wichtigste Unterschied zwischen einer Fackel (mit der ich als Verbrennungsingenieur in der Ölindustrie sehr vertraut bin) und einem Raketentriebwerk (mit dem ich zugegebenermaßen weniger vertraut bin) der viel größere ist Turbulenz mit Umgebungsluft. Dies kann zu einer viel stärkeren Vermischung und folglich zu einem niedrigeren Emissionsgrad führen.

Ich zögere, eine weitere Vermutung zum Emissionsgrad anzustellen, aber wenn er so niedrig wäre wie$\frac{1}{25}$(Das sind nur 4% der freigesetzten Wärme, die in Wärmestrahlung umgewandelt werden!) Meine Schätzung für die minimale nicht tödliche Entfernung von einem Falcon 9 wäre$\frac{500}{\sqrt{25}}=100\ m$(bei welcher Entfernung Ihr Gehör stark geschädigt würde.)

Es ist bemerkenswert, dass sich dieser nicht wesentlich vom Radius der Staub- und Dampfwolke unterscheidet, die sich an der Startrampe bildet. Diese Trümmerwolke muss ziemlich heiß sein (all diese Wärme, die nicht abgestrahlt wird, muss irgendwohin gehen), daher denke ich, dass das Risiko, von herumfliegenden Trümmern getötet zu werden, irrelevant ist, da die Hitze Sie sowieso erwischen würde.

Denken Sie daran, dass ein Raketentriebwerk einfach eine kontrollierte Explosion ist. Die Explosion ist auf den Boden gerichtet, sodass die meiste Hitze/Flammen/Abgase Sie nicht erreichen, es sei denn, Sie waren sehr nahe. Es wäre einfach, einfach auf der Seite zu stehen, die der Richtung gegenüberliegt, auf die es beim Start gerichtet war.

Außer einem Unterdrückungssystem aus Gräben und/oder Wasser schützt Sie jedoch nichts vor dem Schall .

Geräusche sind nichts weiter als Druckwellen, die durch die Luft wandern. Das Geräusch beim Start des Shuttles betrug 215 dB. Saturn V hatte 220 dB und war in der Lage, Beton allein durch Schall zu schmelzen. Als Referenz waren die Atombomben, die sie auf Japan abgeworfen haben, 248 dB. Studien zeigen, dass ein Geräusch von 210 dB Schäden an inneren Organen verursacht, was wahrscheinlich zum Tod durch innere Blutungen führt. Wie nah müsste man dem Saturn V sein, um mit 210 db getroffen zu werden? Wahrscheinlich ein paar hundert Fuß, was Sie über den größten Teil des Rauchs und der Hitze hinwegbringen würde, besonders wenn Sie an der richtigen Stelle standen.

Also stimme ich dafür, dass dich der Sound zuerst umbringt.

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

So nah.....

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

Das ist ziemlich verrückt, die Hitze muss immens gewesen sein.

Es würde für jeden Raketentyp variieren. Je stärker eine Rakete ist, desto größer ist der Sicherheitsabstand. Eine Rakete wie die Saturn V würde einen größeren Abstand benötigen als eine Proton-Rakete.

Es würde auch davon abhängen, welche Abgasleitstrukturen beim Start unter der Rakete vorhanden sind und wo die Person in Bezug darauf sein wollte. Ein Abstand senkrecht zu den Auslassöffnungen wäre kleiner als ein Abstand im Weg des Abgases von den Öffnungen.

...man würde DEFINITIV zuerst vom Geräusch getötet werden; allein die Wucht des Klangs würde deinen ganzen Körper in Sekundenbruchteilen verflüssigen; Aus diesem Grund sehen Sie ab T-9 Minuten und darunter niemanden auf der Startrampe. Sie würden wahrscheinlich getötet werden, wenn Sie weniger als eine halbe Meile von der Startrampe 39-A entfernt auf der Aussichtsplattform LC-39 stünden. Übrigens, SLS hat einen Schub von 8,8 Millionen Pfund im Vergleich zu Saturn Vs maximal 7,7 m, also ist die Todeszone größer, aber sie starten SLS von Pad 39-B am 29. August, also ist die Entfernung näher als eine Meile die Aussichtsplattform.