Экология и космос: введение в экологию космической деятельности
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Космический транспорт
Издательство:
Инфра-Инженерия
Автор:
Вокин Григорий Григорьевич
Год издания: 2021
Кол-во страниц: 52
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-9729-0725-0
Артикул: 766479.01.99
Выявлены и проанализированы факторы, сопутствующие использованию ракетно-космической техники на всех этапах ее жизненного цикла, показано их влияние на экологическое состояние земной поверхности, атмосферы Земли и пространства ближнего космоса. Предложена совокупность мер и мероприятий для обеспечения экологической безопасности при осуществлении космической деятельности. Для студентов старших курсов и аспирантов ракетно-космических направлений подготовки, а также широкого круга читателей, интересующихся вопросами влияния космической деятельности на состояние окружающей среды.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 24.03.01: Ракетные комплексы и космонавтика
- 24.03.02: Системы управления движением и навигация
- 24.03.04: Авиастроение
- 24.03.05: Двигатели летательных аппаратов
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
г. г. вокин экология и КОСМОС: ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЮ КОСМИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Учебное пособие Москва Вологда « Инфра-Инженерия» 2021
УДК 629.764 ББК 39.6 В66 Р е ценз енты : доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, академик РАРАН, генерал-лейтенант в отставке (ВА им. Петра Великого РВСН) ЧобанянВ. А.; доктор экономических наук, доцент (НИИ космических систем им. А. А. Максимова -филиал АО ГКНПЦ имени М. В. Хруничева) Азаренко Л. Г. Вокин, Г. Г. В66 Экология и космос: введение в экологию космической деятельности : учебное пособие / Г. Г. Вокин. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. - 52 с. ISBN 978-5-9729-0725-0 Выявлены и проанализированы факторы, сопутствующие использованию ракетно-космической техники на всех этапах ее жизненного цикла, показано их влияние на экологическое состояние земной поверхности, атмосферы Земли и пространства ближнего космоса. Предложена совокупность мер и мероприятий для обеспечения экологической безопасности при осуществлении космической деятельности. Для студентов старших курсов и аспирантов ракетно-космических направлений подготовки, а также широкого круга читателей, интересующихся вопросами влияния космической деятельности на состояние окружающей среды. УДК 629.764 ББК 39.6 ISBN 978-5-9729-0725-0 © Вокин Г. Г., 2021 © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
Содержание Предисловие ....................................................5 Введение .......................................................7 Глава 1. Космическая инфраструктура и воздействие функционирования её составных элементов на экологическое состояние окружающей среды....................12 1.1. Инфраструктура обеспечения космической деятельности и её основные составные части..................................12 1.2. Виды, содержание, программы, масштабы и прогнозы развития космической деятельности.......................................14 1.3. Общий характер вредного воздействия средств ракетно-космической техники на экологическое состояние окружающей среды на всех этапах их жизненного цикла............................15 Глава 2. Прогнозируемые угрозы и последствия вредного воздействия функционирующих элементов космической инфраструктуры на экологическое состояние окружающей среды.....19 2.1. Источники и следствия воздействия средств ракетно-космической техники на состояние земной поверхности, атмосферы Земли и ближнего Космоса............................................19 2.2. Экологические угрозы от воздействия средств ракетно-космической техники на состояние людей, животного и растительного мира: источники и следствия.........................................22 2.3. Комплекс мер и мероприятий по уменьшению экологически вредного воздействия на окружающую среду элементов, средств и изделий ракетно-космической техники на этапах их создания, отработки, испытаний, штатной эксплуатации и конечной утилизации......................................23 Глава 3. Постоянно действующий и исследовательский комплексный мониторинг воздействия факторов космической деятельности на состояние окружающей природной среды........................26 3.1. Комплексный мониторинг негативного воздействия функционирующей ракетно-космической инфраструктуры на состояние окружающей среды (людей, земной поверхности, атмосферы Земли, ближнего космоса, животных и растений)...........................................26 3
3.2. Информационно-аналитическое обеспечение и компьютерная поддержка работ по оценке и мерам по улучшению экологического состояния окружающей среды в условиях негативного воздействия функционирующей ракетно-космической инфраструктуры..............29 3.3. Автоматизация дистанционного поиска, обнаружения и определения координат элементов, отделяющихся от ракет на активном участке траектории, как пример актуального и эффективного мероприятия по уменьшению последствий экологической опасности от вредного воздействия остатков компонентов ракетного топлива в полостях баков упавших на Землю элементов первой и второй ступеней ракет..30 Глава 4. Вопросы возмещения ущерба, наносимого экологии окружающей среды и социально-экономической сфере ракетно-космической деятельностью..............................43 4.1. Краткая характеристика составляющих ущерба, наносимого окружающей среде и социально-экономической сфере ракетно-космической деятельностью..............................43 4.2. Методические основы оценки размеров ущерба, наносимого негативными факторами, сопутствующими ракетно-космической деятельности................45 Заключение.....................................................47 Литература.....................................................48 4
Предисловие Становление и развитие ракетно-космической техники (РКТ) было связано, как известно, с решением, прежде всего, задач оборонного характера. Следствием создания ракетно-космических средств оборонного назначения явилось использование сопутствующих технологий и научных достижений в интересах социально-экономической сферы страны. К настоящему времени результаты космической деятельности предприятий ракетно-космической отрасли в процессе их конверсии послужили основой появления такого социально-экономического феномена, как оказание космических услуг применительно к целому ряду сфер их практического использования. Широкий спектр космических услуг распространился на такие области жизнедеятельности общества, как навигация, мониторинг земной поверхности, радио, связь, телевидение, картография и т.д. Таким образом, результаты космической деятельности нашли широкое использование как в области обороны, так и в области обеспечения более эффективного функционирования социально-экономической сферы страны. При этом, что характерно, и в первом и во втором случаях использованием результатов космической деятельности очень часто занимаются специалисты, базовое образование которых далеко отстоит от предметной области РКТ. Особенно это видно на примере коммерциализации результатов ракетнокосмической деятельности (РКД) предприятий и организаций промышленности. В настоящее время складывается такая ситуация, что специалисты в области РКТ не владеют методологией коммерческого использования РКД, а специалисты деловых структур и заинтересованных организаций не владеют должным уровнем понимания возможностей РКТ. В связи с изложенной ситуацией созрели условия и приобрела актуальность идея подготовки специалистов, которые наряду с базовым образованием, получаемым, например, студентами МГОТУ, владели бы в достаточной степени предметной областью РКТ, в том числе элементами ракетно-космической баллистики, навигации, мониторинга, экономикой космической деятельности и т.д. Выпускаемая серия учебных пособий и монографий нацелена на устранение этого пробела в учебной литературе. Базовая кафедра «Управление и информационные технологии в космических системах» МГОТУ силами своего профессорско-преподавательского состава планирует подготовить ряд учебных пособий и монографий по упомянутым выше направлениям использования РКД. В учебных пособиях доходчиво, но достаточно строго и подробно излагается учебный материал, который в целом базируется на основах таких фундаментальных наук: как механика, математика, экономика, кибернетика, теория управления и т.д. Учебные материалы, используемые при подготовке 5
пособий, апробированы на лекционных и практических занятиях в течение последних 5-7 лет. Надо отметить, что элементы базового образования, например, в области информационных технологий, прикладной математики и информатики и т.д. являются своего рода методическим инструментом в интересах решения практических задач в конкретных предметных областях. Упомянутые «инструменты» сами по себе эффективностью не обладают. Большой эффект появляется, когда их применяют на практике в той или иной предметной области, например в предметной области РКТ. Серия выпускаемых учебных пособий, по замыслу, будет своевременной и практически востребованной в сфере подготовки современных специалистов, способных более широко и эффективно использовать результаты космической деятельности предприятий ракетно-космической отрасли в интересах обороны страны и ее социально-экономической сферы. Не исключено, что некоторые монографии и учебные пособия будут представлять научный интерес для аспирантов, научных работников и преподавателей соответствующих специальностей. Заведующий базовой кафедрой «Управление и информационные технологии в космических системах» МГОТУ доктор технических наук, профессор Г. Г. Вокин 6
Введение Под термином «экология», введеным в научный оборот в 1866 г. Э. Геккелем, первоначально понималась наука об отношениях организмов из мира растений и животных и образуемых ими сообществ, а также взаимодействие особей упомянутых организмов с окружающей средой. Однако в связи с усилившимся воздействием деятельности человека на природную среду термин «экология» приобрел несколько другое толкование, а именно: экология есть научная основа рационального природопользования и охраны всего живого на Земле: людей, животных и растений. Более того, со второй половины XX века начало формироваться также такое понятие, как экология человека или социальная экология. Возникшие понятия начали подкрепляться соответствующими законами, которые нацелены на регулирование взаимодействия общества и окружающей среды, а также на принятие практических мер по охране природы в естественном её состоянии с иключением воздействий разного рода вредоносных веществ или с непревышением научно установленной допустимой их концентрацией. За время существования Земли, как небесного тела, параметры её физикохимического состояния, как известно, существенно изменялись. Возникшие на Земле живые организмы эволюционировали, адаптировались к условиям окружающей среды. Человек, как продукт природы, также сформировался в результате эволюции и в процессе естественного отбора приспособился к окружающей его среде так, что она стала для него благоприятной средой не только для выживания, но и для развития и совершенствования. Это обстоятельство в полной мере относится и к особям растительного и животного мира. При этом что характерно: каждый из упомянутых организмов занял свою нишу - он может существовать только в определённой среде (вода, суша, атмосфера, почва и т.д.), в определённом диапазоне температур и давления, при определённом химичеком составе элементов окружающей среды, питаться относительно ограниченным набором питательных веществ и т.д. Если окружающая среда обеспечивает выполнение этих условий, то это означает, что живой организм находится в экологически благоприятной среде, к которой он приспособился в результате достаточно длительной эволюции. Если же параметры окружающей среды изменятся в той или иной степени, то это означает, что возникла экологическая угроза для установившегося образа жизни того или иного организма, а может и катастрофа с угрозой гибели 7
организма как вида. Таковы правила и механизм существования животного и растительного мира. Отклонения параметров окружающей среды могут быть, как известно, природными или тропогенными. Причиной отклонений, вызванных тропогенными факторами, является преобразующая деятельность человека, которая стала в значительной степени ощутимой, начиная с XVIII века, и к настоящему времени может достигать угрожающих масштабов, если не принимать соответствующих мер. Следствием и источником экологических угроз тропогенного характера является, как известно, работа промышленных предприятий, сельскохозяйственных структур, транспорта, атомной энергетики, инфраструктуры мегаполюсов, добывающих отраслей промышленности, космодромов и т.д. Ракетно-космическая отрасль вносит, естественно, свою лепту в ухудшение экологической обстановки, хотя, надо сказать, совсем не тех масштабов, как, например, промышленные предприятия перерабатывающих отраслей промышленности. Ситуация существенно осложняется, если учитывать, в частности, возможные ядерные катаклизмы на атомных электростанциях, аварии с ядерными зарядами или последствия ракетно-ядерной войны, возникновение которых, как показывает практика, нельзя исключать, несмотря на принимаемые предельно строгие меры предупреждения. Характерной особенностью ракетно-космической деятельности является то обстоятельство, что она привязана к заранее фиксированным территориям. Можно условно выделить два больших раздела ракетно-космической деятельности: сугубо космическая деятельность, связанная с запуском пилотируемых и непилотируемых космических аппаратов; деятельность, связанная с эксплуатацией боевой ракетно-космической техники. Сугубо космическая деятельность осуществляется на территориях полигонов (космодромов), на полях падения отделяющихся частей 1-й и 2-й ступеней ракет-носителей на активном участке траектории, на полях падения головных частей в период испытаний; на производственных предприятиях ракетно-космической отрасли, при транспортировке изделий ракетно-космической техники. К последствиям ракетно-космической деятельности следует отнести также выведенные из эксплуатации космические аппараты, отработавшие разгонные блоки, выведенные из эксплуатации бортовые ядерные энергоустановки и т.п. Заметим, что те объекты, которые остаются на орбитах неопределённо долго, называют условно космическим «мусором». Очевидно, что, начиная с некоторого их количества, они начинают мешать использованию космического пространства. При этом надо особо подчеркнуть, что состав космического 8
«мусора» формируют все государства, осуществляющие запуски ракет и космических аппаратов. Поэтому вклад России в состав космического «мусора» будет относительно небольшим и в целом может составлять ориентировочно не более 30-40 %. Космическую деятельность обеспечивает очень много разнообразных технических средств, целый ряд из которых являются источниками факторов, отрицательно влияющих на экологическое состояние окружающей среды. Среди используемых технических средств большую долю занимают, в частности, традиционные автомобильные, железнодорожные и авиационные средства, которые адаптированы к потребностям космической деятельности. Наиболее опасные ситуации, связанные с выбросами вредных газов и жидкостей возникают при производстве изделий ракетно-космической техники, её использовании и эксплуатации. Несмотря на то, что предпринимаются большие усилия по обеспечению предельно допустимых уровней концентрации уровней выбросов, тем не менее не исключаются аварии и нештатные ситуации, причём с самыми тяжёлыми потерями и ущербом. Среди используемых веществ и средств в ракетно-космической деятельности наиболее опасными являются жидкие компоненты ракетного топлива, имея в виду, прежде всего, гептил и азотную кислоту. Эти компоненты представляют большую опасность при их хранении, транспортировке и заправке ракет-носителей и космических аппаратов. Мало того, что компоненты ракетного топлива являются крайне вредными, так на космических средствах выведения оно используется в больших количествах. Так, ракетное топливо в ракетах-носителях составляет не менее 0,8 общей массы, при этом масса ракет-носителей среднего класса (типа «Союз») составляет 500-600 тонн, тяжёлого класса (типа «Протон») составляет 700-800 тонн, масса боевых ракет стратегического назначения составляет 40-50 тонн (но среди них большой процент составляют ракеты на твердом топливе). Особую опасность на полях падения представляют остатки компонентов ракетного топлива в отделяемых на активном участке траектории полёта 1-й и 2-й ступеней ракеты. Не меньшую, а большую опасность представляют также заряды боевых блоков ракет и источники энергоснабжения космических аппаратов, когда последние находятся не на орбите. В порядке отступления целесообразно отметить, что в мире много раз поднимался вопрос о запрете ядерного оружия. Мало того что оно является оружием массового поражения, так при его применении в войне победителем никто не будет, будет только катастрофа планетарного масштаба. Есть вероятность и надежда на то, что когда-то будут запрещены разработка и применение ядерного оружия по аналогии с биологическими и химическими 9
видами оружия. Попутно с целью пояснения заметим также, что высокая эффективность будущего оружия с обычными боезарядами будет достигаться за счет обеспечения высокой точности попадания, совершенствования средств доставки боезарядов к целям, а также за счет выявления наиболее уязвимых частей целей с последующим их поражением. При этом уместно добавить, что наиболее уязвимыми целями являются объекты жизнеобеспечения социальноэкономической среды: водоснабжение, энергообеспечение, продукты питания, предприятия жизнеобеспечения. В этом отношении наиболее уязвивыми являются территории мегаполисов. Таким образом, космическая деятельность хотя и вносит свою негативную лепту в экологическую обстановку, но в мирное время она является относительно небольшой, потому что отрицательный вклад её в экологическую обстановку носит локальный характер. Тем не менее приходиться предпринимать дорогостоящие меры по предупреждению экологических угроз, которые могут случаться при разного рода авариях и внештатных ситуациях. С середины 80-х годов прошлого века (в связи с ростом информированности населения, разработкой и началом действия нового природоохранительного законодательства, переходом к рыночным отношениям и т.п.) проблемам экологии космической деятельности стало в стране уделяться достаточно серьёзное внимание. Так, с 1991 года реализуется «Программа работ по снижению вредного воздействия ракетно-космической и боевой ракетной техники на окружающую среду» (программа включена в состав Федеральной космической программы), охватывающая все аспекты, связанные с обеспечением экологической безопасности при осуществлении космической деятельности. Учебное пособие состоит из 4 глав, в которых в достаточно общем виде даются сведения об основных составных элементах экологии космической деятельности и её предметной области. Данное пособие не нацелено на проведение конкретных работ, например, на проведение расчётов, его задача -при небольшом своём объеме дать общее представление по проблеме в целом без излишней детализации. При этом если и будут делаться оценки, то они будут в основном качественного характера. При необходимости получения конкретных количественных данных об уровнях воздействий космической деятельности на экологическое состояние окружающей среды, о методиках оценки ожидаемых или предотвращенных ущербов и потерь, а также об оценке величины затрат на аренду территорий, например, полей падения частей ракет можно воспользоваться книгой Шатрова Я. Т. «Обеспечение экологической безопасности ракетно-космической 10
деятельности», части 1, 2 и 3. Королёв, ЦНИИМаш, 2010 или других источников информации [1-11]. Автор выражает глубокую благодарность ведущим специалистам Н. П. Таразевич и А. М. Газизовой за большую помощь, оказанную при оформлении данного учебного пособия. В первой главе описывается состав космической инфраструктуры и даются сведения о факторах оказывающих отрицательное воздействие на экологию окружающей среды. Во второй главе приводится информация об ожидаемых экологических угрозах в периоды функционирования и эксплуатации ракетно-космической техники, а также сформированн комплекс мер и мероприятий, нацеленных на уменьшение степени негативного влияния космической деятельности на экологию окружающей среды. В третьей главе кратко описывается методология мониторинга с целью определения экологического состояния поверхности Земли, а также с целью предупреждения экологических угроз. Четвертая глава посвящена вопросам возмещения ущерба, наносимого вредными факторами, имеющими место при использовании ракетнокосмической техники. В заключении делаются общие выводы о воздействии космической деятельности на экологическое состояние Земли, а также по возможным путям уменьшения негативного влияния упомянутых воздействий, на экологическое состояние земной поверхности, атмосферы Земли и ближнего Космоса. 11
ГЛАВА 1. Космическая инфраструктура и воздействие функционирования её составных элементов на экологическое состояние окружающей среды 1.1. Инфраструктура обеспечения космической деятельности и её основные составные части Ракетно-космическая деятельность по природе своей является многоплановой и многообразной. В научном и методологическом отношениях она опирается по существу почти на все области науки и отрасли техники, синтезируя и направляя их на решение единой, но многогранной и сложной фундаментальной проблемы: освоение и использование космического пространства в самых разнообразных целях в области науки, обороны и социально-экономической сферы общества. Фактически техническим инструментом или своего рода исполнительным органом ракетно-космической деятельности является в общем случае её инфраструктура, включающая большое число взаимосвязанных технических средств, управляемых научно-техническими специалистами. Более того, специалисты сами являются интеллектуальной частью инфраструктуры. В пространственном отношении космическая инфраструктура является сложной человеко-машинной системой планетарного масштаба. Условно можно выделить глобальную инфраструктуру космической деятельности, которая включает весь научно-технический и интеллектуальный человеческий потенциал, нацеленный на совместное решение упомянутой проблемы. Усечённый вариант глобальной инфраструктуры, нацеленной на осуществление эксплуатации и применения ракетно-космической техники, на решение конкретных задач в области обороны, науки и коммерческой деятельности, а также на управление процессами решения практических задач правомерно именовать локальной инфраструктурой ракетно-космической деятельности. Если говорить конкретнее, то глобальная инфраструктура включает научно-технические исследования и разработки, проектирование, производство, испытания и использование всех необходимых видов техники, обеспечивающих в конечном итоге функционирование ракетно-космических средств по целевому назначению. Сюда следует отнести и социально-бытовую сферу специалистов. Локальная же инфраструктура включает элементы, необходимые для решения практических задач космической деятельности. К таким элементам логично 12