Экология космоса

Втр, 04/01/2014 - 19:07

Влияние КА на приземную атмосферу

Эффекты в атмосфере. Путь в космос лежит через приземную атмосферу (высоты до 10-20 километров). Именно она первой принимает на себя удар стартующей ракеты. Здесь происходят наибольшие по массе выбросы продуктов сгорания. Здесь генерируются наибольшие по мощности акустические и электромагнитные (включая оптические) излучения.
Очевидец старта американской ракеты «Saturn-5» писал: «От не заглушенного рева двигателей находящиеся поблизости здания колебались, как при землетрясении. В 5 километрах от стартового комплекса рухнула крыша павильона телевизионной компании… Возникший грохот по уровню шума был сравним с извержением в 1883 г. вулкана Кракатау в Зондском проливе. Вызванная работой двигателей первой ступени воздушная ударная волна была зарегистрирована … в 1770 километрах от места старта».

Другой очевидец отмечал: «Рев, сотрясение почвы и слепящий свет исходили от ракеты. Это ад — только и успел подумать я. — Тысячи огненных лошадиных сил неудержимо рвались в небо, в космос. Я с трудом удерживался на ногах. Уши пришлось закрыть руками, но это мало помогало. Ветер повернул в мою сторону, дышать стало нечем. Я потерял сознание…» Очевидец в одном был не прав — в космос рвались не тысячи огненных лошадиных сил, а сотни миллионов.

Возьмем, к примеру, одну из наиболее экологически чистых ракет — КА «Space Shuttle». В результате работы двигателей в атмосферу выбрасывается около 1850 тонн продуктов сгорания, примерно половина этой массы — в приземную атмосферу. Одной соляной кислоты инжектируется в среднем 160 тонн, из них более 90 тонн — в приземную атмосферу. После этого на больших площадях наблюдаются обильные кислотные дожди.

Влияние на погоду и климат. Далекие от космоса дедушки и бабушки давно уверены, что «погоду испортили ракеты и спутники». А что думают об этом специалисты? Влияют ли запуски ракет на метеоусловия? До последнего времени такое влияние аргументированно отрицалось. Сейчас отдельные специалисты, проведя наблюдения, их статистическую обработку и компьютерное моделирование, пришли к выводу, что запуски всего 60 КА «Space Shuttle» в год должны привести к изменению метеоусловий по обе стороны Атлантики. Влияние запусков ракет на Байконуре является более локальным. Они обычно сопровождаются усилением осадков. Так ли это — покажет будущее. Если подобное влияние существует, то оно, скорее всего, связано со спусковыми эффектами и процессами самоорганизации в атмосфере.

Кроме рассмотренного воздействия, запуски КА сопровождаются тепловым, газодинамическим, электромагнитным воздействием струи, динамическим воздействием корпуса ракеты и другими эффектами.

Разрушение озоносферы. Этот слой атмосферы расположен на высотах 15-50 км, его максимум находится на высотах 20-30 километров. Озоносфера защищает планету от губительного воздействия солнечной ультрафиолетовой радиации. Например, уменьшение общего содержания озона на 10% приведет к увеличению количества заболевших раком кожи на 20%. Уничтожение озона происходит за счет выбросов хлора и оксидов азота. При стартах ракет ежегодно в атмосферу инжектируется около 5 тысяч тонн хлора и 100 тонн оксидов азота. Исследования показали, что твердотопливные ракеты наносят больший вред озоносфере, чем жидкостные. К счастью, пока что запуски КА способны разрушать озоносферу лишь вблизи места пролета ракеты, радиус возмущенной зоны не превышает нескольких километров. Глобальное влияние запусков при нынешней их интенсивности малó.

Влияние космической деятельности на геокосмос

Геокосмос, т.е. околоземный космос, начинается на высотах около 100 км, где давление воздуха в миллион раз меньше, чем у поверхности Земли. Спутники летают обычно на высотах не менее 250-300 км, где давление газа уже уменьшилось примерно в 10 миллиардов раз. Верхняя граница геокосмоса простирается до высоты так называемых геостационарных ИСЗ (около 36 тысяч километров).
Благодаря сильной разреженности геокосмос значительно более уязвим, чем приземная атмосфера.

Космическая деятельность влияет на экологию геокосмоса по нескольким каналам. К ним относятся выбросы больших объемов химических веществ, часто отсутствующих в естественных условиях, инжекция акустической, электромагнитной и тепловой энергии, засорение околоземной среды фрагментами ракет и космических аппаратов («космическим мусором»). Рассмотрим это несколько подробнее.

Инжекция газов. При одном старте КА «Space Shuttle» в геокосмос инжектируется свыше 120, 4, 1, 0,08 тонн воды, водорода, азота и оксида азота соответственно. Заметим, что в геокосмосе содержится всего около 100 тонн водорода. Так что в результате 25 стартов этого КА масса водорода удваивается. Важно также и то, что молекулы воды быстро распадаются на водород и кислород, резко увеличивая массу антропогенного водорода в геокосмосе.

В результате запуска одной ракеты «Протон» в геокосмос выбрасывается свыше 32, 37, 20, 1, 0,5 и 40 тонн углекислого газа, воды, угарного газа, оксида азота, водорода и азота соответственно.

Водород антропогенного происхождения распространяется в геокосмосе на десятки тысяч километров, образуя характерное грибовидное облако. Концентрация атомарного водорода в нем на 1-10% превышает фоновое значение в течение нескольких недель после запуска ракеты.

Молекулы углекислого газа в течение недели распространяются на тысячу километров.

Инжекция энергии. Мощность акустического и электромагнитного излучений крупных ракет в геокосмосе достигает нескольких гигаватт (мощность одного блока атомной электростанции — 1 гигаватт). За сотню секунд энергия этих излучений составляет около 100 гигаджоулей, что эквивалентно энергии
25 тонн взрывчатых веществ. Ясно, что выделение такой энергии для геокосмоса не проходит бесследно.

Движущийся в геокосмосе КА также оказывает динамическое воздействие на среду, в результате которого в ней возникают волны различной физической природы. Они могут распространяться на расстояния в 1-10 тысяч километров от траектории ракеты.

Космический мусор. Прославленный советский космонавт А.А. Леонов, первый вышедший в космос, как-то в 80-х гг. прошлого века рассказал автору, что во время первой своей прогулки в космосе в руках у него оказалась крышка от какого-то прибора. Сначала он хотел ее выбросить, а затем подумал: «Нечего засорять космос». Космос тогда, в середине 60-х гг. XX в., казался безбрежным, и никому не приходило в голову, что его можно «засорить». Но прошло несколько десятилетий и в геокосмосе стало тесно. От космического мусора. Этот мусор состоит из закончивших свою активную работу ИСЗ, последних ступеней ракет, разгонных блоков, обломков ракет и спутников, возникших в результате преднамеренных и аварийных взрывов. Необходимо помнить, что от 4 до 10% запусков ракет являются аварийными.

За 50 лет космической эры в геокосмос запущено около 24 тысяч искусственных космических объектов (около 500 штук в год). Почти 8 тысяч из них находятся на околоземных орбитах. (Как известно, чем больше высота орбиты, тем дольше «живут» там КА.) Более 16 тысяч упомянутых объектов упали на поверхность Земли (около 400 штук в год, в среднем падает один объект в сутки). Объекты площадью 1-10 квадратных метров падают с частотой один раз в неделю, причем каждый десятый не разрушившись полностью. К счастью, люди при этом практически не страдали. Были случаи гибели животных (например, при падении ОС «Skylab»). В среднем на всех орбитах находится около 600 действующих КА.
Фрагменты космического мусора имеют относительную скорость около 10 км/с. Поэтому даже «космическая соринка» массой в 1 грамм имеет кинетическую энергию около 50 тысяч джоулей. Такая же энергия выделяется при взрыве 120 грамм взрывчатого вещества, достаточной для подрыва, например, автомобиля. Один из американских астронавтов поведал, что во время космического полета в иллюминатор корабля «Space Shuttle» попала «соринка» (как оказалось, частичка краски) диаметром около 0,2 мм с относительной скоростью около 6 км/с. Она оставила воронку (кратер) диаметром 2,4 мм и глубиной 0,63 мм. Стекло было повреждено в пределах круга диаметром 4 мм. Примеры повреждений КА при столкновении с микрочастицами показаны на рис. 7, 8.

Добавим, что средняя частота столкновений КА на высоте 400 километров с телом размером около 0,1 мм составляет одно событие в сутки. Так что полеты космонавтов (астронавтов) в космос — отнюдь не увеселительная прогулка. Им есть за что присваивать звание «Героя» и платить «большие» зарплаты.

Размеры фрагментов космического мусора изменяются от долей миллиметра до 5-6 метров. Только фрагментов размером более 10 см в геокосмосе находится около 8 тысяч. За ними ведется постоянное слежение, все данные о них занесены в специальные каталоги (рис. 9). Масса этих фрагментов превышает 3 тысячи тонн.

Число фрагментов размером от 1 до 10 см превышает 300 тысяч (рис. 10). Число же частиц размером меньше 1 см составляет несколько сот миллионов. При столкновении двух фрагментов происходит их дальнейшее дробление. Начиная с какого-то времени этот процесс может стать лавинообразным. После этого дотоле небезопасные полеты в космос станут вообще невозможными. Одновременно с этим безвозвратно изменятся физические свойства собственно геокосмоса. В результате преобразится состав газа в геокосмосе, появятся чуждые ему элементы. Возможные последствия этих изменений пока предсказать трудно.

Заметим, что уже сейчас масса космического мусора сравнима с полной массой газа в геокосмосе на высотах больше примерно 450-500 км. Дробление мусора пока что происходит в основном в результате взрывов (в среднем 5 взрывов в год).

Самыми «засоренными» оказались орбиты ИСЗ на высотах 500-600, 800-900, 1400-1500 километров и 36-40 тысяч километров. Наибольшая плотность мусора находится в диапазоне высот 800-900 км.

Последствия милитаризации космоса. Еще в 60-е гг. XX в. американский президент Л. Джонсон заявлял: «Тот, кто господствовать будет в космосе — тот будет господствовать и на земле». В эпоху холодной войны милитаризация космоса была просто неизбежной. В 1983 г. была провозглашена пресловутая рейгановская программа «звездных войн». И хотя американская СОИ (стратегическая оборонная инициатива — многоэшелонированная противоракетная оборона (ПРО) США) не была реализована, США не отказались от идеи создания ПРО с элементами космического базирования. Объем испытаний элементов ПРО все увеличивается. За США пытается угнаться КНР.

18 января 2007 г. в 22:28 мирового времени в Китае проведено третье (и первое успешное) испытание противоспутникового оружия. В качестве цели был выбран отработавший свой ресурс китайский метеоспутник FY — 1C, запущенный в 1999 г. Спутник массой около 850 кг, находившийся на орбите 850 км, был поражен баллистической ракетой КНР. В результате разрушения ИСЗ образовалось около 800 обломков размером 10 см и более, 40 тыс. обломков размером 1 — 10 см и более, 2 млн обломков размером 1 — 10 мм. Это был необдуманный шаг (или демонстрация силы) китайских военных. Специалистам хорошо известно, что космический мусор на этих высотах существует десятки лет. Кроме того, именно орбиты 800 — 900 км относятся к наиболее «перенаселенным». На этих высотах летают навигационные ИСЗ и спутники со средствами дистанционного зондирования Земли.

Что же нас ждет?

Человек покорил все земные оболочки: поверхность планеты (литосферу), гидросферу, атмосферу. Полвека назад он начал покорять последнюю из них — геокосмосферу. Человек везде преуспел. И везде основательно «испортил» окружающую среду. Возникли серьезнейшие экологические проблемы.

Еще в первой половине ХХ в. патриарх отечественной науки, основатель Академии наук Украины и ее первый президент академик В.И. Вернадский мечтал о том, что человек создаст вокруг себя во всех природных оболочках ноосферу — сферу разума. С ее появлением исчезнут все проблемы, включая экологические. К сожалению, мечта В.И. Вернадского так и осталась мечтой (как и мечта К. Маркса и Ф. Энгельса о коммунизме). Вместо ноосферы появилась техносфера — чуждое природе, биосфере и человеку образование.

Весь опыт человечества показывает: к чему бы человек не прикоснулся — непременно наряду с несомненными благами появляются новые проблемы, в том числе и экологического характера. Уже сейчас экологическая проблема геокосмоса во весь рост стоит перед человечеством. Пройдет не так много времени, и уже другой профессор будет писать не об экологии геокосмоса, а об экологии Солнечной системы, а затем и об экологии нашей Галактики…

Таков неизбежный итог техногенной деятельности человека в космосе. Научный и технологический прогресс остановить нельзя, остается лишь минимизировать его вредные экологические последствия.

Другие материалы рубрики


  • Сегодня мы все озабочены экологией. Однако журнал «Нива» еще в 1902 г. писал о том, как эта проблема решается в Германии. Там мусор сжигали в специальных печах и перерабатывали в ценное сырье, идущее в дело. Сообщалось, что в «мусорной печи жар достигает 2000 градусов, так что все, что туда попадает, превращается в жидкую массу. Эта масса представляет собой мягкий, густой стекловидный шлак, которому придается любая форма и который применяется для различных целей. Этот пережженный мусор идет на стеклянные заводы, употребляется для кладки фундамента, облицовки стен, также из него делают вывески и т.д.» — то есть еще и приносит доход!



  • Компания Керхер появилась на рынке ещё в 1935 году, но на тот момент её создатель Альфред Керхер решил выпускать под своим именем приборы и системы отопления.
    В 1950 году компания перешла к производству приборов, важных в повседневности. Это металлические печи-буржуйки, небольшие железные плитки на две комфорки и приборы сельскохозяйственного назначения.
    В дальнейшем, создав рынок аппаратов высокого давления, компания расширила производство, и на сегодняшний день предлагает на рынке пылесосы для влажной и сухой уборки, оконные пылесосы, полотёры, пароочистители, насосы для дома и орошения сада, автомобильные мойки, а также приборы для подготовки воды к использованию.



  • ...В научном плане, связь между ростом концентрации углекислого газа в атмосфере и глобальным потеплением никак не доказана. Целый ряд видных ученых утверждает, что основной причиной потепления являются периодические колебания температуры Мирового океана. В его поверхностном слое растворено углекислого газа в 57-60 раз больше, чем в атмосфере. Если температура океана хотя бы немного поднимается, то в атмосферу, в процессе испарения воды, высвобождаются гигантские запасы углекислого газа. Суммарные объемы выделения и поглощения океаном углекислого газа в 5 раз превосходят его промышленные выбросы. Возможно, что потепление также связано с ослаблением магнитного поля Земли или повышением светимости стареющего Солнца.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Нефть является натурально невозобновляемым ресурсом. Истощение ресурсов нефти, рост цен на нее и другие разные причины вызвали интенсивный поиск заменителей жидких топлив. Впрочем, нефть применяется, что очевидно, не только как энергоресурс, но и как сырье для производства синтетических каучуков и волокон, пластмасс, ПАВ, моющих средств, пластификаторов, присадок, красителей и прочего человеческого добра, без которого осовремененный человек не ведает цивилизованной жизнедеятельности. И все-таки бензин (и в меньшей мере — мазут) занимает умы власть предержащих не меньше, чем коллективный ум обыкновенного народа, и именно в качестве топлива. Вполне закономерно, что современный жизненный темп неизбежно диктует свои нечеловеческие правила. А именно: автомобили должны бить по бездорожью, а топливо должно поступать.
    Вот тут-то на арену и всплывают микроводоросли…

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...Моллюски, извлеченные со дна моря во время экспедиции к побережью США, подверглись, разумеется, самому пристальному исследованию. Их препарировали, затем из тканей раковины и мантии ученые выделили углерод, связав его в углекислый газ, и проанализировали с помощью масспектрометра. Высокое содержание изотопа углерода С12 позволило сделать вывод о том, что моллюски действительно питались за счет жидкостей, омывающих газогидратные месторождения.
    А вот найти этих самых моллюсков оказалось непросто: многочисленные пробы грунта со дна моря в тех местах, где — исходя из геофизических соображений — предполагались месторождения газогидратов, долгое время не давали положительного результата. Почему?

    • Страницы
    • 1
    • 2

  • Первая категория воды – это доочищенная и искусственно минерализованная вода со скважин и городского водопровода. Результаты мониторинга качества природных поверхностных вод в местах водозабора свидетельствуют о том, что содержание вредных химических веществ в большинстве случаев превышает предельно допустимые концентрации (ПДК). Кроме того, ежегодно в мире появляются тысячи новых химических препаратов, содержание которых нормативной документацией не регламентируется. Поэтому, в воде из-под крана содержится около 2000 химических соединений, среди которых остатки лекарственных препаратов, гормонов, косметических средств, сельскохозяйственных удобрений, хлорорганических соединений. Даже в отфильтрованном виде такая вода будет содержать вредные для человека вещества.
    Высшая категория – это вода с артезианских и родниковых скважин, которая в отличие от первой категории отвечает более жёстким требованиям по ряду химических, органолептических и микробиологических показателей. Содержание токсических веществ в ней значительно ниже: хлороформ – меньше в 55 раз, свинец - в 2 раза, нефтепродукты - в 7 раз, нитриты – в 95 раз, нитраты - в 4 раза.



  • Здоровье человека – это самое дорогое, что у него есть. Хорошо бы чаще попадать в такие места, как Кисловодск, Пятигорск или Ессентуки. Эти места известны во всем мире, как водные курорты. И подлечиться «на воды» приезжали и приезжают со всех сторон света. Ежегодные поездки на курорт не всем доступны, но вот позаботится о том, чтобы не пить воду из-под крана, могут все.
    Цветы, которые поливают очищенной водой, престают цвести, а аквариумные рыбки буквально через 20 минут после того, как их поместили в емкость с такой водой, были обездвижены, а потом и вовсе всплыли кверху брюшком. Так что же мы покупаем, стараясь не употреблять воду, обогащенную хлором?



  • ...За последние полвека количество агрессинов (продукты жизнедеятельности, в основном продукты промышленного производства) возросло до невероятного количества и приняло абсурдный характер (на одного немца еще 15 лет назад приходилось около 10 тысяч вещей по данным статистики ФРГ). Да и сами продукты промышленного производства становятся все более не приемлемыми для планеты Земля. Большинство произведенных товаров являются ядами для окружающей среды. Особую роль в патологии играют города. Они (в настоящем виде) являются новообразованиями на теле планеты Земля (так же, как бородавки, папиломы и т.п. на коже человека). В последнее время эти новообразования перерождаются в злокачественные (по типу раковых опухолей). Количество городских бытовых отходов умопомрачительное. Световое загрязнение настолько значительно, что в населенных пунктах невозможно увидеть звездное небо. Шумовое загрязнение катастрофическое – 100% детей Киева к 10-ти годам подвержены той или иной патологии. Куда дальше?!

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Вопрос смесевых технологий при производстве бензинов давно уже интересует технологов, экологов, энергетиков, автомобилистов и просто любителей всяческих новшеств и современных технологий. Несмотря на множество позитивных моментов, так же как и на наличие определенных недостатков, однозначности в выводах пока еще не присутствует, что оставляет обширные пространства для размышлений и убеждений, похвалы и критики.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Люди быстро привыкают ко всему хорошему, что появляется в их жизни: автомобиль, телевизор, видеомагнитофон, компьютер с интернетом, мобильный телефон... Те, кому только что исполнилось 10-12 лет, не представляют себе, как можно жить без всего этого? А разве можно жить без воды? Ведь и о кислороде мы не думаем, пока нам легко дышится. А стоит лишиться его, как мы готовы отдать все, что у нас есть, за глоток чистого, свежего воздуха. Задумались? Вот теперь мы и поговорим о ВОДЕ.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4