168746 (Дистанційний екологічний моніторинг), страница 9

Таблиця 3.1

Класифікація ракет-носіїв

Таблиця 3.2

Загальна характеристика ракет-носіїв

Основною функцією ракети-носія (РН) є надання першої космічної швидкості (7,9 км/с) корисному навантаженню.

Визначають чотири класи РН. У табл. 3.1 - 3.2 наведені прийнята класифікація РН та загальні дані зі стартової маси і корисного навантаження РН, які під час старту здійснюють найбільш потужний вплив на всі шари атмосфери.

3.2 Фактори техногенного впливу космічного польоту на довкілля

В залежності від цілі, поставленої перед космічним апаратом, його можливо скеровувати в різні райони космічного простору. Аналіз цих районів довів, що експлуатація РКТ пов'язана з впливом на природне середовище в масштабах як екосфери Землі (літосфера, атмосфера, гідросфера), так і Сонячної системи.

Експлуатація ракетно-космічних комплексів ставить ряд екологічних проблем, найважливіші з яких є:

шкідливий вплив продуктів згорання ракетних палив на атмосферу Землі;

проблеми знищення озонового шару Землі і електронного компонента атмосфери;

забруднення космічного простору фрагментами ракетно-космічної техніки;

необхідність відчуження значних земельних територій під райони падіння окремих складових ракет-носіїв по трасам їх пусків.

Техногенні фактори, які впливають на навколишнє середовище при експлуатації РКТ, суттєво відрізняються за параметрами факторів від більш розповсюджених видів антропогенних факторів впливу на навколишнє середовище. До таких факторів відносяться:

принциповий характер можливого фізичного механізму впливу на оточуюче середовище;

масштаби можливого впливу (локальні або глобальні);

середовище, на яке здійснює вплив РКТ (суша, вода, атмосфера);

характер впливу (за терміном часу).

Можливість глобального впливу РКТ на природне середовище обумовлюється, по-перше, тим, що траєкторія руху РН при виведенні КА проходить крізь всі шари атмосфери над територіями регіонів, значно віддалених від місця старту, по-друге, тим, що КА і останні ступені ракет, які виведені на орбіту при гальмуванні у верхніх шарах атмосфери, при неповному їх згорянні в атмосфері представляють загрозу для великих територій на поверхні Землі, а ті з них, які можуть тривалий час існувати в навколоземному просторі, забруднюють його після припинення їх активного існування і являють собою загрозу для тих КА, які будуть виводитись в космічний простір.

До глобальних факторів екологічного впливу можна віднести:

викиди продуктів згоряння в атмосферу (в тому числі токсичні) при роботі РН на активній ділянці;

згоряння в атмосфері відпрацьованих ступенів РН та КА;

забруднення навколоземного простору фрагментами відпрацьованих пристроїв (КА, останні ступені РН, окремі елементи конструкції);

падіння в непередбачених ділянках території з відпрацьованих елементів конструкцій як РН, так і КА в аварійних ситуаціях.

До локальних факторів впливу можна віднести:

проливання токсичних компонентів палива при його транспортуванні до місця заправки і при самій заправці;

штатне падіння відпрацьованих ступенів РН;

розповсюдження звукового тиску і ударні хвилі при русі РН;

викиди продуктів згоряння при стендовому відпрацюванні двигунів.

3.3 Вплив ракетно-космічної техніки на озоновий шар Землі

Озон руйнується в результаті впливу водяної пари, який міститься в значній кількості в продуктах згоряння, а також оксидів азоту і кисню повітря під дією високих температур в факелах ракетних двигунів, і при польоті практично будь-якого РН в озоновому шарі утворюється озонове вікно. Модель руйнування озонового шару при одиночному пуску РН "Енергія” можна уявити у такий спосіб. У сліді ракети діаметром декілька сот метрів озон руйнується повністю на усіх висотах практично миттєво. Під впливом макротурбулентної дифузії речовини, що викидаються, перемішуються в радіусі багатьох кілометрів за декілька годин. Вміст озону в цьому стовпі на висотах 16...24 км зменшується на 15...20 % через 2 години, а потім озон поступово відтворюється. Хмара викидів в атмосфері після одного тижня досягає розмірів декілька сот кілометрів. Максимальне руйнування озону в хмарі відбувається на висотах 24...30 км приблизно через 24 доби після проходження РН. Одночасно в тропосфері і іоносфері відбувається відтворення озону. З урахуванням комплексного позитивного ефекту загальний вміст озону у районі пуску РН “Енергія” (в межах вертикального стовпа діаметром 550 км) знижується через 24 доби на 1,7 %, або у масовому відношенні на 27 тис. т. В табл. 3.3-3.4 наведені дані руйнування озонового шару.

Таблиця 3.3

Діаметр зони руйнування озону при реакції з СО на різних висотах

Таблиця3.4

Розмір (Г) зони локального руйнування озону в результаті фотодисоціації для різних РН і час (t) її досягнення

3.4 Вплив пусків ракетоносіїв на іоносферу

При польоті в іоносфері основний продукт згоряння важких РН, що працюють на киснево-водневому паливі, - вода. Враховуючи відсутність води на великих висотах, сам факт її появи в іоносфері є

фактором забруднення природного середовища, що становить потенційну небезпеку порушення природної рівноваги.

На висотах 70...90 км, де найбільш низька температура, молекули води швидко перетворюються у кришталики льоду. На ще більших висотах в іоносфері спостерігається взаємодія водяного пару з іоносферною плазмою. В результаті утворюються зони з пониженою щільністю електронів, які змінюють характер розповсюдження радіохвиль різних частот, що призводить до порушення зв'язку тощо. Спостерігається також аномальне світіння.

Часто ефекти, пов'язані з впливом пусків РН на іоносферу, називають іоносферними "дірками״. Вперше утворення іоносферних дірок було зафіксовано у 1973 році при виведенні на навколоземну орбіту американської станції Scylab, за допомогою РН ”Сатурн-5”, двигуни якої працювали включно до висот 300 – 500 км. На цих висотах іонізація іоносфери максимальна.

В місті проходження РН концентрація електронів зменшилась більш ніж у 2 рази, а площа дірки досягла 1 млн. км кв.

Питання, пов'язані зі зниженням антропогенного впливу на іоносферу, знаходяться на стадії дослідження утворення іоносферних “дірок״. Жодних методів зниження техногенного впливу поки що не розроблено.

3.5 Космічне сміття

Кожний запуск КА в космічний простір супроводжується утворенням на орбітах декількох десятків елементів конструкції, що відділяються від супутників і ракет-носіїв. За роки космічної ери на навколоземних орбітах було зареєстровано більш ніж 20 тис космічних об'єктів штучного походження розміром близько 10 см. Служба нагляду за космосом США на початок 1992 року вела стеження за 7200 об'єктами штучного походження (ОШП). З них тільки 5 % є функціонуючими ШСЗ, 23 % відпрацьовані ШСЗ, 10 % відпрацьовані ступені РН. Решта 63 % фрагментарні залишки РКС. В числі 7200 об'єктів 58 супутників (діючих і непрацездатних) мають на борту в енергетичних установках радіоактивні речовини масою більш ніж одна тонна.

Екстраполяція за допомогою математичних моделей показує, що число фрагментів розміром 40 мм становить понад 18 тис.

Крім того, накопичилося 50...70 тис. часток розміром 1...2 см. Кількість ще дрібніших частинок оцінюється десятками мільйонів.

Основна небезпека космічного сміття пов'язана з космічними швидкостями зіткнення орбітальних фрагментів з КА. Наприклад, частинка діаметром 0,5 мм може пробити космічний скафандр. Найбільша їх концентрація в діапазоні висот 300...1600 км.

В найближчий час видалення фрагментів космічного сміття уявляється проблематичним і потребує економічних витрат і подальшої роботи в цьому напрямку.