Воздействие ракетно-космической деятельности на ОПС

В процессе эксплуатации изделий ракетно-космической техники определенному воздействию подвергаются земная поверхность, поверхностные и грунтовые воды, растительность, живые организмы, атмосфера, включая озоновый слой, и околоземное космическое пространство.

При осуществлении ракетно-космической деятельности (РКД) на окружающую природную среду (ОПС) оказывается неспецифическое и специфическое воздействие. Неспецифическое связано с эксплуатацией производственных объектов наземной инфраструктуры космодромов. Эксплуатация таких объектов сопровождается выбросами в ОПС оксидов азота и углерода, сероводорода, аэрозолей серной и азотной кислот, аммиака, этилена, йодистых соединений, незначительного количества пентаоксида ванадия, синильной кислоты, фторидов, оксидов хрома, марганца и его соединений, акролеина, взвешенных веществ, оксидов олова и других металлов.

Специфическое воздействие РКД сопряжено с подготовкой ракет космического назначения (РКН) к пуску, пуском и полетом их, отстыковкой и приземлением отработавших ступеней ракет. Воздействие на ОПС проявляется химическим загрязнением в результате проливов и выбросов компонентов ракетного топлива (КРТ), продуктов их сгорания и трансформации; механическим загрязнением фрагментами отделившихся частей ракет носителей районов падения; акустическим и электромагнитным излучениями.

Основными факторами негативного воздействия ракетно-космической деятельности на окружающую среду являются:

– возможное загрязнение отдельных участков почвы, поверхностных и грунтовых вод в результате проливов компонентами ракетных топлив (КРТ) при аварийных взрывах ракет-носителей (РН) и при падении отработавших ступеней РН с неиспользованными остатками КРТ в штатных районах падения;

– засорение территорий отведенных районов падения металлоконструкциями отработавших ступеней РН;

– механическое повреждение элементов ландшафта при падении отработавших ступеней РН и их эвакуации из районов падения;

– воздействие на атмосферный воздух и озоновый слой в результате сгорания топлива при полете РН;

– засорение околоземного космического пространства продуктами космической деятельности (космическим мусором), в том числе отработавшими верхними ступенями РН, разгонными блоками, космическими аппаратами и их конструкционными элементами.

Специалистами ракетно-космической промышленности и Космических войск осуществляются пуски ракет-носителей “Союз”, “Протон”, “Космос-3М”, Зенит”, “Молния-М”, ракет РС-20 со штатными космическими аппаратами с космодромов “Байконур”, “Плесецк” и базы межконтинентальных баллистических ракет (МБР) “Домбаровка”.

При пуске РН и работе объектов теплоэлектроснабжения выделяется большое количество тепловой энергии, а над местом старта образуется послестартовое облако, содержащее продукты сгорания КРТ. В дальнейшем, после отрыва ракеты от стартового стола, продукты сгорания образуют в атмосфере след вдоль траектории ее полета. По мере подъема ракеты над стартовой площадкой и дальнейшего ее продвижения в атмосфере, наблюдается как выброс тепловой энергии, так и акустические шумы. Продукты сгорания КРТ состоят из газообразных и конденсированных компонентов. Конкретный состав и масса выбрасываемых продуктов сгорания зависят от типа ракет и вида топлива.

В твердотопливных двигателях из-за необходимости придания заряду требуемых механических свойств соотношение компонентов топлива соответствует коэффициенту избытка окислительных элементов меньше единицы. Это вызывает догорание продуктов сгорания выхлопного факела при турбулентном перемешивании их с воздухом. Развиваемый при этом уровень температур в отдельных случаях может быть достаточно высоким для интенсивного образования из азота и кислорода воздуха окислов азота NО_x. Расчеты показали, что не содержащие азот топлива образуют при догорании соответственно в 1,7 и 1,4 раза больше оксида азота NО, чем топливная пара азотный тетроксид и НДМГ (несимметричный диметилгидразин). Это можно объяснить высоким уровнем температур в зоне догорания СО и Н₂, содержание которых в продуктах сгорания первых двух топлив существенно больше, чем при использовании азотсодержащих окислителя и горючего.

Образование оксида азота при догорании особенно интенсивно происходит на малых высотах. С увеличением высоты полета ракеты становится меньше температура окружающего воздуха и его плотность и выход окислов азота (NО) уменьшается, а на высотах более 15 км образование NО при догорании практически прекращается. Сам процесс догорания продолжается до высот ~ 50 км.

При запуске мощных ракет-носителей с увеличением высоты полета растут вызванные пролетом ракеты размеры области возмущений и их интенсивность. На малых высотах скорости РН небольшие, а масса выбрасываемых двигателями продуктов сгорания огромна. Так, расходы компонентов топлив в момент старта РН «Протон» составляют 3800 кг/с, «Спейс-Шаттл» – более 10000 кг/с и РН «Сатурн-5» – 13000 кг/с. Такие расходы вызывают скопление в районе старта большого количества продуктов сгорания, загрязнение облаков, выпадение кислотных дождей и изменение погодных условий на территории 100—200 км².

Современная частота запусков тяжелых РН относительно небольшая и они не оказывают заметного влияния на процессы в атмосфере. Увеличение частоты запусков может привести к нарушению естественного равновесия в различных слоях атмосферы, последствия которого пока трудно прогнозировать. Анализ соотношения общих выбросов в атмосферу вредных веществ в виде продуктов сгорания топлива ракет и выбросов, связанных с антропогенной деятельностью на Земле, показал, что доля первых, учитывая пуски ракет Советского Союза и США, составляет менее 0,001 %. Общее количество загрязняющих веществ в виде газообразных и конденсированных компонентов, поступивших в атмосферу в результате проведения пусков ракет-носителей не превышает доли процента от выбросов, произведенных объектами промышленности, теплоэнергетики и транспорта, расположенными в регионах осуществления ракетно-космической деятельности.

Влияние запусков ракет на тропосферу с последующим изменением метеорологических условий изучено недостаточно. Это влияние проявляется на локальных территориях, прилегающих к космодромам. Изменение климата и расширение космической деятельности требуют серьезного подхода к рассмотрению этого вопроса.

Изменение концентраций стратосферного озона из-за воздействия пусков РН носит локальный характер, среднее понижение концентрации существует не более часа.

Про полете РН происходит разрушение ионосферы по траектории вдоль «шнура» диаметром 120 м, величина возмущений электронной концентрации может достигать порядка 91% от ее фонового значения.

Вариации акустического шума с превышением амплитуды колебания давления в 10-1000 раз относительно фоновых значений возникают при столкновении атмосферных фронтов, тайфунов, цунами, ураганов, землетрясений, извержений вулканов. Такими же по характеру и масштабам воздействия являются испытания и пуски РН и возвращение на Землю их отделяющихся частей. Вблизи источника уровень шума может быть очень большим с широким частотным составом. Однако из-за сильного затухания в воздухе высокочастотных составляющих на больших удалениях от источника наиболее значимый по энергии вклад в шум вносит инфразвук с частотами менее 16-20 Гц.

Еще одна проблема связана с использованием ядерных реакторов. Основным способом обеспечения радиационной безопасности является консервация ядерных энергетических установок на довольно высоких орбитах (выше 700 км), где время существования таких объектов намного больше времени распада частиц деления остановленного ядерного реактора. Главная экологическая угроза связана с возможностью падения фрагментов разрушенных ядерных энергетических установок и осаждением радиоактивных веществ в приземную атмосферу и на поверхность Земли.

Особого внимания требует влияние РКТ в местах падения ракетных носителей. Оценка последствий падения отделяющихся частей ракет-носителей в заданные районы падения является достаточно сложной исследовательской задачей, поскольку:

– падение ступеней происходит в различных местах отведенного района достаточно большого размера, интенсивность падений может быть различна (от одного до десятков пусков в год);

– в ступенях остаются остатки компонентов ракетного топлива, но какая их часть попадает в почву, взрывается или испаряется в атмосфере достоверно установить невозможно.

На сегодняшний день отсутствуют объективные количественные оценки экологического риска и потерь от РКД. 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.

Дата добавления: 2015-05-31