Проблеми антропогенних впливів на навколоземний космічний простір

Размещено на http://www.allbest.ru/

Загальне формулювання проблеми

Людству завжди було властиве прагнення дати пояснення різних відхилень погоди від «норми», а простіше кажучи, від якихось середніх погодних умов, які спостерігаються протягом досить обмеженого в історичному масштабі відрізку часу.

Природно, що для подібних пояснень залучалися і залучаються деякі нові види людської діяльності, масштабно і зримо вхідні в наше життя. Доречно згадати, що минулого досить невтішні висловлювання у зв'язку з можливим впливом на погоду лунали, наприклад,на адресу радіо. В усякому разі, відомо, що в 1928 р. англійське акціонерне товариство «Радіопередача» було змушене звернутися до Англійське метеорологічне товариство з проханням «... спростувати впевненість серед широких кіл населення, що радіо викликає погіршення погоди, і зняти з радіопередач тяжке звинувачення про причетність до дурної погоду нинішнього літа ».

У наші дні в натовпі людей, поспішаючих у своїх справах під черговим дощем, ні-ні так і можна почути сказане, швидше, жартома, ніж серйозно: "Знову супутник, напевно, запустили - погоду зіпсували ". У зв'язку з цим відразу ж слід сказати, що штучні супутники Землі ніякого впливу на погоду не роблять. І якщо вже обговорювати космічні польоти в зв'язку з погодою, то насамперед слід говорити про ту цінної метеорологічної інформації, яку отримують за допомогою супутників і при роботі космонавтів на борту орбітальних станцій. Для нас стали звичними космічні знімки хмарного покриву, що показуються по Центральному телебаченню у зв'язку з черговим прогнозом погоди. Не викликає подиву пряме звернення з телевізійної студії до космонавтам, які працюють на борту орбітальної станції, з питанням про ймовірність сонячної погоди в найближчі вихідні дні.

Треба сказати, що антропогенний вплив, пов'язані з впливом діяльності людини на погоду, клімат і в більш широкій постановці на навколишнє природне середовище, в ряді випадків стають зараз порівнянними з планетарними масштабами природних процесів. Іде поступове забруднення Світового океану, порушується природний вологообіг, відбуваються, хоча поки і незначні, зміни в складі атмосфери і т.п.

Все це дає підставу говорити про те, що космічний простір поступово стане своєрідною: частиною середовища проживання та діяльності людини, відбудеться розширення змісту поняття «навколишнє природне Середа» із включенням в це поняття навколоземного космічного простору.

Таким чином, вже зараз іде процес екологізації космосу, під яким розуміється «розширення сфери проживання людини, його взаємодії з природою до космічних масштабів, вихід сфери взаємодії суспільства і природи за межі планети, процес освоєння, «соціалізації» Всесвіту ».

З іншого боку, сама космічна техніка здатна також викликати певні обурення в навколишньому космічної середовищі. Це відбувається за рахунок надходження продуктів згорання ракетного палива в атмосферу при запуску космічних апаратів, за рахунок викидів різних газоподібних,рідких і твердих речовин з космічних апаратів при їх функціонування на орбітах і при переміщенні в космічному просторі і т. д. Однак наявні дані показують, що в даний час сумарний вплив на атмосферу, пов'язане з космічною діяльністю людини, значно менше впливу, зумовленого його господарською діяльністю на Землі.

З метою вивчення проблеми антропогенних впливів на навколоземний космічний простір, пов'язаних з діяльністю людини як на Землі,так і в космосі, в 1976 р. за рішенням КОСПАР (Комітет з космічних досліджень при Міжнародному раді наукових спілок) була створена комісія з розгляду подібних можливих шкідливих впливів на космічну середу. На конференції КОСПАР в 1979 р. цією комісією були повідомлені основні напрямки досліджень, що проводяться, а в 1982 р. опубліковані деякі попередні результати досліджень з проблеми антропогенних впливів на навколоземний космічний простір.

Освоєння космосу: перспективи та проблеми

антропогенний вплив космічний простір

На зорі космічної ери, у 60-х роках, відбулося кілька наукових симпозіумів, учасники яких намагалися визначити перспективи розвитку космонавтики. Фахівці різних галузей, розходячись в деталях поглядів на конкретні шляхи розвитку досліджень і освоєння космічного простору,були одностайні в тому, що в умовах мирного розвитку цивілізації освоєння космосу відкриває принципово нові можливості для підвищення науково-технічного потенціалу людства [6]. У 70-х роках були висунуті деякі принципово нові ідеї та отримані нові експериментальні дані, що визначили шляхи подальшого освоєння космічного простору.

Основною тенденцією в освоєнні навколоземного космічного простору,виразно виявилася у 70-і роки, стало вирішення широкого кола прикладних задач за допомогою найрізноманітнішої космічної техніки.

У зв'язку зі створенням модульних довготривалих орбітальних станцій нового покоління і необхідністю спорудження інших великогабаритних космічних конструкцій (наприклад, багатоцільових космічних платформ, орбітальних радіоастрономічних комплексів і т. д.) все більшої актуальності набуває проведення в космосі будівельно-монтажних робіт.

Перспективним представляється використання (наприклад, в космічному будівництві) матеріалів неземного походження. На певному етапі це може виявитися економічно вигідним в порівнянні з доставкою матеріалів із Землі. Як сировина для виробництва космічних будівельних матеріалів розглядаються мінеральні ресурси Місяця і деяких астероїдів. У зв'язку з цим вже ведеться реальна опрацювання різних проектів місячних поселень, на базі яких у перспективі можуть бути створені гірничо-видобувні комплекси та переробні підприємства.

Для енергозабезпечення місячних поселень передбачається використовувати ядерний реактор, планується створення замкнутих систем життєзабезпечення, прозорих куполів для вирощування сільськогосподарських культур і т.д. Безумовно,промислове освоєння Місяця пов'язане з необхідністю вирішення багатьох найскладніших технічних завдань і буде здійснюватися поетапно протягом десятків років.

Треба сказати, що прогнозування шляхів розвитку космонавтики в умовах її стрімкого прогресу, постійного появи нової науково-технічної інформації, нових ідей, проектів та розробок, звичайно, є надзвичайно складною справою. На наших очах протягом кількох останніх років багато великих космічні проекти піддавалися кардинальної переоцінці.

Але незалежно від конкретних шляхів подальшого розвитку космонавтики розширення масштабів господарської діяльності людини в космосі в майбутньому може вимагати вирішення проблем екології навколоземного космічного простору, які є до певної міри характерними і земної екології: проблеми впливів космічних транспортних засобів на навколоземний космічний простір і проблеми його забруднення викидами газоподібних, рідких і твердих відходів з космічних виробничих комплексів.

Звичайно, загострення цих проблем можна очікувати, мабуть, лише в наступному столітті, однак дуже важливо вже зараз глибоко і ретельно вивчати всі види антропогенних впливів на космічну середу,аналізувати екологічні перспективи діяльності в космосі, оскільки нехтування вимогами екології та охорони навколишнього середовища може в кінцевому рахунку звести нанівець плоди технічного прогресу.

Говорячи про проблеми, пов'язані із забрудненням космічного простору,не можна не згадати про висунутих проектах відправки в космос високотоксичних і радіоактивних відходів наземних промислових підприємств.

Хоча, здавалося б, видалення таких відходів у космос більш сприятливо для біосфери Землі, ніж їх поховання в шахтах або в глибинах океану (при умові, звичайно, гарантії абсолютної безпеки і надійності самої операції відправлення відходів з Землі), однак такі проекти вимагають ретельного екологічного обстеження.

Навколоземний простір в цілому являє собою дуже динамічну і нестабільну систему, яка під впливом зовнішніх дії може переходити в нестійкий стан.

Проблема космічного сміття

З космосом у нас звично асоціюється поняття «безмежний», проте в відомому сенсі тіснота в космосі вже дійсно починає відчуватися, і тут знову мимоволі напрошується аналогія із земними екологічними проблемами. Подібно тому як при малій кількості автомобілів кілька десятків років тому не стояло гостро питання про забруднення повітря їх вихлопними газами і дуже незначною була небезпека зіткнень автомобілів один з одним, так і відносно мала до теперішнього часу кількість запусків космічних апаратів не викликає поки серйозних побоювань з приводу космічних «дорожньо-транспортних пригод».

Однак у майбутньому - при будівництві та експлуатації навколоземних виробничих комплексів, при промисловому освоєнні Місяця - ситуація може сильно змінитися. Буде потрібно організація широкомасштабних вантажних перевезень на трасі «Земля-космос», на орбітах з'являться великогабаритні об'єкти, помітно зросте кількість штучних об'єктів у навколоземному космічному просторі. Тому й основи раціонального вирішення майбутніх космічних транспортних проблем, включаючи їх екологічний аспект, повинні закладатися вже зараз.

Сучасні потужні ракети-носії при виведенні на орбіту корисного навантаження масою в кілька десятків тонн витрачають палива в 20 - 30 разів більша за масу корисного вантажу. Наприклад, стартова маса американської ракети

«Сатурн-5» становила 2900 т, тоді як її корисний вантаж - близько 100 т. У результаті при кожному пуску потужної ракети викидалися в атмосферу сотні тонн продуктів горіння.

За рахунок спалювання палива різних видів на Землі в атмосферу зараз щорічно надходить більше 20 млрд. т вуглекислого газу і понад 700 млн. т інших газоподібних сполук і твердих частинок, у тому числі близько 150 млн. т. сірчистого газу. Останній, з'єднуючись з атмосферним вологою, утворює сірчану кислоту, що може призводити до випадання так званих кислотних дощів, що негативно впливають на рослинний і тваринний світ.

Ясно, що в глобальному масштабі викиди в атмосферу, що створюються при запуску протягом року навіть більшої кількості потужних ракет, мізерно малів порівнянні з промисловими викидами.

Спеціально вивчалося і питання про можливе забруднення атмосфери продуктами згоряння супутників, які припиняють своє існування в щільних шарах атмосфери. Щоправда, розрахунки показують, що навіть при заплановане у найближчі десятиліття розширенні космічної діяльності згоряння супутників і інших космічних апаратів в щільних шарах атмосфери не повинно призвести до її сильного забруднення. Наприклад, очікуване збільшення вмісту окису азоту у верхній атмосфері становить не більше 0,05%. Не передбачається також істотного накопичення в атмосфері різних токсичних сполук за рахунок такого згорання.

Можна, звичайно, припускати можливість локального забруднення атмосфери (і навіть земної поверхні, якщо продукти згоряння досягнуть її), хоча подібні ефекти не спостерігалися. Проте однією з вимог,що пред'являються до матеріалів космічних апаратів, є виділення мінімальної кількості токсичних речовин при згорянні в атмосфері.

Дія запуском космічних ракет на навколоземну середу

Вже в 60-х роках дослідники, що проводили спостереження іоносфери під час запусків потужних ракет-носіїв, звернули увагу на незвичайні явища в іоносфері: після запуску іоносфера, здавалося б, зникає поблизу сліду ракети, але через годину-другу картина нормальної іоносфери відновлювалася.

Було висловлене припущення, що гази, що викидаються в іоносферу при польоті ракети, «виштовхують» розріджену іоносферних плазму. У результаті в іоносфері утворюється область зі зниженою густиною плазми - «діра»,яка після розвіювання хмари газу знову затягується.

Поштовхом до подальшого дослідження явищ в іоносфері, що супроводжують запуски ракет-носіїв, стало виявлення так званого «Скайлеб-ефекту », який був виявлений під час запуску в травні 1973 потужної ракети-носія «Сатурн-5», виводити в космос станцію «Скайлеб». Двигуни ракети-носія працювали до висот 300 - 400 км, тобто в F-області іоносфери,де розташовується максимум іонізації іоносфери. Зіставлення ж даних концентрації електронів в іоносфері при запуску станції «Скайлеб» і за добу до того показало, що ця концентрація після запуску ракети-носія зменшилася на 50%, причому площа обурення в іоносфері за даними спостережень радіомаяків досягла приблизно 1 млн. кв. км.

Дані щодо іоносферних збурень при запуски потужних ракет-носіїв підтвердили необхідність ретельного та всебічного дослідження впливів існуючих та перспективних космічних транспортних систем на навколоземну середу. До теперішнього часу проведено також ряд експериментальних досліджень і модельних оцінок впливу, який справляють викиди двигунів цих систем на хімічний склад атмосфери.

Так, частки аерозолю, викинуті двигунами ракет-носіїв, можуть існувати в стратосфері до року і більше, що може позначитися на тепловому балансі атмосфери. Крім того, такі продукти згоряння, як з'єднання хлору, азоту і водню, є каталізаторами реакцій за участю молекул озону та їх роль в фотохімічному циклі озону велика, незважаючи на їх відносно малі концентрації в стратосфері.

Іоносферу «забруднюють» не тільки запуски ракет-носіїв. При польотах великих космічних апаратів, наприклад орбітальних станцій, внаслідок мікротеченій і газовиділення матеріалів, а також роботи різних бортових систем утворюється вже згадувана власна атмосфера космічних апаратів, параметри якої можуть істотно відрізнятися від характеристик навколишнього середовища. За вимірами параметрів середовища біля станції «Скайлеб» і МТКК було зареєстровано збільшення тиску біля цих космічних апаратів на 3-4 порядку в порівнянні з тиском в навколишній атмосфері.

Були відзначені також помітні зміни в нейтральному і іонному складі,обумовлені газовиділенням матеріалів станції, в електромагнітних випромінюваннях, потоки заряджених частинок.

Екологічний стан озонового шару

Хоча озону шар, що захищає Землю від шкідливого впливу короткохвильового сонячного випромінювання, розташовується на висотах ~ 20-50 км,проблема утворення так званих "Озон дірок" постійно згадується в зв'язку з запусками потужних ракет-носіїв. До теперішнього часу тривають суперечки між вченими щодо того, які ж фактори найбільшою мірою сприяють руйнуванню озонного шару.

У середині 70-х років один з потужних галузей промисловості США,виробляє аерозольні упаковки, що містять фторхлоруглероди (фреони),опинилася під загрозою ліквідації. У пресі публікації на тему «Атака нафреони »потіснили на час світські новини та повідомлення кримінальної хроніки,а в редакції газет надходили вимоги про вилучення упаковок з фреонами з продажу. Губернатори штатів Орегон і Нью-Йорк виступили з заявами про готовність підписати законопроект, що забороняє продаж аерозольних упаковок.

Причиною усіх цих подій стала стаття відомих фахівців з аерономіі Ф. Роланда і М. Моліна в журналі «Нейчур» ( «Природа»). У цій статті,названої «Про можливі несприятливі наслідки, пов'язані з попаданням фторхлоруглеродов в атмосферу », автори у результаті модельних розрахунків прийшли до висновку, що накопичення фреонів у атмосфері може призвести до антропогенного "навантаження" на навколоземний космічний простір.

Моніторинг навколоземного космічного простору має ґрунтуватися на проведенні регулярних вимірювань і спостережень найбільш важливих параметрів, характеризують "якість" навколоземній космічного середовища і її зміни в результаті антропогенних впливів. При цьому відразу виникає питання:які параметри треба вимірювати і з якими вимогами до просторової і тимчасової частоті вимірів? Адже контроль антропогенних факторів і явищ в навколоземному космічному просторі ускладнений через значну природної мінливості середовища, невизначеності і різноманіття джерел і факторів природного та антропогенного походження,що впливають на навколоземний простір.

При цьому необхідно вирішити комплекс проблем, пов'язаних з розробкою методик і технічних засобів контролю, підготовкою та організацією систем спостережень і вимірювань. Основою контролю навколоземній космічного середовища повинні стати прямі та дистанційні вимірювання параметрів навколоземного космічного простору з використанням апаратури, встановленої на космічних апаратах, оскільки тільки космічні засоби спостережень можуть забезпечити глобальний і оперативний контроль за станом навколоземній середовища в природних умовах і при антропогенних впливах.

З використанням критеріїв антропогенних впливів можна буде визначити можливі діапазони антропогенних змін параметрів навколоземного простору. Сукупність цих критеріїв, що застосовуються для визначення «Якості» навколоземній середовища як частини природного середовища, разом з даними прогнозу антропогенних впливів на навколоземний космічний простір з'явиться основою для еколого-економічних оцінок.

Найбільш гострі проблеми і перспективи

Розглянуті вище різні антропогенний вплив на навколоземний космічний простір вивчені до цього часу далеко не повністю,а їх ступінь небезпеки з точки зору впливу на біосферу і можливої зміни характеристик навколоземній космічного середовища істотно різні.

Найбільш вивченою до цього часу є проблема космічного сміття. Від успішного вирішення цієї проблеми залежить можливість подальшого розвитку космічної діяльності людства.

Додаткові теоретичні та експериментальні дослідження необхідні для розуміння механізмів утворення озону дірок.

Варто зазначити, що вже зараз приділяється дуже велика увага забезпечення "екологічної чистоти" ракетно-космічної техніки.

Щодо електромагнітного забруднення навколоземного космічного простору можна відзначити, що воно не представляє поки значною загрози як для стану біосфери, так і для стану самого навколоземного середовища.

У зв'язку зі згаданою можливістю виникнення нестійкостей в навколоземній космічної середовищі необхідно підкреслити, що завдання визначення гранично допустимі рівні.

Размещено на Allbest.ru