ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ КОСМИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ: влияние ракетно-космической техники на окружающую природную среду

Гукова Ю. А., Паслен В. В.
Донецкий национальный технический университет

Источник: Вісник Дніпропетровського університету/ Серія «Ракетно-космічна техніка», Випуск 11, том 2 - Дніпропетровськ: Видавництво Дніпропетровського національного університету, № 9/2. - 2007. - 234 с., с. 165

     В статье указаны основные экологические проблемы космической деятельности, влияние ее на окружающую природную среду и здоровье человека, указаны негативные последствия использования ракетно-космической техники. Также приведены некоторые пути решения указанных экологических проблем.


     До начала первых космических полетов все околоземное космическое пространство (ОКП), а тем более - Вселенная, считались чем-то неведомым. По прошествии некоторого времени стали признавать, что между Землей - мельчайшей частицей Вселенной и самой Вселенной существуют неразрывная взаимосвязь и единство.
     К третьему тысячелетию человечество активно изучает, исследует и использует космос. Число космических полетов растет, но они постоянно сталкиваются с рядом проблем. Одной из таких проблем является проблема экологии космоса. В современной экологической науке существует раздел «Космическая экология», который охватывает вопросы взаимоотношений земной социосферы с космосом.
     Важным вопросом, который рассматривается этой дисциплиной, является загрязнение космического пространства объектами, так называемого космического мусора. Космический мусор - все антропогенные объекты, которые находятся на околоземной орбите или возвращаются в атмосферу, включая фрагменты или части тех объектов, которые закончили свое активное существование. Космический мусор включает как мелкие предметы - болты, старые отвертки, пластиковые пакеты, сломанные ручки, - так и гораздо более крупные, - например, обломки выведенных из строя спутников, блоков, отделившихся от ракет. Некоторые фрагменты оказались в космосе в результате саморазрушения конструкций, другие „выбрасываются” самими космонавтами.
     В 1957 г., когда запустили первый искусственный спутник Земли, ученые только приблизительно знали его орбиту. Группы наблюдателей выезжали на то место, где он предположительно должен быть виден. Каждому выделяли свой участок неба. И ждали, пока кто-нибудь увидит спутник. Так выясняли, по каким местам на небе и над какими районами на Земле он пролетал, и по этим данным определяли орбиту спутника с очень низкой, конечно, точностью. В последующие годы происходили запуски новых спутников, а к тем, которые уже перестали передавать сигналы на Землю, интерес терялся, и очень скоро никто не знал, по какой орбите они летают. Помимо спутников, в ближнем космосе оказывались и верхние ступени ракет-носителей, и их орбиты никто не изучал. В 1961 г. произошел первый взрыв ступени ракеты-носителя спутника США серии «Транзит», а в 1964 г. - первый целенаправленный взрыв (по команде с Земли) советского спутника «Космос-50». Начался рост числа „рукотворных”, но уже никому не нужных предметов на околоземных орбитах. На первых порах эти события не волновали ни ученых, ни проектировщиков космической техники, ни общественность [1].
     Всерьез о проблеме загрязнения космоса заговорили лишь в 80-е годы, так как сложившееся положение в околоземном пространстве начало представлять угрозу для окружающей среды, для пилотируемой космонавтики, для долговременных спутников и космических аппаратов, наконец, просто для населения Земли. Человечество заставило задуматься появление озоновых дыр. Но, как показывают исследования, проблема сохранения озонового слоя составляет лишь малую часть гораздо большей проблемы охраны и рационального использования околоземного космического пространства.
     Опасность, которую предоставляют объекты космического мусора, может грозить как людям, находящимся в космосе, космическим станциям, спутникам, так и населению нашей планеты.
     Следует заметить, что уже при зарождении основ теоретической космонавтики важную роль играли экологические аспекты, и, прежде всего в работах К.Э. Циолковского. По его мнению, сам выход человека в космос представляет собой освоение совершенно новой экологической „ниши”, отличной от земной.
     Тесное взаимодействие биосферы Земли с космической средой дает основание утверждать, что происходящие во Вселенной процессы оказывают воздействие на нашу планету. Развивая космическую деятельность, необходимо произвести экологическую ориентацию космонавтики, так как отсутствие последней может привести к необратимым последствиям.
     Космос - среда для человека новая, пока еще не обжитая, но уже и здесь возникла извечная проблема засорения среды, в данном случае космической.
     Нельзя не признать, что сегодня также имеют место такие элементы отрицательного воздействия ракетно-космической техники (РКТ) на окружающую среду, как разрушение озонового слоя, засорение атмосферы окислами металлов, углерода, азота. Поэтому очень важно вести изучение последствий данного влияния с точки зрения экологии.
     В связи с этим задание оценки риска негативного влияния РКТ на окружающую среду, повышение экологической чистоты производства и эксплуатации ракет, а также эффективного использования РКТ для решения существующих экологических проблем являются чрезвычайно актуальными.
     Экологи выделяют 3 этапа, в процессе которых происходит наибольшее загрязнение ОПС: производство, испытание и эксплуатация РКТ. На каждом этапе имеются свои специфические факторы негативного влияния на окружающую среду. Наиболее весомыми из них являются следующие [2]:
     - загрязнение атмосферного воздуха и поверхностных водоемов в процессе изготовления элементов РКТ, а также загрязнение продуктами выбросов ракетных двигателей во время их испытания;
     - риск возникновения аварийных ситуаций во время изготовления и хранения ракетного топлива (возможны проливы токсичных компонентов ракетного топлива (КРТ), испарение токсичных КРТ, горение КРТ, взрыв КРТ);
     - локальное загрязнение атмосферы во время запуска ракет-носителей (РН);
     - негативное влияние на состояние озонового слоя Земли;
     - отчуждение территорий и загрязнение плодородного слоя почвы в зонах падения частей ракет.
     - отделение фрагментов конструкции, либо отделяющихся частей РН или космических аппаратов (КА);
     - работа радиоэлектронных средств.
     Экологические последствия перечисленных выше факторов воздействий РКТ на ОПС существенно зависят от конкретных условий. Другими словами, естественные физические факторы и природно-географические условия могут усиливать или ослаблять воздействие РКТ [3].
     К факторам ослабления или усиливания воздействий относятся гелиогеофизические, погодно-климатические, физико-географические, пространственно-временные факторы, а также фоновая экологическая обстановка. К гелиогеофизическим факторам относят: солнечную активность, сейсмичность, магнитную активность, сезон, время суток. К погодно-климатическим факторам: осадки, ветер, температуру воздуха. К физико-географическим факторам:
     - природную зону, в которой расположен район эксплуатации изделия РКТ (тундра, тайга, широколиственный или смешанный лес, лесостепь, степь, полупустыня, пустыня, океан, и т.д.);
     - тип почвы в зоне расположения района эксплуатации изделия РКТ (глинистая, суглинистая, песчаная, чернозем);
     - кислотность почвы, ее бонитет,
     - геоморфологическая характеристика местности (выпуклая плоскость или вогнутая вершина, пологий, покатый или крутой склон, лощина, котловина);
     - гидрологические характеристики местности (наличие рек, олиготрофных водоемов, глубина залегания водоносных горизонтов).
     Фоновая экологическая обстановка в районах эксплуатации изделий РКТ определяется факторами вредных воздействий на ОПС, не обусловленных космической деятельностью.
     Факторы воздействия РКТ на ОПС необходимо рассматривать в интервале времени от момента вывода РН на старт до прекращения активного существования КА (посадки КА).
     Эксплуатация ракетно-космической техники оказывает значительное антропогенное влияние на приземную атмосферу. Известно, что по относительной силе воздействия на верхнюю атмосферу запуск космической ракеты подобен взрыву атомной бомбы в приземной атмосфере.
     Наибольшее влияние оказывается на космодромах во время запуска больших ракет и в начале полета больших ракет носителей, имеющих на борту сотни тонн топлива, которые сопровождаются взрывами, пожарами и мощными токсичными выбросами. Продукты сгорания - такие, как оксид алюминия и хлористый водород могут привести к негативным локальным последствиям. Эти выбросы могут вызывать выпадение кислотных дождей, повышение содержания в воздухе взвешенных веществ, изменение погодных условий на прилежащих территориях.
     На космодромах осуществляется сложный комплекс работ по подготовке и запуску космических аппаратов согласно четкому технологическому регламенту, при участии большого количества высококвалифицированных специалистов. Следует отметить, что конкретные данные экологического влияния и последствий в районах космодромов практически отсутствуют в открытых (доступных) источниках информации, т.к. космодром - это закрытый режимный объект. Необходимы целенаправленные усилия общества для достижения прозрачности и доступности такой информации.
     Влияние запусков ракет на тропосферу с последующим изменением метеорологических условий изучено недостаточно и сейчас специалисты изучают эти вопросы. Это влияние проявляется на локальных территориях, прилегающих к космодромам. Из-за изменения климата и расширения космической деятельности необходимо серьезно подходить к рассмотрению этого вопроса. Для получения полной объективной информации следует проводить систематические исследования комплекса проблем, связанных с влиянием космической деятельности на метеорологические условия.
     Следующая проблема связана с использованием ядерных реакторов. Основным способом обеспечения радиационной безопасности является консервация ядерных энергетических установок на довольно высоких орбитах, где время существования таких объектов намного больше времени распада частиц деления остановленного ядерного реактора. К таким орбитам можно отнести все круговые орбиты, расположенные выше 700 км. Известно, что во время работы реактора его активная зона является мощным источником гамма-нейтронного излучения. Расчеты свидетельствуют, что заметное радиационное влияние будет распространяться на расстояние 1 км от реактора. Главная экологическая угроза связана с возможностью падения фрагментов разрушенных ядерных энергетических установок и осаждением радиоактивных веществ в приземную атмосферу и на поверхность Земли. Радиоактивное загрязнение представляет опасность для работы навигационных систем, метеоспутников и систем наблюдения за природными ресурсами, использующих близкие орбиты.
     Стоит обратить внимание на негативное влияние РКТ в местах падения ракетных носителей. При этом происходит механическое загрязнение твердыми фрагментами, что приводит к перенасыщению почвы соединениями алюминия, наличие которых в почве, даже в незначительном количестве, резко снижает урожайность сельскохозяйственных культур. Кроме этого, происходит быстрое проникновение ракетного топлива в почву с последующей химической трансформацией компонентов, переносом вредных веществ потоками газа и жидкости. Это в значительной мере расширяет зону загрязнения. Следует заметить, что некоторые вредные соединения хорошо сохраняются растительностью и переходят в мясо травоядных животных. Таким способом они могут попадать в организм человека. Вызывает беспокойство тот факт, что подобные территории даже временно не исключаются из хозяйственной деятельности, а люди, проживающие на них, в большинстве случаев не владеют информацией о существующей опасности.
     На сегодняшний день отсутствуют объективные количественные оценки экологического риска и потерь от космической деятельности. Качественные показатели свидетельствуют о значительных потерях для людей и природной среды, особенно в районах, непосредственно связанных с космической деятельностью: вокруг космодромов, в районах падения ракет-носителей.
     Для предупреждения или возмещения потерь должна быть отработана соответствующая юридическая база для запрещения проектов, угрожающих здоровью местного населения и среды его обитания. А также необходимо узаконить требования на компенсации за нанесенный медико-экологический ущерб и на денежные фонды, которые необходимы для рекультивации нарушенных территорий.
     Если говорить об экологической безопасности и опасности космической деятельности, то нельзя не вспомнить о людях, которые в полной мере на себе ощущали и ощущают влияние космоса - о космонавтах. Создавая искусственные условия для продолжительной жизни и работы людей в космосе, трудно учесть и компенсировать все вредное влияние. Современная техника не может исключить вредное внешнее влияние космоса. Экологическая опасность, связанная с пилотируемыми полетами и условиями жизни людей в космосе, обусловлена: влиянием факторов космического пространства; особенностями экологической среды космических аппаратов; спецификой жизнедеятельности людей в космосе. Несмотря на затраты, технологические достижения, существующие системы обеспечения безопасности полетов и профилактические меры, направленные на отбор, подготовку космонавтов и сохранения их здоровья, экологическая опасность для людей в космосе остается довольно актуальной проблемой.
     Мониторинг окружающей среды должен обеспечивать своевременный и достоверный контроль состояния окружающей среды с целью предупреждения вредного влияния на людей и природу, адекватного реагирования на опасные экологические ситуации. Необходимо проводить каталогизацию поврежденных ландшафтов для четкого контроля последствий в таких ситуациях. Учитывая то, что наибольшую антропогенную нагрузку получает приземная атмосфера, в первую очередь необходимо проводить мониторинг околоземного космического пространства.
     Итак, можно сделать выводы, что объекты современной и перспективной ракетно-космической техники являются сложными и потенциально опасными. Они негативно влияют на ОКП при эксплуатации, ликвидации и утилизации. Поэтому в последнее время мировое общество, межправительственные учреждения и правительства многих стран уделяют особое внимание созданию деятельных механизмов международного сотрудничества с целью эффективного прогнозирования и минимизации вредного влияния на природу и человечество подобных неблагоприятных природных и техногенных явлений и катастроф.
     Осознание экологической опасности космической деятельности требует необходимости его должного правового регулирования. Космическая деятельность в Украине осуществляется согласно Закону Украины «Про космічну діяльнсть». Большую роль в регулировании этих отношений играют международные договоры и другие нормативно-правовые акты, к которым присоединилась Украина: Декларация правовых принципов деятельности государств в аспекте использования космического пространства (1963), Конвенция 1972 г. о международной ответственности за ущерб, нанесенный космическими объектами и Венская конвенция об охране озонового слоя (1985). В июле на заседании нашим правительством был рассмотрен и утвержден проект Общегосударственной космической программы Украины на 2008-2012 годы [4].
     Загрязнение окружающей среды, истощение природных ресурсов и нарушения экологических связей в экосистемах стали глобальными проблемами. И если человечество будет продолжать идти по нынешнему пути развития, то его гибель, как считают ведущие экологи мира, через два - три поколения неизбежна.
     Таким образом, сегодня перед экологией как сферой деятельности человека стоят не только традиционные для этой науки задания, связанные с описанием состояния и прогнозированием развития природных биогеоценозов, но и практические проблемы эффективного мониторинга состояния окружающей среды и защиты ее от негативного антропогенного влияния. Такие проблемы наилучшим образом можно решить с применением технического уровня современных ракетных технологий и значительного кадрового потенциала
     Принимая во внимание все вышеуказанные проблемы, предлагается следующее [2]:
     1) сопутствовать наиболее быстрой разработке научно обоснованных методик оценки экологического развития и влияния на ОПС факторов, характерных деятельности ракетно-космического комплекса;
     2) нормирование антропогенных нагрузок на ОКП следует считать основным и первоочередным мероприятием обеспечения экологической безопасности космической деятельности;
     3) для своевременного определения возможных антропогенных изменений и выявления источников этих изменений необходим мониторинг как ОПС, так и ОКП;
     4) необходимо на национальном и международном уровне утвердить ОКП как охраняемую природную среду и закрепить в правовом поле международную экологическую экспертизу существующей космической техники и проектов с обязательной оценкой их возможного влияния на природную среду;
     5) с целью обеспечения экологической безопасности космической деятельности, связанной с полетами в космос и жизнедеятельностью людей за пределами Земли, следует минимизировать риск путем создания системы гарантированной защиты человека от влияния негативных факторов.

Список использованной литературы:

© ДонНТУ 2009 Гукова Ю. А.