История науки и техники

Кислые атмосферные  выпады на сушу. 

                   Одна из острейших глобальных проблем современности и обозримого будущего  -  это проблема возрастающей кислотности атмосферных осадков и почвенного покрова. Районы кислых почв не знают  засух,  но их естественное плодородие понижено и неустойчиво;  они быстро истощаются  и урожаи на них низкие.  Кислотные дожди вызывают не только подкисление поверхностных вод и верхних горизонтов почв. Кислотность с нисходящими потоками  воды  распространяется  на  весь почвенный профиль и вызывает значительное подкисление грунтовых вод.  Кислотные дожди возникают в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождающейся эмиссией колоссальных количеств  оксилов  серы,  азота, углерода. Эти оксилы, поступая в атмосферу переносятся на большие расстояния, взаимодействуют с водой и превращаются в  растворы  смеси сернистой,  серной,  азотистой,  азотной и  угольной кислот,  которые выпадают в виде "кислых дождей"  на  сушу,  взаимодействуя  с растениями, почвами, водами. Главными  источниками в атмосфере является сжигание сланцев, нефти, углей,  газа в индустрии, в сельском хозяйстве, в быту. Хозяйственная деятельность человека почти вдвое увеличила поступление  в атмосферу оксилов серы,  азота,  сероводорода и оксида  углерода. Естественно, что это сказалось на повышении кислотности атмосферных осадков,  наземных  и грунтовых вод. Для решения этой проблемы необходимо увеличить объём  систематических представительных измерений соединений загрязняющих атмосферу веществ на больших территориях.                 

Проблемы освоения космоса 

Воздействие ракетно-космической  техники и воздушных судов  гражданской авиации.

               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.

В 1998 г. осуществлено 24 запуска  ракет-носителей (РН), в том числе  РН "Протон" – 7, "Союз" – 8, "Молния" – 3, "Космос" – 2, "Циклон" – 1, "Зенит" – 3 (с космодромов "Байконур" и "Плесецк" – соответственно 17 и 7). Кроме того, проведен экспериментальный  запуск космического аппарата с подводной  лодки из акватории Северного  Ледовитого океана с использованием баллистической ракеты.

Пуск РН "Зенит", проведенный  с космодрома "Байконур" 10 сентября 1998 г. по заказу КБ "Южное" (Украина) в рамках проекта "Глобалстар", закончился аварийным выключением  двигателя второй ступени, последующим  взрывом и падением остатков РН в  район падения, расположенный на территории республик Алтай, Хакасия  и Тыва. 

Воздействие ракетно-космической  техники на атмосферу.

Степень воздействия запусков ракет-носителей (РН) на приземную атмосферу  и озоновый слой характеризуется  следующими основными показателями:

– уменьшение стратосферного озона при пусках носителей на жидкостных ракетных двигателях (ЖРД) составляет в зависимости от класса носителя 0,00002–0,003% по отношению к  общему уровню его разрушения;

– доля оксидов азота, выбрасываемых  при пусках ракет-носителей, весьма мала и составляет менее 0,01% аналогичных  выбросов, производимых объектами промышленности, теплоэнергетики и транспорта;

– выбросы в атмосферу  углекислого газа составляют не более 0,00004% выбросов этого вещества другими  антропогенными источниками.

Таким образом, воздействие  продуктов сгорания ракетного топлива  на нижние и средние слои атмосферы  существенно ниже по сравнению с  другими техногенными источниками  загрязнения. 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 иско- паемого 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.

Новая напасть - 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". 

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, наобходимы 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. 

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. 

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 отпоселка и засыпан грунтом. В населенных пунктах ниже потечению 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 Плесецккосмической  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 остаткамиракетного  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 ступении 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" навысоко токсичном  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 жидкотопливными  ракетами РСМ-25 наборту. 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. 

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 неполностью, их фрагменты достигают поверхности Земли. Таким образом, прекращение существования крупных космических аппаратов представляет серъезную 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.