RU2583070C1

RU2583070C1 - Universal pyrotechnic composition for change of atmospheric conditions

Info

Publication number: RU2583070C1
Application number: RU2014144038/13A
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Козлов; Николай Андреевич Коршун
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2016-05-10

Abstract

FIELD: meteorology.

SUBSTANCE: invention relates to pyrotechnic compositions for changing atmospheric conditions by artificial control of precipitation as a result of generation of artificial ions using a thermionic method from pyrotechnic mixture. Composition contains components at following ratios, wt%: magnesium powder or alloys thereof (38-48); potassium nitrate (40-52); urea (2-8); calcium sulphate (2-8); silver iodide (1-2). Magnesium powder or alloys thereof is combustible. Potassium nitrate is used as an oxidant. Urea is used as a regulator of combustion process. Calcium sulphate is used as process and ion-donor component. Silver iodide is an ice-forming composition and provides crystallisation of cloud droplets at subzero temperature in atmosphere.

EFFECT: higher efficiency of precipitation process, enabling use of silver iodide for artificial inducing of precipitation from warm clouds.

1 cl, 4 tbl

Description

Изобретение относится к области метеорологии и является реализацией электрических методов активных воздействий на атмосферные процессы для искусственного регулирования осадков из облаков различных форм. Наиболее распространенным видом активного воздействия на облака является искусственное вызывание осадков (ИБО). ИБО основывается на воздействии на микро- и макрофизические процессы в облаках, приводящем к образованию осадков.The invention relates to the field of meteorology and is the implementation of electrical methods of active influence on atmospheric processes for the artificial regulation of precipitation from clouds of various forms. The most common form of active exposure to clouds is artificial precipitation (IBO). IBO is based on the impact on micro- and macrophysical processes in the clouds, leading to the formation of precipitation.

Известно, что естественные облака, образующиеся при положительной температуре из водных капель, называются «теплыми»; при отрицательной температуре - из ледяных кристаллов - «кристаллическими» и «смешанными» из переохлажденных капель и кристаллов. Определение физического состояния облака необходимо для выбора соответствующего реагента и способа его применения. В проведенных и опубликованных в разные годы исследованиях, приведенных в обзорах [1, 2], сделано уточнение механизма осадкообразования. Необходимым условием для образования осадков являются не только процессы конденсации водяного пара и гравитационное осаждение образовавшихся капель и кристаллов, но и адсорбция гидратированных ионов и мелких капель, имеющих отрицательный электрический заряд, более крупными. За счет конденсации водяного пара капли растут до радиуса 5-8 мкм, минимальный радиус капель для образования осадков составляет 18-20 мкм. При конденсационном росте капель для достижения радиуса капли 18-20 мкм требуется от 1,5 ч до 7,5 ч [3]. Время жизни конвективной ячейки от момента образования выпадения осадков и распада ~30-40 мин, что явно не соответствует фактическому времени образования и выпадения осадков из конвективного облака. Следовательно, необходимо учитывать ускоренный рост капель в облаке, происходящий при реализации микроэлектрической неустойчивости облачных капель при достижении ими предела Релея.It is known that natural clouds formed at a positive temperature from water droplets are called "warm"; at a negative temperature - from ice crystals - “crystalline” and “mixed” from supercooled drops and crystals. Determining the physical state of the cloud is necessary to select the appropriate reagent and the method of its application. In the studies carried out and published in different years, given in the reviews [1, 2], a refinement of the mechanism of sedimentation was made. A necessary condition for the formation of precipitation is not only the processes of condensation of water vapor and gravitational precipitation of the formed droplets and crystals, but also the adsorption of hydrated ions and small droplets having a negative electric charge, larger. Due to condensation of water vapor, the droplets grow to a radius of 5-8 microns, the minimum radius of the droplets for the formation of precipitation is 18-20 microns. With the condensation growth of droplets, it takes from 1.5 h to 7.5 h to achieve a droplet radius of 18–20 μm [3]. The lifetime of the convective cell from the moment of the formation of precipitation and decay is ~ 30–40 min, which clearly does not correspond to the actual time of formation and precipitation of the convective cloud. Therefore, it is necessary to take into account the accelerated growth of droplets in the cloud, which occurs when microelectric instability of cloud droplets is realized when they reach the Rayleigh limit.

Электрическое состояние облаков обусловлено зарядами отдельных облачных элементов и распределением зарядов внутри облака. Электрическая структура конвективных облаков выявлена в результате экспериментальных наблюдений и измерений [4, 5]. Конвективное облако в стадии зарождения и на стадии Cu hum - Cu med обычно заряжено целиком положительно. Отрицательные заряды (гидратированные ионы) задействованы на образование и рост облачных капель. В стадии Cu cong вверху облака накапливается положительный заряд, внизу - отрицательный. Эта структура сохраняется и при переходе облака в дождящее кучево-дождевое. С распадом облака упорядоченная структура зарядов размывается.The electrical state of the clouds is due to the charges of individual cloud elements and the distribution of charges within the cloud. The electric structure of convective clouds was revealed as a result of experimental observations and measurements [4, 5]. The convective cloud at the nucleation stage and at the Cu hum - Cu med stage is usually fully positively charged. Negative charges (hydrated ions) are involved in the formation and growth of cloud droplets. In the Cu cong stage, a positive charge accumulates at the top of the cloud, and a negative charge at the bottom. This structure is also preserved during the transition of the cloud to rain cumulonimbus. With the collapse of the cloud, the ordered charge structure erodes.

Заряд отдельных облачных капель преимущественно обусловлен свойством воды избирательно захватывать из воздуха отрицательные ионы. Облачная капля может изменить полученный заряд также и под влиянием электрического поля, образовавшегося внутри облака. В восходящих потоках влажного воздуха наряду с незаряженными ядрами всегда присутствуют положительно и отрицательно заряженные ядра. Дж. Таунсенд и Ч. Вильсон различными экспериментальными методами установили, что конденсация влаги в воздухе на отрицательно заряженных ядрах начинается при меньших перенасыщениях водяного пара, чем на положительно заряженных или нейтральных ядрах. Теоретическое объяснение этого явления было дано А.И. Русановым [6]. Он показал, что в случае полярных жидкостей (вода - полярная жидкость) коэффициент поверхностного натяжения воды зависит, как от величины, так и от знака заряда ядра конденсации. Для отрицательно заряженных ядер величина этого коэффициента значительно меньше, чем для положительно заряженных. Поэтому, вероятность возникновения отрицательно заряженных зародышей капель выше, чем положительно заряженных.The charge of individual cloud drops is mainly due to the property of water to selectively capture negative ions from the air. A cloudy drop can change the resulting charge also under the influence of an electric field formed inside the cloud. In ascending flows of moist air, along with uncharged nuclei, positively and negatively charged nuclei are always present. J. Townsend and C. Wilson, using various experimental methods, established that moisture condensation in air on negatively charged nuclei begins at lower water vapor supersaturations than on positively charged or neutral nuclei. A theoretical explanation of this phenomenon was given by A.I. Rusanov [6]. He showed that in the case of polar liquids (water - polar liquid), the surface tension coefficient of water depends both on the magnitude and on the sign of the charge of the condensation core. For negatively charged nuclei, the value of this coefficient is much smaller than for positively charged ones. Therefore, the probability of the appearance of negatively charged nuclei of drops is higher than positively charged ones.

При перенасыщении пара ~1% вероятность возникновения отрицательно заряженных зародышей капель на 3-4 порядка ~(10³-10⁴) больше, чем положительных. Это означает, что в случае небольшого перенасыщения в атмосфере конденсационная активность отрицательно заряженных ядер на порядки выше, чем положительных, так как конденсация происходит преимущественно на отрицательно заряженных ядрах [5].With a vapor supersaturation of ~ 1%, the probability of the appearance of negatively charged droplet nuclei is 3-4 orders of magnitude ~ (10 ³ -10 ⁴ ) more than positive. This means that in the case of a slight saturation in the atmosphere, the condensation activity of negatively charged nuclei is orders of magnitude higher than positive, since condensation occurs mainly on negatively charged nuclei [5].

Как только в поднимающемся из приземного слоя воздухе появляется перенасыщенный пар, начинается процесс образования облака - конденсация влаги и быстрый рост капель, происходящий преимущественно на отрицательно заряженных ядрах. В процессе конденсации капли растут до размеров (1-2) мкм. Далее их рост происходит за счет других факторов. Под действием сил тяготения движение капель вверх сильно замедляется. В свою очередь, на положительно заряженных ядрах процесс конденсации замедлен (для этого требуется значительно большая степень перенасыщения пара, наблюдающаяся на значительно больших высотах), и эти ядра продолжают движение вверх вместе с восходящим потоком. В результате в облаке происходит макромасштабное пространственное разделение зарядов с образованием отрицательного объемного заряда внизу и положительного в верхней части облака.As soon as supersaturated vapor appears in the air rising from the surface layer, the process of cloud formation begins - moisture condensation and rapid droplet growth, occurring mainly on negatively charged nuclei. In the process of condensation, droplets grow to sizes (1-2) microns. Further, their growth occurs due to other factors. Under the influence of gravitational forces, the movement of droplets upward greatly slows down. In turn, on positively charged nuclei, the condensation process is slowed down (this requires a much higher degree of vapor supersaturation, observed at significantly higher altitudes), and these nuclei continue to move upward along with the upward flow. As a result, a macroscopic spatial separation of charges occurs in the cloud with the formation of a negative space charge at the bottom and a positive at the top of the cloud.

Избирательные свойства поверхности воды связаны с двойным электрическим слоем (ДЭС) на границе вода-атмосфера. ДЭС на границе вода-атмосфера образуется в результате несимметричности молекулы воды, состоящей из двух разнородных атомов. В результате этого, в поверхностном слое жидкости существует слой ориентированных полярных молекул воды, причем молекулы Н₂О на поверхности капли воды ориентированы отрицательными полюсами наружу, а положительными внутрь. Согласно теории Я.И. Френкеля [7], избирательная адсорбция ионов поверхностью воды объясняется более легким проникновением отрицательных ионов через двойной электрический слой, чем положительных. Это обусловлено тем, что под влиянием электрического поля ориентированных диполей отрицательно заряженные ионы, попадающие на водную поверхность, начинают двигаться внутрь жидкости, а положительные ионы остаются на поверхности и могут испаряться также, как и нейтральные молекулы воды.The selective properties of the water surface are associated with a double electric layer (DEL) at the water-atmosphere interface. DES at the water-atmosphere boundary is formed as a result of the asymmetry of a water molecule consisting of two dissimilar atoms. As a result of this, in the surface layer of the liquid there is a layer of oriented polar water molecules, and the H ₂ O molecules on the surface of the water droplet are oriented with the negative poles outward and the positive poles inward. According to the theory of Ya.I. Frenkel [7], the selective adsorption of ions by the surface of the water is explained by the easier penetration of negative ions through the double electric layer than positive ones. This is due to the fact that under the influence of the electric field of oriented dipoles, negatively charged ions falling on the water surface begin to move inside the liquid, and positive ions remain on the surface and can evaporate as well as neutral water molecules.

В результате различия энергетических затрат на преодоление поверхностного слоя ионами противоположных зарядов по обе стороны от водной поверхности происходит формирование областей с электрическим зарядом противоположного знака и равного значения, то есть на поверхности возникает ДЭС. Современная теория строения ДЭС, предложенная Штерном, обобщает две существовавшие ранее теории Гельмгольца-Перрена и Гуи-Чепмена. Согласно этой теории в жидкости располагается ряд ионов одного знака, а в прилегающем воздухе часть ионов противоположного знака.As a result of the difference in energy costs for overcoming the surface layer by ions of opposite charges on both sides of the water surface, regions with an electric charge of the opposite sign and of equal value are formed, that is, DEL appears on the surface. The modern theory of the structure of DES, proposed by Stern, summarizes the two previously existing theories of Helmholtz-Perrin and Gouy-Chapman. According to this theory, a number of ions of the same sign are located in a liquid, and in the surrounding air a part of ions of the opposite sign.

Потенциал в адсорбционном слое убывает линейно, а в диффузионном слое по экспоненциальному закону. За толщину диффузионного слоя принимают расстояние, на котором потенциал убывает в е (2.718…) раз. При уменьшении температуры хаотическое движение ионов замедляется, и толщина диффузионного слоя уменьшается вплоть до толщины адсорбционного слоя. Поверхностью воды захватываются только ионы, у которых кинетическая энергия больше значения ее потенциального барьера А. На границах такого ДЭС скачок потенциала равен ~0.26 В, а толщина слоя равна 5·10^-9 м. Из-за наличия избирательных свойств водной поверхности при одинаковой проводимости положительных и отрицательных ионов в атмосфере, поверхность воды будет заряжаться отрицательно.The potential in the adsorption layer decreases linearly, and in the diffusion layer exponentially. The thickness at which the potential decreases by e (2.718 ...) times is taken as the thickness of the diffusion layer. With decreasing temperature, the chaotic motion of ions slows down, and the thickness of the diffusion layer decreases up to the thickness of the adsorption layer. The surface of the water captures only ions whose kinetic energy is greater than the value of its potential barrier A. At the boundaries of such a DEL, the potential jump is ~ 0.26 V, and the layer thickness is 5 · 10 ^-9 m. positive and negative ions in the atmosphere, the surface of the water will be negatively charged.

Теоретически определяются предельные заряды капель в облаке: максимальный положительный заряд Q⁺ _max(r) и максимальный отрицательный Q^- _max. Если величина Q превосходит максимальный заряд капли, то энергия электростатического поля заряда капли будет больше ее поверхностной энергии. В этом случае происходит дробление капли из-за близости одноименных зарядов [8]. При поглощении ионов и электронов аэрозолями было показано, что при данной напряженности электрического поля и при данном размере частицы существует максимально возможный заряд этой частицы. Однако заряд жидкой капли не может достигать предельного значения, определяемого выражением, за исключением случаев, когда ее размеры не превышают в диаметре 100 мкм. Максимальный заряд капель (по модулю), при котором происходит их дробление (предел Релея), представлен в табл. 1.The limiting charges of drops in a cloud are theoretically determined: the maximum positive charge Q ⁺ _max (r) and the maximum negative Q ^- _max . If Q exceeds the maximum droplet charge, then the energy of the electrostatic field of the droplet charge will be greater than its surface energy. In this case, the droplet is crushed due to the proximity of like charges [8]. In the absorption of ions and electrons by aerosols, it was shown that for a given electric field strength and for a given particle size, the maximum possible charge of this particle exists. However, the charge of a liquid droplet cannot reach the limiting value determined by the expression, with the exception of cases when its size does not exceed 100 microns in diameter. The maximum charge of droplets (modulo) at which they are crushed (Rayleigh limit) is presented in Table. one.

Аналогичный процесс наблюдается при испарении заряженной капли. Заряженная капля будет испаряться до тех пор, пока внешняя сила электрического поля на поверхности капли не превысит внутреннюю силу ее поверхностного натяжения. Тогда из-за близости зарядов одного знака капля разлетится на части, образуя несколько более мелких отрицательно заряженных капель.A similar process is observed during the evaporation of a charged drop. The charged drop will evaporate until the external force of the electric field on the surface of the drop exceeds the internal force of its surface tension. Then, due to the proximity of charges of the same sign, the drop will fly apart, forming several smaller, negatively charged drops.

Максимальное количество ионов и электронов для капли диаметром 100 мкм составляет 3,47·10¹⁰ и 1,72·10⁹ соответственно. Для сравнения, на дождевой капле диаметром 100 мкм в грозу находится около 4·10⁸ элементарных зарядов, что составляет 1% предельного заряда. У испаряющихся капель предел Рэлея понижается с уменьшением размера капли. Поэтому, у капель, которые могут испаряться, диаметр будет уменьшаться пока не составит 0,01 мкм. Мелкие капли, имеющие преимущественно отрицательный заряд, поглощаются более крупными, увеличивая их размеры, обеспечивая тем самым их рост до размера осадков. Механизм укрупнения облачных капель за счет микроэлектрической неустойчивости происходит как при восходящих, так и нисходящих вертикальных движениях в облаке. При средней скорости вертикальных движений в облаке ~10 м/с время образования осадков в конвективном облаке составит несколько минут, что происходит в действительности. В естественных природных условиях наблюдается несколько стадий развития конвективного облака от стадии зарождения до кучево-дождевого облака с выпадением осадков. В 50% случаев стадия развития заканчивается образованием мощного кучевого облака без выпадения осадков. Мощные кучевые облака без выпадения осадков являются ресурсной облачностью, воздействие на которую искусственно генерируемыми ионами стимулирует их рост до кучево-дождевой стадии и выпадение осадков.The maximum number of ions and electrons for a droplet with a diameter of 100 μm is 3.47 · 10 ¹⁰ and 1.72 · 10 ^9, respectively. For comparison, on a raindrop with a diameter of 100 μm in a thunderstorm there are about 4 · 10 ⁸ elementary charges, which is 1% of the maximum charge. In evaporating droplets, the Rayleigh limit decreases with decreasing droplet size. Therefore, for droplets that can evaporate, the diameter will decrease until it is 0.01 μm. Small droplets having a predominantly negative charge are absorbed by larger droplets, increasing their size, thereby ensuring their growth to the size of precipitation. The mechanism of enlargement of cloud droplets due to microelectric instability occurs both in ascending and descending vertical movements in the cloud. At an average speed of vertical movements in the cloud of ~ 10 m / s, the time of formation of precipitation in the convective cloud will be several minutes, which actually happens. Under natural conditions, there are several stages of convective cloud development from the nucleation stage to a cumulonimbus cloud with precipitation. In 50% of cases, the developmental stage ends with the formation of a powerful cumulus cloud without precipitation. Powerful cumulus clouds without precipitation are resource clouds, the impact on which artificially generated ions stimulate their growth to the cumulonimbus stage and precipitation.

Аналогами предлагаемого изобретения [9, 10, 11] являются патенты РФ №№2179800, 2181239, авторы Козлов В.Н., Лихачев А.В. и другие. Для искусственного вызывания осадков из смешанных облаков используется иодид серебра (AgJ), патент США №3375148 и др.Analogues of the invention [9, 10, 11] are RF patents No. 2179800, 2181239, authors Kozlov V.N., Likhachev A.V. and others. For the artificial induction of precipitation from mixed clouds, silver iodide (AgJ) is used, US patent No. 3375148 and others.

Аналог патент РФ №2181239, Пиротехнический состав для изменения погодных условий, опубликованный 20.04.2002, Бюл. №11, относится к области метеорологии и может быть использован при проведении работ по активным воздействиям на метеорологические процессы. 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 соблюдении его экологической безопасности применения и неограниченного температурного порога воздействия на облака. Практика применения пиротехнического состава выявила его недостаток, заключающийся в замедленной льдообразующей активности при засеве переохлажденных облачных слоев.Analogue RF patent No. 2181239, Pyrotechnic composition for changing weather conditions, published on 04/20/2002, Bull. No. 11, relates to the field of meteorology and can be used when conducting work on active impacts on meteorological processes. The pyrotechnic composition contains as a fuel a powder of magnesium or its alloys, as an oxidizing agent, alkali metal nitrate, as a regulator of the combustion process, urea, phenol-formaldehyde resin and calcium sulfate at certain ratios of components. The invention allows to create a composition that increases the sensitivity of the composition to the action of an igniter, stabilize the combustion process while observing its environmental safety of use and an unlimited temperature threshold for exposure to clouds. The practice of using the pyrotechnic composition revealed its drawback, which consists in delayed ice-forming activity during sowing of supercooled cloud layers.

Аналог патент США №3375148, опубликованный 26.03.1968 г. Пиротехнические вещества, включающие йодистое серебро, нитрат аммония, нитроцеллюлозу и эфиры нитратов, представляющие собой улучшенный иодид серебра. Пиротехническое вещество при воспламенении на земле дает активные ядра в количестве ~10¹⁵ частиц на грамм пиросмеси. Эти ядра формируют правильные и однородные кристаллы льда. Недостатком образующихся ядер является температурный порог действия, равный минус 6°C, что делает непригодным применение йодистого серебра для искусственного вызывания осадков из теплых облаков.Analogue US patent No. 3375148, published March 26, 1968. Pyrotechnic substances, including silver iodide, ammonium nitrate, nitrocellulose and nitrate esters, which are improved silver iodide. When ignited on the ground, a pyrotechnic substance gives active nuclei in an amount of ~ 10 ¹⁵ particles per gram of pyro mixture. These cores form regular and uniform ice crystals. The disadvantage of the formed nuclei is the temperature threshold of action, equal to minus 6 ° C, which makes unsuitable the use of silver iodide for artificial precipitation from warm clouds.

Ближайшим аналогом изобретения является патент РФ №2179800. Патент РФ №2179800, пиротехнический состав для изменения атмосферных условий, опубликованный 27.02.2002, Бюл. №6, относится к области метеорологии и может быть использован при проведении работ по активным воздействиям для искусственного регулирования осадков. Пиротехнический состав содержит в качестве горючего порошок магния или его сплавов, в качестве окислителя нитрат щелочного металла, в качестве регулятора ионов - мочевину, а в качестве технологического и ионно-донорного компонента используют сульфат кальция при определенных соотношениях компонентов. Изобретение позволяет создать состав, который позволяет стабилизировать процесс горения и увеличивать количество отрицательных ионов, генерируемых пиротехническим составом. Практика применения пиротехнического состава выявила его недостаток, заключающийся в замедленной льдообразующей активности при достижении вершиной засеянного реагентом облака переохлажденных облачных слоев из-за недостаточного количества положительных ионов, что сказывается на увеличении времени образования осадков.The closest analogue of the invention is RF patent No. 2179800. RF patent No. 2179800, pyrotechnic composition for changing atmospheric conditions, published on 02.27.2002, Bull. No. 6, refers to the field of meteorology and can be used during work on active impacts for artificial regulation of precipitation. The pyrotechnic composition contains as a fuel a powder of magnesium or its alloys, as an oxidizing agent, alkali metal nitrate, urea as an ion regulator, and calcium sulfate is used as a technological and ion-donating component at certain ratios of components. The invention allows to create a composition that allows to stabilize the combustion process and increase the number of negative ions generated by the pyrotechnic composition. The practice of using the pyrotechnic composition revealed its drawback, which consists in delayed ice-forming activity when the peak of the reagent seeded cloud reaches the supercooled cloud layers due to the insufficient number of positive ions, which affects the increase in the time of precipitation formation.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание универсального пиротехнического состава для термоионизационного генерирования заряженных реагентов в целях искусственного вызывания (регулирования) осадков. Повышение эффективности осадкообразования может быть достигнуто не только в результате воздействия на теплую часть облака, расположенную в области положительных температур, но и путем активизации классического механизма осадкообразования Вегенера-Бержерона-Финдайзена в переохлажденной части облака введением льдообразующего аэрозоля (AgJ). Это достигается интенсификацией льдообразования засеянным реагентом с положительно заряженными ионами в области отрицательных температур при достижении вершиной засеянного облака переохлажденных облачных слоев. Физический эффект воздействия при этом наблюдается в сокращении времени осадкообразования при дальнейшем росте вершины облака в области отрицательных температур, увеличении количества выпадающих осадков, увеличении площади выпадения осадков.The problem to which the invention is directed, is to create a universal pyrotechnic composition for thermionic generation of charged reagents in order to artificially cause (control) precipitation. An increase in the efficiency of precipitation can be achieved not only by exposing the warm part of the cloud located in the region of positive temperatures, but also by activating the classical mechanism of precipitation of Wegener-Bergeron-Findeisen in the supercooled part of the cloud by introducing an ice-forming aerosol (AgJ). This is achieved by intensification of ice formation by the seeded reagent with positively charged ions in the region of negative temperatures when the top of the seeded cloud reaches supercooled cloud layers. The physical effect of the effect is observed in reducing the time of precipitation with a further increase in the top of the cloud in the region of negative temperatures, an increase in the amount of precipitation, and an increase in the area of precipitation.

Сущность изобретения состоит в том, что поставленная задача решается использованием универсального пиротехнического состава для изменения атмосферных условий путем искусственного регулирования осадков в результате генерирования искусственных отрицательных и положительных ионов термоионизационным способом из пиротехнической смеси, содержащей порошкообразное металлическое горючее, в качестве окислителя нитрат щелочного металла и органическое вещество в качестве регулятора процесса горения, отличающимся тем, что он дополнительно снабжен электрически заряженным льдообразующим составом для кристаллизации облачных капель при отрицательной температуре в атмосфере при следующих соотношениях, мас.%:The essence of the invention lies in the fact that the task is solved by using a universal pyrotechnic composition to change atmospheric conditions by artificially regulating precipitation as a result of generating artificial negative and positive ions by the thermal ionization method from a pyrotechnic mixture containing powdered metal fuel, as an oxidizing agent, alkali metal nitrate and organic matter as a regulator of the combustion process, characterized in that it is additional provided with electrically charged ice-forming composition for crystallization cloud droplets at a negative temperature atmosphere at the following ratios, mass.%:

Порошок магния или порошок сплавов магнияMagnesium Powder or Magnesium Alloy Powder 40-4940-49 Нитрат щелочного металлаAlkali metal nitrate 40-5240-52 МочевинаUrea 2-82-8 Сульфат кальцияCalcium sulphate 2-82-8 Иодид серебраSilver iodide 1-21-2

Универсальный пиротехнический состав, представленный в процентном соотношении в табл. 2, действует следующим образом. Воспламенительный механизм снаряженного пиропатрона, например ГТВ-26, инициирует возгорание пиротехнической смеси, состоящей из порошкообразного металлического горючего, например магния или его сплавов, и окислителя калийной селитры (нитрата калия). Введение органических добавок, например мочевины (карбомид), безводного сульфата кальция (ангидрит) и иодида серебра, способствует равномерному стабильному горению. В результате сгорания пиротехнической смеси в атмосфере происходит образование ионогенного гигроскопического аэрозоля, состоящего из смешанных ядер конденсации, имеющих преимущественно отрицательный заряд, и льдообразующих ядер, имеющих преимущественно положительный заряд. Попадание отрицательно заряженного аэрозоля в облако стимулирует конденсационный рост облачных капель, способствует росту мощности облака за счет выделения скрытой теплоты парообразования, вызывающей интенсивное развитие восходящих вертикальных движений. Гидрофобные ядра йодистого серебра коагулируют с положительными ионами и не взаимодействуют с гидратированными отрицательными ионами. При достижении растущей вершиной облака зоны отрицательных температур начинается процесс интенсивного оледенения облачных капель под влиянием положительно заряженного льдообразующего аэрозоля из йодистого серебра, имеющего идентичную кристаллическую структуру с кристаллами льда. Происходит интенсивный процесс осадкообразования с выпадением осадков на земную поверхность.Universal pyrotechnic composition, presented as a percentage in table. 2, operates as follows. The ignition mechanism of an equipped pyro cartridge, for example, GTV-26, initiates the ignition of a pyrotechnic mixture consisting of powdered metallic fuel, for example magnesium or its alloys, and an oxidizing agent of potassium nitrate (potassium nitrate). The introduction of organic additives, such as urea (carbamide), anhydrous calcium sulfate (anhydrite) and silver iodide, promotes uniform stable combustion. As a result of the combustion of the pyrotechnic mixture in the atmosphere, an ionogenic hygroscopic aerosol is formed, consisting of mixed condensation nuclei having a predominantly negative charge and ice-forming nuclei having a predominantly positive charge. The ingress of a negatively charged aerosol into the cloud stimulates the condensation growth of cloud droplets, contributes to the growth of cloud power due to the release of latent heat of vaporization, which causes the intensive development of upward vertical movements. The hydrophobic nuclei of silver iodide coagulate with positive ions and do not interact with hydrated negative ions. When the cloud peak reaches a zone of negative temperatures, the process of intense glaciation of cloud drops begins under the influence of a positively charged ice-forming aerosol of silver iodide, which has an identical crystalline structure with ice crystals. An intensive process of sedimentation occurs with precipitation on the earth's surface.

Использование универсального пиротехнического состава проводилось при тушении лесных пожаров с 2002 г. по 2006 г. в ряде авиабаз ФГУ «Авиалесоохрана». При оперативном проведении работ анализировалось: количество воздействий, количество израсходованных изделий в макетах пиропатронов ПВ-26, данные наблюдений за числом случаев выпадения осадков, площадь выпадения, количество погашенных пожаров искусственно вызванными осадками.The use of the universal pyrotechnic composition was carried out during the extinguishing of forest fires from 2002 to 2006 in a number of airbases of the FSI Avialesohrana. During operational work, the following was analyzed: the number of exposures, the number of products consumed in the mock-ups of PV-26 pyro cartridge, observations of the number of cases of precipitation, the area of precipitation, the number of extinguished fires by artificially caused precipitation.

Результаты вызывания осадков на лесные территории, проводимые ФГУ «Авиалесоохрана» на территории Российской федерации в 2000-2006 гг., приведены в приложении и обобщены в табл. 3. В различные годы ИБО на лесные территории для снижения КПО и тушения лесных пожаров применяли авиабазы: Амурская, Дальневосточная, Забайкальская, Западно-Сибирская, Иркутская, Красноярская, Северо-Западная, Северная, Сыктывкарская, Томская, Тюменская, Уральская, Ханты-Мансийская, Читинская, Якутская.The results of precipitation in the forest areas carried out by the Federal Aviation Protection Agency on the territory of the Russian Federation in 2000-2006 are shown in the appendix and are summarized in table. 3. In different years of IBO, airbases were used in the forest territories to reduce KPO and extinguish forest fires: Amur, Far East, Transbaikal, West Siberian, Irkutsk, Krasnoyarsk, North-West, North, Syktyvkar, Tomsk, Tyumen, Ural, Khanty-Mansiysk , Chita, Yakutia.

Реагенты с иодидом серебра в штатных пиропатронах ПВ-26 применялись в 2000 г. и в 2002 г. с эффективностью вызывания осадков 47% в 2000 г. и тушения пожаров 23 из 60 (38%); в 2002 г. было проведено 2 воздействия 20 пиропатронами на 2 пожара из них один был погашен (табл. 3). Более низкая вероятность вызывания осадков при тушении лесных пожаров реагентами с йодистым серебром объясняется наличием «теплых облаков», когда вершины облаков не достигают температурного порога срабатывания реагента. С 2002 г. авиабазами ФГУ «Авиалесоохрана» реагенты с йодистым серебром не использовались (табл. 3).Reagents with silver iodide in standard PV-26 squibs were used in 2000 and in 2002 with a precipitation efficiency of 47% in 2000 and fire extinguishing 23 out of 60 (38%); in 2002, 2 impacts were carried out with 20 squibs on 2 fires, of which one was extinguished (Table 3). The lower likelihood of precipitation caused by extinguishing forest fires with silver iodide reagents is explained by the presence of “warm clouds” when the cloud tops do not reach the temperature threshold for the reactant to react. Since 2002, reagents with silver iodide have not been used at the airbases of FGU Avialesohrana (Table 3).

Всего за 2000-2006 гг. заряженными гигроскопическими реагентами было произведено 643 воздействия на мощные кучевые облака, использовано 2103 пиропатрона ПВ-ФХС, количество пожаров, на которые выпали осадки - 281; погашено - 177(63%). Из них в 2000-2002 гг. использовался прототип в макетах пиропатронов ПВ-26 (ФХС) в количестве 780 штук. Средняя эффективность погашенных пожаров за эти годы составляет ~55%. В 2003-2006 гг. использовался пиротехнический состав по заявляемому изобретению, было израсходовано 1323 пиропатрона, средняя эффективность погашенных пожаров за эти годы составила 72%. Проведение производственных работ по тушению лесных пожаров искусственно вызванными осадками заявляемым пиротехническим составом показало положительный эффект, выразившийся в увеличении количества погашенных пожаров на 17%.In total for 2000-2006 charged hygroscopic reagents produced 643 impacts on powerful cumulus clouds, used 2103 PV-FHS pyrocartridges, the number of fires that fell precipitation - 281; repaid - 177 (63%). Of these, in 2000-2002. a prototype was used in mock-ups of pyrocartridges PV-26 (FHS) in the amount of 780 pieces. The average efficiency of extinguished fires over these years is ~ 55%. In 2003-2006 the pyrotechnic composition according to the claimed invention was used, 1323 pyro cartridge was used up, the average efficiency of extinguished fires over the years was 72%. Carrying out production work to extinguish forest fires with artificially caused precipitation by the claimed pyrotechnic composition showed a positive effect, expressed in an increase in the number of extinguished fires by 17%.

Потенциальный экономический эффект от применения искусственно вызванных осадков для тушения лесных пожаров за 2000-2006 гг. составляет ~3333,2 млн долларов США с учетом того, что 1 га леса оценивается в 25000 $, из них на 2003-2006 гг. приходится 2728,05 млн $ (табл. 4). Средняя площадь погашенных пожаров в 2003-2006 гг. на один пиропатрон составляет ~82,5 га. За 2000-2002 гг. ~31 га. Увеличение площади погашенных пожаров в 2,66 раза свидетельствует об увеличении количества выпадающих осадков и времени их выпадения заявляемым универсальным пиротехническим составом.The potential economic effect of the use of artificially induced precipitation to extinguish forest fires in 2000-2006. is ~ 3333.2 million US dollars, taking into account the fact that 1 ha of forest is estimated at $ 25,000, of which for 2003-2006. $ 2728.05 million (Table 4). Average area of extinguished fires in 2003-2006 per squib is ~ 82.5 ha. For 2000-2002 ~ 31 ha. An increase in the area of extinguished fires by 2.66 times indicates an increase in the amount of precipitation and the time of their occurrence by the claimed universal pyrotechnic composition.

Использованные источникиUsed sources

1. Козлов В.Н., Емельянова Н.А., Коршун Н.А. Искусственное регулирование осадков. - Saarbrucken Deutschland. - Изд.: LFP LAMBERT Academic Publishing. - ISBN: 978-3-659-46160-6. - 2013. - 372 C.1. Kozlov V.N., Emelyanova N.A., Korshun N.A. Artificial precipitation regulation. - Saarbrucken Deutschland. - Ed .: LFP LAMBERT Academic Publishing. - ISBN: 978-3-659-46160-6. - 2013 .-- 372 C.

2. Козлов B.H. Методы искусственного вызывания осадков для борьбы с лесными пожарами.- Санкт-Петербург. - Изд.: Инфо-да. - ISBN 978-5-94652-359-2 - 2011. - 202 с.2. Kozlov B.H. Methods of artificial precipitation to combat forest fires. - St. Petersburg. - Publisher: Info-yes. - ISBN 978-5-94652-359-2 - 2011 .-- 202 s.

3. Левин Л.М. Исследования по физике грубодисперсных аэрозолей. - М.: Изд. АН СССР. - 1961 - 266 с.3. Levin L.M. Research in the physics of coarse aerosols. - M.: Publishing. USSR Academy of Sciences. - 1961 - 266 p.

4. Зайцев В.А., Ледохович А.А. Приборы для исследования туманов, облаков и измерения влажности. - Л.: Гидрометеоиздат. - 1970. - 255 с.4. Zaitsev V.A., Ledokhovich A.A. Instruments for the study of fogs, clouds and moisture measurement. - L .: Hydrometeoizdat. - 1970. - 255 p.

5. Левин Л.М. Электрическая коагуляция облачных капелек. // Тр. Эльбрусской высокогорной экспедиции 1961. - Т. 2(5). - С. 5-42.5. Levin L.M. Electrical coagulation of cloud droplets. // Tr. Elbrus Alpine Expedition 1961. - T. 2 (5). - S. 5-42.

6. Русанов А.И. К термодинамике нуклеации на заряженных центрах. // ДАН СССР. - Т. 238. №4. 1978 - С. 831-834.6. Rusanov A.I. To the thermodynamics of nucleation at charged centers. // DAN of the USSR. - T. 238. No. 4. 1978 - S. 831-834.

7. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. Изд. «Наука» Ленинград. - 1975. Отредактировано 2011. - 592 с.7. Frenkel Y.I. Kinetic theory of liquids. Ed. "Science" Leningrad. - 1975. Edited 2011. - 592 p.

8. Райст П. Аэрозоли. - М.: Мир. 1987 - 278 с.8. Raist P. Aerosols. - M .: World. 1987 - 278 p.

9. Патент РФ №2179800, 2001 г.9. RF patent No. 2179800, 2001

10. Патент РФ №2181239, 2002 г. 10. RF patent No. 2181239, 2002

11. Патент США №3375148, 1968 г. 11. US Patent No. 3375148, 1968

Claims

A universal pyrotechnic composition for changing atmospheric conditions by artificially regulating precipitation as a result of generating artificial ions by the thermal ionization method from a pyrotechnic mixture containing powdered metal fuel from magnesium powder or its alloys, an alkali metal potassium nitrate as an oxidizing agent, and an organic substance as a combustion process regulator urea, as a technological and ion-donating component - calcium sulfate, characterized in that it is supplemented tion is provided with an ice composition - silver iodide crystallization cloud droplets at a negative temperature atmosphere at the following ratios, mass%:.
Magnesium Powder or Magnesium Alloy Powder 38-48 Alkali metal nitrate 40-52 Urea 2-8 Calcium sulphate 2-8 Silver iodide 1-2