II. ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ КОСМОСА
Введение
Во второй половине XX в. человечество ступило на порог Вселенной — вышло в космическое пространство. Дорогу в космос открыла наша Родина. Первый искусственный спутник Земли, открывший космическую эру, запущен бывшим Советским Союзом, первый космонавт мира — гражданин бывшего СССР.
Термин «космос» происходит от греческого слова kosmos – мир, Вселенная.
Космонавтика — это громадный катализатор современной науки и техники, ставший за невиданно короткий срок одним из главный рычагов современного мирового процесса. Она стимулирует развитие электроники, машиностроения, материаловедения, вычислительной техники, энергетики и многих других областей народного хозяйства.
В научном плане человечество стремится найти в космосе ответ на такие принципиальные вопросы, как строение и эволюция Вселенной, образование Солнечной системы, происхождение и пути развития жизни. От гипотез о природе планет и строении космоса, люди перешли к всестороннему и непосредственному изучению небесных тел и межпланетного пространства с помощью ракетно-космической техники.
И так через 40 лет после того как был найден проект летательного аппарата, созданный Кибальчичем, 4 октября 1957 г. бывший СССР произвел запуск первого в мире искусственного спутника Земли. Первый советский спутник позволил впервые измерить плотность верхней атмосферы, получить данные о распространении радиосигналов в ионосфере, отработать вопросы выведения на орбиту, тепловой режим и др. Спутник представлял собой алюминиевую сферу диаметром 58 см и массой 83,6 кг с четырьмя штыревыми антеннами длинной 2,4-2,9 м. В герметичном корпусе спутника размещались аппаратура и источники электропитания. Начальные параметры орбиты составляли: высота перигея 228 км, высота апогея 947 км, наклонение 65,1 гр. 3 ноября Советский Союз сообщил о выведении на орбиту второго советского спутника. В отдельной герметической кабине находились собака Лайка и телеметрическая система для регистрации ее поведении в невесомости. Спутник был также снабжен научными приборами для исследования излучения Солнца и космических лучей.
Так же как и при запуске спутника Земли, приоритет в запуске первого зонда принадлежит СССР, 2 января 1959 г. был запущен первый созданный руками человека объект, который был выведен на траекторию, проходящую достаточно близко от Луны, на орбиту спутника Солнца. Таким образом «Луна-1» впервые достигла второй космической скорости. «Луна-1» имела массу 361,3 кг и пролетела мимо Луны на расстоянии 5500 км. На расстоянии 113000 км от Земли с ракетной ступени, пристыкованной к «Луне-1», было выпущено облако паров натрия, образовавшее искусственную комету. Солнечное излучение вызвало яркое свечение паров натрия и оптические системы на Земле сфотографировали облако на фоне созвездия Водолея.[1]
«Луна-2» запущенная 12 сентября 1959 г. совершила первый в мире полет на другое небесное тело. В 390,2-килограммовой сфере размещались приборы, показавшие, что Луна не имеет магнитного поля и радиационного пояса.
Автоматическая межпланетная станция (АМС) «Луна-3» была запущена 4 октября 1959 г. Вес станции равнялся 435 кг. Основной целью запуска был облет Луны и фотографирование ее обратной, невидимой с Земли, стороны. Фотографирование производилось 7 октября в течение 40 мин с высоты 6200 км над Луной.
I. ОСВОЕНИЕ КОСМОСА
1. 2. Человек в космосе
12 апреля 1961 г. в 9 ч 07 мин по московскому времени в нескольких десятках километров севернее поселка Тюратам в Казахстане на советском космодроме Байконур состоялся запуск межконтинентальной баллистической ракеты Р-7, в носовом отсеке которой размещался пилотируемый космический корабль «Восток» с майором ВВС Юрием Алексеевичем Гагариным на борту. Запуск прошел успешно. Космический корабль был выведен на орбиту с наклонением 65 градусов, высотой перигея 181 км и высотой апогея 327 км и совершил один виток вокруг Земли за 89 мин. На 108-ой мин после запуска он вернулся на Землю, приземлившись в районе деревни Смеловка Саратовской области. Таким образом, спустя 4 года после выведения первого искусственного спутника Земли Советский Союз впервые в мире осуществил полет человека в космическое пространство.
Через четыре недели после полета Гагарина 5 мая 1961 г. капитан 3-го ранга Алан Шепард стал первым американским астронавтом.
Хотя он и не достиг околоземной орбиты, он поднялся над Землей на высоту около 186 км. Шепард запущенный с мыса Канаверал в КК «Меркурий-3» с помощью модифицированной баллистической ракеты «Редстоун», провел в полете 15 мин 22 с до посадки в Атлантическом океане. Он доказал, что человек в условиях невесомости может осуществлять ручное управление космическим кораблем. КК «Меркурий» значительно отличался от КК «Восток».
18 марта 1965 г. был выведен на орбиту КК «Восход» с двумя космонавтами на борту — командиром корабля полковником Павлом Иваровичем Беляевым и вторым пилотом подполковником Алексеем Архиповичем Леоновым. Сразу после выхода на орбиту экипаж очистил себя от азота, вдыхая чистый кислород. Затем был развернут шлюзовой отсек: Леонов вошел в шлюзовой отсек, закрыл крышку люка КК и впервые в мире совершил выход в космическое пространство. Космонавт с автономной системой жизнеобеспечения находился вне кабины КК в течении 20 мин, временами отдаляясь от корабля на расстояние до 5 м. Во время выхода он был соединен с КК только телефонным и телемеметрическим кабелями. Таким образом, была практически подтверждена возможность пребывания и работы космонавта вне КК.
К большому сожалению, освоение космоса не обошлось без жертв. 27 января 1967 г. экипаж готовившийся совершить первый пилотируемый полет по программе «Аполлон» погиб во время пожара внутри КК сгорев за 15 секунд в атмосфере чистого кислорода. Вирджил Гриссом, Эдвард Уайт и Роджер Чаффи стали первыми американскими астронавтами, погибшими в КК. 23 апреля с Байконура был запущен новый КК «Союз-1», пилотируемый полковником Владимиром Комаровым. Запуск прошел успешно.
На 18 витке, через 26 ч 45 мин, после запуска, Комаров начал ориентацию для входа в атмосферу. Все операции прошли нормально, но после входа в атмосферу и торможения отказала парашютная система. Космонавт погиб мгновенно в момент удара «Союза» о Землю со скоростью 644 км/ч. В дальнейшем Космос унес не одну человеческую жизнь, но эти жертвы были первыми.
1.2. Изучение Земли из космоса
Человек впервые оценил роль спутников для контроля за состоянием сельскохозяйственных угодий, лесов и других природных ресурсов Земли лишь спустя несколько лет после наступления космической эры. Начало было положено в 1960г., когда с помощью метеорологических спутников «Тирос» были получены подобные карте очертания земного шара, лежащего под облаками. Эти первые черно-белые ТВ изображения давали весьма слабое представление о деятельности человека и тем не менее это было первым шагом. Вскоре были разработаны новые технические средства, позволившие повысить качество наблюдений . Информация извлекалась из многоспектральных изображений в видимом и инфракрасном (ИК) областях спектра. Первыми спутниками, предназначенными для максимального использования этих возможностей были аппараты типа «Лэндсат». Например, спутник «Лэндсат-D», четвертый из серии, осуществлял наблюдение Земли с высоты более 640 км с помощью усовершенствованных чувствительных приборов, что позволило потребителям получать значительно более детальную и своевременную информацию. Одной из первых областей применения изображений земной поверхности, была картография. В доспутниковую эпоху карты многих областей, даже в развитых районах мира были составлены неточно. Изображения, полученные с помощью спутника «Лэндсат», позволили скорректировать и обновить некоторые существующие карты США. В СССР изображения, полученные со станции «Салют», оказались незаменимыми для выверки железнодорожной трассы БАМ.[2]
Огромное значение для человечества в целом имеет возможность наблюдения практически непрерывно за просторами Мирового Океана, этой «кузницы» погоды. Именно над толщами океанской воды зарождаются чудовищной силы ураганы и тайфуны, несущие многочисленные жертвы и разрушения для жителей побережья. Раннее оповещение населения часто имеет решающее значение для спасения жизней десятков тысяч людей. Определение запасов рыбы и других морепродуктов также имеет огромное практическое значение. Океанские течения часто искривляются, меняют курс и размеры. Например, Эль Нино, теплое течение в южном направлении у берегов Эквадора в отдельные годы может распространяться вдоль берегов Перу до 12градусов южной широты. Когда это происходит, планктон и рыба гибнут огромных количествах, нанося непоправимый ущерб рыбным промыслам многих стран и том числе и России. Большие концентрации одноклеточных морских организмов повышают смертность рыбы, возможно из-за содержащихся в них токсинов. Наблюдение со спутников помогает выявить «капризы» таких течений и дать полезную информацию тем, кто в ней нуждается. По некоторым оценкам российских и американских ученых экономия топлива в сочетании с «дополнительным уловом» за счет использования информации со спутников, полученной в инфракрасном диапазоне, дает ежегодную прибыль в 2,44 миллионов долларов. Использование спутников для целей обзора облегчило задачу прокладывания курса морских судов. Так же спутниками обнаруживаются опасные для судов айсберги, ледники. Точное знание запасов снега в горах и объема ледников — важная задача научных исследований, ведь по мере освоения засушливых территорий потребность в воде резко возрастает.
II. ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ КОСМОСА
2.1. Общие вопросы экологии космического пространства
Понятие «экология космоса» можно определить как совокупность научных и практических проблем, связанных с эксплуатацией ракетно-космической техники и её влиянием на окружающую среду.
Космическая техника открывает возможности по-новому поставить изучение нашей планеты. Спутники обеспечивают точность работы навигационных систем во всём мире, а космические системы позволяют функционировать спутниковому телевидению, прогнозировать погоду, разведывать полезные ископаемые и т.п. Спутники раннего вооружения ядерных взрывов и других техногенных катастроф позволяют получать информацию практически в реальном времени. Но интенсивное освоение космического пространства может привести к весьма ощутимым техногенным воздействиям на окружающую среду, последствия которых трудно предсказать. Эксплуатация ракетно-космической техники связана с воздействием на природную среду в масштабах как экосферы Земли (литосфера, атмосфера, гидросфера), так и вселенной (солнечная система, галактика).
Космическая экология ставит ряд экологических проблем, важнейшими из которых являются:
— вредное воздействие продуктов сгорания ракетного топлива на атмосферу Земли;
— проблемы разрушения озонового слоя Земли и электронной компоненты в атмосфере;
— засорение космического пространства фрагментами ракетно-космической техники;
— необходимость отчуждения под районы падения отделяющихся частей ракет-носителей по трассам их пусков больших участков земли;
Отрицательное значение техногенных воздействий на окружающую среду происходит уже на этапе выведения ракет на орбиту.
Любой космодром – это зона повышенной опасности. Почвы загрязнены солями тяжёлых металлов (хром, никель, марганец, цинк) и органическими соединениями (нефтепродукты, этиленгликоль). Грязь из почвенного слоя преобразуется в пыль и попадает в водоёмы, действуя негативно на растительность, рыб, других обитателей, накапливаясь в донных отложениях. Туда же попадают поверхностные сточные воды.
На космодроме соседствуют горючие и воспламеняющиеся компоненты ракетных топлив и источники воспламенения в виде искр. Кроме того, ракетное топливо весьма токсично. Поэтому безопасности лиц, обслуживающих космодромы, предстартовую подготовку, сам старт, а также космонавтов, уделяется особое внимание. Главное на космодроме – защитные технические сооружения.
Шумы техногенного происхождения вредно воздействуют на человека. Они вызывают расстройства в деятельности нервной и эндокринной систем, желудочно-кишечного тракта, вестибулярного аппарата. Зона воздействия шума уменьшается лесопосадками.
Даже запуск ракеты сказывается негативно на состоянии окружающей среды. Отработанные газы отравляют биосферу, прохождение ракеты в атмосфере влияет на её состав и движение, возвращение ступени ракеты создаёт угрозу живым существам. Космос всё больше засоряется космическим металлоломом.
2.2. Космический мусор
Рассматривая снимки околоземного пространства учёные видят, что человек успел намусорить и в космосе. Первый рукотворный аппарат был запущен в околоземное пространство 4 октября 1957 года. Каждый год производится около 100 новых запусков.
Прошло 54 года, и за это время в космосе по воле человека появилось около 12 000 различных объектов размером более метра. Количество элементов, чьи размеры не превышают сантиметра, исчисляются сотнями тысяч. Часть из них давно вышла из строя, другая же находится в рабочем состоянии и все они способствуют загрязнению пространства вокруг Земли.
Все искусственно созданные объекты, их фрагменты, которые перестали выполнять заданные функции, называются «космическим мусором» или, по международным стандартам, space debris. Это могут быть крупные аппараты, их обломки, последние ступени ракет. Происходит это при полном или частичном разрушении космического аппарата или иного объекта, например, при его взрыве или столкновении с частицей космического мусора, при подрывах аппаратов в аварийных случаях, а также с целью ликвидации носителей специнформации. Даже инструменты, утерянные космонавтами при выходе в открытый космос, становятся космическим мусором.
Часть объектов космического мусора пребывает на орбите, удалённой от центра Земли на 13 000 километров. В этой зоне космический мусор может находиться целую вечность, а именно 1000 лет и более.
Каждый год сотни тонн различных тел попадают в атмосферу, большинство из них сгорает, до Земли доходят единицы. Некоторые объекты преодолевают атмосферные слои и оказываются на Земле. Так в США кусок астероида упал на капот автомобиля, а в Китае пробил крышу дома. Был зарегистрирован случай, когда объект ударил человека по голове! И всё-таки наша атмосфера пока нас бережёт.[3]
В космосе же элементы космического мусора сталкиваются между собой постоянно. Корабль при малейшей угрозе маневрирует и избегает опасности. Микроскопические объекты не представляют смертельной опасности, хотя вред наносят. На иллюминаторах и на обшивке аппаратов регулярно обнаруживаются малюсенькие царапинки. Счастье, что это крупицы! Ведь в космосе столкновение и с маленьким объектом опасно.
Проблемой засорения околоземного космического пространства космическим мусором занимается координационный комитет по космическому мусору, в который входят Британия, Франция, Германия, Япония, Индия, США, Украина и Россия. Комитет вырабатывает правила конструирования, эксплуатации, экологической безопасности космических аппаратов на орбите и вывода их на Землю, а также пытается найти способы избавления от накопившегося мусора.
2.3. Пути предотвращения засорения космоса
В настоящее время очищение космоса происходит частично естественным путём – торможением обломков в верхних слоях атмосферы, где они и сгорают.
Большая часть космического мусора представляет собой фрагменты, образовавшиеся в результате взрывов и разрушений космических аппаратов и ракетных ступеней. С 1961 года на орбитах взорвалось более 130 объектов, в основном в результате непредсказуемых аварий или намеренных разрушений во избежание падения крупных несгоревших частей на населённые районы. В результате взрывов образовалось 7200 отслеживаемых орбитальных фрагментов, которые необходимо удалять из космоса. Чтобы обломков от использованных ракет становилось меньше, предполагается создание на орбите универсальных космических платформ. Они смогут заменить несколько спутников.
В качестве средств поиска и захвата обломков в будущем предполагается использовать корабли типа «Буран» и «Шаттл» и межорбитальные буксиры, оснащенные роботами-манипуляторами. Эти корабли будут возвращать осколки на Землю в грузовом отсеке и спускать их в заданный район. Эта чрезвычайно дорогая операция. Она может быть проведена, чтобы предотвратить падение объекта на населённые районы Земли.
В перспективе в космосе предполагается развернуть космопорты как перевалочные базы для различных грузов, доставляемых с Земли и возвращаемых из космоса. В доках космопортов могут храниться крупные обломки.
Для сбора и удаления из космоса мелких частиц космического мусора существует ряд проектов. Один предполагает сбор осколков большим пенным шаром, который поглотит их энергию, после чего осколки потеряют высоту и сгорят в атмосфере. Другой проект предлагает использовать облучение осколков лучом лазера или пучком нейтральных частиц. Пока это всё планы будущего. И только один прототип космического мусорщика с солнечным парусом планируется запустить в 2011 году.
Остаётся надежда, что в настоящем столетии люди Земли будут использовать космонавтику прежде всего для улучшения жизни на Земле.
До недавнего времени ученые полагали, что освоение ближнего космоса не оказывает почти никакого влияния на погоду, климат и другие жизненные условия на Земле. Поэтому не удивительно, что освоение космоса происходило, невзирая на вопросы экологии.
Ученых заставило задуматься появление озоновых дыр. Но, как показывают исследования, проблема сохранения озонового слоя составляет лишь малую часть гораздо большей проблемы охраны и рационального использования околоземного космического пространства.
Космос — среда для человека новая, пока еще не обжитая, но уже и здесь возникла извечная проблема засорения среды, на этот раз космической. Нельзя не признать, что сегодня имеет место отрицательное воздействие ракетно-космической техники (РКТ) на окружающую среду (разрушение озонового слоя, засорение атмосферы окислами металлов, углерода, азота, а ближнего космоса — частями отработанных космических аппаратов). Поэтому очень важно вести изучение последствий ее влияния с точки зрения экологии.[4]
В связи с этим задание оценки риска негативного влияния РКТ на окружающую среду, повышение экологической чистоты производства и эксплуатации ракет, а также эффективного использования РКТ для решения существующих экологических проблем являются чрезвычайно актуальными.
Производство, испытание и эксплуатация РКТ имеет свои специфические факторы негативного влияния на окружающую среду. Наиболее весомыми из них являются следующие:
— загрязнение атмосферного воздуха и поверхностных водоемов в процессе изготовления элементов РКТ и продуктами выбросов ракетных двигателей;
— риск возникновения аварийных ситуаций во время изготовления и хранения ракетного топлива (возможны проливы токсичных компонентов ракетного топлива (КРТ), испарение токсичных КРТ, горение КРТ, взрыв КРТ);
— риск возникновения аварийных ситуаций во время наземных испытаний ракетных двигателей;
— локальное загрязнение атмосферы во время запуска ракет-носителей (РН);
— негативное влияние на состояние озонового слоя Земли;
— отчуждение территорий и загрязнение плодородного слоя почвы в зоне падения частей ракет.
— отделение фрагмента конструкции, либо отделяющейся части РН или космического аппарата (КА) = («космический мусор»);
— работа радиоэлектронных средств.
Экологические последствия перечисленных выше факторов воздействий РКТ на ОПС существенно зависят от конкретных условий: естественные физические факторы и природно-географические условия могут усиливать или ослаблять воздействие РКТ.
К факторам ослабления или усиливания воздействий относятся гелиогеофизические, погодно-климатические, физико-географические, пространственно-временные факторы, а также фоновая экологическая обстановка. К гелиогеофизическим факторам относят: солнечную активность, сейсмичность, магнитную активность, сезон, время суток. К погодно-климатическим факторам: осадки, ветер, температуру воздуха. К физико-географическим факторам:
— природную зону, в которой расположен район эксплуатации изделия РКТ (тундра, тайга, широколиственный или смешанный лес, лесостепь, степь, полупустыня, пустыня, океан, и т.д.);
— тип почвы в зоне расположения района эксплуатации изделия РКТ (глинистая, суглинистая, песчаная, чернозем);
— кислотность почвы, ее бонитет;
— геоморфологическая характеристика местности (выпуклая плоскость или вогнутая вершина, пологий, покатый или крутой склон, лощина, котловина);
— гидрологические характеристики местности (наличие рек, олиготрофных водоемов, глубина залегания водоносных горизонтов).
На протяжении многих веков человечество грезило мечтами о далеких мерцающих точках на ночном небе. И лишь в прошлом столетии человечеству удалось осуществить свою мечту, ценою титанического труда сотен ученых, жизнью многих астронавтов. Было придумано множество историй и рассказов о космосе. Как маленькими, но верными шажками человек покоряет необъятное космическое пространство, выходит на новый уровень жизни. Но, к сожалению, не все так радужно в нашей жизни, как в книгах. Так или иначе, и там, где побывали лишь единицы представителей человечества, мы успели намусорить. Я считаю, что наряду со многими программами по очистке Земли, мы не должны забывать, что рано или поздно, нам придется искать другую «землю» и совсем не хотелось бы попасть в мусорку летающих отходов, тем самым искать идеи по сохранению экологии нашего нового дома.
Список использованной литературы
1. Фадин, И. М. Экологические аспекты освоения космического пространства / И. М. Фадин // Инженерная экология и экологический менеджмент: учебник / под. ред. Н. И. Иванова и И. М. Фадина. – 2-е изд. – М. : Логос, 2006. – С. 387-424.
2. Куклев, Ю. И. Физическая экология: учеб. пос. / Ю. И. Куклев – Высшая школа, 2001. – 357 с.
3. Мамедов, Н. М. Освоение космоса и проблемы экологии / Н. М. Мамедов // Н. М. Мамедов, И. Т. Суравегина. Экология: учеб. пос. для 9-11 кл. общеобразовательной шк.. – М. : Школа-пресс, 1996 – С. 442-445.
4. Фадин, И. М. Пути предотвращения засорения космоса / И. М. Фадин // Инженерная экология и экологический менеджмент: учеб. / под. ред. Н. И. Иванова и И. М. Фадина. – 2-е изд. – М.: Логос, 2006. – С. 411-414.
5. Дорожкин, Н. Полёт сквозь мусор мчащийся / Николай Дорожкин // Свет. – 2009. – № 3. – С. 6-7.
6. Дубинская. М. Космосу нужна генеральная уборка / Мария Дубинская // Эхо планеты. – 2009. – № 10(13-19 марта). – С. 42-44. – (Угроза)
7. Дорожкин, Н. А следы-то космических ракет остаются / Николай Дорожкин // Свет. – 2008 – № 3(сент.).– С. 8-10.
[1] Фадин, И. М. Экологические аспекты освоения космического пространства / И. М. Фадин // Инженерная экология и экологический менеджмент: учебник / под. ред. Н. И. Иванова и И. М. Фадина. – 2-е изд. – М. : Логос, 2006. – С. 387-424.
[2] Мамедов, Н. М. Освоение космоса и проблемы экологии / Н. М. Мамедов // Н. М. Мамедов, И. Т. Суравегина. Экология: учеб. пос. для 9-11 кл. общеобразовательной шк.. – М. : Школа-пресс, 1996 – С. 442-445.
[3] Куклев, Ю. И. Физическая экология: учеб. пос. / Ю. И. Куклев – Высшая школа, 2001. – 357 с.
[4] Дорожкин, Н. Полёт сквозь мусор мчащийся / Николай Дорожкин // Свет. – 2009. – № 3. – С. 6-7.
Источник