Analysis of the Lightning Discharge Impact on Space Rockets
Keywords:
rocket, lightning, lightning resistance
Abstract
The impact of a direct lightning discharge on a space rocket is analyzed. Mechanical, thermal, and electromagnetic impacts are considered in the entire range of possible lightning current intensities. It is noted that the lightning main characteristic that determines various physical factors of its impact on objects is the lightning discharge current intensity as a function of time. Thermal factors are caused by rapid heat release when the lightning channel comes in direct contact with the rocket external structural components. The energy released in the lightning channel is determined by the transferred charge, flash duration, and lightning current amplitude. In most cases, this energy is sufficient to ignite fuel mixtures and gases produced during refueling. It is shown that at a current of higher than 100 kA, there is a danger of melting the rocket external structural components. The mechanical impact caused by an acoustic shock wave does not pose a hazard even at a current of 200 kA. Electrodynamic impact can cause flattening of hollow metal tubes. Electrical factors are associated with the impact of lightning current and overvoltages occurring in the onboard equipment. Electromagnetic impact is always dangerous when lightning hits a rocket and requires protective measures for the onboard equipment and cable network.
References
1. Сенцов Ю.И., Хмельщиков М.В. О молниестойкости ракет космического назначения. – Электричество, 2019, № 8, с. 30–33.
2. КТ-160D. Квалификационные требования. Условия эксплуатации и окружающей среды для бортового авиационного оборудования (Внешние воздействующие факторы). Требования, нормы и методы испытаний. М.: АР МАК, 2004, 327 с.
3. Rakov V.А., Mareev E.A. Statistical Distributions of Lightning Parameters with Emphasis on their Extremely High Values. – Электричество, 2021, №. 3, с. 4–25.
4. Кужекин И.П., Ларионов В.П., Прохоров Е.Н. Молния и молниезащита. М.: Знак, 2003, 330 с.
5. Комягин С.И. Электромагнитная стойкость беспилотных летательных аппаратов. М.: Красанд, 2016, 320 с.
6. Кужекин И.П. и др. Защита от молнии и обеспечение электромагнитной совместимости на стартовых комплексах космического назначения. – Вестник МЭИ, 2009, № 5, с. 36–41.
7. Кирилов В.Ю., Клыков А.В., Нгуен В.Х. Моделирование воздействия мощных электромагнитных помех на электротехнический комплекс самолета. – Труды МАИ, 2013, № 71, 23 с.
8. Острик А.В., Филипенко А.А. Молниезащита углепластиковых элементов конструкции самолета при тепловом и механических действиях прямого удара молнии. – Конструкции из композиционных материалов, 2010, № 1, с. 34–44.
9. Баранов М.И., Кравченко В.И. Электротермическая стойкость металлической обшивки летательного аппарата к прямому воздействию импульсного тока молнии. – Электричество, 2012, № 12, с. 18–26.
10. Issac F., et. al. Space Launching Site Protection against Lightning Hazards. – AerospaceLab, 2012, No. 5.
11. Mata C.T., Mata A.G. Summary of 2011 Direct and Nearby Lightning Strikes to Launch Complex 39B, Kennedy Space Center, Florida. – Int. Conference: Lightning Protection (ICLP), 2012, DOI:10.1109/ICLP.2012.6344321.
12. Сенцов Ю.И. Оценка электромагнитной помехи в электросети ракеты при прямом попадании в нее молнии. – Электричество, 2017, № 11, с. 36–39.
13. Кравченко В.И., Болотов Е.А., Летунова Н.И. Радиоэлектронные средства и мощные электромагнитные помехи. М.: Радио и связь, 1987, 256 c.
14. Авруцкий В.А. и др. Разрушение изделий из углепластика под действием токов молнии. – Электричество, 1993, № 2, с. 28–33.
15. Гуняев Г.М. и др. Молниестойкость современных полимерных композитов. – Авиационные материалы и технология, 2012, № 2, с. 36–42.
16. ГОСТ РВ 0020-57.309–2019. КСКК. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Методы оценки соответствия требованиям стойкости к воздействию электромагнитных полей и токов источников естественного и искусственного происхождения. М.: 2021.
#
1. Sentsov Yu.I. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2019, No. 8, pp. 30–33.
2. КТ-160D. Kvalifikatsionnye trebovaniya. Usloviya ekspluatatsii i okruzhayushchey sredy dlya bortovogo aviatsionnogo oborudovaniya (Vneshnie vozdeystvuyushchie faktory). Trebovaniya, normy i metody ispytaniy (Qualification requirements. Operating and environmental conditions for on-board aviation equipment (External influencing factors). Requirements, norms and test methods). М.: АR МАК, 2004, 327 p.
3. Rakov V.А., Mareev E.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 3, pp. 4–25.
4. Kuzhekin I.P., Larionov V.P., Prokhorov E.N. Molniya i molniezashchita. (Lightning and Lightning Protection). M.: Znak, 2003, 330 p.
5. Komyagin S.I. Elektromagnitnaya stojkost' bespilotnykh letatel'nykh apparatov (Electromagnetic Resistance of Unmanned Aerial Vehicles). M.: Krasand, 2016, 320 p.
6. Kuzhekin I.P., et. al. Vestnik MEI – in Russ. (Bulletin of the MPEI), 2009, No. 5, pp. 36–41.
7. Kirilov V.Yu., Klykov A.V., Nguen V.H. Trudy MAI – in Russ. (Proceedings of MAI), 2013, No. 71, 23 p.
8. Ostrik A.V., Filipenko A.A. Konstruktsii iz kompozitsionnykh materialov – in Russ. (Structures Made of Composite Materials), 2010, No. 1, pp. 34–44.
9. Baranov M.I., Kravchenko V.I. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2012, No. 12, pp 18–26.
10. Issac F., et. al. Space Launching Site Protection against Lightning Hazards. – AerospaceLab, 2012, No. 5.
11. Mata C.T., Mata A.G. Summary of 2011 Direct and Nearby Lightning Strikes to Launch Complex 39B, Kennedy Space Center, Florida. – Int. Conference: Lightning Protection (ICLP), 2012, DOI:10.1109/ICLP.2012.6344321.
12. Sentsov Yu.I. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2017, No. 11, pp. 36–39.
13. Kravchenko V.I., Bolotov E.A., Letunova N.I. Radioelek-tronnye sredstva i moshchnye elektromagnitnye pomekhi. (Radio-Electronic Means and Powerful Electromagnetic Interference). M.: Radio i svyaz', 1987, 256 p.
14. Avrutskiy V.A., et. al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1993, No. 2, pp. 28–33.
15. Gunyaev G.M., et. al. Aviatsionnye materialy i tekhnologiya – in Russ. (Aviation materials and technology), 2012, No. 2, pp. 36–42.
16. GОSТ RV 0020-57.309–2019. Apparatura, pribory, ustroystva i oborudovanie voennogo naznacheniya. Metody otsenki sootvetstviya trebovaniyam stoykosti k vozdeystviyu elektromagnitnyh poley i tokov istochnikov estestvennogo i iskusstvennogo proiskhozhdeniya (Equipment, Devices and Equipment for Military Purposes. Methods for Assessing Compliance with the Requirements of Resistance to Electromagnetic Fields and Currents of Sources of Natural and Artificial Origin). М.: 2021.
2. КТ-160D. Квалификационные требования. Условия эксплуатации и окружающей среды для бортового авиационного оборудования (Внешние воздействующие факторы). Требования, нормы и методы испытаний. М.: АР МАК, 2004, 327 с.
3. Rakov V.А., Mareev E.A. Statistical Distributions of Lightning Parameters with Emphasis on their Extremely High Values. – Электричество, 2021, №. 3, с. 4–25.
4. Кужекин И.П., Ларионов В.П., Прохоров Е.Н. Молния и молниезащита. М.: Знак, 2003, 330 с.
5. Комягин С.И. Электромагнитная стойкость беспилотных летательных аппаратов. М.: Красанд, 2016, 320 с.
6. Кужекин И.П. и др. Защита от молнии и обеспечение электромагнитной совместимости на стартовых комплексах космического назначения. – Вестник МЭИ, 2009, № 5, с. 36–41.
7. Кирилов В.Ю., Клыков А.В., Нгуен В.Х. Моделирование воздействия мощных электромагнитных помех на электротехнический комплекс самолета. – Труды МАИ, 2013, № 71, 23 с.
8. Острик А.В., Филипенко А.А. Молниезащита углепластиковых элементов конструкции самолета при тепловом и механических действиях прямого удара молнии. – Конструкции из композиционных материалов, 2010, № 1, с. 34–44.
9. Баранов М.И., Кравченко В.И. Электротермическая стойкость металлической обшивки летательного аппарата к прямому воздействию импульсного тока молнии. – Электричество, 2012, № 12, с. 18–26.
10. Issac F., et. al. Space Launching Site Protection against Lightning Hazards. – AerospaceLab, 2012, No. 5.
11. Mata C.T., Mata A.G. Summary of 2011 Direct and Nearby Lightning Strikes to Launch Complex 39B, Kennedy Space Center, Florida. – Int. Conference: Lightning Protection (ICLP), 2012, DOI:10.1109/ICLP.2012.6344321.
12. Сенцов Ю.И. Оценка электромагнитной помехи в электросети ракеты при прямом попадании в нее молнии. – Электричество, 2017, № 11, с. 36–39.
13. Кравченко В.И., Болотов Е.А., Летунова Н.И. Радиоэлектронные средства и мощные электромагнитные помехи. М.: Радио и связь, 1987, 256 c.
14. Авруцкий В.А. и др. Разрушение изделий из углепластика под действием токов молнии. – Электричество, 1993, № 2, с. 28–33.
15. Гуняев Г.М. и др. Молниестойкость современных полимерных композитов. – Авиационные материалы и технология, 2012, № 2, с. 36–42.
16. ГОСТ РВ 0020-57.309–2019. КСКК. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Методы оценки соответствия требованиям стойкости к воздействию электромагнитных полей и токов источников естественного и искусственного происхождения. М.: 2021.
#
1. Sentsov Yu.I. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2019, No. 8, pp. 30–33.
2. КТ-160D. Kvalifikatsionnye trebovaniya. Usloviya ekspluatatsii i okruzhayushchey sredy dlya bortovogo aviatsionnogo oborudovaniya (Vneshnie vozdeystvuyushchie faktory). Trebovaniya, normy i metody ispytaniy (Qualification requirements. Operating and environmental conditions for on-board aviation equipment (External influencing factors). Requirements, norms and test methods). М.: АR МАК, 2004, 327 p.
3. Rakov V.А., Mareev E.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 3, pp. 4–25.
4. Kuzhekin I.P., Larionov V.P., Prokhorov E.N. Molniya i molniezashchita. (Lightning and Lightning Protection). M.: Znak, 2003, 330 p.
5. Komyagin S.I. Elektromagnitnaya stojkost' bespilotnykh letatel'nykh apparatov (Electromagnetic Resistance of Unmanned Aerial Vehicles). M.: Krasand, 2016, 320 p.
6. Kuzhekin I.P., et. al. Vestnik MEI – in Russ. (Bulletin of the MPEI), 2009, No. 5, pp. 36–41.
7. Kirilov V.Yu., Klykov A.V., Nguen V.H. Trudy MAI – in Russ. (Proceedings of MAI), 2013, No. 71, 23 p.
8. Ostrik A.V., Filipenko A.A. Konstruktsii iz kompozitsionnykh materialov – in Russ. (Structures Made of Composite Materials), 2010, No. 1, pp. 34–44.
9. Baranov M.I., Kravchenko V.I. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2012, No. 12, pp 18–26.
10. Issac F., et. al. Space Launching Site Protection against Lightning Hazards. – AerospaceLab, 2012, No. 5.
11. Mata C.T., Mata A.G. Summary of 2011 Direct and Nearby Lightning Strikes to Launch Complex 39B, Kennedy Space Center, Florida. – Int. Conference: Lightning Protection (ICLP), 2012, DOI:10.1109/ICLP.2012.6344321.
12. Sentsov Yu.I. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2017, No. 11, pp. 36–39.
13. Kravchenko V.I., Bolotov E.A., Letunova N.I. Radioelek-tronnye sredstva i moshchnye elektromagnitnye pomekhi. (Radio-Electronic Means and Powerful Electromagnetic Interference). M.: Radio i svyaz', 1987, 256 p.
14. Avrutskiy V.A., et. al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1993, No. 2, pp. 28–33.
15. Gunyaev G.M., et. al. Aviatsionnye materialy i tekhnologiya – in Russ. (Aviation materials and technology), 2012, No. 2, pp. 36–42.
16. GОSТ RV 0020-57.309–2019. Apparatura, pribory, ustroystva i oborudovanie voennogo naznacheniya. Metody otsenki sootvetstviya trebovaniyam stoykosti k vozdeystviyu elektromagnitnyh poley i tokov istochnikov estestvennogo i iskusstvennogo proiskhozhdeniya (Equipment, Devices and Equipment for Military Purposes. Methods for Assessing Compliance with the Requirements of Resistance to Electromagnetic Fields and Currents of Sources of Natural and Artificial Origin). М.: 2021.
Published
2021-04-12
Issue
Section
Article
