Земля существует около 4,5-5 млрд. лет. Все это время на ее поверхности происходили сложные физико-химические процессы,- возќникла жизнь, сформировалась атмосфера, содержащая кислород, развились сложно организованные животные и растения. Изменения происходили медленќно, - миллионы лет. На фоне эволюционных процессов случались явления катастрофического характера, выќзванные силами, действовавшими из космоса или из глубин самой Земли. Следы катастроф тем труднее установить, чем они древнее. С течением времени "залечиваются" раны па теле Земли, появлявшиеся в результате гигантских землетрясений, стираются следы упавших метеоритов. Поэтому большинство катаќстроф в истории Земли остаются гипотетическими. Изучение катастрофических явлений позволяет объясќнить многие особенности эволюции планеты. В настоящее время наука и техника достигли столь выќсокого уровня, что мы можем прогнозировать многие природные катастрофы, а в скором времени, несомненно, научимся и предупреждать их.
Однако, технический прогресс породил много негативных последствий, например, термин "техногенная катастрофа",- понятие, существование которого характеризует тенденцию развития человечества, как биологической единицы. Целью этой работы является характеристика космических катастроф, - природных и "рукотворного" характера, нахождение и отражение тех причинно-следственных связей, которые существуют между природными процессами и деятельностью человека и попытка оценить их значимость для Земли и человечества.
Глава 1. История Земли, как история катастроф
1.1 Большой взрыв. Зарождение Галактик и образование Земли
Учёные утверждают, - большой взрыв являлся причиной рождения галактик. Возможно, это была самая большая природная катастрофа в истории Вселенной. Зарождению жизни предшествовал ряд глобальных катастроф. Согласно модели возникновения гаќлактик немецкого асќтронома Хазингера, после Больќшого космического взрыва, положившеќго начало развитию вселенной, из газоќвых облаков возникли гигантсќкие суперзвезды объемом в миллионы Солнц. Многие из них оказались нестабильны и преобразовались в "черные дыры", - один из первичных "продуктов" большого взрыва. "Черная дыра" - это последняя стаќдия эволюции больших звезд. Их масса превосходит массу Солќнца в 2-2,5 раза, но благодаря силе гравитации их объем невелик. Колоссальная плотќность вещества и сила гравитации не позволяют покинуть поверхность "черќной дыры" электромагнитному из-лучению в виде света, рентгеновских лучей или радиоволн, и о существовании космических вампиров, всасывающих в себя материю извне, можно догадываться опосредованно. Например, по движению звезд можно определить - оказывает ли влияние на их траекторию какая-либо "черная дыра". Обычно вещество перед затягиваќнием в "черную дыру" приобретает спиралевидную форму и на пути в "черную дыру" излучает рентгеновское излуќчение.
Помимо"черных дыр" обычного размера, существуют гигантские "черные дыры", содержащие материю в объеме миллионов масс Солнца, и способные влиять на галактики. По гипотезе Хазингера притяжение гигантќских "космических вампиров"создает галактики. А в ходе их обќразования "черные дыры" играют главную роль: материя большинќства галактик выстраивается в спиралевидном порядке и находится в постоянќном вращении. Галактическую модель Хазингера подкрепляет факт, что в центре многих галактик таится гигантская "черная дыра". Соќвсем недавно подтвердилось предположение, что в ценќтре галактики Млечного Пути таится гигантский вампир. Как пишет журнал "Шпигель", начиная с 1992 года немецкие астрономы наќблюдали движение звезд, изменение их траекторий в центре нашей Галактики и пришли к выводу, что в самом центќре Млечного Пути на расстоянии 26 100 световых лет от Земли скопилась невиќдимая масса вещества, равная по объему 2,6 миллиона Солнц. Это наша "черная дыра".
Согласно теории происхождения планет академика О. Ю. Шмидта, Земля образоваќлась путем аккумуляции твердого рассеянного вещества в виде частиц и тел различных размеров. Постепенно мельчайшие частицы и метеориты различных размеров объединялись в более крупные тела - астероиды, падавшие на образующуюся Землю. Советский астроќном В. С. Сафронов рассчитал возможные размеры и масќсы тел, падавших па Землю. Оказалось, что часть планеты образовалась за счет крупных тел. В. С. Сафронов показал, что при сущестќвующем сейчас угле наклона земной оси 23,5№ массы (наибольших тел, падавших па Землю при ее образовании, достигали 1/1000 массы Земли. Следовательно, поперечќник их мог быть до 1000 км. Трудно вообразить масштаќбы катастрофы, если тело весом 1 000 000 000 млрд. т, падающее со скоростью 11 км/с, столкнется с Землей. Отдаленное представление о масштабе этого явлеќния дают лунные кратеры и моря, - образовавшиеся в результате падения тел с поперечќником несколько десятков км. Часть энергии паќдения больших тел оставалась внутри Земли и могла на-греть верхние ее слои более чем на 1000№ С. Случайные явления сыграли свою роль в жизни Земли. Будь у крупнейших астероидов, падавших на Землю, другие размеры, скорость или угол падения, планета имела бы иной наклон оси, ширина тропического и умеренных поясов и полярных кругов была бы иной.
Формирование Земли как планеты, сопровождавшееся падением астероидов и метеоритов, длилось около 100 млн. лет, то есть образование ее из астероидов и метеоритов заняло 2% времени от жизни планеты. Рой астероидов, окружавших Землю, за 100 млн. лет рассеялся. Масса планеќты достигла современных размеров. Первая фаза развития закончилась. По тео-рии О. Ю. Шмидта, Земля образовалась в результате паќдения холодных частиц и метеоритов и в начальный период развития она не была раскаленной. Однако, исследование лунных пород показало, что в начальный период развития Луна прошла через состояние общего плавления. Специалисты склоняются к мнению, что вначале и недра Земли были разогреты. На глубине десятков километров существовал слой пород в расплавленном состоянии, изливавшихся на поверхность. Стадию "бомбардировки" сменила стадия вул-канических излияний, когда Землю покрывали вулканы, извергавшие лаву, - та застывала, отдавая в пространство тепло. Так возникла первичная земная кора. Температура на поверхности понижалась, выделявшиеся из недр водяные пары конденсировались в жидкую воду. Началась геологическая стадия развития Земли, приведшая к ее современному виду.1
1. Бабаханов Н.А. Стихийные природные явления. М. 1998 ;Дмитриев Е. "Дамоклов меч " космоса// Все для Родины ( газета ГКНПЧ им. М.В.Хруничева от 21.10.2002, от 28.10.2002, от 3.02.2003, от 24.02.2003 ; Дэвис Ли. Природные катастрофы. Т. 1,2. М. 1998 .
1. 2 Возникновение жизни и космические катастрофы
Само зарождение жизни - своеобразная катастрофа, с появлением сложных форм жизни (человек), планета начала испытывать негативные результаты его деятельности на себе. В 1812 году Ж. Кювье опубликовал итоги изучения своих находок под заќголовком "Исследования об ископаемых костях". Ученый обратил внимание на то, что в земных слоях идет чередование: слои, богатые останками доисторических живоќтных, сменяются горизонтами, бедными на находки. Следующая книга Кювье - "Рассуждеќния о переворотах на поверхности Земного шара и об изменениях, какие они произвеќли в животном царстве". Кювье считал, что ископаемые формы - это либо прямые предки нынешних животных, либо останки вымерќших в результате этих переворотов форм, ничего общего с ныне живущими не имеющих. Кювье полагал, что развитие четырех типов животных (по его классифиќкации - позвоночных, членистых, мягкотеќлых, лучистых) происходило изолированно. Кювье писал : "Какие-то силы раздробиќли, приподняли слои Земли и опрокинули их на тысячу ладов". Сент-Илер считал, что гибель господствовавших в определенные периоќды видов животных не означала гибели жизни вообще. Некоторые виды выживали, получали простор для дальнейшего развития. Сент-Илер видел единство организаќции и развития животного мира. Оба ученых полагали: какие-то грандиозные силы вмешива-лись в эволюцию жизни, в результате появлялись более соќвершенные формы животных. Эволюция периодически подвергалась действию ускорителя,- или тормоза. Чередование богатых окаменелостями слоев с горизонтаќми, скудными на них , - истина палеонтологии. Некие воздейстќвия уничтожили динозавров, которые господствовали на суше, в воде и воздухе.
В наши дни первое место по популярности принадлежит метеоритной гипотезе. Три исследоќвателя - бельгиец Жан-Георг Казье и амеќриканские геохимики Филипп Клейс и Стенли Марголис опубликовали гипотезу, в основу которой положен учет влияния космических сил на жизнь, развивавшуюся на Земле. Жизнь зародилась в океане. Растения первыми переместились на сушу, за ними - амфибии, а затем - животные, получающие кислоќрод из воздуха. Еще до эры динозавќров высшие териодонты-терапсиды приќобрели черты строения и физиолоќгические особенности, характерные для млекопитающих: это лактация, способ дыхания и питания, обоняние... Но вдруг терапсиды исчезают, но ветви терапсид, ставшие предками млекопитающих, выжили.
Динозавры владели планетой 150 млн лет. Но эра динозавров заканчивается 64,5 миллиона лет назад. Было выдвинуто множество гипотез: высокая активность вулканов: газы и выброќшенный пепел пеленой затянули небо, ослабили солнечную радиацию,- динозавќры не вынесли похолодания; вспышка сверхновой звезды,- живоќтные не выдержали облучения. Журнал "Шпигель" (ФРГ) поддерживает гипотезу Л. Альвареса, который в 1980 году ознакомился с обнаруженќным во Франции геологическим слоќем, богатым ядовитым иридием, присутствующим в метеоритах. Крупный метеорит или дождь метеќоритов доставил этот элемент на Землю. Слой земли, содержащий иридий, имеет возраст 64,5 миллиона лет, совпадая по времени с гибелью динозавќров. Другая метеоритная гипотеза: на острове Гаити были найдены стеклянные шарики, пролившиеся здесь дождем, выпавшим поќсле удара метеорита о полуостров Юкатан. Метеорит был размеќром со скалу в 10 км и при ударе выделил 70 млн меќгатонн энергии, - больше, чем атомные заряды, созданные человеком. Поднятая ударом метеорита пыль окутала планету, испарившиеся вещества метеорита сконденсировались в верхних слоях атмос-феры в крохотные шарики, позже пролившиеся дождем на Землю. Пыќлевая вуаль, окутавшая планету на долгие годы, понизила на несколько градусов средќнегодовую температуру Земли. Наступила затяжная зима. Азотные окислы в виде кислотных дождей поливали динозавров. Постепенќно атмосфера очистилась и стала прозрачной, но сохранив газы, вызвавшие парниковый эффект.
Математическая модель падения крупного метеорита в мировой океан составлена русским астрономом Л. Крживским. Она исходит из того, что в океан падает метеорит поперечником в 10 км. В ответ на падение такого гиганта из стратосферы выпадает снег. Обќразовавшиеся облака окутывают планету, идут нескончаемые ливни. И так - деќсятки тысячелетий. Затем появляется парќниковый эффект - средняя температура на планете поднимается на десятки градуќсов.
Палеќонтологи считают, что за последние 500 млн лет жизнь на Земле минимум пять раз подвергалась угрозе почти полного уничтожения (мы уже говорили о гибели терапсид). 368 млн лет назад на Землю упал метеорит со скоростью в сто раз превышавшей скорость звука. Гигантќский космический странник ударился о скаќлы в 250 км от Стоќкгольма. Миллионы тонн пыли, расплавленные породы, окислы азота стали следствием этой катастрофы. Кислотные дожди уничтожили около двух третей всех живых существ. Гипотеза катастроф как движущей силы эволюции, получила поддержку американќского палеонтолога Д. Даула, насчитавшего до 40 массовых исчезновений животных, и всегда гибель прихоќдила из космоса. Ученый из Кардиффского университета Д.Вард-Томпсон (гипотеза 2007 г.)полагает, что причиной краха сельского хозяйства и массовой эпидемии бубонной чумы в Европе VI веке н.э. было столкновение кометы с Землей. Исследование колец ирландских дубов и американских сосен показали, что рост растений в мире практически остановился между 536 и 545 гг.н.э. Китайские историки писали о "завесе пыли", затемнившей небеса.
Жизнь появилась на Земле 2500 млн лет назад: одноклеточные, затем животные, лишенќные скелета. Астрофизики убеждены: сменам жиќвотного мира предшествовали вспышки сверхновых звезд, происходящие одно-два в столетие. Если взрыв такой звезды произойдет близко, не только жизнь, но и вся планета может быть испепелена. Могут быть вредоносными и пылевые облаќка, занимающие в космосе огромные проќстранства. Если Солнечная система встреќтит их на своем пути, то пыль затенит свет, идущий от Солнца, на планеќтах понизится температура. Но астрономия не может укаќзать конкретный случай прохождения Солнечной системы через космичеќские пылевые облака,но за миллиарды лет существования Земли это очень вероятно .
Доказательств вмешаќтельства космических возќдействий нет. Современные ученые не далеко ушли от Ж. Кювье, с его гипотезой о вмешательстве катастроф в историю жизни на Земле.1
1. Резанов И.А. Великие катастрофы в истории Земли. М. 1994 ; http : // katastrofa. h 12 / ru/ complag. htm
Глава 2. Космическая деятельность
Экологическая опасность космической деятельности
В СМИ немало пишут об экологических последствиях падения частей ракет-носителей на Алтае, в Якутии и Архангельской области. Внимание общественности в США привлечено к проблеме выведения в космическое пространство плутониевых источников энергии,в научных журналах обсуждается проблема уничтожения озонового слоя в ходе запусков космических аппаратов. Но сводки всех данных по влиянию космической деятельности на ближний космос, атмосферу,поверхность Земли - нет. Импульс к развитию космической индустрии был дан военным использованием космоса. Представленные ниже данные приведены в аналитическом обзоре Центра экологической политики России, где показано, что космическая деятельность, уже привела к нарушению природных характеристик ближнего космоса и верхней атмосферы, к изменению энергетического баланса и химического состава. Последствия изменений для биосферы и человека не будут благоприятными. Первый спутник Земли (ИСЗ) массой 83,6 кг запущен на околоземную орбиту 4 октября 1957 г, с применением ракеты-носителя (РН). Таково формальное начало Космической эры, но также реальное воздействие ракетно-космической техники (РКТ) на Землю и околоземное космическое пространство. Фактически в начале 1956 года советская "Ракета Р-5М" впервые в мире пронесла через космос головную часть с атомным зарядом. Пролетев 1200 км после старта (с полигона в Капустином Яре,), головка без разрушения дошла до Земли в районе Аральских Каракумов. Сработал ударный взрыватель и наземный ядерный взрыв положил начало ракетно-ядерной эры. В основе космической деятельности лежали интересы обеспечения военно-политической безопасности. Последствия ядерных взрывов заслонили проблему сверхтоксичности гептила и других КРТ. Боевые стратегические ракеты использовались для выведения в космос первого ИСЗ (1957 г.) и первого человека (1961 г.). РКТ является порождением "холодной войны", приведшей к возникновению ядерно-космического продукта цивилизации, - угрозы для человечества и биосферы Земли. Но достойны восхищения достижения в освоении космического пространства: выход в открытый космос, экспедиции на Луну, создание орбитальных станций, спутниковые системы навигации и связи. Результатом космических исследований явился ряд крупных научных открытий: обнаружение радиационных поясов вокруг Земли, определение газового состава и других характеристик атмосфер Венеры и Марса и др. В сфере космической деятельности (КД) занято несколько миллионов человек. Мировой рынок космических товаров и услуг оценивается в сотни миллиардов долларов и растет на 5 % в год. Плата за прогресс определяется спецификой исследования и освоения околоземного космического пространства (ОКП), которое состоит в необходимости использования космических ракет, посредством которых осваивается самая уязвимая из природных сред, - содержание вещества и энергетика процессов в ОКП меньше, чем в приземной атмосфере, гидросфере или литосфере. Из взаимодействия ракет с самой слабой из всех природных сред проистекает экологическая опасность космической деятельности. За короткий "космический век" достигнут высочайший уровень антропогенного воздействия на ОКП.1
1. Попов В.Ф., Толстихин О.Н. Экологическая опасность космической деятельности. М. 2005.
2.2 Космический мусор
Одним из негативных последствий космической активности является загрязнение ближнего космоса "космическим мусором", под которым подразумеваются все искусственные объекты и их фрагменты в космосе, которые уже неисправны, не функционируют и не смогут более служить полезным целям, являющиеся опасным фактором воздействия на функционирующие космические аппараты, особенно пилотируемые. В некоторых случаях , крупные или содержащие на борту опасные (ядерные, токсичные и т.п.) материалы объекты космического мусора могут представлять прямую опасность для Земли- при неконтролируемом сходе с орбиты, неполном сгорании при прохождении плотных слоев атмосферы Земли и выпадении обломков на населенные пункты, промышленные объекты и т.д. 21 февраля 2008 г. рано утром был взорван американский спутник, выщедший из-под контроля специалистов НАСА, а несколькими днями ранее -китайский, о взрыве которого известно лишь, что в ОКП попало более 100 тыс. осколков мусора различного размера.
При полете корабля "Спейс-Шаттл" в иллюминатор попала частица мусора, оставив воронку диаметром 2,4 мм и глубиной 0,63 мм, повредив стекло в пределах круга диаметром 4 мм. Повреждение было вызвано частицей краски диаметром 0,2 мм , летевшая со скоростью 6 км/с. Исследование 2 кв . м теплозащитного покрытия и 0,5 кв. м алюминиевых жалюзи спутника "Solar Мах", доставленных на Землю космонавтами "Спейс Шаттл", показали, что за четыре с лишним года их пребывания в космосе на них образовалось 1910 сквозных отверстий и выбоин диаметром от 40 до 300 мкм, т. е. около 8 отверстий и выбоин на 100 см2. Даже спичечный коробок в космосе испытал бы за это время примерно один удар.
Энергия мусора из-за высокой скорости движения его частиц на порядок выше тепловой энергии молекул верхней атмосферы рассматриваемой области. Однако благодаря большому, порядка 70 лет, времени жизни частиц мусора в ОК, эта энергия передается атмосфере медленно по сравнению с энергией солнечного ультрафиолетового излучения. Скорость передачи этой энергии возрастает по мере измельчения мусора в результате взаимных столкновений. С ростом массы мусора, вероятность столкновений растет и увеличивается передача энергии мусора верхней атмосфере.
Аналитический обзор приводит выводы : 1. Космический мусор накапливается в ОКП в обширной области высот от 400 км до 2000 км и уже в настоящее время его масса сравнима с массой всего вещества ОКП выше 400 км. 2. На протяжении тридцати лет идет постоянный рост космического мусора, мы имеем более 8000 каталогизированных объектов, поперечный размер которых более 10 см, 300 тыс. осколков размером более 1 см, возможность наблюдения их появилась недавно, и сотни миллионов мелких частиц. 3. Сохранение современных темпов космической деятельности обещает удвоение космического мусора к концу XXI столетия, что приблизит содержание мусора к уровню лавинообразного его размножения из-за взаимных столкновений частиц, 4. При ожидаемом удвоении космического мусора, его кинетическая энергия превзойдет тепловую энергию газа ОКП.
Среднее время жизни в верхней атмосфере частиц космического мусора составляет порядка 100 лет. Запасенная мусором энергия будет передаваться верхней атмосфере несравнимо медленней, чем энергия солнечного, ультрафиолетового излучения. Эта ситуация будет иметь место, если основная масса мусора сосредоточена в крупных фрагментах. Всякое их дробление сокращает среднее время жизни частиц и увеличивает эффективность передачи энергии окружающему газу верхней атмосферы. В случае лавинообразного размножения мусора из-за взаимных столкновений, эта эффективность станет очень велика и тогда среда безвозвратно утратит свои естественные свойства.
Процессы размножения частиц космического мусора известны плохо. Они должны разрушаться и под действием ультрафиолетового излучения и под действием такого мощного окислителя, как атомарный кислород,- основная компонента верхней атмосферы. Этот процесс может приводить к изменению химического состава верхней атмосферы, появлению чуждых ей элементов.По мере изучения число и спектр вскрываемых опасностей будет расти. Выброс пылевых частиц ракетными двигателями в стратосфере оказывает влияние на озоновый слой благодаря усилению гетерогенного цикла разрушения озона. Однако в настоящее время гетерогенная химия озона развита явно недостаточно и большинство исследователей считают, что в разрушении озона в результате ракетных пусков основной причиной являются выбросы хлорных и азотных соединений.
В целом следует признать, что экологический аспект является доминирующим для оценки предельного пылевого загрязнения ОКП. Наиболее четким индикатором этого загрязнения могут служить серебристые облака, поскольку главным источником аэрозолей, являющихся центрами кристаллизации для частиц серебристых облаков, служит практически весь осаждающийся космический мусор, то его сокращение и будет определять степень пылевого загрязнения. Таким образом, следует признать, что современный уровень космического мусора заведомо превосходит допустимые безопасные пределы, требуется срочная его стабилизация в ближайшее время и понижение - в дальнейшем. Требования по снижению его уровня означают необходимость перестройки всей космической деятельности: исключение взрывов, сокращение числа пусков, увеличение срока службы космических аппаратов, создание безотходных технологий их выведения на орбиты.
Радиоактивное загрязнение ОКП связано с широким использованием в космонавтике ядерных энергетических источников. Наиболее широко ядерные реакторы использовались на отечественных спутниках серии "Космос". Эти реакторы работали на сплавах или соединениях урана: U-238 с 90%-ным и более обогащением по U-235. Основным способом обеспечения радиационной безопасности являлась консервация ядерных энергетических установок (точнее, активной зоны) на достаточно высоких орбитах, где время жизни таких объектов много больше времени распада осколков деления остановленного ядерного реактора до безопасного уровня. К таким орбитам можно отнести все круговые орбиты, расположенные выше 700 км.
В настоящее время в ОКП на высотах 800-1000 км находится около 50 объектов с радиоактивными фрагментами. США в гораздо меньшей степени использовали ядерные энергетические установки на космических аппаратах. Всего американцами было запущено 12 таких спутников, нами - 36. Система радиационной безопасности предусматривает остановку реактора и перевод его на достаточно высокую орбиту, где время жизни подобного объекта заведомо превышает время распада осколков деления продуктов остановленного ядерного реактора. В случае отказа системы увода ЯЭУ или космического аппарата вместе с ЯЭУ на орбиту консервации, предусмотрено диспергирование ядерного реактора. Соответствующая система включается до начала разогрева и аэродинамического разрушения конструкции ЯЭУ и космического аппарата, связанного с входом в плотные слои атмосферы. Надежность системы радиационной безопасности оценивается на уровне 10-4, что заведомо хуже принятых требований по безопасности в отраслях промышленности 10-5 - 10-6. Работающий ядерный реактор заметно изменяет естественную фоновую картину потоков нейтронов и гамма-квантов в локальной области ОКП. Эти изменения тем заметнее, чем выше орбита. Нейтронные потоки становятся сравнимы с естественным фоном на расстояниях 100 км для низких орбит и 300 км для геостационарных орбит. Но самые мощные ядерные реакторы (до 1 МВт) не могут существенно ухудшить естественное состояние радиационных поясов Земли. Существенное нарушение радиационной обстановки в ОКП наблюдалось только после ядерных взрывов, которые проводились в1960-е годы. В результате наиболее мощного из них, осуществляемого в рамках американского эксперимента "Морская звезда", возникли т.н.искусственные радиационные пояса, которые ,по наблюдениям полярных сияний, сохранялись в течение нескольких лет. Последствия ядерных взрывов для верхней атмосферы и ионосферы были сокрушительны, но об их истинных масштабах не дано судить, - в то время только начинали развиваться методы зондирования этой среды. В дальнейшем ядерные испытания в космосе были запрещены.
Выбор орбит консервации ядерных реакторов был осуществлен в конце 60-х годов, когда уровень космического мусора был еще не слишком высок. Однако в настоящее время именно область высот 800 - 1000 км оказалась загрязненной, - возникла реальная опасность разрушения ядерных реакторов в результате столкновений с фрагментами космического мусора раньше, чем произойдет распад осколков деления безопасного уровня. Расчеты показывают, что за время существования на орбите (200 лет) ядерный реактор может испытать порядка 20 аварийных столкновений. Недавно (Назаренко, 1996) было показано, что одно столкновение с частицей мусора размером 0,5 см должно иметь место в среднем за 6 лет и за 26 лет с частицей размером 1 см. Последствием такого столкновения является разрушение ЯЭУ и рассеивание радиоактивного вещества в ОКП с возможным его осаждением в приземную атмосферу. В 1990-е гг. американские ученые сообщили о наблюдении в ОКП радиоактивных фрагментов космического мусора, связав их появление с разрушением ядерных реакторов спутников "Космос". Возникающее радиоактивное загрязнение может представлять опасность для работ навигационных систем, метеоспутников и систем наблюдения за природными ресурсам которые используют близкие орбиты. Рост массы космического мусора, являясь причиной разрушения ЯЭУ, определяет радиоактивное загрязнение ОКП. Для ОКП это загрязнение не представляет особой опасности для изменения свойств этой среды. Экологическая опасность связана с возможностью падения фрагментов разрушенных ЯЭУ и осаждения радиоактивных веществ в приземную атмосферу и на поверхность Земли. Подобный случай произошел в 1978 г. при аварии спутника "Космос-954", когда крупные радиоактивные осколки рассеялись на севере Канады. Специальный анализ атмосферы в разных точках планеты в июне и сентябре 1978 г. показал: большая часть многотонной массы "Космоса-954" испарилась и была рассеяна в атмосфере Земли. В том числе 37 кг отработанного ядерного топлива.
Наибольшую опасность представляют выбросы радиоактивного плутония: плутония-238, который выделяет в 280 раз больше энергии, чем Рu-239, и в 280 раз более радиоактивен, чем плутоний-239. 450 г Рu-238 при его равномерном распространении достаточно, чтобы вызвать рак у всех людей, населяющих Землю. Выведение в космос 32,75 кг Рu-238 аналогично по опасности выведению в космос 770 кг плутония -239. 21 апреля 1964 г. навигационный спутник США "Транзит" SВМ-3 не вышел на запланированную орбиту, развалился и сгорел в атмосфере над западной частью Индийского океана к северу от Мадагаскара, выбросив 950 г плутония -238 общей активностью около 17 тыс. Ки. В результате содержание радионуклида в околоземном пространстве увеличилось втрое. В 1965 г. содержание этого плутония на высоте 10 тыс. м в южном полушарии было в 4 раза выше, чем в северном. К концу 1970 г. в атмосфере оставалось около 5% выброшенного плутония. А анализ почв показал его присутствие на всех континентах.
В октябре 1997 г. была запущена космическая станция "Кассино" с 32,75 кг плутония -238 к Сатурну, которая пролетела в 312 милях от Земли в 1999 г. Из 41 советских (российских) космических аппаратов, использовавших ядерные энергетические установки, 6 потерпели аварии. Таким образом, надежность таких отечественных спутников не превышает 85,4 %, - уровень заведомо неприемлемый, например, в авиации и во многих других областях. Космонавтика остается сферой особо рискованной деятельности, причем опасные последствия этого риска распространяются не только на прямых ее участников, - на человечество в целом.
Объекты современной и перспективной РКТ, особенно РН, являются основными и потенциально опасными, представляющими серьезную экологическую опасность вследствие значительных запасов высокоэнергетического химического топлива. РКТ оказывают негативное воздействие на приземную атмосферу при эксплуатации, при ликвидации и утилизации. Наличие на борту космических аппаратов ядерных источников энергии, ядерного топлива и радиоактивных материалов создает угрозу загрязнения приземной атмосферы, а также поверхности Земли при аварийных ситуациях.
Сейчас человечество оказалось перед прямой угрозой нарушения естественных свойств и функциональных особенностей ОКП, что чревато тяжелыми последствиями по двум основным причинам.
1. ОКП защищает все живое от губительной радиации, и
2. ОКП является важным звеном в сложной цепи солнечно-земных связей, определяющих климатические условия на Земле.
Надежная работа космической техники в высокой степени зависит от регулярных естественных вариаций поведения ОКП, нарушение которых может затруднить или сделать невозможной работу космических аппаратов и при определенных обстоятельствах стать причиной космических аварий и катастроф.
Таким образом, центральной проблемой экологической безопасности космической деятельности является сохранение основных естественных свойств и функциональных особенностей ОКП.
В аналитическом обзоре приводятся следующие основные выводы о распространении в ОКП продуктов работы ракетных двигателей:
основным продуктом, образующимся в ОКП в результате работы двигателей ракет "Протон" и "Шаттл" являются пары воды. Ракета "Протон" выбрасывает также значительное количество двуокиси углерода, а "Шаттл" - хлора и его соединений; на высотах более 100 км молекулы воды быстро разлагаются, образуя водород, количество которого от одной ракеты сравнимо с его глобальным естественным содержанием; водород распространяется на расстояния в десятки тысяч километров, образуя в ОКП грибовидное облако, в котором содержание атомов Н превышает фоновое на проценты в случае полета ракеты "Протон" и на десятки процентов в случае полета ракеты "Шаттл" на 5 и 10 суток, соответственно; при периодически повторяющихся пусках ракет "Протон" с интервалом в пять суток устанавливается стационарный глобальный избыток антропогенного водорода порядка 5-10% , при пусках ракет "Шаттл" в том же режиме избыток составляет 20-40%; степень нарушения естественного баланса водорода в ОКП зависит от гелио-геофизических условий, и она максимальна при низкой солнечной активности, если пуски ракет происходят периодически и в зимней полусфере; образующаяся в результате полетов ракеты "Протон" двуокись углерода в ОКП распространяется медленнее водорода из-за большей массы и большего размера молекул, - при регулярных пусках с периодом в 5 суток размер области избыточного содержания СО не превышает 1000 км. Его распределение внутри неравномерно, от единиц процентов на краях до многоразового превышения фона в зоне траектории полета ракет.
1. Попов В.Ф., Толстихин О.Н. Экологическая опасность космической деятельности. М. 2005 ; Космический мусор // Материал из Википедии - свободной энциклопедии. 2008.
2.3 Анализ влияния продуктов работы ракетных двигателей
Обратимся к анализу влияния продуктов работы ракетных двигателей на нижнюю часть ОКП - страто-мезосферу. Среда здесь имеет сложный химический состав, одним из компонентов которого является озон, - преграда на пути ультрафиолетового излучения, часть которого поглощается на больших высотах. Содержание озона - предмет внимания ученых, подчеркивающих важность экологической проблемы сохранения озонового слоя, связанной с проблемой сохранения верхней атмосферы. Озон - одна из составляющих верхней атмосферы, чье поведение зависит от состояния среды в целом. Известно несколько каталитических циклов гибели озона в стратосфере. Сравнение участников этих циклов с продуктами выбросов ракет "Протон" и "Шаттл" показывает, что в результате работы ракетных двигателей образуются все те вещества, которые обусловливают гибель озона в естественных условиях, важнейшими из них являются окись азота и хлор с его соединениями, образующиеся в результате работы твердотопливных двигателей. Отсутствуют надежные данные наблюдений изменений озонового слоя при запусках ракет, оценки изменений строятся на основе модельных расчетов, важность приобретает точное знание, в каком количестве образуются в результате работы ракетных двигателей указанные выше агенты, разрушающие озон. Наибольшие трудности возникают при определении содержания окиси азота,- для нее оказываются существенными неравновесные процессы, в ходе которых содержание окиси азота может возрастать на шесть порядков. Дополнительное образование окиси азота может также иметь место при так называемом "дожигании" - взаимодействии молекулярного азота с атомарным кислородом верхней атмосферы,
Модельные расчеты влияния полетов ракет на озоновый слой проводились для ракеты "Энергия" и "Шаттл". Согласно этим расчетам в результате одиночного пуска ракеты "Энергия" максимальное уменьшение озона произойдет через 24 дня и составит 1,5-1,7% в пределах вертикального столба диаметром 550 км. В случае залпового пуска 12 ракет аналогичное уменьшение составит 6-6,6%. Глобальный эффект залпового пуска, например на широте 45№,состоит в переносе обеднения озонового слоя на более высокие широты за 130 дней, на широте 80№ оно окажется в 3 раза меньше максимального обеднения на широте пуска. Во всех случаях характер высотного распределения возмущения озонового слоя сохраняется - максимальное обеднение имеет место в области максимума озонового слоя; ниже максимума, в тропосфере, имеет место небольшое увеличен концентрации озона. Ежемесячные пуски ракет "Энергия" в течение 4 лет приведут к уменьшению содержания озона в Северном полушарии на 0,1% на средних широтах и 0,3-0,4% в высоких широтах. Общее уменьшение содержания озона над Северным полушарием через 15 лет при регулярных ежемесячных пусках ракет "Энергия" может достичь 2,5%. Согласно расчетам при ежемесячных пусках ракет "Шаттл" (это примерно соответствует существующему режиму) в течение 4 лет общее содержание озона снизится на 0,3% в средних широтах и на 0,4-0,6% в высоких широтах. Однако оценки (Ропег, 1981) для пусков "Шаттл" в год дают уменьшение концентрации озона в Северном полушарии на 0,2%, что сопоставимо с воздействием других антропогенных источников. Существует также опасность загрязнения территорий, прилегающих к местам расположения ракетных пусковых установок, и земель, отторгнутых под зоны падения ступеней ракет. Имеются даже данные, указывающие на возможное изменение погодных условий и растительности в районах космодромов. Космические происшествия (аварии, катастрофы) в связи с техническими характеристиками космической техники, вызывают тяжелые последствия. Возникла и нарастает новая угроза, обусловленная возможным падением аварийных космических аппаратов на наземные объекты: населенные пункты, атомные электростанции, химические и другие потенциально опасные объекты. Подобное аварийное падение космической ракеты, запускаемой с семипалатинского полигона и произошло на территории одного из районов Казахстана в 1999 г., в результате чего был оценен материальный ущерб, а последующие плановые запуски ракет с семипалатинского полигона были надолго приостановлены.
Наиболее мощное воздействие на природную среду происходит на космодромах в процессе старта крупных ракет. Реализуемый в настоящее время мировой грузопоток в космос требует ежегодно около 100-120 пусков РН различной грузоподъемности.
Основными вредными факторами, влияющими на состояние окружающей среды при пусках РН, являются большие выбросы продуктов сгорания при старте в приземном слое атмосферы (тропосферы). К нежелательным локальным последствиям в районе старта ракет-носителей могут так же привести выбросы хлористого водорода и окислов алюминия, содержащиеся в продуктах сгорания некоторых носителей, в частности "Шаттла". Эти выбросы могут вызвать выпадение кислотных дождей, увеличение содержания в воздухе взвешенных частиц, токсическое загрязнение облачного покрова, изменение погодных условий на прилегающих к стартовой площадке территориях.
В ряде систем РКТ - до 80-90 % приходится на топливо. Совокупные "отходы производства", включающие в себя элементы конструкции при запуске РКТ составляют 97-99 %. При старте объекта РКТ, когда масса ракетно-космической системы максимальна скорость полета мала, происходит залповый выброс продуктов сгорания и тепловой энергии, возникают акустические колебания (шумы и вибрации).
Многие из применяемых компонентов ракетного топлива (КРТ) являются высокотоксичными. Чем больше стартовая масса, тем больше выброс продуктов сгорания. Имеются также остатки КРТ на отделяемых ступенях РН. Чем больше масса РН, тем больше остатки топлива на отделяемых ступенях. Все это - факторы, загрязняющие природную среду на территориях РТ.
К основным факторам негативного воздействия РКТ на окружающую среду в районах падения отработавших ступеней РН относятся:
загрязнение почвы, атмосферы, поверхностных и грунтовых вод высокотоксичными продуктами сгорания РКТ с возможностью отравления ими живой природы и человека;
засорение территорий металлоконструкциями;
механическое и химическое повреждение почвы и растительности.
Сравнительный анализ воздействия отечественных и зарубежных космодромов на окружающую среду показывает следующее. С главных наших космодромов "Байконур" и "Плесецк" осуществлялось в среднем за год от 65 до 75 пусков, и суммарная площадь территорий, подверженных их вредному воздействию составляет 18 млн. га. В отличие от отечественных космодромов, основные зарубежные расположены в прибрежной зоне, и их районы падения приходятся на акватории Атлантического и Тихого океанов. С обоих космодромов США (Восточный и Западный испытательные полигоны) осуществляется в среднем в год от 15 до 20 пусков. С французского полигона осуществляется в среднем в год не более 6-8 пусков.
Таким образом, если исходить только из соотношения числа пусков, то отечественные космодромы примерно в 3-4 раза сильнее воздействуют на среду, чем зарубежные. Однако на самом деле это соотношение следует увеличить на несколько порядков, во-первых, из-за того, что:
способность океана ассимилировать многие вредные загрязнения гораздо выше, чем аналогичные возможности суши, и,
во-вторых, большинство запускаемых с зарубежных полигонов ракет используют твердое топливо, которое не содержит высокотоксичных веществ, имеющихся в жидком топливе. Проливы и выбросы значительного количества токсичных КРТ происходят в РП отработавших ступеней и при авариях (на старте, в полете, при транспортировке).
Существует высокий - 3 % риск аварий при запуске объектов РКТ, особенно для старта РН. При авариях РН, которые сопровождаются крупными пожарами и взрывами с мощными акустическими воздействиями (перепад давления на фронте ударной волны, шум), происходит выброс продуктов сгорания и тепловой энергии, оказывающий серьезное воздействие в приземную атмосферу и земную поверхность. Существует сложная проблема утилизации РКТ и КРТ. Все вышесказанное свидетельствует о невысокой экологичности РКТ и КРТ. Так, в 1996 г. в мире произошло 4 аварии РН при запусках (из них 2 в России). 15 января - катастрофа РН СZ-ЗВ (Китай) при старте с космодрома вследствие потери управляемости, со взрывом, падением фрагментов на населенный пункт, разрушено и повреждено большое количество домов. Погибло "не менее 6", ранено "более 100 человек". 4 июня авария РН "Ариан-5" (ЕКА) с четырьмя спутниками при пуске с космодрома Куру Французская Гвиана); на 40 с полета РН была аварийно подорвана для того, чтобы избежать падения на г. Куру. Большая часть обломков упала в радиусе 5 км, отдельные - до 17 км. Причинен материальный ущерб в сотни миллионов долларов, а также экологический ущерб природной среде. Люди, живущие в радиусе 25 км от космодрома, в течение 3-х суток жаловались на жжение в глазах, проблемы со зрением и слухом.
Современная РКТ и КРТ созданы в "доэкологический период", до сих пор отсутствует соответствующая нормативная база и требования к экологическим характеристикам. Не в СССР, не в России, РКТ и КРТ не подвергались экологической экспертизе. Крупнейшая из созданных и эксплуатировавшихся в мире РН "Сатурн-5" (США) со стартовой массой 2800 т и высотой около 100 м многократно запускалась в 1967-1972 гг. при подготовке и реализации Лунной программы, а также при выведении в космос и эксплуатации первой американской орбитальной пилотируемой космической станции "Скай-лэб" в 1973 г. Первый запуск РН "Сатурн-5" состоялся 9 ноября 1967 г. (три ступени выводили космический корабль "Аполлон" массой 20,4 т). Вот описание этого запуска. "От рева двигателей находящиеся поблизости здания колебались, как при землетрясении. В 5 км от стартового комплекса рухнула крыша павильона телевизионной компании... Возникший грохот был сравним с извержением в 1883 г. вулкана Кракатау в Зондском проливе. Вызванная работой двигателей первой ступени ударная волна была зарегистрирована геологической обсерваторией, расположенной в 1770 км от места старта". Каждый запуск сопровождался мощным выбросом продуктов сгорания.
В целях обеспечения безопасности, стартовый комплекс пусков ракетно-космической системы "Сатурн-5"-"Аполлон" на Восточном испытательном полигоне США, имел несколько зон безопасности: наиболее опасная из них - зона непосредственно в районе стартового сооружения с возможным избыточным давлением во фронте ударной волны в случае взрыва РН на старте до 10 атм и уровнем шума более 135 дб (Стромский, 1996, с. 18).
Российская РН "Энергия", которая признана высшим техническим достижением, обладает стартовой массой 2400 т при возможности доставки в космос груза 95 т,- она воплощает прогрессивную кислород -водородную технологию. РН "Энергия" проектировалась для выведения многоразового космического корабля "Буран", массой около 100 тонн, но была закрыта в 1992 году из за нехватки средств.
Американской многоразовой космической системой "Спейс - Шаттл", имеющей стартовую нагрузку 2000 т. при массе многоразового транспортного космического корабля (МТТК) Шаттл около 100 т и полезной нагрузке - 30 т. выполнено около 100 полетов, один из которых закончился трагически. Система орбитального маневрирования МТТК "Шаттл" использует в качестве горючего 2000 кг монометилгидрозин и, 3400 кг окислителя - четырехокиси азота, то есть 5,4 т. высокотоксичных веществ. Аналогичное топливо используется и в системе ориентации. Общая масса этого топлива, которое частично расходуется на ориентацию корабля в полете, может достигать 10 т. При возвращении и вхождении в плотные слои атмосферы, на высотах ниже 20 км и до момента приземления, остатки топлива сливается в атмосферу или дожигается в ней, Это примерно от 2 до 5 т монометилгидразина и четырехокиси азота: т.е. всего с 1981 г. в 100 полетах, возможно, было слито от 200 до 500 т остатков этого топлива.
Использование в качестве ракетного топлива отечественных и зарубежных РН НДМГ применявшихся в РН "Титан" (США), "Ариан" (Франция), "Великий поход" (Китай), применение в составе РН США "Спейс Шаттл", "Дельта", "Скаут" и других твердотопливных ускорителей приводит к загрязнению атмосферы токсичными и озоноактивными продуктами сгорания твердых видов топлива, таких, как окись алюминия, окислы азота, соединения хлора".
Среди отечественных РН "абсолютным чемпионом" по вредным воздействиям на атмосферу является "Протон" - самая мощная и надежная из всех эксплуатируемых ракет подобного класса в России и мире. В результате 255 запусков РН "Протон" с 1965 г. по 1998 г. только гептила пролилось на землю и распылилось в атмосфере не менее 500-600 т.
Значительное загрязнение приземной атмосферы имеет место при ликвидации и утилизации ракет и компонентов ракетного топлива, что создает прямую угрозу жизни и здоровья людей.
Ликвидация ракет на твердом топливе производится методом отжига РДТТ на открытом стенде НИИПМ, расположенном в густонаселенной местности - на окраине г. Закамска, всего в 5 км от г. Перми, одного из неблагоприятных в экологическом отношении регионов России. При отжиге в атмосферу выбрасываются сотни тонн хлористого водорода и оксидов азота, а протяженность зоны заражения приземных слоев атмосферы может достигать 15-20 км. Ситуация с утилизацией РДТТ привела к массовым протестам населения в г. Перми. Существующие ракетно-космические системы реализованы по многоступенчатой схеме: ракеты-носители конструктивно имеют в своем составе от 2 до 6 ступеней и множество других отделяемых элементов, каждый из которых отбрасывается за ненадобностью после того, как исполнит свою функцию в полете в процессе выведения в космос полезной нагрузки - космического аппарата. Ракеты имеют низкий коэффициент полезного действия (до 3 %). Эти два обстоятельства и лежат в основе проблемы районов падения (РП), расположенных вдоль трасс полетов запускаемых систем. С какой бы точки Земли ни производился запуск космического объекта, эта проблема существует и будет существовать даже при полетах перспективных одноступенчатых ракет или аэрокосмических самолетов (как зона потенциально возможного падения в случае аварии при выведении на орбиту).
Падение первых ступеней ракет "Зенит" и "Энергия" сопровождается засорением фрагментами. Суммарная площадь РП, составляет
1 428 800 га. Примерно на половине общей площади территорий, загрязняемых в результате запусков ракет, основное вредное воздействие связано с механическим мусором.
Вторые ступени ракет "Протон" и "Циклон" разрушаются при падении на высотах 35-50 км, и их фрагменты оказываются загрязнены высокотоксичными компонентами топлив, из которых наибольшую опасность представляет НДМГ (несимметричный диметилгидразин, гептил). Общая площадь районов рассеяния оценивается в 2471000 га.
Наибольшую опасность представляет падение первых ступеней ракет "Протон", "Космос", "Циклон" и "Циклон-М". При падении на землю эти ступени самопроизвольно взрываются, что обеспечивает рассеяние в атмосферу и разлив высокотоксичных компонентов. Общая площадь таких районов оценивается примерно в 1 млн. га. Остальные площади связаны с районами падения первых ступеней ракет "Союз" ,"Молния", которые не разрушаются, но на месте падения могут быть проливы керосина. Наименее опасными с точки зрения воздействия на окружающую среду представляются районы падения головных обтекателей. Общая площадь таких районов составляет на территории России 5259000 га, т.е. примерно 25% от всей площади районов падений. Загрязнение имеет место в результате падения вторых ступеней ракет "Союз" и "Молния", когда падают два крупных фрагмента. Суммарная площадь этих районов составляет в России 4662000 га, - 23% от общей площади всех районов падения.
В Республике Саха среднегодовые проливы НМГД составляют 0,22 тонн в год, азотный тетраоксид (АТ) - 0,32 г/год на общей площади 1,09 млн га. В качестве районов падения РН "Циклон" - 1-й район 2-й ступени и Космос 1-й район 1-й ступени используются отдельные участки Северного ледовитого океана. В акваторию которого попадает ежегодно около 4200 кг НДГМ, 6820 кг азотной кислоты (АК) и 1300 кг АТ. Наиболее опасны РН "Протон", первые и вторая ступени которой содержат более 2 т НДМГ - гептила, попадающего в атмосферу и на землю. НДМГ относится к 1-му классу опасности. Опасен при любых путях поступления в организм - через желудочно-кишечный тракт, органы дыхания, кожу и слизистую. Потенциальная опасность при попадании в объекты окружающей среды определяется высокой летучестью, неограниченной растворимостью в воде, способностью к миграции, накоплению, высокой стабильностью в глубоких слоях почвы и растениях, образованием при разложении еще более опасного вещества - нитрозодиметиламина и других "Гептил в 6 раз более ядовит, чем синильная кислота... В случае выброса - последствия непредсказуемы... Тератогенный и специфический онкогенный отдаленный эффект. Довольно быстро окисляется, но условия окисления разные. В анаэробных условиях - дольше. С кислородом и озоном быстрее, но образуется много токсичных веществ, в том числе ксенобиотиков, некоторые - абсолютные канцерогены... Метаболиты в организме более канцерогенны, чем гептил (т. н. летальный метаболизм)... Первое поколение заправщиков гептила погибло. Регистра лиц, работавших с гептилом, нет". "Жители села Саратан (Алтай) рассказывают, что первый "ракетопад" у них случился в 1959 году. В районе "приземления" ракет на альпийских лугах стал ... гибнуть крупный рогатый скот, лошади, овцы. Была уничтожена вся растительность. Исчезли высокогорные цветы. Улетели птицы. Теперь там нет косачей, белых куропаток, глухарей, кукушек. Из лесов ушли лоси, медведи. Умолк птичий гул. В лесу - мертвая тишина". "Жители окрестных сел стали резко седеть (село Язула), стали нормой повышенное кровяное давление, заболевания почек и печени, у школьников с 1992 года начали выпадать волосы (села Каракюдур, Балыкча). Помимо этого зарегистрировано много случаев рака. В дополнение ко всему возникли странные психические заболевания, которые выражаются в агрессии по отношению к близким, родным. После 1991 года участились самоубийства, в том числе и детские: в 1995 году покончили с жизнью 36 человек. Врачи Центральной районной больницы отмечают увеличение случаев появления на свет детей с уродствами, несовместимыми с жизнью (отсутствие стенок живота и даже костной ткани черепа, когда мозг прощупывался пальцами). Первый "желтый" ребенок родился в 1989 году в селе Анисимово Тальменского района Алтайского края. С тех пор признаки поражения гептилом присутствуют и у детей, и у взрослых. В этом отношении Алтаю "повезло" больше всех: на его территории расположены сразу два полигона - Российского космического агентства и Минобороны. Зона загрязнения КРТ охватывает не менее трех районов - Улаганский, Турочакски, Турочакский и Чойский, а также весь алтайский заповедник".
"В шестистах километрах к югу от Новосибирска, в каких-то 10 км от Казахстанской границы, у подножия Западной Саянской гряды находится маленькая таежная деревня Новоалейка с населением около 700 человек. Падение ступеней ракет для местных жителей - обычное дело. Многие жители деревни видели, как очередной обломок летел, оставляя за собой шлейф белого дыма, и падал на лес, опалив деревья. А по сведениям местной телекомпании "Катунь", в одной из окрестных деревень бывали случаи падения обломков на жилой территории, из-за чего гибли люди и домашние животные. Однако по указанию местной администрации информация о таких происшествиях замалчивалась.
Лужи, покрытые желтой пленкой, сосны и ели - с бурой хвоей. Жители рассказывают, что в отделяющихся ступенях ракет остается жидкое топливо..., которое в результате падения вытекает, распыляется в атмосфере и "обжигает" листву деревьев. После дождя на дорогах Новоалейки остаются лужи, покрытые желтой пленкой. Если такая вода попадает на кожу, появляются волдыри, как от ожога, потом кожа краснеет и чернеет. Среди рыбы, которую ловят в местной речке, бывают двухголовые экземпляры, а у коров рождаются безногие телята. В большом количестве рождаются дети с желтой кожей, известные в научных кругах как "желтые дети". Два года научных исследований укрепили уверенность в том, что все это - влияние гептила. Дети в селе жалуются на головную боль. Современная РКТ враждебна природной среде. В топке военно-космических расходов США, СССР, Францией, Китаем сожжено, по расчетам А.В.Яблокова, более 8 триллионов долларов. Части этой суммы будет достаточно для обеспечения всех людей в мире питьевой водой и пищей, поиска средств лечения СПИДа и рака, прекращения опустынивания и уничтожения девственных лесов, перехода к использованию возобновимых источников электроэнергии. Такова цена развития мировой космической индустрии. На другой чаше весов:
всемирные телевизионная и телефонная сети, более точный прогноз погоды, система оповещения о терпящих бедствие судах, новые знания о Луне и планетах Солнечной системы, наблюдение за деятельностью на территории других государств ( за строительством заводов химического оружия в Алжире, пусковых ракетных установок в Ираке, перемещениями военных судов в Мировом океане и т.п.).
Избираемые гражданами Земли национальные парламенты одобрили расходы на осуществленные и планирующиеся космические программы, но не были учтены опасные экологические последствия космической деятельности для биосферы Земли и ее населения.1
1.Дж. Массер. Пять важнейших космических проектов. http://www.sitc.ru/; Элементы - новости науки : СО2 в атмосфере способствует росту космического мусора. 2008; Попов В.Ф., Толстихин О.Н. Экологическая опасность космической деятельности. М. 2005.
2.4 Реалии и планы
Ежегодный ущерб только от 21 крупной природной катастрофы достигает 110-140 трлн. руб. Оценки материального ущерба от техногенных катастроф не проводились, но они сопоставимы с ущербом от природных катастроф. При таких масштабах ущерба (4-6% валового национального продукта) и ежегодном росте на 10-15%, экономика России скоро будет не в состоянии восполнять потери от природных и техногенных катастроф. Всего в стране насчитывается около 100 тыс. опасных производств и объектов. Из них около 1500 ядерных и 3000 химических обладают повышенной опасностью. Среди источников потенциальной экологической опасности в России выделяются предприятия ядерного комплекса . В стране накоплено радиоактивных отходов суммарной активностью 2,73 млрд. Ku (это 55 "Чернобылей"). Не меньшую опасность создают обогащенный уран и плутоний боеголовок, ядерных зарядов и атомного топлива. Здесь не учтена также поступившая в биосферу активность от ядерных испытаний, аварий, функционирования ядерного комплекса. Положение усугубляется акцентом на ликвидацию последствий чрезвычайных ситуаций, а не на их предупреждение.
К немногим достижениям последнего периода следует отнести создание Министерства по чрезвычайным ситуациям и оснащение его средствами ликвидации последствий аварий и стихийных бедствий. В правительстве разрабатывается ряд документов, определяющих экологическую политику страны. Продолжается разработка Государственных программ "Безопасность населения и народнохозяйственных объектов в условиях риска природных и техногенных катастроф", "Глобальные изменения природной среды и климата" и др. Однако, природоохранные затраты постоянно сокращаются. До 1988 г. они превышали 1% ВНП, в 1989 г. - 0,8, в 1996 г . - 0,4, в начале XXI века - еще меньше. Для сравнения: США затрачивают на охрану окружающей среды от 1,5 до 2% ВНП. Об отношении властей к экопроблемам в известной мере свидетельствует преобразование природоохранного министерства в Комитет (т.е. понижение статуса этого органа), упразднение межведомственной комиссии по экобезопасности, ликвидация как самостоятельного федерального органа Госкомсанэпиднадзора.
В СССР засоренностью космоса начали заниматься в 1985 году в Министерстве Обороны и в Академии наук страны. В 1990 году были получены первые практические оценки и разработана математическая модель засоренности ОКП. В 1992 году был создан проект стандартных исходных данных (СИД) для обеспечения работ по созданию космических орбитальных средств. В настоящее время в регионе низких околоземных орбит (НОО) вплоть до высот 2000 км находится до 5000 тонн техногенных объектов, число объектов поперечником более 1 см может достигать 60000-100000. Из них только около 6%. Эффективных мер защиты от подобных объектов космического мусора размером более 1см практически нет, в то время как вследствие огромного запаса кинетической энергии столкновение любого из этих объектов с действующим космическим летательным аппаратом может повредить его или даже вывести из строя. 1
1. Космический мусор// Материал из Википедии - свободной энциклопедии. 2008; Дмитриев Е. Дамоклов меч Космоса// Все для Родины (газета Государственного космического научно-производственного центра) от 21.10.2002, от 28.10.2002, от 3.02. 2003, от 24.02.2003.
Глава 3 . Прогностика катастроф
3.1 Предсказание катастроф и солнечных вспышек
Под руководством акад. Н. Моисеева была построена модель столкновения астероида с Землей. На месте столкновения образуется кратер, выброс вещества в 1000 раз превысит объем астероида. Поднятая взрывом пыль закроет Солнце, температура на Земле снизится, в течение нескольких лет могут погибнуть растения, животные и часть населения. Бедствия охватят планету.
НАСА и исследовательские группы из университетов США пытаются разработать методику эффективного прогнозирования солнечных вспышек , оказывающих значительное воздействие на магнитосферу Земли. Мощные вспышки на солнце, получившие название "корональные выбросы" влияют на работу спутников связи, а также опасны для здоровья астронавтов, находящихся вне защитной магнитосферы Земли. На самой Земле магнитные бури, вызванные солнечными вспышками , могут выводить из строя линии электропередач и системы связи. Исследование, проведенное в Национальном центре космической науки и технологии США, опубликованное в номере "The Astrophysical journal" от 20 апреля, проливает новый свет на природу солнечных бурь и способы их прогнозирования. Один из авторов статьи, д-р Дэвид Фалконер из университета Алабамы , сравнивает прогнозы прогнозирования солнечных бурь с методами, применяемыми для составления прогнозов и торнадо на Земле. " По виду облаков можно определить, какие из них могут принести непогоду. Если небо чистое, либо на нем перистые облака, - вероятность ухудшения погоды низка. Но в нашем распоряжении имеется оборудование для наблюдения за поверхностью Солнца , с помощью которого можно выделить признаки наступления непогоды". Ученым уже известны т.н. "S-признаки пятен". Регионы, в которых магнитные поля "скручены", то есть их силовые линии проходят друг под другом на манер латинской буквы S, с большей вероятностью могут стать источником коронарного выброса. С помощью солнечного векторного магнитографа, размещенного в солнечной обсерватории "Центра Маршалла", ученые исследовали активные облака на поверхности Солнца с магнитными полями, определяя количество магнитной энергии в данной области. В то время, как "S-признаки" являются внешним признаком магнитного поля, векторный магнитограф позволяет определить количественные характеристики магнитных полей на Солнце. В результате узнали, что области с большим запасом энергии скорее могут вызвать коронарный выброс, чем области с относительно слабым магнитным полем.
Люди всегда стремились узнать время катастрофы. Римлянин Цензориус (III век до н. э.) вычислил, что через каждые 2160 лет на Земле происходят катаклизмы. Существуют долгосрочные (15-20 лет), среднесрочные (5-10 лет) и краткосрочные (1-2 года). Для оценки нетрадиционных предсказаний в МЧС России создана лаборатория для создания банка данных о прогнозистах катастроф, с данными о 60 предсказателях. С развитием технологий развиваются и методы предупреждения и оповещения.1
1. На Земле составят прогнозы солнечных вспышек // По материалам SpaceFlightNow. http://www.esri.com/hazards/index.html ; Ребров М. Космические катастрофы. М. 1996.
3.2 Пути развития Земли
Для Земли существует два направления пути: форсированный и естественный. Форсированный путь подразумевает вмешательство "извне" (космические силы) или "изнутри" (человечество). Например, столкновение с астероидом. Около двух тысяч космичесќких тел с диаметром более 1км приближаются к Земле. Эксперты МЧС поставили астероидную опасность на 6-е место в "горяќчей десятке" явлений, которые могут привести к гибели жизни на Земле. Ученые Инќститута астрономии РАН состаќвили аналитическую записку об астероидно-кометной опасности. Расчеты, сделанные по амери-канским страховым методикам, показывают, что риск погибнуть от мигрирующего космического тела для каждого жителя Земли сравним с риском погибнуть в авиакатастрофе или во время наќводнения. Конгќресс США регулярно обращаетќся к NАSА с требованием создания системы противоастероидной защиты Земли. В раќботе международного фонда "Космическая стража" принимаќют участие тысячи людей. Один из способов предотвращения столкновения - отклонение орбиты астероида путем механического толчка, подключения двигателя. Но главный способ спастись от катастрофы - расстрелять астероиды ядерным оружием. Разработќки Системы противоастероидной защиты Земли ведутся в рамках международно-го проекта "Космическая стража". Проект основывается на перепро-филировании разработок, продеќланных в свое время по програмќмам СОИ ("звездных войн"). По этому же пути идут разработчики российских национальных программ, например, НПО им. Лавочќкина, предполагающее использоќвать для борьбы с астероидами снабженные телескопами наблюдатели "Око" и "Спектр", ракетоќносители "Энергия", "Протон" и "Зенит", перехватчик "Фобос", разќведчик "Вега".
Для начала глоќбальной катастрофы Земле досќтаточно столкнуться с астероидом более 1,5 км в диаметре. 65 млн. лет назад в районе п-ова Юкатан упал асќтероид диаметром 10 км, столкновение положило начало "мезозойскому вымиранию" диќнозавров. Их место заняли млеќкопитающие, птицы, люди.
Научное изучение падаюќщих на Землю небесных тел наќчалось 200 лет назад. В XX веке в опасной близости от Земли пролетали восемь крупќных небесных тел, одно из котоќрых упало на Землю (Тунќгусский метеорит - сибирская катастрофа 1908 года), а второе вошќло в атмосферу Земли в районе Америки, вынырнув в районе Мексики, но панику подняли тольќко в 1994 году, когда состоялась предсказанная учеными астероидная бомбардировка Юпитера. Наиболее опасны для нашей планеты кометы, которые челоќвечество наблюдало 2000 раз. Это реликтовые космические тела, прилетающие или с окраин Солнечной системы - Облака Оорта, Поќяса Койпера; либо неизќвестно откуда. Появляются они внезапно: известные кометы 1996-1997 годов (Хиа-кутаки и Хейла-Боппа) были обнаружены за 2 мес. и 1,2 года до прохождения вблизи Земли. Менее опасны астероиќды, орбиты которых пересекаќются с земной. Известно более 400 астероидов, сблиќжающихся с Землей, с диаметром от метров до 41 км. Риск столкновения с ними в ближайшем будущем невелик, но в будущем эти столкновения неќизбежны - с такими космичес-кими телами Земля сталкиваетќся не реже одного раза в 200 млн. лет. Вероятность столкноќвения со сближающимся с земќной орбитой 40-километровым Ганимедом равна 0,0005%, а с 20-километровым Эросом - 2,5%. Точное предсказание столкновения с ними можно будет сделать за несколько десятков лет.
Региональные катастрофы от падения астероидов случаются минимум один раз в нескольќко сотен тысяч лет. Зато тела размеров, подобных Тунгусскому метеориту, встречаќются с Землей примерно один раз в 300 лет. Зона разрушений от таких столкновений - 25-50 кв. км, мощность взрыва сопоставима со взрывом атомной бомбы, более мощной, чем "хиќросимская".
Такое тело можно обнаружить на подлете - за недели или дни до столкновения, - и необќходимо постоянное наблюдение звездного неба. Ежегодно с помощью таких телескопов, как телескоќп Шмидта обсерватории Маунт-Паломар и телескоп "Спейс-вотч" обсерватории Аризоны и др. открывают тысячи астероидов, в то время как система наблюќдения, расположенная в Крыму, в 1998 году прекраќтила свою работу. Правда, с 1995 года наши энтузиасты ведут наќблюдения на 1-метровом крымќском телескопе (Симеиз) и в Звенигороде (Московская обќласть).
Если в Землю не врежется космическое тело, то со временем расширяющееся солнце поглотит Землю, затем остынет и Солнечная система уподобится миллиардам других безжизненных звездных систем.
На научном форуме, проходившем в Торонто в 1998г., был представлен "астрофизический каленќдарь", - прогноз эволюќции Вселенной, которая, пережив несколько эпох, перейдет в неќбытие. Эпохи ученые делят на условные единицы, - "космологические десятилетия", каждое из которых - отреќзок времени, измеряемый числом лет, прошедших со времени образования Все-ленной до данного "космологического десятилетия", увеличенным в 10 раз.
Нынешняя эпоха, - звездная, придет к концу в 14-м "космологиќческом десятилетии", через 100 трлн лет, когда "выгоќрят" все звезды, являющиеся в эту эпоху источником энергии во Вселенќной, а новые образовываться не будут из-за нехватки водорода для их рождения. Солнечная система прекратит существование до исќтечения 10 млрд. лет, - Солнце угаснет.
После звездной эпохи наступит эпоха деградации (ее временные параметќры - 15-37 "космологических десятилеќтий"), - масса Вселенной сосредоточится в белых карликах, в нейтронных звездах-пульсарах, и в коричневых карликах. Затем придет эпоха черных дыр (между 38-м и 100-м "космоќлогическими десятилетиями"),- небосвод станет чернильно-черным, Вселенная буќдет состоять из "проглотивших" звезды огромных черных дыр - гравитации и массы без физичесќких форм.
Эпилогом существования Вселенной будет эпоха темќноты, - после распаќда черных дыр не останется ничего, кроме находяќщихся в состоянии диффузии фотонов, электронов, позитронов, нейтронов и изќлучения, - и это перейдет в фазу распада и исчезнет к 200-му "космологическому десятилетию". Кос-мологический прогноз ученых Адаме и Лофлина поверг в уныние их коллег в Торонто.1
1. Ромейко В.А. Тунгусский метеорит - загадка XX столетия/ Тунгуска: обзор проблемы. М. 2007. ; Наука и инновации// Новости ИС. Информационный Интернет-канал. 2008.
Заключение
По Далю, катастрофа - " переворот, перелом; важное событие, решающее судьбу или дело, более случай гибельный, бедственный". В истории вселенной и Земли катастрофы играли первостепенную роль, оказываясь переломными событиями для планеты, предопределяя ход её развития в дальнейшем. С начала XX века человек начал вмешиваться в планетарное развитие Земли, посредством своей деятельности, что приводило к техногенным катастрофам. Этот вид катастроф служит в роли катализатора для природных катастроф. Современной науке необходимо сделать всё возможное, чтобы не ускорять процессы развития Земли(тенденция которых - деградация планеты), а прикладывать все силы, чтобы затормозить эти процессы, или, хотя бы не усугублять их. Механизм катастроф прост. Природа вся живет в круговоротах, человек действует прямолинейно. Живя иллюзиями, он мнит себя властителем природы и нарушает ее законы, разрушает окружающую среду и в результате - катастрофа.
На фоне человеческой жизни понятие "космическая катастрофа" звучит нереально. Но взглянем на фотографии Луны, Меркурия, Марса, спутников Юпитера и Сатурна, на их изуродованный метеоритными бомбардировками лик,- становится ясно, что космические катастрофы случаются чаще, чем мы предполагаем. Недавнее падение на Юпитер кометы Шумейкеров-Леви прямое тому доказательство. Земля, благодаря плотной атмосфере, защищена от мелких метеорных тел массой в десятки и сотни килограммов. Но что будет, если Земля столкнется с астероидом либо кометой массой в миллионы тонн? Этот сценарий проигрывался научным миром неоднократно. Предполагается, что подобное событие происходит на Земле не чаще одного раза в 20000 лет. Для человечества это слишком большой срок для накопления фактического материала, - поэтому Сибирская катастрофа 1908 года является уникальным событием и ценным материалом для изучения возможных столкновений космических тел. Последние два десятилетия современная наука активно изучала проблему угрозы из космоса, - столкновения с кометами и метеоритами, солнечные вспышки и т.п., в результате чего к людям пришло осознание нависшей над планетой угрозы. Самые мощные проявления солнечной активности - солнечные вспышки (внезапное местное выделение энергии магнитных полей в короне и хромосфере Солнца (до 1025 Дж при наиболее сильных солнечных вспышках). Также человечеству угрожает "рукотворная" космическая угроза - катастрофы космических кораблей и спутников, критически множащаяся масса космического мусора, смертельно опасные продукты работы ракетных двигателей и др. Космический мусор включает как мелкие предметы типа болтов, отверток и т.п., так и более крупные,- обломки выведенных из строя спутников, блоков, отделившихся от ракет. Некоторые фрагменты оказались в космосе в результате саморазрушения конструкций, другие выбрасываются самими космонавтами. Мелкий мусор не представляет опасности для населения, - он сгорает при попадании в атмосферу. По-другому дело обстоит с крупными фрагментами, которые достигают поверхности планеты и могут привести к гибели людей и разрушению построек.
Задача науки - способствовать предупреждению природных и рукотворных космических катастроф , либо снижать до минимума их негативные проявления.
3. Дмитриев Е. " Дамоклов меч Космоса" // Все для Родины (газета Государственного научно-производственного центра им. В.А.Хруничева) от 21.10.2002, от 28.10.2002, от 3.02.2003, от 24.02.2003.