Введение
1. Теоретические основы ракетно-космической деятельности
1.1. История ракетно-космической деятельности
1.2. Нормативно-правовое обеспечение экологической безопасности
2.Экологические риски и повышение уровня экологической безопасности ракетно-космической деятельности
2.1. Оценка экологических рисков и определение размера экологического ущерба
2.2. Мероприятия при возникновении аварийных ситуаций
3. Совершенствование ракетно-космической техники и технологий ее эксплуатации
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Ракетно-космическая деятельность (РКД), как и любая другая хозяйственная деятельность человека, связана с воздействием на окружающую среду, которое проявляется на космодромах и в районах падения отделившихся частей ракет-носителей (РП и РН) — участков земной поверхности, установленных в соответствии с баллистическими расчетами, предназначенных для посадки отработавших элементов конструкции ракет-носителей (РН). Ракеты-носители также воздействуют на атмосферу и околоземное пространство.
Учитывая правовые аспекты, воздействие ракетно-космической деятельности на окружающую среду имеет ряд особенностей –
— объекты наземной космической инфраструктуры-и прежде всего районы падения отделившихся частей ракет-носителей-расположены на значительном расстоянии друг от друга в различных природных зонах и занимают площади от десятков до сотен тысяч гектаров;
– при запуске с космодрома в первые минуты полета ракеты-носителя территории вдоль стартовых трасс и в ряде других субъектов площадью в десятки тысяч квадратных километров подвергаются экологическому риску возникновения чрезвычайной ситуации.
Все это позволяет говорить о возможном воздействии ракетно-космической деятельности на природную среду как на местном, так и на региональном уровнях.
Государственное управление экологической безопасностью космической деятельности в Российской Федерации осуществляется как федеральными органами государственной власти, так и органами государственной власти субъектов Российской Федерации, что объясняется общегосударственной стратегической значимостью этой деятельности, а также всеобъемлющим охватом вопросов охраны окружающей среды, имеющих не только Федеральное, но и территориальное значение.
Цель работы – рассмотреть более подробно экологическую безопасность ракетно-космической деятельности.
Объект исследования – ракетно-космическая деятельность.
Предмет исследования – особенности экологической безопасности ракетно-космической деятельности.
Задачи исследования:
— рассмотреть теоретические основы ракетно-космической деятельности;
— дать оценку экологических рисков и изучить определение размера экологического ущерба ;
— охарактеризовать мероприятия при возникновении аварийных ситуаций;
— рассмотреть совершенствование ракетно-космической техники и технологий ее эксплуатации.
Структурно работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы.
1. Теоретические основы ракетно-космической деятельности
1.1. История ракетно-космической деятельности
Ракетно-космическая деятельность — один из самых молодых видов хозяйственной деятельности человека. Первые образцы военной ракетной техники были созданы в конце 30-х годов ХХ века в Германии, первый успешный запуск ракеты-носителя космического назначения на Землю состоялся в Советском Союзе в 1957 году, менее шестидесяти лет назад. На протяжении многих лет развитие ракетно-космической техники в мире определялось прежде всего военно-политическими задачами . Для Советского Союза в годы холодной войны создание такой техники было вопросом национальной безопасности. Основным заказчиком по созданию новых образцов ракетной техники, а также по строительству испытательных и пусковых площадок выступало Министерство обороны СССР.
Первым ракетным полигоном в Советском Союзе стал полигон Капустин Яр в Астраханской области, который начал функционировать в 1947 году. 12 февраля 1955 года ЦК КПСС и Совет Министров СССР совместно одобрили создание научно-исследовательского испытательного полигона № 5 Министерства обороны СССР для испытаний ракетной техники. С этого момента началась история космодрома Байконур .
Новый полигон должен был располагаться как можно ближе к экватору, в малонаселенной местности, рядом с источником воды и иметь относительно хорошую транспортную доступность. Определяющим фактором стала возможность управления запуском новой аппаратуры на орбиту на этапе испытаний-траектории полета рассчитывались таким образом, чтобы зоны падения всех отделяющихся частей ракет-носителей располагались на суше, а контрольно-измерительные комплексы могли размещаться на ровной площадке, что обеспечивало хороший сигнал. Выделение земельных участков для районов, где выпадают отработанные ступени, определялось региональными властями.
Строительство полигона, ставшего впоследствии первым советским космодромом, шло быстрыми темпами. Через два года после начала строительства была создана основная инфраструктура и построена первая пусковая установка. Вдоль трассы выхода было установлено 15 измерительных пунктов. К концу 1960 года было введено в эксплуатацию пять сборочно-испытательных корпусов и четыре пусковых установки. Постепенно космодром превратился в огромную промышленную площадку, где испытывались и запускались различные виды военной и космической ракетной техники, в том числе новые виды ракетного топлива. За время эксплуатации космодрома полностью функционировали 52 стартовых комплекса, 34 сборочных и испытательных корпуса, 3 вычислительных центра, 16 стационарных и 7 передвижных (4 авиационных, 2 автомобильных, 1 Железнодорожный) измерительных пункта, кислородно-азотный завод, 2 аэродрома, 2 механосборочных завода .
Испытания и пуски ракетной техники не могли пройти без аварий. Однако информация о причинах и последствиях этих аварий в большинстве случаев становилась доступной через много лет, и эти аварии никогда не рассматривались с точки зрения экологических последствий. Вопросы обеспечения экологической безопасности при осуществлении ракетно-космической деятельности, в том числе регулярных пусков, в СССР долгое время не поднимались. Впервые об этом заговорили только в 1980-х годах, в сентябре 1990-го. решением военно-промышленной комиссии при Совете Министров СССР была принята специальная программа «ЭКОС» исследование и оценка воздействия космической и военной техники на окружающую среду». В рамках этой программы, которая была заказана Министерством обороны СССР, в начале 90-х годов в районах падения отделяемых частей ракет-носителей была проведена экологическая экспертиза, заложены основы их экологической сертификации, а также планировалось создать технический комплекс, предназначенный для ликвидации негативных экологических последствий в местах падения отделяемых частей. В связи с наступлением сложного периода девяностых годов полностью создать технический комплекс не удалось, но многие технологии и технические решения, разработанные в рамках программы, в настоящее время используются .
Чуть раньше, в 1993 году, был принят закон о космической деятельности, установивший понятие» зоны падения отделенных частей космических объектов «как неотъемлемую часть космической инфраструктуры». С 1995 года использование зон сброса для посадки отделяемых частей ракет-носителей в Российской Федерации регулируется соглашениями «о порядке и условиях эпизодического использования зон сброса отделяемых частей ракет» между субъектами Российской Федерации и Министерством обороны, а с января 2000 года право заключения контрактов было распространено на Роскосмос. К этому времени в Российской Федерации действовали законы, устанавливающие право частной собственности на землю, а в 2001 году был принят Земельный кодекс, которому стали противоречить юридически действительные соглашения с субъектами Российской Федерации. На сегодняшний день правовые основы использования земельных участков в осенних зонах не закреплены действующим законодательством.
С начала 1990-х годов в общественной прессе стали публиковаться публикации о влиянии космической деятельности на окружающую среду и здоровье населения. Они не всегда отражали реальное состояние проблемы. Роскосмос инициировал научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, направленные на изучение экологических последствий ракетно-космической деятельности и обеспечение экологической безопасности. Научно-технический совет Роскосмоса создал проблемный Совет по экологической безопасности ракетно-космической деятельности .
В настоящее время Российская Федерация использует два стартовых комплекса для ракет-носителей: Байконур и Плесецк, расположенные в Архангельской области России. В Амурской области строится новый российский космодром Восточный.
Запуски космических аппаратов осуществляются двумя ведомствами-Министерством обороны Российской Федерации и Федеральным космическим агентством. Министерство обороны Российской Федерации запускает ракеты-носители в интересах обороны и безопасности России, в основном используя для этих целей космодром Плесецк. Роскосмос выполняет функции общей координации работ, проводимых на космодроме Байконур в интересах науки, техники и различных отраслей экономики, то есть в гражданских и коммерческих целях. В связи с отсутствием достаточных объективных данных об экологических мероприятиях, проводимых на космодроме Плесецк, в данной работе рассматриваются вопросы обеспечения экологической безопасности космической деятельности на примере эксплуатации космодрома Байконур.
В настоящее время организация работ по эксплуатации наземной космической инфраструктуры космодрома Байконур возложена на ФГУП «Центр эксплуатации наземной космической инфраструктуры» (ЦЭНКИ), созданное при российском космическом агентстве в 1994 году в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации «об основных принципах и условиях использования космодрома «Байконур». В настоящее время наземная космическая инфраструктура космодрома включает в себя 3 действующих шахтных пусковых установки, 5 наземных стартовых комплексов, 6 монтажно-испытательных корпусов, 4 АЗС, измерительный комплекс с вычислительным центром, кислородно-азотную установку. Инфраструктура космодрома включает развитую сеть электроснабжения, 2 аэродрома, более 400 км железнодорожных путей и 1000 км автомобильных дорог, 2500 км линий связи. Площадь космодрома составляет 6500 квадратных километров. Для приема отработавших ступеней ракет-носителей на территории Республики Казахстан и Российской Федерации выделено несколько миллионов гектаров земли.
Одним из важнейших направлений деятельности ЦЭНКИ является проведение ведомственного экологического мониторинга комплекса «Байконур». Задачами, которые необходимо решить, являются: обеспечение функционирования системы ведомственного экологического мониторинга; разработка предложений по совершенствованию нормативной базы в области природопользования; решение земельно-правовых вопросов при использовании территорий зон падения; оценка степени экологического ущерба при чрезвычайных ситуациях; определение страховых условий эксплуатации наземной космической инфраструктуры.; проведение научных исследований по изучению влияния космической деятельности на окружающую среду.
В результате многолетней совместной работы ЦЭНКИ и географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова были разработаны научно-методические основы решения вопросов экологической безопасности, а также новые подходы к экологическому регулированию воздействия ракетно-космической деятельности на окружающую среду. Принципы и алгоритмы решения экологических проблем, активно реализуемые в процессе эксплуатации космодрома Байконур, могут быть использованы при создании нового российского космодрома Восточный.
1.2. Нормативно-правовое обеспечение экологической безопасности
Понятие экологической безопасности закреплено в статье 1 Федерального закона Российской Федерации от 10 января 2002 года № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» , согласно которому экологическая безопасность — это « состояние защиты природной среды и жизненно важных интересов человека от возможного негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности, чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера и их последствий.»
Экологическая безопасность в соответствии со Стратегией национальной безопасности Российской Федерации до 2025 года, утвержденной Указом Президента Российской Федерации от 19 декабря 2012 года № 537 , это элемент национальной безопасности. Государство рассматривает и решает вопросы рационального природопользования в неразрывной связи с обеспечением экологической безопасности. Согласно пункту 85 настоящей Стратегии, существует два направления обеспечения экологической безопасности и рационального использования природных ресурсов:
— сохранение природной среды и обеспечение ее охраны;
— устранение экологических последствий хозяйственной деятельности в условиях роста экономической активности и глобального изменения климата.
С правовой точки зрения отношения в области космической деятельности регулируются Конституцией Российской Федерации, общепризнанными принципами и нормами международного права, международными договорами Российской Федерации и Законом Российской Федерации от 20 августа 1993 года № 5663-I «О космической деятельности» , иные федеральные законы и иные нормативные правовые акты Российской Федерации. «Космическая деятельность» означает любую деятельность, непосредственно связанную с исследованием и использованием космического пространства, включая Луну и другие небесные тела» .
В соответствии со статьей 22 Закона Российской Федерации «о космической деятельности» космическая деятельность осуществляется с соблюдением требований безопасности, а также с учетом уровня допустимых антропогенных нагрузок на окружающую среду и околоземное космическое пространство. Принцип обеспечения безопасности и охраны окружающей среды является ключевым принципом космической деятельности, определенным федеральным законом» о космической деятельности», в соответствии с которым на территории Российской Федерации обеспечивается необходимый уровень экологической безопасности.
Исследование и использование космического пространства являются компонентами космической деятельности. Правовое определение понятия космического пространства не закреплено в российском законодательстве, но отражено в международном праве. В соответствии с предложением юридического подкомитета Комитета ООН по использованию космического пространства в мирных целях, получившим широкую поддержку государств, нижняя граница космического пространства устанавливается на высоте 100-110 километров над уровнем моря, что соответствует линии Кармана (100 км), определенной международной авиационной федерацией (FAI) в качестве верхней границы атмосферы.
В соответствии с правилами и процедурами, установленными в отношениях, связанных с обеспечением космической деятельности, высота 100-110 км над уровнем моря является пределом территории, на которую распространяется юрисдикция национального законодательства стран. На высотах более 110 км действуют нормы международного космического права.
Таким образом, для повышения экологической безопасности ракетно-космической деятельности необходимо совершенствование нормативно-правовой базы с учетом специфики ведения данного вида экономической деятельности. Кроме того, необходимо, чтобы при проектировании и создании новой техники учитывалась не только экономическая эффективность, но и экологическая безопасность создаваемых ракет.
2.Экологические риски и повышение уровня экологической безопасности ракетно-космической деятельности
2.1. Оценка экологических рисков и определение размера экологического ущерба
Закон РФ «Об охране окружающей среды» определяет экологические риски как «вероятность наступления события, имеющего неблагоприятные последствия для природной среды и вызванного негативным воздействием хозяйственной и иной деятельности, чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» (статья 1) . Законом установлены три вида ущерба, подлежащего возмещению при таких негативных воздействиях: ущерб здоровью граждан, вредное воздействие на окружающую среду; ущерб имуществу; ущерб, причиненный природной среде, являющейся источником опасности.
В современной научной литературе под риском, связанным с хозяйственной деятельностью человека, обычно понимают меру возникновения опасности, учитывающую как частоту (вероятность) наступления события, так и его возможные неблагоприятные последствия . Неблагоприятные последствия включают ущерб (социальный, экологический или экономический). Экологический ущерб возникает в результате ухудшения состояния окружающей человека среды, являющейся приоритетным предметом экологии в ее современном понимании, или в результате изменения состояния экосистем в более широком толковании термина «экология».
В мировой практике экологические риски обычно отделяют от рисков, угрожающих здоровью человека (healthrisks) . Экологические риски определяются как изменения компонентов экосистем, утрата популяций и утрата биологического разнообразия; вероятность «обратимых или необратимых изменений биогеохимической структуры и функций экосистем в ответ на антропогенное воздействие» .
Экологические риски возникают в результате негативного воздействия на окружающую среду, как техногенного, так и природного (постоянного или аварийного (природного)). Прежде всего, экологические риски связаны с промышленными объектами, где воздействие является постоянным (как правило, опасное промышленное производство имеет непрерывный цикл эксплуатации), а источник риска-стационарным. В такой ситуации можно с достаточной степенью точности определить зону негативного воздействия объекта при его нормальной эксплуатации или спрогнозировать возможную зону повреждения в случае возникновения аварийной ситуации.
Специфика ракетно-космической деятельности такова, что воздействие носит эпизодический характер (в настоящее время в среднем с космодрома Байконур производится 2-3 запуска различных типов ракетоносителей в месяц) и относительно кратковременный (полет над землей при выводе ракеты на орбиту занимает около десяти минут). На этапе активного полета ракеты-носителя последовательно задействуются различные системы, выход из строя каждой из которых может привести к аварии. Оценка возможных экологических последствий такой аварии является сложной задачей, как из-за значительной неопределенности места падения аварийного изделия, так и из-за существенных различий в характере воздействия на природную среду при падении ракеты-носителя на разных этапах полета.
Еще одна проблема, связанная с практикой оценки экологических рисков, в том числе возникающих в результате ракетно-космической деятельности, заключается в том, что в настоящее время уровни допустимого антропогенного воздействия на окружающую среду определяются в основном исходя из возможных последствий для человека, без учета степени нарушения биологического цикла на данной территории.
Оценка экологического благополучия территории, даже без значительного антропогенного воздействия, является очень сложной задачей. Благополучие окружающей среды зависит от многих природных факторов: опасных погодных явлений (засухи, наводнения, ураганы), лесных пожаров, увеличения численности вредителей и тому подобного. В результате негативных воздействий в природной среде может возникнуть бесконечное число эффектов, взаимодействий между экосистемами и популяциями на микро-и макроуровнях, с неопределенностью как самих эффектов, так и их причин .
Показатели, характеризующие состояние объектов окружающей среды, являются заведомо переменными величинами, и задача оценки состояния экосистем состоит в определении диапазона изменения тех или иных показателей, в пределах которого не происходит ухудшения экологической обстановки. Достоверность данного вида оценки может быть обеспечена результатами многолетних наблюдений за изменениями установленных показателей, характеризующих состояние объектов окружающей среды на данной территории до начала конкретного техногенного воздействия и после появления источника техногенного воздействия. Только сопоставление значений показателей позволяет выявить долю конкретного техногенного воздействия в общем изменении экологической ситуации и, соответственно, в полной мере оценить экологические риски, связанные с данным видом деятельности. Однако, как правило, система мониторинга состояния окружающей среды при осуществлении конкретного вида деятельности создается после проявления техногенного воздействия.
Таким образом, практика оценки экологического риска включает в себя две составляющие:
(1 – — определение вероятности наступления событий, имеющих неблагоприятные последствия для окружающей среды и здоровья населения
(2) — Определение масштаба последствий таких событий (размера экологического ущерба).
В настоящее время методика таких расчетов существует в практике экологического страхования на случай аварии на опасных производственных объектах. Вероятность аварии определяется математическими методами на основе статистических данных об авариях на таких предприятиях с учетом особенностей технологического цикла, состояния оборудования, квалификации персонала и других производственных факторов. Возможный масштаб ущерба окружающей среде оценивается с учетом местоположения объекта и предполагаемой зоны поражения.
В некоторых случаях используется также вероятностный анализ рисков, основанный на так называемом «методе дерева». Этот метод основан на учете всех возможных отказов промышленных производственных циклов, причем каждый отказ оборудования характеризуется своей вероятностью. Это позволяет не только рассчитать вероятность сложных событий, но и оценить последствия происшествия на конкретной стадии технологического цикла (выброс загрязняющих веществ в атмосферу, попадание токсичных веществ в почву, техногенные пожары, механические возмущения и т. д.). Впервые этот метод, предназначенный для мониторинга безопасности сложных и потенциально опасных производств, был использован в США для оценки вероятности аварий на реакторах АЭС.
Еще сложнее оценить масштабы экологического ущерба. Если следовать мнению, что в расчетах должны учитываться фактические экологические, экономические или социальные потери, возникшие в результате нарушений природоохранного законодательства, хозяйственной деятельности человека, природных экологических катастроф, катастроф . Ущерб проявляется в виде утраты природных, трудовых, материальных и финансовых ресурсов в народном хозяйстве, а также ухудшения социально-гигиенических условий жизни населения. В то же время отечественная практика – в частности, в области экологического страхования-фокусируется на ущербе здоровью человека и имущественных потерях, а не на негативном воздействии на экосистемы .
2.2. Мероприятия при возникновении аварийных ситуаций
Сценарий возникновения аварийной ситуации в активной части полета ракеты-носителя зависит в основном от стадии технологического цикла, на которой произошла авария. Падение аварийного изделия на придорожную территорию возможно в том случае, если на месте проведения работ первой и второй очередей происходит выход из строя оборудования. При отказе третьей ступени или разгонного блока аварийное изделие может перейти в стадию неконтролируемого полета на низкой орбите; в этом случае невозможно рассчитать место его падения. В зависимости от расстояния от стартовой площадки в результате аварии на Землю может упасть связка космических аппаратов, разгонный блок и от одной до трех ступеней. Временной интервал, прошедший с момента запуска, определяет высоту, с которой падает аварийное изделие, и, соответственно, характер разрушения пучка при прохождении плотных слоев атмосферы.
Существует два возможных сценария аварийной аварии ракеты-носителя:
— взрыв двигателя или ступеней в воздухе, разрушение обломков, выброс компонентов ракетного топлива в атмосферу; падение обломков на Землю может сопровождаться разрушением связок космического аппарата, разгонного блока и ступеней (со взрывом или без взрыва) и проливом остатков КРФ. Разрушение аварийного изделия при взрыве на больших высотах приводит к рассеянию осколков на большой площади; при таком сценарии трудно рассчитать место падения аварийного изделия (точнее, его осколков);
— автоматическое отключение двигателей при отказе каких-либо систем, падении аварийного изделия-обычно с разрушением его составных частей под действием аэродинамических нагрузок (со взрывом или без него). При падении с высоты нескольких десятков километров и менее разрушение происходит при ударе о землю. Если падение происходит с большой высоты (более 100 км), то конструкция нагревается в верхних слоях атмосферы и частично разрушается. При таком сценарии аварии, получив соответствующие телеметрические данные, можно быстро и с относительно высокой точностью рассчитать место (или места) падения частей аварийного изделия .
В целях снижения экологического ущерба при авариях на объектах позиционной зоны космодрома реализуется ряд организационно-технических мероприятий.
Организационные мероприятия включают, прежде всего, систему взаимодействия между структурными подразделениями космодрома. В целом предусмотрено, что лицо, ответственное за эксплуатацию объекта, на котором произошла аварийная ситуация, незамедлительно уведомляет об этом руководство космодрома и специализированные службы, в задачи которых входит ликвидация последствий аварии. На самом объекте есть инструкции, которые определяют действия персонала в таких ситуациях. Эти инструкции определяют порядок использования средств индивидуальной защиты, подачи сигналов по громкой связи и использования сирен, вызывающих эвакуацию работников, а также указывают места и маршруты эвакуации. В соответствии с нормативными документами на каждом объекте регулярно проводятся учебные тревоги с целью отработки действий персонала.
Кроме того, на опасных объектах предусмотрено формирование аварийно-спасательных формирований, в задачи которых входит оперативная ликвидация (локализация) последствий. Для этого существуют специальные инструменты и оборудование, учитывающие возможный сценарий аварии на данном объекте. По прибытии подразделений МЧС проводятся полномасштабные работы по ликвидации последствий. Следует также отметить, что при проведении ответственных работ на опасных объектах подразделения МЧС и специализированные расчеты приводятся в состояние повышенной готовности до момента их упреждающего перемещения на опасный объект.
Организационные мероприятия также включают создание специализированных подразделений определенного профиля с учетом специфики технологического цикла подготовки ракетно-космической техники. Примером таких подразделений является расчет аналитической лаборатории, которая выполняет оперативные измерения загрязнения объектов окружающей среды (в первую очередь воздуха) и определяет зону загрязнения, в которой можно работать только в средствах индивидуальной защиты. Необходимость такого специализированного расчета обусловлена наличием на космодроме опасных веществ, характерных для космической отрасли, и, соответственно, отсутствием возможности подразделений МЧС их определять .
Специальные расчеты формируются также из специалистов по вопросам технологических особенностей процессов и проектирования установок и оборудования, что позволяет оперативно принимать меры по локализации аварии (аварийный сброс опасных веществ, отсечка резервуаров, отвод трубопроводов и т. д.). опасные объекты в позиционной зоне космодрома располагаются таким образом, чтобы в случае аварии последствия не затрагивали другие производственные объекты. При размещении объектов предусматриваются условия, при которых в случае разлива опасных веществ они не могли бы попасть в водные объекты. Инженерные решения, обеспечивающие локализацию проливов, реализуются на самих объектах. Объекты временного размещения персонала расположены на достаточном удалении от зон возможных чрезвычайных ситуаций.
Технические мероприятия, минимизирующие ущерб окружающей среде, включают в себя реализацию технических решений и создание специальных средств, агрегатов и оборудования. Например, хранилища топлива оснащены автоматическими системами газорегулирования и аварийной вытяжной вентиляцией. При разливе опасных веществ автоматически срабатывает сигнализация и включается вытяжная вентиляция. В опасных производственных помещениях установлена автоматическая система пожаротушения. В местах, где топливо заправляется (переливается), имеются специальные лотки, и в случае аварийного разлива опасные вещества сливаются в специальные емкости с разбавлением водой.
Разработаны соответствующие технологии обезвреживания разливов токсичных веществ, постоянно поддерживаются необходимые реагенты . При перевозке опасных веществ по территории позиционной зоны космодрома железнодорожным или автомобильным транспортом колонна содержит устройства контроля загрязнения воздуха и устройства локализации разливов (адсорбенты), которые могут быть использованы в случае утечки. Используемые в работах агрегаты и системы постоянно совершенствуются.
Например, в последние годы НДМГ перевозится в основном в специальных контейнерах, а не в цистернах, что также гарантирует большую степень защиты в случае аварии. В зданиях при их реконструкции устанавливаются современные средства автоматического контроля загрязнения окружающей среды и системы сигнализации. Для строящегося космодрома Восточный планируется создать мобильные установки по локализации проливов и обезвреживанию загрязненных участков грунта, которые будут доставляться к месту аварии, в том числе воздушным транспортом.
3. Совершенствование ракетно-космической техники и технологий ее эксплуатации
Действующая в настоящее время ракетно-космическая техника в основном была создана в советское время. Планы развития в то время формировала военно-промышленная комиссия, которая определяла, в том числе, направления совершенствования космических технологий. Разрабатывались новые виды топлива, альтернативные типы космических двигателей, новые материалы. За эксплуатацию космической техники полностью отвечало Министерство обороны. Основным принципом создания новой техники было «догнать и перегнать» потенциального противника.
В настоящее время ситуация существенно изменилась. Наиболее эффективно используемый космодром Байконур находится в ведении Роскосмоса. Промышленные предприятия работают в условиях рыночной экономики. Такая ситуация сказалась и на перспективах развития новой космической техники. Под сомнение поставлены долгосрочные проекты с неясными перспективами, такие как создание новых ракетных топлив.
Активно совершенствуются ракеты-носители, востребованные на рынке коммерческих услуг. В постсоветский период были введены в строй два новых носителя: «Протон-М» и «Союз-2». Эти носители являются результатом значительной модернизации ранее использовавшихся прототипов. Наиболее существенной доработкой этих носителей является модернизация систем управления с внедрением новейших достижений электроники, что дает возможность оптимизировать размещение и использование участков падения отделившихся частей ракет-носителей и позволяет запускать космические аппараты на новые наклоны без отвлечения дополнительных РП и РН.
В ракете-носителе «Протон-М» уменьшаются остаточные количества компонентов топлива на первой и второй ступенях. В частности, гарантийный баланс НДМГ на первом этапе был снижен с 1800 до 900 кг, на втором этапе-с 450 до 310 кг. Кроме того, была реализована технология слива оставшегося топлива из бака первой ступени в пассивном полетном отсеке. В ракете-носителе «Союз-2» была модернизирована двигательная установка третьей ступени, что позволило увеличить полезную нагрузку без ущерба для экологических показателей. Продолжается создание принципиально нового носителя «Ангара», отличающегося от предыдущих созданием модульной конструкции, позволяющей формировать носители легкого, среднего и тяжелого классов на основе унифицированных технологий с использованием унифицированных узлов и агрегатов. В целом основными направлениями совершенствования ракетно-космической техники являются внедрение гибких программ управления ракетой-носителем в полете, повышение эффективности работы двигателей, снижение остатков топлива в отработавших ступенях, объединение зон падения отделяющихся частей различных ракет-носителей .
Наиболее актуальным экологическим направлением совершенствования ракет-носителей является обеспечение падения вторых ступеней без их разрушения, с возможностью регистрации места падения . Управляемая посадка ступеней может быть рассмотрена и в дальнейшем. В настоящее время для обеспечения падения второй ступени без разрушения рассматривается возможность создания средств ее пассивной ориентации, стабилизации, торможения и тепловой защиты при движении в атмосфере на пассивном участке полета, а также повышения прочности конструкции.
Для регистрации места падения осколков можно установить датчики на ступени или использовать наземные системы регистрации траектории полета. Кроме того, рассматривалась возможность регистрации места падения осколков с помощью сейсмических датчиков, установленных в РП и РН. Эксперименты показали, что этот метод можно использовать в принципе, но установка датчиков в каждом РП и поддержание их работоспособности — очень трудоемкое занятие, требующее значительных затрат .
Также были проведены работы по определению возможности поиска фрагментов вторых ступеней с помощью беспилотных летательных аппаратов, которые были оснащены видеокамерами. Был выполнен облет области, где могли упасть фрагменты, и изображение транслировалось в текущем режиме. Фрагменты регистрировались визуально и определялись координаты их расположения. Этот метод показал хорошие результаты на относительно ровных участках с травянисто-кустарниковой или разреженной лесной растительностью. Однако большинство районов, на которые приходится вторая стадия, характеризуются горно-лесными или болотными ландшафтами. В таких условиях, даже с оптикой высокого разрешения, эффективность этого метода невысока. К его недостаткам можно отнести ограниченность района поиска и зависимость применения беспилотных летательных аппаратов от погодных условий.
Для поиска осколков в горных и лесистых районах экспериментально использовались тепловизоры, применение которых позволяет обнаруживать осколки, скрытые лесными насаждениями, но установка такого оборудования возможна только на вертолете, и соответственно стоимость использования этого метода значительно возрастает.
В качестве средств слежения за траекторией вторых ступеней в пассивной части полета предполагается использовать транспортные радиолокационные системы слежения (локаторы). Примером может служить моноимпульсная доплеровская радиолокационная система слежения компании Weibel. Испытания подтвердили принципиальную возможность регистрации траектории нескольких десятков осколков одновременно с помощью этой системы. По результатам обработки измерений определяются расчетные координаты мест падения осколков. В рамках экспериментов была подтверждена достоверность полученных результатов. Система состоит из нескольких блоков в конструкции, позволяющей транспортировать их воздушным или автомобильным транспортом. Оборудование размещено на открытой площадке и не боится механических воздействий, пыли и влаги. Измеряются радиальная скорость, Азимут и угол возвышения цели. Максимальная ширина луча 10°, дальность полета-более 100 километров. Существует режим автоматического слежения за заданной траекторией или отслеживания движения конкретной цели.
Чтобы реализовать этот метод в повседневной практике, необходимо создать специальную площадку для размещения локатора в каждой области падения рН и обеспечить его энергией от мобильной установки . Перед запуском локатор должен быть установлен и испытан, а, соответственно, демонтирован и удален из зоны падения после проведения работ. Учитывая рельеф местности районов падения второй ступени, расположенных в Алтае-Саянском регионе, а также их плохую наземную транспортную доступность (что касается и второй ступени РП в Западной Сибири), монтаж и демонтаж локатора можно осуществить только с помощью вертолета. Реализация этой технологии является достаточно трудоемким и дорогостоящим способом решения задачи регистрации мест падения фрагментов сцены. В зависимости от погодных условий, которые позволяют использовать вертолет, также снижается эффективность этого метода.
Одним из наиболее оптимальных способов является обеспечение падения второй ступени без разрушения и установка на ней «маяка», позволяющего зафиксировать место падения. Значительное усиление конструкции ступени не может быть решением проблемы, так как это увеличит ее вес; кроме того, при падении ступени она испытывает не только осевые перегрузки, как при движении на активном участке полета, но и боковые перегрузки, на которые конструкция ступени не рассчитана. Основной задачей является обеспечение устойчивого полета отработанной ступени с заданной ориентацией при движении в атмосфере в пассивном участке. Падение второй ступени начинается на высотах более 150 километров, а при входе в атмосферу падающая конструкция достигает гиперзвуковых скоростей, что не позволяет использовать традиционные средства торможения – стабилизаторы, парашюты и обтекатели. Для управления движением ступени необходимо создать специальную силовую установку и систему управления, что снова увеличит вес конструкции и, соответственно, ухудшит характеристики носителя.
Первым шагом в решении задачи обнаружения фрагментов второй ступени в зоне падения может стать установка датчиков, способных обнаружить эти фрагменты после падения . Практика показала, что бак окислителя подвержен наименьшим повреждениям. Наличие на нем сенсора позволило бы не только обнаружить бак, но и, зная закономерности расширения фрагментов, предсказать зону их расширения в каждом конкретном случае.
В настоящее время работы по совершенствованию технологий, направленных на обнаружение и утилизацию максимального количества фрагментов вторых ступеней, ведутся бессистемно, что связано с отсутствием установленных нормативов допустимого уровня воздействия на окружающую среду при падении отделившихся частей ракет-носителей. Наличие таких стандартов позволило бы формировать более конкретные требования при создании нового оборудования.
Еще одним направлением повышения экологической безопасности ракетно-космической техники является обеспечение сброса остатков топлива в верхние слои атмосферы при аварийном выключении двигателя. Выброс топлива на высотах более 40 километров обеспечивает разбавление и окисление загрязняющих веществ кислородом атмосферы, при этом никаких изменений в поверхностных слоях атмосферы не происходит. Технические трудности при реализации этой задачи заключаются в том, что при аварийном падении изделия невозможно обеспечить определенную ориентацию носителя (или его компонентов) и, соответственно, организовать выдавливание топлива из баков. Структурная целостность также может быть нарушена неконтролируемым падением. Конечно, решение этой задачи потребует значительной доработки ракет-носителей.
Заключение
Таким образом, сохранение окружающей человека среды в условиях интенсификации хозяйственной деятельности становится все более актуальной задачей. Вопросы экологической безопасности также являются предметом обсуждения в ракетно-космической отрасли.
Практика функционирования ведомственной системы экологического мониторинга и контроля ракетно-космической деятельности показала ее эффективность. Созданная система выходит за рамки производственного экологического контроля, так как ее функционирование позволяет контролировать не только источники воздействия ракетно-космической деятельности на природную среду, но и оценивать степень экологического благополучия территорий, пострадавших от УЗО.
Несомненную угрозу окружающей среде представляют чрезвычайные ситуации, возникающие при осуществлении ракетно-космической деятельности. Такие аварии связаны с разливами химически опасных веществ при транспортировке ракетного топлива или при дозаправке ракет-носителей и разгонных блоков космических аппаратов, а также с нештатными ситуациями, возникающими при запуске ракеты-носителя и выводе космических аппаратов на орбиту. Как правило, такие аварии имеют громкий общественный резонанс и сопровождаются информацией об экологических последствиях таких аварий, которая не всегда отражает реальное положение дел.
Актуальной задачей в вопросе экологической безопасности ракетно-космической деятельности является совершенствование технологий детоксикации компонентов ракетного топлива-как на местах их разливов в районах падения первых ступеней ракет-носителей, так и при возникновении аварийных ситуаций. Эта задача должна решаться не только в плане детоксикации проливов высокотоксичным асимметричным диметилгидразином, но и менее токсичным углеводородным топливом, которое планируется использовать в новом носителе класса «Ангара». Необходимо разработать новые эффективные и экологически чистые методы детоксикации разливов компонентов ракетного топлива, а также изучить влияние применяемых в настоящее время реагентов на свойства грунта.
Важно знать интенсивность деградации или восстановления экосистем и их компонентов после техногенного нарушения для того, чтобы делать экологический прогноз и принимать решения о конкретных природоохранных мероприятиях в районах проведения ракетно-космической деятельности . В качестве критерия отнесения территории к техногенно измененным выбрано конкретное значение показателя степени нарушенности экосистем и их компонентов в сочетании с областью его проявления. Для оценки периода восстановления экосистем, пострадавших от УЗО, рекомендуется использовать значение периода восстановления-гипотетическое время, затраченное экосистемой на достижение исходных (до воздействия) значений параметра состояния. Ранний прогноз состояния нарушенных экосистем на основе оценки динамики показателей их состояния является необходимым условием принятия правильных управленческих решений по охране окружающей среды.
Таким образом, можно утверждать, что по сравнению с другими отраслями промышленности ракетно-космическая деятельность оказывает менее значительное воздействие на окружающую среду. Однако это не исключает необходимости продолжения работ по обеспечению экологической безопасности ракетно-космической деятельности, в том числе совершенствования системы экологического мониторинга, а также проведения исследований, направленных на изучение влияния ракетных топлив на компоненты экосистем.
Список использованной литературы
1. Федеральный закон от 10.01.2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды»
2. Федеральный закон Российской Федерации от 20.08.1993 № 5663-I «О космической деятельности».
3. Указ Президента РФ от 19.12.2012 N 1666 (ред. от 06.12.2018) «О Стратегии государственной национальной политики Российской Федерации на период до 2025 года»
4. Башкин В.Н. Экологические риски: расчет, управление, страхование – М.: Изд-во «Высшая школа», 2017. – 360 с.
5. Братков А.А., Серегин Е.П., Горенков А.Ф., Чирков А.М., Ильинский А.А., Зрелов В.Н. Химмотология ракетных и реактивных топлив. – М.: Химия, 2017. –304 с.
6. Ваганов П. А., Ман-Сунг Им. Экологические риски: учеб. пособие. Изд-е 2-е. – СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2011. – 152 с.
7. Воробейчик Е.Л. Экологическое нормирование токсических нагрузок на наземные экосистемы: Автореф. дис. … д-ра биол. наук. – Екатеринбург, 2004. – 48 с.
8. Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба (утв. Государственным комитетом Российской Федерации по охране окружающей среды 9 марта 1999 г.)
9. Кюрюшин В.А., Моталова Т.В. Токсикология химически опасных веществ и мероприятия в очагах химического поражения.– Рязань: РГМУ, 2014. – 163 с.
10. Методика определения экологического ущерба при аварии ракет-носителей и межконтинентальных баллистических ракет на трассе вывода космических аппаратов на орбиту. МГУ имени М.В. Ломоносова, географический факультет. – Москва, 2007.
11. Неронов В.В., Черницова О.В., Королева Т.В., Кречетов П.П. Современное состояние растительности космодрома Байконур и оценка ее потенциальной устойчивости к воздействию ракетно-космической деятельности // Аридные экосистемы. – 2012. – Том 18, № 3 (52). – С. 72–85.
12. Росновский И.Н. Устойчивость экосистем: введение в проблему и методы исследования. – Томск: Изд-во СО РАН, 2017. – 53 с.
13. Экологические проблемы и риски воздействий ракетно-космической техники на окружающую природную среду: Справочное пособие / Под ред. В.В. Адушкина. – М.: Анкил, 2015. – С. 640.
14. Экологический мониторинг ракетно-космической деятельности. Принципы и методы / Под ред. Н.С. Касимова, О.А. Шпигуна. – М.: Рестарт, 2017. – 472 с.
15. Environmenta Canterbury: Mapping of vulnerability of nitrate and phosphorus leaching, microbial bypass fl ow, and soil runoff potential for two areas of Canterbury. With assistance of T. Webb, A. Hewitt, L. Lilburne, M. McLeod, M. Close: FAO and ISRIC. 2010.
16. Kolluru R.V. Health Risk Assessment: Principles and Practices // Risk Assessment and Management Handbook // Environmental, Health, and Safety Professionals. – New York, 2016. – рр. 123– 151.