Экология и космос. 2

Содержание.

Введение           3

1. Освоение  космоса: перспективы и проблемы      5

2 .Воздействие ракетно-космической техники и воздушных судов гражданской авиации на атмосферу           7

3. Радиоактивные отходы в космосе       10

4. Энергетическая проблема         11

5. Спутниковые солнечные электростанции      12

6. Опасная химия - опасная жизнь        13

7. Пора разбираться с космическим "мусором"      15

8. Гидрометеорология         16

9. Меры, принимаемые для ликвидации последствий аварий    20

Заключение           23

Литература           24

Введение

      Человечеству  всегда было присуще стремление дать объяснение различным отклонениям  погоды от «нормы», а попросту говоря, от неких средних погодных условий, наблюдаемых на протяжении весьма ограниченного в историческом масштабе отрезка времени.

      Естественно, что для подобных объяснений привлекались и привлекаются некоторые новые  виды человеческой деятельности, масштабно  и зримо входящие в нашу жизнь. Уместно вспомнить, что в прошлом  весьма нелестные высказывания в связи с возможным влиянием на погоду раздавались, например, в адрес радио. Во всяком случае, известно, что в 1928 г. английское акционерное общество «Радиопередача» было вынуждено обратиться в Английское метеорологическое общество с просьбой «...опровергнуть уверенность среди широких кругов населения, что радио вызывает ухудшение погоды, и снять с радиопередач тяжкое обвинение о причастности к дурной погоде нынешнего лета».

      В наши дни в толпе людей, спешащих по своим делам под очередным дождем, нет-нет да и можно услышать сказанное, скорее, в шутку, чем всерьез: "Опять спутник, наверное, запустили - погоду испортили". В этой связи сразу же следует сказать, что искусственные спутники Земли никакого влияния на погоду не оказывают. И если уж обсуждать космические полеты в связи с погодой, то прежде всего следует говорить о той ценнейшей метеорологической информации, которую получают с помощью спутников и при работе космонавтов на борту орбитальных станций. Для нас стали привычными космические снимки облачного покрова, показываемые по Центральному телевидению в связи с очередным прогнозом погоды. Не вызывает удивления прямое обращение из телевизионной студии к космонавтам, работающим на борту орбитальной станции, с вопросом о вероятности солнечной погоды в ближайшие выходные дни.

      Надо  сказать, что антропогенные воздействия, связанные с влиянием деятельности человека на погоду, климат и в более  широкой постановке на окружающую природную  среду, в ряде случаев становятся сейчас сопоставимыми с планетарными масштабами естественных природных процессов. Идет постепенное загрязнение Мирового океана, нарушается естественный влагооборот, происходят, хотя пока и незначительные, изменения в составе атмосферы и т. п.

      Все это дает основание говорить о  том, что космическое пространство постепенно станет своеобразной: частью среды обитания и деятельности человека, произойдет расширение содержания понятия «окружающая природная среда» с включением в это понятие околоземного космического пространства. Таким образом, уже сейчас идет процесс экологизации космоса, под которым понимается «расширение сферы обитания человека, его взаимодействия с природой до космических масштабов, выход сферы взаимодействия общества и природы за пределы планеты, процесс освоения, «социализации» Вселенной».

      С другой стороны, сама космическая техника  способна также вызывать определенные возмущения в окружающей космической  среде. Это происходит за счет поступления  продуктов сгорания ракетного топлива  в атмосферу при запусках космических  аппаратов, за счет выбросов различных газообразных, жидких и твердых веществ с космических аппаратов при их функционировании на орбитах и при перемещении в космическом пространстве и т. д. Однако имеющиеся данные показывают, что в настоящее время суммарное воздействие на атмосферу, связанное с космической деятельностью человека, значительно меньше влияния, обусловленного его хозяйственной деятельностью на Земле.

      С целью изучения проблемы антропогенных  воздействий на околоземное космическое  пространство, связанных с деятельностью человека как на Земле, так и в космосе, в 1976 г. по решению КОСПАР (Комитет по космическим исследованиям при Международном совете научных союзов) была создана комиссия по рассмотрению подобных возможных вредных воздействий на космическую среду. На конференции КОСПАР в 1979 г. этой комиссией были сообщены основные направления проводимых исследований, а в 1982 г. опубликованы некоторые предварительные результаты исследований по проблеме антропогенных воздействий на околоземное космическое пространство.

1. Освоение космоса:  перспективы и  проблемы

      На  заре космической эры, в 60-х годах, состоялось несколько научных симпозиумов, участники которых пытались определить перспективы развития космонавтики. Специалисты разных областей, расходясь  в деталях воззрений на конкретные пути развития исследований и освоения космического пространства, были единодушны в том, что в условиях мирного развития цивилизации освоение космоса открывает принципиально новые возможности для повышения научно-технического потенциала человечества.  В 70-х годах были выдвинуты некоторые принципиально новые идеи и получены новые экспериментальные данные, определившие пути дальнейшего освоения космического пространства.

      Основной  тенденцией в освоении околоземного космического пространства, отчетливо проявившейся в 70-е годы, стало решение широкого круга прикладных задач с помощью самой разнообразной космической техники.

      В связи с созданием модульных  долговременных орбитальных станций  нового поколения и необходимостью сооружения других крупногабаритных космических конструкций (например, многоцелевых космических платформ, орбитальных радиоастрономических комплексов и т. д.) все большую актуальность приобретает проведение в космосе строительно-монтажных работ.

      Перспективным представляется использование (например, в космическом строительстве) материалов внеземного происхождения. На определенном этапе это может оказаться экономически более выгодным по сравнению с доставкой материалов с Земли. В качестве сырья для производства космических строительных материалов рассматриваются минеральные ресурсы Луны и некоторых астероидов. В этой связи уже ведется реальная проработка различных проектов лунных поселений, на базе которых в перспективе могут быть созданы горнодобывающие комплексы и перерабатывающие предприятия.

      Для энергообеспечения лунных поселений  предполагается использовать ядерный  реактор, планируется создание замкнутых  систем жизнеобеспечения, прозрачных куполов для выращивания сельскохозяйственных культур и т. д. Безусловно, промышленное освоение Луны сопряжено с необходимостью решения многих сложнейших технических задач и будет осуществляться поэтапно в течение десятков лет.

      Надо  сказать, что прогнозирование путей  развития космонавтики в условиях ее стремительного прогресса, постоянного появления новой научно-технической информации, новых идей, проектов и разработок, конечно, является чрезвычайно сложным делом. На наших глазах в течение нескольких последних лет многие крупные космические проекты подвергались кардинальной переоценке.

      Но вне зависимости от конкретных путей дальнейшего развития космонавтики расширение масштабов хозяйственной деятельности человека в космосе в будущем может потребовать решения проблем экологии околоземного космического пространства, являющихся до известной степени характерными и земной экологии: проблемы воздействий космических транспортных средств на околоземное космическое пространство и проблемы его загрязнения выбросами газообразных, жидких и твердых отходов из космических производственных комплексов.

      Конечно, обострения этих проблем можно ожидать, по-видимому, лишь в следующем столетии, однако очень важно уже сейчас глубоко и тщательно изучать все виды антропогенных воздействий на космическую среду, анализировать экологические перспективы деятельности в космосе, поскольку пренебрежение требованиями экологии и охраны окружающей среды может в конечном счете свести на нет плоды технического прогресса.

      Говоря  о проблемах, связанных с загрязнением космического пространства, нельзя не упомянуть о выдвигаемых проектах отправки в космос высокотоксичных и радиоактивных отходов наземных промышленных предприятий. Хотя, казалось бы, удаление таких отходов в космос более благоприятно для биосферы Земли, нежели их захоронение в шахтах или в глубинах океана (при условии, конечно, гарантии абсолютной безопасности и надежности самой операции отправки отходов с Земли), однако такие проекты требуют тщательного экологического обследования.

      Околоземное пространство в целом представляет собой весьма динамичную и нестабильную систему, которая под влиянием внешних воздействии может переходить в неустойчивое состояние.

2. Воздействие ракетно-космической техники и воздушных судов гражданской авиации на атмосферу. 

      При эксплуатации ракетно-космической  техники оказывается воздействие на атмосферу, включая стратосферный озон, а также на подстилающую поверхность и экосистемы.

      Районы  падения отделяющихся частей ракет-носителей. Основными факторами негативного  воздействия ракетно-космической  деятельности на окружающую природную  среду в районах падения отделяющихся частей ракет-носителей являются:

      – загрязнение отдельных участков почвы, поверхностных и грунтовых  вод компонентами ракетных топлив;

      – засорение территорий районов падения  элементами отделяющихся конструкций  ракет-носителей;

      – возможность взрывов и возникновения  локальных очагов пожаров при  падении ступеней средств выведения;

      – механические повреждения почвы  и растительности, в том числе  при последующей эвакуации отделяющихся частей ракет-носителей.

      Анализ  материалов комплексной оценки влияния пусков ракетно-космической техники на экологическое состояние районов падения и прилегающих территорий позволяет сделать следующие основные выводы:

      – интенсивный атмосферный перенос  загрязнений с места падения  происходит в течение нескольких часов после приземления ступеней и не достигает в опасных концентрациях границ районов падения;

      – анализ статистических данных заболеваемости населения административных районов, на территории которых расположены  районы падения, в частности, на территории Архангельской области и Саяно-Алтайского региона, где были проведены специальные обследования, не выявил увеличения случаев заболеваемости по сравнению с другими районами соответствующих регионов.

      Вместе  с тем предприятия ракетно-космической  промышленности продолжают работы, направленные на снижение негативного влияния пусков ракетной техники на приземную атмосферу.

      Исследования  показывают, что запуски ракет-носителей  оказывают определенное воздействие  на верхнюю атмосферу. При этом могут  изменяться ее химический состав и проявляться динамические, тепловые, электромагнитные эффекты воздействия. Данные зондирования показывают, что после запуска ракеты-носителя в течение примерно 1 ч происходит частичная перестройка структуры ионосферы на расстояниях до 2 тыс. км, которая проявляется в возникновении волновых возмущений ионосферы различного масштаба.

      В целом минимизация влияния пусков ракет-носителей на атмосферу может  достигаться их рациональным планированием.

      Воздействие воздушных судов на верхние слои атмосферы. Полеты дозвуковых и будущих сверхзвуковых самолетов, как показывают исследования, обобщенные Международной организацией гражданской авиации (ИКАО), могут оказывать существенное влияние на верхние слои атмосферы в результате выбросов продуктов сгорания топлива. Так, вклад воздушных судов гражданской авиации в выбросы оксидов азота на больших высотах оценивается в 55% при том, что на малых высотах он составляет 2–4%, а по диоксиду углерода и потреблению топлива доля гражданской авиации в общем объеме выбросов и потребления ископаемого топлива оценивается величиной примерно в 3%.

      Результаты  моделирования воздействия авиации  на окружающую среду показывают, что  выбросы оксидов азота всеми  имеющимися в мире дозвуковыми воздушными судами, выполняющими полеты в верхних слоях тропосферы (на высотах 10–13 км), могут привести к увеличению концентрации озона на 4–6%, а в средних и высоких широтах Северного полушария, в том числе в воздушных коридорах, открытых для мировой гражданской авиации над территорией России, увеличение концентрации озона может достичь 9%. Озон, присутствующий в повышенных концентрациях в верхних слоях тропосферы, как и диоксид углерода, усиливает "парниковый эффект" и может содействовать глобальному изменению климата.

      Напротив, выбросы оксидов азота сверхзвуковыми самолетами в стратосфере (на высотах около 20 км) могут приводить к истощению озонового слоя (появление озоновых дыр), который защищает поверхность Земли, население, растительный и животный мир от жесткого ультрафиолетового излучения. При этом чувствительность стратосферы к воздействию авиации неизмеримо выше, чем тропосферы.

      В связи с усиливающейся обеспокоенностью влияния авиации на глобальные атмосферные  процессы ИКАО приступила к разработке новых стандартов по ограничению выбросов оксидов азота сверхзвуковыми самолетами, обеспечивающих минимальное и допустимое воздействие на атмосферу.

      Относительно  дозвуковых самолетов в 1998 г. произошло  очередное, третье по счету, ужесточение  международного стандарта по выбросам оксидов азота.

      Серьезный удар по озоновой панике нанесла группа исследователей из Университета Джонса Гопкинса, показав, что нет убедительных доказательств ожидаемого вредного действия истончения озонового слоя. Мировая наука установила, что  в результате высокого ультра- фиолетового облучения резко падает урожайность растений, а у некоторых людей возникают болезни: увеличивается заболеваемость катарактой и раком кожи, но, с другой стороны, получены новые подтверждения того, что ультрафиолетовое облучение укрепляет кости, предотвращая их разрушение и препятствуя возникновению рахита. Не обнаружено причинно-следственной связи между снижением уровня озона в нижних слоях атмосферы и ростом заболеваемости астмой.

3. Радиоактивные отходы в космосе. 

      Специалисты, отвечающие за безопасность космических полетов, сравнивают околоземное пространство со свалкой мусора и металла - тысячи крупных предметов и миллионы мельчайших частичек радиоактивной пыли движутся по орбитам. Что касается взвешенных частиц, то нет еще достоверных данных, определяющих их вред в концентрациях, реально существующих в городах США. Кей Джонс, технический советник при Агентстве по защите внешней среды (ЕРА), заявила, что дебаты об озоне и взвешенных частицах "не имеют никакого отношения к здоровью населения. Это дискуссия об усилении контроля и введении дополнительных ограничений".

4. Энергетическая проблема. 

      В обществе по-прежнему довлеет нерациональная модель производства и потребления  энергии. В ряду технологий недалекого будущего предлагается использовать предназначенный для уничтожения оружейный уран в мирных целях в космосе для создания энергетической сети, поставляющей с орбиты на планету экологически чистую энергию - отраженный свет. Об использование экологически чистой энергии из космоса еще в 1991 году говорил Римский Клуб - знаменитое собрание политиков и интеллектуалов, занимающихся решением глобальных проблем человечества. Для создания гигантских отражателей, необходимы миллионы тонн материалов, доставка которых с Земли невозможна по экологическим и экономическим причинам. Ядерный потенциал, доставляемый в космос ракетами, может обеспечить получение необходимого количества внеземных материалов, в частности - астероидного железа. Ядерные двигатели могут доставить на орбиту небольшой астероид из группы сближающихся с Землей, с помощью которых, как предполагают специалисты НПО "Энергомаш", ИЦ им М.В.Келдыша и др. Можно будет создать космическую энергоиндустриальную сеть - орбитальные платформы с отражателями солнечного света. Доставка следующих астероидов и расширение этой сети обеспечат в частности освещение городов, интенсификацию роста лесов и пр. Конечно, оружейный уран можно сжечь в АЭС, но проблему радиоактивных отходов этим не решить. К тому же переработка оружейного урана экономически очень невыгодна. Запасенная в ядерных зарядах энергия способна произвести переворот в методах и сроках освоения космоса, - считают специалисты, работающие над проектом.

5. Спутниковые солнечные электростанции. 

      Одной из глобальных задач для космического транспорта будущего может оказаться программа развертывания на околоземной орбите спутниковых солнечных электростанций.

      Цель - решить энергетическую проблему Земли. При производстве на Земле энергии  за счет сжигания топлива возникает  опасность воздействий на климат планеты («парниковый эффект»).

      Проектный облик спутниковых солнечных  электростанций представляет собой  конструкцию, основным элементом которой  служат солнечные батареи. При вырабатываемой мощности 5 ГВт площадь солнечных  коллекторов спутниковых солнечных электростанций составляет 50 км 2, а масса станции при использовании фотоэлектрических преобразователей из арсенида галлия оценивается в 34 тыс.т.

      Трудности, связанные со спутниковыми солнечными электростанциями: транспортировка  такого количества грузов в космос и сборкой на орбите этой конструкции. Не выяснена до конца возможность безопасной передачи на Землю энергии в виде микроволнового или лазерного излучения. Вероятно, в XXI веке на основе новых достижений научно-технического прогресса проекты спутниковых солнечных электростанций претерпят существенные изменения и станут технически реализуемыми и рентабельными.

6. Опасная химия - опасная жизнь. 

      26 января 1983 г. Падение ракеты-носителя  с космодрома Плесецк на лед  Северной Двины в районе поселка Брин-Наволок (Холмогорский район Архангельской области). После взрыва образовалась полынья диаметром 100 м, ракета утонула. Большие площади были загрязнены высоко токсичным ракетным топливом - гептилом, в том числе в поселке. Загрязненный снег был захоронен в карьере в 10 км от поселка и засыпан грунтом. В населенных пунктах ниже по течению было отключено водоснабжение.

      1 февраля 1988г. Авария в г.Ярославле  на железно- дорожном перегоне  Приволжье-Филино. С рельсов сошли  7 вагонов грузового специального поезда, в том числе 3 цистерны с высокотоксичным ракетным топливом гептилом. Из опрокинувшейся цистерны вытекло на насыпь около 740 литров и собрано в емкости 450 литров гептила.

      24 июня 1977 г. Первый пуск с космодрома  Плесецк космической ракеты-носителя тяжелого класса "Циклон-3".Всего по состоянию на 1 января 1995 г. было совершено 113 пусков, из них успешных - 108. Пример неудачного запуска: в 1979 г. на село Долгощелье упало два обломка ракеты, один из которых оказался на территории школы. Причина - ошибка в расчетах конструктора. Запуски ракет - носителей осуществляются по двум базовым трассам, для падения элементов конструкции используются 6 районов. Места падения степеней с остатками ракетного топлива: первая ступень - в Мезенском районе Архангельской области вторая ступень - над Восточно-Сибирским морем (600 км от старта). Плановый пролив на месте падения в одного пуска - 616 кг гептила из первой ступени и 215 кг гептила из второй ступени. Сбор отработавших ступеней ракет-носителей начался лишь в 1991 г. Работы по защите окружающей среды от проливов топлива начались в 1992 г., с 98-го пуска (остаток топлива в баках первой ступени был уменьшен на 30%).

      26 июня 1973 г. Взрыв и пожар при  состоявшемся на космодроме Плесецк  пуске ракеты-носителя "Космос-3М" на высокотоксичном жидком топливе- гептиле. Погибло 7 человек, остальные пострадавшие погибли позже.

      3 октября 1986 г. Взрыв ракеты, разгерметизация  ракетного отсека и пожар на  атомной подводной лодке К-219 с  16 жидко-топливными ракетами РСМ-25 на борту. Утечка токсичного ракетного топлива - гептила. Гибель 4-х человек. Лодка затонула 6 октября в районе боевого дежурства в Западной Атлантике вместе с матросом С. Премининым, заглушившим ядерный реактор. Некоторые члены экипажа получили поражение гептилом.

      20 октября 1991 г. Авария с цистерной  для перевозки высокотоксичного  ракетного топлива гептила в  районе станции Плесецкая (Архангельская  область).

      24 октября 1960 г. На 41-й площадке  космодрома Байконур произошла  самая крупная катастрофа в мировой ракетной технике - несанкционированный запуск на стартовом столе двигателя второй ступени заправленной межконтинентальной ракеты Р-16. В результате пожара и взрыва погибли, по разным данным, от 92 до 150 человек, в том числе Главнокомандующий РВСН главный маршал артиллерии М.И.Неделин и Главный конструктор систем управления Б.М.Коноплев.

7. Пора разбираться с космическим "мусором". 

      Расчеты и опыт прекращения существования  предыдущих космических станций  существенно меньшей размерности указывают на невозможность экологически безопасного прекращения существования станции "МИР" (имеющей массу более 120 т) при планируемой ликвидации "затоплением": высок риск опасных последствий для наземных объектов при падении ее фрагментов.

      Уместно напомнить примеры реализации опасных сценариев: известные факты падения обломков крупной орбитальной станции "Скайлэб" (США) в 1979 г. в Индийский океан и на территорию Австралии после входа в плотные слои атмосферы, а также схода с орбиты и прекращения существования орбитальной станции "Салют-7" (СССР) в 1992 г.

      Известно, что крупные объекты сгорают  не полностью, их фрагменты достигают поверхности Земли. Таким образом, прекращение существования крупных космических аппаратов представляет серьезную и сложную экологическую проблему, поскольку:

      1) при их сгорании в атмосфере  осуществляется ее загрязнение  на больших высотах;

      2) при выпадении несгоревших фрагментов  на поверхность Земли возможно  нанесение экологического ущерба (как напрямую. - пожар при падении в лес, так и косвенно, через поражение потенциально опасных техногенных объектов - химических предприятий, хранилищ топлива и т. п., а также возможное падение на крупные населенные пункты).

      В конце февраля 1999 г. на орбиту вышел  американский искусственный спутник "ARGOS" ("Advanced Research and Global Observation Satellite"), на который, в частности, возложена не совсем обычная задача: находящийся на его борту прибор SPADUS предназначен для измерения массы, скорости и определения траекторий космических частиц, размеры которых слишком малы для наблюдения наземными средствами. Этот прибор по заказу НАСА США был специально разработан в Чикагском университете под руководством Дж.Симпсона (J.Simpson).

      Поступающие от спутника данные позволят ученым отличать космический "мусор", порожденный человеческой деятельностью, от естественной пыли, мелких обломков комет и других небесных объектов. Это будет эффективно способствовать созданию условий, безопасных для пилотируемых и непилотируемых полетов в околоземном пространстве.

      Спутник "ARGOS" должен проработать на орбите около трех лет.

8. Гидрометеорология. 

      Более половины поверхности планеты остается "белым пятном" для наземных средств метеорологии. Спутники обеспечивают получение данных в глобальном масштабе. В нашей стране метеорологическая космическая система функционирует с 1967 г. в составе 2-3 космических аппаратов типа "Метеор" на средневысотной (900-1200 км) орбите. В настоящее время завершены работы по разработке геостационарного КА гидрометеорологического назначения "Электро", с 1994 г. проводятся его летные испытания.

      С помощью метеорологических спутников  решаются задачи: 

      - краткосрочного и долгосрочного  прогнозирования погоды;

      - контроля опасных погодных явлений  (ливней, циклонов, тайфунов, ураганов  и др.) и предупреждения об их приближении;

      - контроля климатообразующих факторов  и мониторинга глобальных изменений,  происходящих на Земле; 

      - контроля радиационной и геофизической обстановки в околоземном космическом пространстве в интересах безопасности полетов, устойчивой радиосвязи, здоровья людей.  

      По  результатам наблюдений с метеоспутников определяются необходимые для прогноза погоды и выполнения ряда программ исследования Земли параметры (распределение  облачности, вертикальные профили температуры  и влажности, распределение и общее содержание озона, плотности потоков ионизирующих излучений и др.), характеризующие состояние атмосферы и подстилающей поверхности. Космическая гидрометеорологическая информация позволяет сократить убытки в хозяйственной деятельности за счет повышения достоверности прогнозов погоды и уменьшить количество жертв и материальный ущерб от опасных погодных явлений за счет своевременного предупреждения об их приближении.