Проблемы экологической безопасности на космодроме Байконур

     Люди  нашей планеты, реализовав однажды  идею полётов в космическом пространстве, никогда в будущем не откажутся  от них.

     Тенденция возрастания грузового потока на орбиту Земли и через орбиту Земли  сомнений не вызывает. Решение многих важнейших научных и социально-экономических  задач, не говоря о военно-стратегических задачах, сегодня уже становится немыслимым без использования специальных  космических систем. Применение космических  систем в ряде случаев становится экономически весьма выгодным. Качественные характеристики получаемых результатов  во многих задачах просто недостижимы  при применении "земных" методов.

     Рассмотрим  классическую схему выведения спутника Земли. В зависимости от конструктивной схемы, построения ракеты-носителя, применяются  траектории либо двухступенчатого, либо трёхступенчатого выведения. При двухступенчатом  выведении отделившиеся разгонные  блоки ракеты (иногда их называют первой ступенью) падают на каком-то расстоянии от старта в специально отведенные для этой цели районы на поверхности  Земли (если стартовые площадки находятся  далеко от морских побережий), либо в соответствующие районы акватории. Пока в мировой практике имеется  единственный прецедент спасения разгонных  блоков, падающих в океан, с их эвакуацией и повторным использованием, как  это предусмотрено в американской системе "Спейс-Шаттл". Во всех остальных случаях упавшие части разрушаются на поверхности земли или тонут в океане.

     В зависимости от применяемых компонентов  топлива на ракетах-носителях в  местах падения их частей возможны взрывы и заражения значительных территорий вредными ядовитыми веществами, остающимися в баках ракеты после окончания работы двигателей. Что касается последних ступеней ракет-носителей, то они после выведения полезного груза и отделения от него остаются на той же орбите выведения в течение более или менее продолжительного времени, а затем под влиянием торможения атмосферой входят в плотные ее слои и, разрушаясь и частично сгорая, достигают всё же поверхности Земли, причем предсказать заранее время и географические координаты района падения совершенно невозможно.

Таким образом, возникают следующие проблемы:

1) необходимость  отчуждения для приёма отделяющихся  частей ракет-носителей специально  для этого предназначенных территорий. Эти территории не могут использоваться  ни в интересах сельского хозяйства  и животноводства, ни для строительства  промышленных объектов и производства  продукции, ни тем более для  жилья ввиду непосредственной  опасности из-за падения крупных  конструкций, узлов, агрегатов.  Можно привести в качестве  примера этой проблемы заметку  одной из газет Алтая.

"Над  районом проходит трасса вывода  ракет, стартующих с космодрома  Байконур. И уже который год взрослые и дети пытаются привлечь внимание властей, военных и общественности к тому, что территория "района превратилась в ядовитую свалку. Над лесом кружат стаи ворон – запах ракетного топлива гептила напоминает им запах гниющего мяса. Жители села Плоское предполагают, что на них стали "валиться" обломки военных ракет. Недавно в центре села появилось красно-желтое пятно. При температуре свыше 20 градусов так выглядит окись азота, который используется вместе с гептилом. Люди жалуются на головные боли и тошноту, высок процент в районе онкологических заболеваний. Гептил травит сады и огороды. И, тем не менее, некоторые считают, что ядовитые обломки "в хозяйстве сгодятся": делают из них лопаты, другую утварь". (Сергей Попов, "Честное слово")

2) невозможность  использования этих территорий  в последующем в течение многих  лет из-за заражения местности  в случаях применения в качестве  топлива ядовитых компонентов;

3) засорение  околоземного пространства фрагментами  ракет-носителей и отработавшими  свой ресурс аппаратами-спутниками, что создаёт угрозу столкновения  с объектами, выполняющими на  орбите Земли целевые задачи;

4) опасность,  возникшая при возвращении с  орбит на Землю неуправляемых  частей ракет-носителей и отработавших  свой ресурс спутников.

Попытаемся  привести некоторые цифровые оценки с соответствующими обоснованиями. 

5. Краткая характеристика засоренности околоземного космического пространства.

     В настоящее время можно выделит  пять типов объектов искусственного происхождения (так называемого «космического мусора»), различающихся по своему происхождению и по функциональному назначению – см. рис. 6.

Рис. 6. Классификация «космического  мусора»  

 

     

«Космический  мусор» неоднороден по своему составу. Как уже отмечалось, в это понятие  включены и сравнительно большие  конструкции в виде отработавших свой срок КА и достаточно малые  частицы, например осколки от лакокрасочных  покрытий с размерами в десятые  и сотые доли миллиметра.

     

Размер частиц «космического мусора» является определяющим фактором при их наблюдениях. Современный уровень развития системы  слежения за ОКП позволяет надежно  регистрировать движение только сравнительно крупных фрагментов, с размерами  поперечника более 10 см. Таких фрагментов в настоящее время сосредоточено  на околоземных орбитах, то есть до 2000 км над поверхностью Земли, порядка 7500-8000 шт. Это так называемая наблюдаемая  группировка «космического мусора».

     

Столкновение  КА с фрагментами из наблюдаемой  группировки несомненно и практически  достоверно приводят к выходу КА из строя из-за громадных, до удвоенной  первой космической, то есть до 15 км/с, скоростей соударения и из-за больших размеров фрагментов. Однако столкновение КА с наблюдаемыми фрагментами можно предсказать и каким-то способом предотвратить. Поэтому наблюдаемая группировка частиц, хотя и является многочисленной и апостериорно опасной, априорно опасности большой не представляет из-за надежной работы системы контроля космического пространства.

     

Распределение частиц по наклонениям плоскостей их орбит к плоскости экватора Земли  позволяет построить распределение  частиц по географической широте, которое  служит исходным при оценке обстановки вдоль траектории движения КА (см. рис. 7 и рис. 8).  

Рис. 7. Пространственное распределение  космического мусора  

  

Рис. 8. Распределение космического мусора по высотам  и наклонениям  орбит

Отчуждаемые территории. Поскольку отработавшие разгонные блоки ракет-носителей продолжают неуправляемый полёт до падения на землю, рассеивание на местности оказывается довольно значительным: по дальности в пределах ±20 км относительно центра группирования, в боковом направлении около ±10 км, то есть размер опасной площади достигает 40 х 20 = 800 квадратных километров для каждой ступени данного наименования ракеты. Для трёхступенчатой ракеты таких площадей на данной трассе потребуется две – для отделившихся частей после завершения 1-й и 2-й ступеней соответственно. Разумеется, такие площади потребуются для каждой стартовой позиции и для каждого азимута пуска с данной позиции. К примеру, если используется трехступенчатая ракета-носитель по двум азимутам пуска, (то есть для получения двух разных наклонений плоскости орбиты) и имеется три стартовые позиции, суммарное количество районов будет равно 12 (2 x 2 x 3), а потребная отчуждаемая площадь составит 12 x 800 = 10 тыс. квадратных километров! Это только для ракеты одного наименования, то есть одного типа размера. Плотность и общее количество пусков на указанные оценки не влияют.

Заражение территорий. После полного завершения эксплуатации данного наименования ракеты-носителя и уборки технического мусора площади могут использоваться в народнохозяйственных интересах, если на ракетах не применялись вредные компоненты топлива. В противном же случае эти территории должны быть закрытыми на долгие годы. Например, после заражения местности горючим несимметричным диметилгидразином (гептилом), используемым в ракете-носителе "Протон">, следы заражения сохраняются в течение 80–100 лет.

Рисунок 2

6. Аварийная ракетная техника.

1) 24.10.1960 года  на 41 площадке Байконур прошла  самая крупная катастрофа в  мировой ракетной технике –  несанкционированный запуск на  стартовом столе двигателя второй  ступени заправленной МБР Р-16. В результате пожара и взрыва  погибли по разным данным от 92 до 150 человек, в том числе  Главнокомандующий РВСН, главный  маршал артиллерии Митрофан Иванович  Неделин, главный конструктор С.У. Коноплев.

2) Пуск РН  “Зенит”, проведенный с космодрома  Байконур 10.09.1998 г. по заказу К.Б.  Южное, закончился аварийным выключением  двигателя 2 ступени, последующим  взрывом и падением остатков  РН в районе республик Алтай,  Хакасия и Тыва.

Рисунок 3

3) Аварии при  запуске РН “Протон”, произошедшие 5 июля и 27 октября 1999 года, еще  раз акцентировали внимание на  этом объекте.

4) Аварии при  запуске Н-1 с 1968–1972 гг. Большие  площади были заражены токсическим  топливом – гептилом (НДМГ). 

7. Меры, принимаемые для  ликвидации последствий  аварий.

     

В целях снижения негативных экологических и социально-экономических  последствий ракетно-космической  деятельности в районах падения  отделяющихся частей ракет-носителей  в рамках договоров Министерства обороны Российской Федерации с  администрациями соответствующих  субъектов Российской Федерации, на территориях которых расположены  районы падения, проводятся мероприятия  по обеспечению безопасности населения, проживающего в этих районах, и ведется  экологическая паспортизация районов  падения.

     

В 1997-1998 гг. с  учетом требований Госкомэкологии России разработан и утвержден макет экологического паспорта района падения отделяющихся частей ракет-носителей. Ранее были разработаны и утверждены временные экологические паспорта на 4 района падения, расположенные на территории Архангельской области, Республики Алтай и Республики Казахстан.

     

В 1998 г. работы по экологической паспортизации районов  падения отделяющихся частей ракет-носителей  продолжались. Разработаны проекты  экологических паспортов на 6 районов  падения, расположенных на территории Алтайского края, Томской области  и Ханты-Мансийского автономного  округа. Паспортизация сухопутных районов  падения отделяющихся частей ракет-носителей  расположена в 1999-2000 гг. в рамках "Плана проведения экологических обследований районов падения ракет-носителей и информирования органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации" и Казахстана. 

8. Проблема  космического мусора.

     

В последнее  время становится все более актуальной проблема космического мусора. По сообщению  Института астрономии РАН, за годы, прошедшие с момента запуска  первого искусственного спутника Земли, в космосе накопилось огромное количество “рукотворных” предметов. Но на первых порах это не вызывало беспокойства у землян. Всерьез о проблеме загрязнения  космоса заговорили лишь в 80-е годы, когда искусственные объекты  на околоземной орбите, по оценкам  ученых, начали представлять реальную угрозу для дорогостоящих спутников, пилотируемых космических аппаратов  и, наконец, просто для населения  Земли. Тогда и появилось понятие  “космический мусор”, включающее в  себя выработавшие свой срок спутники, верхние ступени ракет-носителей, различные предметы космической  деятельности. За прошедшее время  на разные орбиты и в далекий космос было запущено более 20 тыс. объектов общей  массой свыше 3 тыс. тонн. Сейчас проблема загрязнения космоса признана многими  международными организациями. Однако никаких международных соглашений по борьбе с замусориванием космоса  не существует.

     

Специальными  службами контроля, созданными в рамках противоракетной и противокосмической обороны, зафиксировано и непрерывно отслеживается более 10 тыс. объектов, находящихся на околоземных орбитах. В основном это тела размером более 10 см. Около 8 тыс. таких объектов занесены в официальные каталоги. Из них  действующих спутников всего 500. Искусственных объектов, имеющих  размеры менее 1 см, в космосе насчитывается  несколько миллионов. Из-за своей  огромной скорости (в среднем около 15 км/сек.) эти частицы при столкновении со спутником могут легко вывести  его из строя. Так, 24 июля 1996 года на высоте примерно 660 км произошло первое в истории космонавтики столкновение французского спутника CERISE, запущенного  в июле 1995 года, с фрагментом третьей  ступени французской же ракеты "Ариан", вышедшей на орбиту в 1986 году. В результате спутник был разрушен.