Проблемы экологической безопасности на космодроме Байконур

ГОУ ВПО  «Северо-Западный заочный государственный  технический университет»

     Кафедра ППЭ

Преподаватель-доцент

          Нечаева Е.Н. 
 
 
 
 
 
 

«Проблемы экологической безопасности

на космодроме Байконур» 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Выполнил

     Студнет 1 курса

        Спец:230400.62.05

     Сергеев И.А. 
 
 
 
 
 
 

2011 год. 

Содержание:          стр. 

1. Введение           3

2. Географическое  положение и природа  космодрома Байконур  4

3. Почвенный покров и грунты территории полигона   5
4. Воздействие ракетно-космической техники     7

5. Краткая характеристика засоренности околоземного

     космического  пространства.       9

1. Отчуждаемые территории.        10 
2. Заражение территорий       11

6. Аварийная ракетная техника       12

7. Меры, принимаемые для  ликвидации последствий  аварий.  12

8. Проблема  космического мусора.       13

9. Выводы.           17

10. Список  используемой литературы      18

1. ВВЕДЕНИЕ

     Реалии сегодняшнего дня диктуют необходимость проведения мероприятий, направленных на охрану окружающей среды (ОС), начиная уже с ранних этапов создания ракетно-космической техники в соответствии с требованиями природоохранительного законодательства и отраслевых нормативных документов. В числе этих мероприятий предусмотрено проведение оценки воздействия любой намечаемой ракетно-космической деятельности на окружающую среду и представление проектных материалов на государственную экологическую экспертизу (ГЭЭ).

     Целью данного реферата является привлечение внимания на некоторые отрицательные последствия, которые вызываются все возрастающим потоком грузов в околоземное космическое пространство. Из всех аспектов этой довольно обширной проблемы попытаемся поначалу разобраться с проблемой отработавших частей, блоков, ступеней ракеты-носителя, прекративших свою активную работу на орбите космических объектов, с воздействием ракетно-космической техники на атмосферу, авариями и мерам по их ликвидации и другими проблемами.

С палаток, вагонов, землянок – конур 
Мы начали строить родной Байконур. 
Нас солнце палило, душила нас пыль, 
Но встал космодром, как народная быль 
С. Алексеенко

Решение о создании космодрома было принято  в 1953 году, когда в Советском Союзе  работал космодром Капустин Яр (Астраханская область), задуманный для запусков целого ряда реактивных аппаратов, созданных  под руководством С.П. Королева. Для  создания ракет нового класса (МБР) требовалась новая база, которая  бы обеспечивала соответствующую дальность  полета. Основными требованиями для  создания нового космодрома были:

• малонаселенность территории;
• наличие в близи водного бассейна (Сыр-Дарья);
• наличие в близи железной дороги (Москва – Ташкент);
• близость к экватору, чтобы при запуске ракет учитывать скорость вращения Земли, т.к. Земля своим вращением добавляет скорость;
• район должен быть сейсмически безопасным.

Комиссия  во главе с генерал-лейтенантом  Василием Ивановичем Вознюком, проведя рекогносцировку местности Марийской АССР, Дагестана, Астраханской области, Юго-восточной части Аральского моря, пришла к выводу: начать строительство нового испытательного полигона в Казахстане, восточнее Аральского моря, в 400 км от одноименного поселка Байконур.

12 января 1955 года группа военных строителей  под руководством техника Игоря  Денежкина высадилась на небольшом  железнодорожном полустанке в  южной части Казахстана. Взору  прибывших предстала однообразная, унылая картина: вокруг до самого горизонта лежали снега. Среди них с запада на восток еле заметной полоской тянулся железнодорожный путь. С платформы хорошо просматривался пристанционный поселок: два небольших кирпичных дома, школа-интернат, общежитие кондукторов, водонапорная башня да куча глинобитных домиков, принадлежавших железнодорожникам. К станционному зданию жались несколько деревьев.

Главной задачи стройки ни Денежкин, ни члены  его группы не знали, но догадывались, что предстоит выполнение огромного  объема работ.

Штурм космоса начался. 

2. Географическое положение и природа космодрома Байконур.

Космодром Байконур расположен в зоне полупустыни  с географическими координатами 45 градусов 7 минут северной широты и 63 градуса 18 минут восточной долготы  на территории Республики Казахстан.

Южная часть космодрома Байконур расположена  в Присырдарьинской низменности, представляющей слабо выраженную песчаную равнину с постепенным повышением к северо-востоку, на которой изредка встречаются небольшие возвышения и низины.

В центральной  и северной части позиционного района поверхность представляет собой  мелкосопочник, то есть старые сильно разрушенные горы, превратившиеся в  ряды обособленных сопок и отдельных  холмов с пологими склонами и мягкими  округлыми очертаниями. Лишь отдельные  вершины сопок достигают высоты 80–100 метров. В юго-западной части  мелкосопочника расположен сравнительно высокий горный массив Улутау. Он сложен из гранитных и других плотных  пород. Встречаются и отдельные  горы, возвышающиеся над пониженными  участками до 400 метров, а их абсолютная высота достигает 700 метров. Вершина  горы Улутау господствует над прилегающей  местностью на 1134 метра.

Средняя и южная часть – зона полупустыни  и пустыни умеренного климата  покрыта негустой растительностью, состоящей из большого разнообразия полыней, солянок и верблюжьей колючки. Сплошного растительного покрова  здесь не бывает, растения расположены  друг от друга на значительном расстоянии. В промежутках просвечивается голая  почва. Весной степь покрывается  ковром быстро отцветающих растений – эфемеров. К концу весны вся  указанная растительность выгорает, и остаются только сухолюбивые колючки, горькие полыни и солянки. Вдоль  Присырдарьинской низменности распространены тугайные заросли из злака ажрека, тростника и колючих кустарников.

3. Почвенный покров и грунты территории полигона

     В северной части полигона имеются  черноземы и темно-каштановые почвы, пригодные для пашни, но слой чернозема  не велик – всего 0,4–0,5 метра, под  которым залегают суглинистые и  солонцеватые грунты. В зоне полупустыни  и пустыни преобладают светло-каштановые солонцеватые почвы – солонцеватые сероземы. На глубине ниже 0,5 метра  появляется большое количество карбонатов и гипса. В условиях мелкосопочника часто встречаются щебенистые грунты, поверхность которых усеяна щебенкой, впаянной в поверхность земли.

     Песчаные  районы представлены закрепленными  бугристыми песками с чрезвычайно  тонким почвенным покровом. Растительность песков легко разрушается. В летнее время движение всех видов механического  транспорта без дорог, возможно, почти  повсюду, кроме пухлых солончаков и  соров, ибо они непроходимы в любое время года. Непроходимы также пески Большие и Малые Барсуки, Муюнкумы и слабо закрепленные участки Приаральских Каракумов.

Животный  мир. Масса почвенных беспозвоночных не превышает 20–30 кг/га. Видовой состав позвоночных небогат. Преобладают грызуны; из насекомоядных – ушастый еж; из хищников – волки, лисицы, корсаки; из птиц – малый жаворонок, степной орел, канюк. Многие из них – эндемики степи.

Растительный  мир. Естественных лесов на всей территории космодрома нет. Встречаются заросли саксаула, тамариска, а вдоль русел речек встречаются заросли колючих кустарников.

     В южной части Байконура протекает  одна из самых богатых рек Средней  Азии – Сыр-Дарья, в нижнем своем  течении не имеющая притоков. Эта  великая Среднеазиатская река, и  образованные ею пресные озера, могли  удовлетворять любые потребности, однако вода в ней песчано-землистого цвета и содержит много илистых  частиц, потому требует длительного  отстоя и фильтрации. Река протекает  среди суглинисто-песчаной равнины, покрытой песчаными буграми, возвышающимися над ней на 10-20 метров. Долина реки ясной границы не имеет. В многоводные  годы, во время половодья, а также  зимой при заторах воды реки в  различных местах выходят из берегов, образуя значительные разливы. Вода в половодье мутная, летом слабо  мутная. Общая жесткость воды – 15–17°  постоянная жесткость – 10,6°.

Зимой река замерзает. Начало осеннего ледохода – 13 ноября (ранний срок) – 21 декабря (поздний  срок). Начало ледостава 19 ноября (ранний срок) или 12 января (поздний срок). Весенний ледоход начинается 5 марта (ранний срок) или 9 апреля (поздний срок). Очищается  река ото льда к 6 марта (ранний срок) или 12 апреля (поздний срок). Продолжительность  ледостава до 4 месяцев. Ледостав устойчивый, наибольшая толщина льда достигает одного метра. Многолетняя средняя наибольшая толщина льда – 110 см, а наименьшая – 40 см.

     Преобладающая ширина реки до середины 70-х годов  была 200 метров. С тех пор ширина речи значительно уменьшилась и  в районе города Байконур не превышает 100 метров. Преобладающая глубина  реки – 3 метра, наибольшая глубина  – 8 метров. Преобладающая скорость течения реки – 0,8 метров в секунду. Абсолютный минимум температуры  воздуха – 36°С, а абсолютный максимум +44°С. Многолетняя средняя дата первого мороза – 9 октября, последнего мороза 15 апреля. Господствующее направление ветра – восточное и западное. Среднее многолетнее количество дней с туманом – 18, с грозой – 5, с метелями – 6, со снежным покровом – 110. Среднее многолетнее выпадение осадков – 98 мм, наибольшее – 181 мм, наименьшее 68 мм.

     Итак, строительство 5 НИИП МО СССР (именно такое  первое название получил космодром) началось в 1955 году. Всего 18 месяцев  прошло от закладки первого здания города до первого пуска ракеты. “Я был уверен, – говорил С.П. Королев на собрании строителей Байконура  в 1961 году, – что военные строители  не подведут, но я не предполагал, что  в такой короткий срок они смогут построить так много и так  хорошо”.

Рисунок 1

15 мая  1957 года в 18 часов 50 минут был  проведен старт первой МБР.

     Космодром имеет сегодня 9 стартовых комплексов с 14 ПУ для предстартовой подготовки и пуска РН с КА или КК, 34 технических  комплекса, заправочные станции и измерительные комплексы. Всего на счету космодрома около 2000 пусков.

     Понятие об экологии. Экология – это наука об отношениях растительных и животных организмов или их сообществ между собой и окружающей средой. Термин “экология”, образованный из двух греческих слов: ойкос – дом, жилище, родина илогос – наука, был предложен немецким биологом Э. Геккелем в 1869г. и обозначает буквально “изучение собственного дома” или “наука о месте обитания”.

     В современном виде экология охватывает чрезвычайно широкий круг вопросов и тесно переплетается с целым  рядом смежных наук (биология, геология, физика, химия, генетика и др.)

     Стремление  человека обладать все большими благами  привело к возникновению угрозы разрушения среды его обитания как  последствие его хозяйственной  и иной деятельности, в том числе  и военной. 

4. Воздействие ракетно-космической техники.

     Люди  нашей планеты, реализовав однажды  идею полётов в космическом пространстве, никогда в будущем не откажутся  от них.

     Тенденция возрастания грузового потока на орбиту Земли и через орбиту Земли  сомнений не вызывает. Решение многих важнейших научных и социально-экономических  задач, не говоря о военно-стратегических задачах, сегодня уже становится немыслимым без использования специальных  космических систем. Применение космических  систем в ряде случаев становится экономически весьма выгодным. Качественные характеристики получаемых результатов  во многих задачах просто недостижимы  при применении "земных" методов.

     Рассмотрим  классическую схему выведения спутника Земли. В зависимости от конструктивной схемы, построения ракеты-носителя, применяются  траектории либо двухступенчатого, либо трёхступенчатого выведения. При двухступенчатом  выведении отделившиеся разгонные  блоки ракеты (иногда их называют первой ступенью) падают на каком-то расстоянии от старта в специально отведенные для этой цели районы на поверхности  Земли (если стартовые площадки находятся  далеко от морских побережий), либо в соответствующие районы акватории. Пока в мировой практике имеется  единственный прецедент спасения разгонных  блоков, падающих в океан, с их эвакуацией и повторным использованием, как  это предусмотрено в американской системе "Спейс-Шаттл". Во всех остальных случаях упавшие части разрушаются на поверхности земли или тонут в океане.

     В зависимости от применяемых компонентов  топлива на ракетах-носителях в  местах падения их частей возможны взрывы и заражения значительных территорий вредными ядовитыми веществами, остающимися в баках ракеты после окончания работы двигателей. Что касается последних ступеней ракет-носителей, то они после выведения полезного груза и отделения от него остаются на той же орбите выведения в течение более или менее продолжительного времени, а затем под влиянием торможения атмосферой входят в плотные ее слои и, разрушаясь и частично сгорая, достигают всё же поверхности Земли, причем предсказать заранее время и географические координаты района падения совершенно невозможно.

Таким образом, возникают следующие проблемы:

1) необходимость  отчуждения для приёма отделяющихся  частей ракет-носителей специально  для этого предназначенных территорий. Эти территории не могут использоваться  ни в интересах сельского хозяйства  и животноводства, ни для строительства  промышленных объектов и производства  продукции, ни тем более для  жилья ввиду непосредственной  опасности из-за падения крупных  конструкций, узлов, агрегатов.  Можно привести в качестве  примера этой проблемы заметку  одной из газет Алтая.

"Над  районом проходит трасса вывода  ракет, стартующих с космодрома  Байконур. И уже который год взрослые и дети пытаются привлечь внимание властей, военных и общественности к тому, что территория "района превратилась в ядовитую свалку. Над лесом кружат стаи ворон – запах ракетного топлива гептила напоминает им запах гниющего мяса. Жители села Плоское предполагают, что на них стали "валиться" обломки военных ракет. Недавно в центре села появилось красно-желтое пятно. При температуре свыше 20 градусов так выглядит окись азота, который используется вместе с гептилом. Люди жалуются на головные боли и тошноту, высок процент в районе онкологических заболеваний. Гептил травит сады и огороды. И, тем не менее, некоторые считают, что ядовитые обломки "в хозяйстве сгодятся": делают из них лопаты, другую утварь". (Сергей Попов, "Честное слово")

2) невозможность  использования этих территорий  в последующем в течение многих  лет из-за заражения местности  в случаях применения в качестве  топлива ядовитых компонентов;

3) засорение  околоземного пространства фрагментами  ракет-носителей и отработавшими  свой ресурс аппаратами-спутниками, что создаёт угрозу столкновения  с объектами, выполняющими на  орбите Земли целевые задачи;

4) опасность,  возникшая при возвращении с  орбит на Землю неуправляемых  частей ракет-носителей и отработавших  свой ресурс спутников.

Попытаемся  привести некоторые цифровые оценки с соответствующими обоснованиями. 

5. Краткая характеристика засоренности околоземного космического пространства.

     В настоящее время можно выделит  пять типов объектов искусственного происхождения (так называемого «космического мусора»), различающихся по своему происхождению и по функциональному назначению – см. рис. 6.

Рис. 6. Классификация «космического  мусора»  

«Космический  мусор» неоднороден по своему составу. Как уже отмечалось, в это понятие  включены и сравнительно большие  конструкции в виде отработавших свой срок КА и достаточно малые  частицы, например осколки от лакокрасочных  покрытий с размерами в десятые  и сотые доли миллиметра.

Размер частиц «космического мусора» является определяющим фактором при их наблюдениях. Современный уровень развития системы  слежения за ОКП позволяет надежно  регистрировать движение только сравнительно крупных фрагментов, с размерами  поперечника более 10 см. Таких фрагментов в настоящее время сосредоточено  на околоземных орбитах, то есть до 2000 км над поверхностью Земли, порядка 7500-8000 шт. Это так называемая наблюдаемая  группировка «космического мусора».

Столкновение  КА с фрагментами из наблюдаемой  группировки несомненно и практически  достоверно приводят к выходу КА из строя из-за громадных, до удвоенной  первой космической, то есть до 15 км/с, скоростей соударения и из-за больших размеров фрагментов. Однако столкновение КА с наблюдаемыми фрагментами можно предсказать и каким-то способом предотвратить. Поэтому наблюдаемая группировка частиц, хотя и является многочисленной и апостериорно опасной, априорно опасности большой не представляет из-за надежной работы системы контроля космического пространства.

Распределение частиц по наклонениям плоскостей их орбит к плоскости экватора Земли  позволяет построить распределение  частиц по географической широте, которое  служит исходным при оценке обстановки вдоль траектории движения КА (см. рис. 7 и рис. 8).  

Рис. 7. Пространственное распределение  космического мусора  

Рис. 8. Распределение космического мусора по высотам  и наклонениям  орбит

Отчуждаемые территории. Поскольку отработавшие разгонные блоки ракет-носителей продолжают неуправляемый полёт до падения на землю, рассеивание на местности оказывается довольно значительным: по дальности в пределах ±20 км относительно центра группирования, в боковом направлении около ±10 км, то есть размер опасной площади достигает 40 х 20 = 800 квадратных километров для каждой ступени данного наименования ракеты. Для трёхступенчатой ракеты таких площадей на данной трассе потребуется две – для отделившихся частей после завершения 1-й и 2-й ступеней соответственно. Разумеется, такие площади потребуются для каждой стартовой позиции и для каждого азимута пуска с данной позиции. К примеру, если используется трехступенчатая ракета-носитель по двум азимутам пуска, (то есть для получения двух разных наклонений плоскости орбиты) и имеется три стартовые позиции, суммарное количество районов будет равно 12 (2 x 2 x 3), а потребная отчуждаемая площадь составит 12 x 800 = 10 тыс. квадратных километров! Это только для ракеты одного наименования, то есть одного типа размера. Плотность и общее количество пусков на указанные оценки не влияют.

Заражение территорий. После полного завершения эксплуатации данного наименования ракеты-носителя и уборки технического мусора площади могут использоваться в народнохозяйственных интересах, если на ракетах не применялись вредные компоненты топлива. В противном же случае эти территории должны быть закрытыми на долгие годы. Например, после заражения местности горючим несимметричным диметилгидразином (гептилом), используемым в ракете-носителе "Протон">, следы заражения сохраняются в течение 80–100 лет.

Рисунок 2

6. Аварийная ракетная техника.

1) 24.10.1960 года  на 41 площадке Байконур прошла  самая крупная катастрофа в  мировой ракетной технике –  несанкционированный запуск на  стартовом столе двигателя второй  ступени заправленной МБР Р-16. В результате пожара и взрыва  погибли по разным данным от 92 до 150 человек, в том числе  Главнокомандующий РВСН, главный  маршал артиллерии Митрофан Иванович  Неделин, главный конструктор С.У. Коноплев.

2) Пуск РН  “Зенит”, проведенный с космодрома  Байконур 10.09.1998 г. по заказу К.Б.  Южное, закончился аварийным выключением  двигателя 2 ступени, последующим  взрывом и падением остатков  РН в районе республик Алтай,  Хакасия и Тыва.

Рисунок 3

3) Аварии при  запуске РН “Протон”, произошедшие 5 июля и 27 октября 1999 года, еще  раз акцентировали внимание на  этом объекте.

4) Аварии при  запуске Н-1 с 1968–1972 гг. Большие  площади были заражены токсическим  топливом – гептилом (НДМГ). 

7. Меры, принимаемые для  ликвидации последствий  аварий.

В целях снижения негативных экологических и социально-экономических  последствий ракетно-космической  деятельности в районах падения  отделяющихся частей ракет-носителей  в рамках договоров Министерства обороны Российской Федерации с  администрациями соответствующих  субъектов Российской Федерации, на территориях которых расположены  районы падения, проводятся мероприятия  по обеспечению безопасности населения, проживающего в этих районах, и ведется  экологическая паспортизация районов  падения.

В 1997-1998 гг. с  учетом требований Госкомэкологии России разработан и утвержден макет экологического паспорта района падения отделяющихся частей ракет-носителей. Ранее были разработаны и утверждены временные экологические паспорта на 4 района падения, расположенные на территории Архангельской области, Республики Алтай и Республики Казахстан.

В 1998 г. работы по экологической паспортизации районов  падения отделяющихся частей ракет-носителей  продолжались. Разработаны проекты  экологических паспортов на 6 районов  падения, расположенных на территории Алтайского края, Томской области  и Ханты-Мансийского автономного  округа. Паспортизация сухопутных районов  падения отделяющихся частей ракет-носителей  расположена в 1999-2000 гг. в рамках "Плана проведения экологических обследований районов падения ракет-носителей и информирования органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации" и Казахстана. 

8. Проблема  космического мусора.

В последнее  время становится все более актуальной проблема космического мусора. По сообщению  Института астрономии РАН, за годы, прошедшие с момента запуска  первого искусственного спутника Земли, в космосе накопилось огромное количество “рукотворных” предметов. Но на первых порах это не вызывало беспокойства у землян. Всерьез о проблеме загрязнения  космоса заговорили лишь в 80-е годы, когда искусственные объекты  на околоземной орбите, по оценкам  ученых, начали представлять реальную угрозу для дорогостоящих спутников, пилотируемых космических аппаратов  и, наконец, просто для населения  Земли. Тогда и появилось понятие  “космический мусор”, включающее в  себя выработавшие свой срок спутники, верхние ступени ракет-носителей, различные предметы космической  деятельности. За прошедшее время  на разные орбиты и в далекий космос было запущено более 20 тыс. объектов общей  массой свыше 3 тыс. тонн. Сейчас проблема загрязнения космоса признана многими  международными организациями. Однако никаких международных соглашений по борьбе с замусориванием космоса  не существует.

Специальными  службами контроля, созданными в рамках противоракетной и противокосмической обороны, зафиксировано и непрерывно отслеживается более 10 тыс. объектов, находящихся на околоземных орбитах. В основном это тела размером более 10 см. Около 8 тыс. таких объектов занесены в официальные каталоги. Из них  действующих спутников всего 500. Искусственных объектов, имеющих  размеры менее 1 см, в космосе насчитывается  несколько миллионов. Из-за своей  огромной скорости (в среднем около 15 км/сек.) эти частицы при столкновении со спутником могут легко вывести  его из строя. Так, 24 июля 1996 года на высоте примерно 660 км произошло первое в истории космонавтики столкновение французского спутника CERISE, запущенного  в июле 1995 года, с фрагментом третьей  ступени французской же ракеты "Ариан", вышедшей на орбиту в 1986 году. В результате спутник был разрушен.