
Головна
На захисті довкілля
Наукова Рада ВЕЛ

Наукова Рада листопад 2005 (виступи)

Є. Захаров Екологічні проблеми Землі, пов’язані з виготовленням й експлуатацією ракетно-космічної техніки
Екологічні проблеми Землі, пов’язані з виготовленням й експлуатацією ракетно-космічної техніки
Є.П. Захаров
Таврійський екологічний інститут
(м. Сімферополь, вул. Севастопольська, 62, Крим, 95015)
Планета Земля включає літосферу, атмосферу, гідросферу і біосферу. Виготовлення й експлуатація ракетно-космічної техніки впливає на усі компоненти навколишнього середовища – поверхня Землі (літосфера, гідросфера, біосфера), усі шари атмосфери, включаючи озоновий шар і навколоземний космічний простір. Навколоземний космічний простір являє собою зовнішню оболонку, що оточує Землю. Він захищає все живе від жорсткого ультрафіолетового випромінювання Сонця і відіграє важливу роль у складних сонячно-земних взаємозв'язках. Від останніх, залежать умови життя на Землі й екологічна безпека життєдіяльності.
Антропогенні впливи на навколоземний космічний простір пов'язані з початком космічної ери, що нараховує всього кілька десятиліть. Фахівці вважають, що втручання людини в це середовище дуже небезпечне [2].
Вплив ракетно-космічної техніки на навколишнє середовище слід розглядати з позицій екологічного менеджменту. Екологічний менеджмент – комплекс заходів, що включає управління ресурсами, виробничими процесами і продукцією, спрямований на скорочення впливу на навколишнє середовище, якого завдають виробнича діяльність і підвищення ефективності роботи підприємства. Системи екологічного менеджменту повинні працювати на заводах виготовлення ракетного палива, ракетних двигунів, ракет, а також – на ракетодромах (космодромах). Тому наведемо коротку характеристику цих об'єктів.
Ракетне паливо – речовина або сукупність речовин, що являють собою джерело енергії і робочого тіла для ракетного двигуна. Відоме ракетне паливо хімічне і нехімічне. Хімічне паливо забезпечує при розширенні в соплі ракетного двигуна перетворення теплової енергії хімічних перетворень на кінетичну енергію потоку, що виходить із сопла ракетного двигуна. Нехімічне паливо, у ядерному або електричному ракетному двигуні, забезпечує передачу енергії внутрішньоядерної або електричної енергії спеціальній речовині, що є тільки робочим тілом або його джерелом.
За числом роздільно збережених компонентів хімічні ракетні палива поділяються на одно- (унітарні), дво-, три- і багатокомпонентні, а за агрегатним станом компонентів - на рідкі, тверді, гібридні, желеподібні і в тому числі – тиксотропні, псевдозріджені і газоподібні (парогазові). Найбільшого застосування набули рідкі і тверді ракетні палива. У практиці широко застосовують двокомпонентні рідкі ракетні палива, що складаються з окислювача і пального. Як окислювач використовують кисень рідкий, чотириоксид азоту, фтор рідкий, а як пальне – водень рідкий, гас, диметилгідразин несиметричний, гідразин, аміак рідкий. Для поліпшення характеристик ракетного двигуна до складу таких ракетних палив уводять різні добавки (присадки) у вигляді розчинів, суспензій або як третій компонент – метали: берилій, алюміній, бор та їх гібриди, інгібітори корозії, стабілізатори, активатори загоряння, речовини депресатори, що знижують температуру замерзання [1,3,4].
Тверді ракетні палива являють собою гомогенну суміш компонентів баліститів або монолітну гетерогенну композицію, так звані паливні суміші. Останні можуть складатися з органічної сполучної речовини, наприклад, каучуку, поліуретану, поліефірної або епоксидної смоли, твердого окислювача (найчастіше перхлорату амонію, а також перхлорату калію, нітрату амонію та інших) і добавок різного призначення. Для підвищення енергетичних характеристик ракетного двигуна додають порошки алюмінію, магнію, берилію, бору [1,3,4].
У гібридному ракетному паливі компоненти знаходяться в різних агрегатних станах, наприклад, рідкий окислювач + тверде пальне, твердий окислювач + рідке пальне. Усі компоненти рідких і твердих ракетних палив можна використовувати як компоненти гібридних ракетних палив [1,3,4].
У ядерному паливі використовуються радіоактивні елементи або речовини.
Ракетний двигун – реактивний двигун, що використовує для своєї роботи тільки речовини і джерела енергії, що є в запасі на апараті, який переміщується (літальному, наземному, підводному). На відміну від повітряно-реактивних двигунів для роботи ракетного двигуна не потрібне навколишнє середовище (повітря, вода). Залежно від виду енергії, що перетворюється в ракетному двигуні на кінетичну енергію реактивного струменя, розрізняють хімічні (термохімічні) ракетні двигуни (ХРД), ядерні ракетні двигуни (ЯРД), електричні ракетні двигуни (ЕРД). Ракетні двигуни знаходять широке застосування для запуску сигнальних, фейєрверкових, бойових ракет і в космонавтиці.
В ядерних ракетних двигунах (ЯРД) можна одержати питомий імпульс, який значно перевищує імпульс, що розвивається хімічним реактивним двигуном (ХРД). Підвищення питомого імпульсу в десятки й у сотні разів досягається за допомогою електричних ракетних двигунів, у яких в кінетичну енергію реактивного струменя переходить електрична енергія [1,3,4].
Ракета – літальний апарат, що переміщується в просторі завдяки реактивній тязі, що виникає при відкиданні ракетної частини власної маси (робочого тіла). Ракети застосовуються у військовій справі, для наукових досліджень, для запуску космічних апаратів [1,3,4].
Ракетодром (космодром) – комплекс споруд, устаткування і земельних ділянок, призначений для прийому, складання, підготовки до пуску і пуску космічних ракет. Деякі космодроми включають земельні ділянки для падіння відпрацьованих ступенів ракет і один з вимірювальних пунктів командно-вимірювального комплексу. Головні об'єкти космодрому – технічна позиція і стартовий комплекс. Є допоміжні й обслуговуючі об'єкти та служби космодрому, житлове містечко з управлінськими службами, навчальний центр і комплекс побутових та культурно-масових закладів, системи водопостачання, зв'язку, телебачення, ремонтна база, складське господарство, аеродром, під'їзні колії, транспортні комунікації з залізничним вузлом тощо. [1,3,4].
З короткої характеристики окремих об'єктів ракетно-космічної промисловості випливає, що антропогенний вплив на навколишнє середовище пов'язаний із застосуванням спеціальних речовин та елементів, які є ксенобіотиками. Відбувається забруднення атмосферного повітря, вод, ґрунтів і біосфери в цілому. Екологічні проблеми планети Земля, пов'язані з виготовленням, зберіганням та експлуатацією ракетно-космічної техніки, можна поділити на локальні, регіональні і глобальні. Локальні екологічні проблеми виникають на будь-якому заводі, що використовує радіоактивні, хімічні й інші елементи і речовини, необхідні для ракетного палива, ракетних двигунів і ракет. Регіональні екологічні проблеми можуть бути викликані як на етапі виготовлення ракетного палива, ракетних двигунів і ракет, так і під час запуску ракет. Глобальні екологічні проблеми виникають під час запуску і польоту ракет.
Крім загрози зміни природного середовища, є й інші негативні наслідки діяльності людини у космосі. Безконтрольне використання навколоземного космічного простору призвело до його забруднення величезною кількістю (понад 3 000 т) сміття, що складається з фрагментів використовуваних технічних засобів. Небезпеку цього сміття усвідомлюють фахівці в галузі космічних апаратів, оскільки зіткнення з ними в космосі стало реальною загрозою. Космічне сміття накопичується на висотах понад 400 км. Фрагменти сміття занесені у відповідний каталог і за ними ведеться постійне спостереження. За даними з різних джерел, у навколоземному космічному просторі знаходиться від 6000 до 8000 об'єктів штучного походження розміром понад 10 см, що спостерігаються з Землі. Більше половини цих об'єктів є наслідком вибухів космічних апаратів і ступенів ракет-носіїв. Крім того, існує велика кількість дрібних осколків (менших за 10 см). Це десятки тисяч фрагментів менших за 10 см і сотні тисяч ще дрібніших (менше 1 см) осколків сміття [2].
Фахівці виділяють такі види впливу людини на навколоземний космічний простір:
- викид хімічних речовин у результаті роботи ракетних двигунів;
- енергетичні і динамічні збурення внаслідок польотів ракет;
- забруднення твердими фрагментами, космічним сміттям (відпрацьованими супутниками, елементами стикувальних вузлів, розгінними блоками тощо.);
- електромагнітне випромінювання радіопередавальних та інших промислових систем;
- проникнення забруднюючих речовин із приземної атмосфери;
- радіоактивне забруднення і жорстке випромінювання від ядерних енергетичних установок, що використовуються на космічних апаратах [2].
Найбільш небезпечним є викид хімічних речовин і радіоактивне забруднення навколишнього середовища. Газоподібні продукти мають високу температуру і швидкість поблизу сопла ракети. Тому відбувається швидке гідродинамічне розширення маси газу, що викидається, з його подальшим охолодженням до зрівняння температури з навколишнім середовищем. Унаслідок цих процесів у верхній атмосфері уздовж усієї траєкторії польоту ракети формується газова хмара складного хімічного складу, компоненти якого взаємодіють з компонентами верхньої атмосфери й іоносфери. Основні продукти викиду ракет – вода і діоксид вуглецю. У результаті прольоту однієї ракети "Протон" у навколоземний космічний простір надходить приблизно 100 т води і понад 90 т діоксиду вуглецю, а для "Шаттла" – 470 і 110 т відповідно [2].
На висоті понад 90 – 100 км молекули води дисоціюють під дією ультрафіолетового випромінювання з утворенням атомарного водню. Викинутий газ розширюється, зазнає певних перетворень і поширюється на відстані від сотень до десятків тисяч кілометрів. При польоті ракети "Шаттл" у разі її регулярних пусків з інтервалом 10 діб відбувається стаціонарне глобальне збільшення концентрації водню, що перевищує фонові рівні на десятки відсотків на висоті понад 200 км [2].
Молекули води і діоксиду вуглецю, що викидаються у верхню атмосферу під час роботи ракетних двигунів, активно взаємодіють з іонами кисню іоносфери. Їх перетворення відбувається швидше, ніж у природних умовах. Унаслідок цього різко зростає швидкість рекомбінації іоносферної плазми і падає концентрація заряджених часток. Це призводить до утворення іоносферних дір. Найбільш великомасштабні порушення було виявлено після запуску ракет "Сатурн-5". Горизонтальні розміри діри становлять тисячі кілометрів, а концентрація електронів зменшилася в них у кілька разів. Спочатку іоносферні діри утворилися над територією США, а згодом – над Західною Європою і територією колишнього СРСР [2].
Діоксид вуглецю, який поширюється на сотні кілометрів від траєкторії ракети, відіграє надзвичайно важливу роль у тепловому балансі термосфери.
Дослідження впливу польотів ракет на озоновий шар показало, що при щомісячних пусках "Шаттла" протягом 4-х років загальний вміст озону знизиться на 0,3 % для середніх широт і на 0,4-0,6 % - для високих. Запуски ракет "Шаттл" і "Енергія" можуть викликати глобальне зменшення озону [2].
Потужність антропогенного джерела виділення енергії становить приблизно 10 % від природного. Радіоактивне забруднення відбувається за рахунок осідання радіоактивних речовин з космосу в природну атмосферу і далі на поверхню Землі. Про це свідчать проведені дослідження на Байконурському космодромі.
Фахівці вважають, що збереження навколоземного космічного простору як зовнішньої захисної оболонки Землі можливе тільки за обмеження кількості пусків ракет і принципової зміни технічних засобів та методів виведення космічних апаратів на орбіту. Запропоновано такі заходи:
- повна відмова від санкціонованого підривання космічних апаратів, що відпрацювали свій термін, на орбіті;
- оптимізація схем виведення на орбіту космічних апаратів з використанням проміжних орбіт, що знижують негативні наслідки запуску;
- підвищення термінів активного існування і точності стабілізації космічних апаратів;
- переведення космічних апаратів, що відпрацювали свій термін, на орбіти "поховання", розташовані вище від сфери геостаціонару, й інші [2].
Як видно із запропонованих фахівцями заходів, не враховується повністю екологічний менеджмент у ракетно-космічній промисловості. Тому в першу чергу необхідно впровадити у виробництво в повному обсязі системи екологічного менеджменту. Для цього рекомендується:
1. На всіх об'єктах ракетно-космічної промисловості провести еколого-геохімічне і радіогеохімічне картування підприємств і територій, акваторій;
2. Провести інвентаризацію об'єктів і перевірити контроль зберігання радіоактивних і хімічних речовин;
3. Скласти екологічні паспорти на підприємства, ракетодроми і території;
4. Зробити санітарно-гігієнічну і радіаційно-гігієнічну оцінку ґрунтів, вод, відходів виробництв;
5. Провести спеціальні дослідження на полігонах виробничих відходів і місцях їх поховання;
6. Накласти мораторій на запуск ракет з надводних і підводних установок та ракетодромів;
7. Обмежити до мінімуму запуск ракет з територій;
8. Накласти мораторій на запуск ракет з рекреаційних територій;
9. Виконати кореляційний аналіз між екологічними параметрами і захворюваністю працівників ракетно-космічної промисловості.
Література
1. Космонавтика. Под редакцией В.П. Глушко, 2 издание. – М.: Маленькая энциклопедия, 1970.
2. Никаноров А.М., Хоружая Т.А. Глобальная экология. Учебное пособие. – М.: ПРИОР, 2001.
3. Сарнер С. Химия ракетных топлив. Перевод с английского. – М.: 1969.
4. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. Справочник, т. 1-8; под редакцией В.П. Глушко, М.: 1971-1974.
Дивись також:
Т. Тимочко Екологічні проблеми космічної діяльності
C.Размєтаєв Правові проблеми еколого-безпечного використання
C.Кричевский ЭКОПОЛИТИКА И ЭКОБЕЗОПАСНОСТЬ
С.Вадзюк ЕКОЛОГО-ГІГІЄНІЧНІ ПРОБЛЕМИ ЖИТТЄЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НА БОРТУ КОСМІЧНОГО КОРАБЛЯ
С.Фомин ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ И УНИЧТОЖЕНИЯ
Р.Синельщиков ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ «КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА»
А.Шейко Тези виступу