Экология и космос

Вопросам разрушения озонового  слоя Земли уделяется большое  внимание.

Озоновый слой, несмотря на малые размеры, играет огромную роль в сохранении жизни на Земле. Он поглощает  наиболее жёсткую и опасную часть  ультрафиолетового излучения, которое  губительно действует на все виды бактерий и планктона, т. е. на основание всей биологической пирамиды. Нарушение первичного элемента экопирамиды вызовет гибель морской флоры и фауны. Фитопланктон перерабатывает углекислый газ и высвобождает чистого кислорода больше, чем все леса планеты. Уменьшение фитопланктона приведёт к тому, что в атмосфере будет оставаться лишний углекислый газ и Земля задохнётся.

Проводя космический мониторинг атмосферного озона Ф.С.Ортенберг и Ю.М.Трифонов указывали, что от воздействия ультрафиолетового излучения происходят мутации флоры и фауны, сельскохозяйственных культур и домашних животных, нарушается иммунная система человека, увеличивается рост раковых, инфекционных и вирусных заболеваний. Всё это происходит потому, что жизнь на планете адаптирована только к мягкому спектру ультрафиолетового излучения Солнца.

 Уменьшение озонового  слоя приведёт к увеличению  нагрева Земли, усилению ветра,  наступлению пустынь и резкому  изменению климата.

При запуске ракет в  атмосферный газ выбрасывается  большое количество молекул воды, они разрушают озоновый слой, а  в ионосфере образуются дыры диаметром  в сотни километров.  Под озоновой дырой понимают пространство в ионосфере, характеризующееся понижением концентрации озона. Так как воды на больших  высотах нет, то даже сам факт её появления в ионосфере становится фактом загрязнения природной среды  и нарушением естественного равновесия. Могут возникнуть искусственные облака и зоны пониженной плотности, что вызывает нарушение связи. Наблюдаются также аномальные свечения.

Полное исчезновение озонового  слоя означало бы полное прекращение  высших форм жизни на планете. Потому сохранение озонового слоя – глобальная задача человечества.

 Однако до сих пор  действующих средств защиты озонового  слоя от воздействия ракетоносителей,  от выбросов продуктов сгорания  ракетного топлива в атмосферу  пока нет.

3. Состояние озонового слоя над Россией.

По данным наблюдений за общим содержанием озона (ОСО) сетью  наземных озонометрических станций Росгидромета и станций других стран СНГ и Латвии, а также измерений прибором Томс со спутника Метеор – 3 практически весь период с марта 1995г. по февраль 1996г. характеризуется наиболее спокойным состоянием полей над территорией СНГ по сравнению с предыдущим годом. Среднемесячные значения ОСО изменялись относительно климатических норм в целом на 5 –20%. В марте 1995г. среднемесячное значение ОСО к северу от 600 с. ш. были ниже климатических норм на 15 – 20% , над всей остальной территорией понижение составляло только 5 – 10% , а над районами Дальнего Востока и Камчатки значение ОСО близки к многолетним. В апреле среднемесячные значения ОСО над всей территорией СНГ было ниже нормы на 5 – 10% . В мае понижение среднемесячных значений ОСО близки к многолетним средним западнее 600 в. д. И отклонились на –5% восточнее. В июле отклонения среднемесячных значений озона от многолетних средних на – 5% наблюдались над Средней Азией, Восточной Сибирью, Приморьем и Камчаткой. В третьей декаде в отдельные дни над некоторыми районами ежедневные значения отклонялись от климатических норм до – 15%, что не превышало порога аномальности (2,5 стандартного отклонения). В сентябре над Украиной среднемесячные значения ОСО близки к норме, а над остальной территорией СНГ отмечалось отклонение на 5 – 9%. В ноябре отклонения средних ОСО составляли –5%над Уралом, Сибирью, Дальним Востоком. В декабре отклонения среднемесячных значений ОСО от климатических норм составили 5 –10% над Дальним востоком, Камчаткой, Сахалином. В январе 1996г. среднемесячные значения ОСО были ниже нормы над всей контролируемой территорией и составили 5 –15% с максимумом над центральной частью Сибири.

 За период с 1по 28 февраля 1996г. среднемесячные значения  ОСО над всей контролируемой  территорией были существенно  ниже нормы. Набольшие отклонения  среднемесячных значений от климатических  норм наблюдались над районами  центральной Сибири и Якутии, где они достигли –25%.

 Таким образом, за  период с марта 1995г. по февраль  1996г. для средних и высоких  широт северного полушария отсутствовали  столь глубокие и продолжительные  отрицательные аномалии ОСО как  весной 91/92 и 92/93 гг.

Участие России в решении  проблемы стратосферного озона обусловлено  её международными обязательствами, вытекающими  из венской конференции о защите озонового слоя Земли (1985г.), Монреальского протокола о веществах разрушающих озоновый слой (1987г.) ратифицированного Российской федерацией в 1993г. В 1994г. РФ ратифицировала рамочную конвенцию ООН об изменении климата, конечная цель которой заключалась в стабилизации концентрации парниковых газов на условиях, не оказывающих опасного воздействия на глобальную климатическую систему.

4. Возникновение проблемы космического мусора.

«Каждая проблема имеет решение. Единственная трудность  заключается в том, чтобы его  найти».

 Эвви Неф 

 За 50 лет космической  деятельности было осуществлено  около 5000 запусков почти 6000 спутников,  из которых к настоящему времени  управляемыми остается лишь небольшая  их часть.

 Общая накопленная  масса объектов искусственного  происхождения в околоземном  пространстве близка к 6000 тонн.

По мере увеличения космической  активности (реально в конце 80-х  годов) начали осознавать новую и  неожиданную проблему появления  техногенного космического мусора. Падение  Протона, российской ракеты-носителя, подняло новый виток обсуждений этой темы. На момент падения в Протоне  оставалось порядка 218 тонн 978 килограммов  токсичного топлива – гептила. Растворившееся в воздухе вещество образовало ядовитое облако.

  Подобные выбросы  сотен тонн ядовитого топлива  — не единичный случай. И даже  если бы старт прошел успешно,  все равно часть вредных веществ  попала бы в атмосферу. Так,  каждый раз после запуска ракеты  с космодрома Байконур над  некоторыми районами Сибири и  Алтая падают ракетное топливо  и обломки стартовых двигателей. Если ракеты Союз работают  на сравнительно безвредной смеси  керосина и жидкого кислорода,  то ракеты Протон — на гептиле, вдыхание паров которого может вызвать заболевания крови, печени и нервной системы. Количество гептила, падающего на землю, исчисляется многими-многими тоннами, а площадь загрязненной территории составляет, по оценке независимых экспертов, порядка 100 миллионов гектаров. Между тем, по данным Всемирной организации здравоохранения, гептил является веществом первого класса опасности и даже в малых дозах вызывает тяжелые отравления.

 С дальнейшим развитием  космонавтики проблема загрязнения  окружающей среды становится  все острее. Ведь даже то, что  долетает до околоземной орбиты (к счастью, это большинство  спутников и ракет) не вечно,  и, отслужив свое, тоже должно  куда-то падать, угрожающе лавируя  среди исправных космических  аппаратов и сгорая в плотных слоях атмосферы.

 Во многих научно-фантастических  романах и рассказах вновь,  как кошмарный сон, возникает  все тот же старый сюжет:  ужас в глазах астронавтов,  какая-то глыба мчится на нас,  отчаянные маневры, виртуозный  пируэт корабля по мановению  руки хладнокровного пилота и  — о, чудо! — случайный космический  снаряд, этакий межпланетный айсберг,  остался далеко позади. Но фантастический  репертуар беллетристов скоро,  пожалуй, пополнит реальную практику  управления космическими кораблями  — уж слишком много объектов  кружит возле нашей планеты,  и столкновения с этими льдинками  далеко не так безобидны, как  может показаться на первый  взгляд. Речь идет именно о  льдинках — не о крупных  астероидах и кометах, которые  ведь не пересекают околоземный фарвакуум кораблей и спутников. Речь идет о следах нашего пребывания в космосе, о фрагментах конструкций космических аппаратов, которые давно вышли из строя, но все еще снуют вокруг Земли, угрожая действующим кораблям.

По подсчетам немецкого  астронома Михаэля Освальда, в  настоящее время на околоземной  орбите находится свыше 330 миллионов (!) объектов, созданных руками человека, если учитывать только объекты диаметром  более одного миллиметра. В основном это — мусор: брошенные спутники, сгоревшие ракетные двигатели, потерянные инструменты, крышки и колпачки, всевозможные крепежные элементы — замки, скобы, болты, которые высвобождаются, например, при отделении ракетных ступеней, — шлаки, выброшенные из твердотопливных двигателей, и, прежде всего, множество обломков оставшихся после взрыва крупных объектов, скажем, отслуживших свое спутников или ракет. Размер подавляющего большинство рукотворных объектов не превышает одного сантиметра.

 Служба СССР (а теперь  России) регулярно отслеживает около  9000 объектов.

 По результатам наблюдений  известно, что только 6% этой популяции  искусственных объектов составляют  управляемые, т.е., активно действующие  спутники. Примерно 40% – вышедшие  из строя по разным причинам (в том числе исчерпавшие свой энергетический ресурс) спутники, использованные и ставшие бесполезными ступени ракет-носителей, так называемые «операционные фрагменты» (крышки объективов, различные переходники, соединительные устройства и т.д.). Таких «операционных фрагментов» в процессе вывода на орбиту полезных грузов на орбите остается несколько десятков.

 Оставшиеся 54% – это  фрагменты разнообразного происхождения,  которые начали регистрировать  только в 60-х годах прошлого  века. Основной источник их появления  – это взрывы отслуживших свой  срок космических аппаратов и  верхних ступеней ракет-носителей.  В настоящее время известно  примерно о 200 взрывах. Следствием  каждого из них является образование  новой популяции фрагментов. Поскольку  отслеживаются только достаточно крупные из них, то определить их общее количество невозможно. Количество тех, размеры которых превышают 1 см, оценивается примерно в 600 000, а количество более мелких частиц по приблизительной оценке близко к нескольким миллионам.

5. Чем опасен космический мусор?

 В результате любого  взрыва вместо одного объекта  образуется облако фрагментов, которые  получают дополнительные ускорения  в произвольных направлениях. Вначале  облако имеет высокую плотность  и представляет собой постепенно  расширяющийся эллипсоид, обращающийся  по той же орбите, по которой  двигался аппарат до взрыва. Затем  фрагменты постепенно деформируются,  расползаясь по орбите и превращаясь  в тор с осью вращения, совпадающей  с осью вращения Земли. Со  временем этот тор охватывает  всю Землю. Внутри тора фрагменты  движутся по самым разнообразным  траекториям, образуя вокруг Земли  облако космического мусора в  качестве составной части окружающей среды.

Обломки, появившиеся на высотах менее 400 км, живут всего  несколько лет, т.к. за счет естественного  торможения частиц атмосферой происходит процесс самоочищения: часть фрагментов сгорает в атмосфере, а наиболее крупные из них выпадают на Землю. Нижние ступени ракет-носителей  падают зачастую почти целиком. Случались  падения самих спутников, не вышедших на заданную орбиту. Незадолго до входа  в атмосферу, что обычно случается  на высоте порядка 120 км, скорость падающего  фрагмента бывает около 30000 км/час. Поверхности  Земли достигают компактные и  массивные аппараты. На поверхности  Земли оказывается около 40% их массы.

 До сих пор ущерб,  причиненный падениями техногенных  объектов на поверхность Земли,  можно считать локальным. Для  контролируемого схода (случай  станции Мир) идеально выбирать  океан. Для неконтролируемых сходов  с орбит в принципе можно  спрогнозировать время и место  падения, но для этого надо  иметь достаточное количество  наблюдений, модели прогнозирования  орбиты, включающие аэродинамические  и структурные особенности взрыва  спутника и ступеней ракет-носителей,  на основе модели составить  прогноз орбиты каждого крупного  фрагмента. Необходимо также иметь  возможность идентификации падающего  объекта и оценки потенциальной  опасности для населения.

 Удары метеороидов и частиц космического мусора о космический аппарат могут оставлять на его поверхности отверстия микронного и миллиметрового размера и больше. Критический размер – 1 см, а удар 10-см объекта может стать причиной катастрофического разрушения цели. Разрушительная энергия появляется в следствие высоких скоростей – для частиц техногенного мусора это скорости, достигающие порядка 15 км/сек, для метеороидов – порядка 70 км/сек.

 Эффект от высокоскоростных  соударений зависит от материала  цели, скорости, угла наклона, массы  и формы ударника.

 В 1984 году была запущена  на высоту 498 км специальная платформа  с целью регистрации на ее  поверхности следов соударений  с фрагментами космического мусора и метеоритов. За более чем шестилетний срок пребывания на орбите на поверхности платформы было обнаружено более 8000кратеров и точечных следов. Исследование кратеров сразу же после возвращения платформы из космоса показало, что в околоземном пространстве удары метеороидного, т.е. естественного происхождения, доминируют над ударами техногенных объектов в области субмикронных размеров (0.1–1 мм), особенно во время сезонных интенсивных метеорных потоков. Все удары частиц более крупного размера принадлежат популяции космического мусора.

 В 1996 году специальный  детектор GORID, созданный специалистами  Европейского космического агентства  для изучения мелких фрагментов, был запущен на геостационарную  орбиту на российском геостационарном  спутнике связи»Экспресс-2″. В течение 5 лет работы регулярно фиксировались 2-3удара в сутки, но случалось зафиксировать и до 50 ударов в сутки.

 Удары частиц регулярно  отмечаются на солнечных батареях  некоторых спутников, служащих  в качестве детекторов. Один из  внешних модулей США на МКС  также служит этой задаче.

 В настоящее время  специалисты начали обсуждать  проблему опасности столкновения  действующих аппаратов с мусором.  Некоторые события в космосе  указывают на столкновения, как  на возможные причины нарушения  работы активных спутников.

 Фрагмент размером  около 1см, двигающийся по орбите  вокруг Земли со скоростью  около 10 км/сек, несет огромный  запас кинетической энергии. Известно, что Международная космическая  станция, имеющая специальные  защитные бамперы, уже несколько  раз была вынуждена совершать  маневры уклонения от нежелательных  столкновений. Известен также маневр  американского спутника «Клауд-Сат» в июле 2007 г. с целью уклонения от столкновения с иранским спутником «СИНАХ-1».