CC BY
50
УДК 536.46
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ РАКЕТОНОСИТЕЛЕЙ
П. А. Дубынин, М. Е. Баранов* Научный руководитель - Л. А. Герасимова
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: me_baranov@mail.ru
Изложены основные экологические проблемы, связанные с эксплуатацией ракетно-космической техники. Приведены данные по влиянию компонентов ракетного топлива на окружающую среду.
Ключевые слова: почва, химическое загрязнение, ракетное топливо, несимметричный ди-метилгидразин.
ENVIRONMENTAL PROBLEMS OF EXPLOITATION OF CARRIER ROCKETS
P. A. Dubynin, М. Е. Baranov* Scientific Supervisor - L. А. Gerasimova
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: me_baranov@mail.ru
The article describes the main environmental problems associated with the operation of rocket and space technology. Data on the impact of rocket fuel components on the environment are presented.
Keywords: soil, chemicalpollution, rocket fuel, asymmetric dimethylhydrazine.
Обеспечение экологической безопасности при эксплуатации ракетно-космической техники (РКТ) связано с оценкой реакции природной среды на скоротечные воздействия химически опасных веществ. К числу таких веществ относятся компоненты ракетного топлива: НДМГ (несимметричный диметилгидразин) и АК (азотная кислота) [1]. Экспертиза состояния экосистем в местах проливов токсичных компонентов ракетного топлива (КРТ) свидетельствует о серьезности экологической ситуации на военных объектах [2].
В результате аварийных ситуаций при сливе из ракет и специальных емкостей КРТ происходит химическое загрязнение почвы. Ракетное топливо очень подвижно в ландшафтах, хорошо смешивается с водой, что также предопределяет возникновение отдельных техногенных аномалий. Гидразиновые горючие при попадании в почву разлагаются и окисляются с образованием воды, углекислого газа и молекулярного азота, а также ряда высокотоксичных продуктов: диме-тиламина, формальдегида, синильной кислоты и других опасных веществ. Такие горючие прочно связываются с органоминеральным комплексом почвы и могут длительное время (месяцы и годы) сохраняться, накапливаясь в поверхностном слое и мигрируя в более глубокие слои [3].
Исследования загрязненных компонентами ракетного топлива мест эксплуатации ракетной техники разной давности (от 5 до 23 лет) показало, что уменьшение концентрации гидразиновы-ми горючими до уровня 1-2 ПДК происходит более чем за 20 лет. Концентрации остатков топлива в местах заправки и хранения КРТ могут достигать 1,2-3,4 мг/кг. Максимальные концентрации отмечаются в верхних горизонтах почвы, что эквивалентно 10-30 ПДК [4]. Гидразиновые горючие имеют выраженную щелочную реакцию (рН12). При их проливе на растительный покров происходят щелочные ожоги. Пораженная растительность приобретает вид «вареной» зелени, высыхая, становится коричневой. Проникая в ткани растений, они способны сохраняться
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 2
длительное время (более 1 года) и варьировать в пределах концентраций 0,1-5 мг/кг. Несимметричный диметилгидразин (гептил) - один из самых токсичных компонентов ракетного топлива [5]. Например, среди высших растений наиболее чувствительны к загрязнению окружающей среды хвойные растения. В исследованиях по биоиндикации чаще всего используется сосна обыкновенная, как наиболее распространенная и изученная культура. Загрязняющие вещества накапливаются в ее хвое, коре и древесине. Они оказывают влияние на рост, жизнеспособность и общую продолжительность жизни деревьев. Особенно заметно это воздействие на хвое. В загрязненных районах хвоинки закручиваются на концах или спирально по всей длине, покрываются пятнами, сохнут раньше времени и отпадают.
В настоящее время на фазе предстартовой подготовки полета разработаны эффективные мероприятия, позволяющие существенно снизить экологическую нагрузку на окружающую среду. Например, процессы нейтрализации паров и жидкой фазы окислителя с помощью поглотителей, дожигание горючего в специальных аппаратах и т. д.
На остальных фазах выведения космических аппаратов на орбиту существует ряд проблем экологии, требующих своего разрешения. Прежде всего, это загрязнение атмосферы и космического пространства продуктами сгорания и компонентами топлива (для нештатной ситуации). На экологическое состояние всех слоев атмосферы основное влияние оказывают продукты сгорания, состав которых определяется компонентами топлива. В стратосфере движение ракетоносителя связано с проблемой нарушения озонового слоя. При полете любой ракеты-носителя (РН) в озоновом слое возникает «окно», которое со временем затягивается.
Разрушение озонового слоя определяется следующими процессами. Озон разрушается в результате воздействия водяных паров продуктов сгорания ракетных топлив, а также окислов азота, образующихся из азота и кислорода воздуха под воздействием высоких температур в факелах ракетных двигателей. В следе ракеты озон разрушается полностью на всех высотах.
В общем, с учетом всех процессов одиночный запуск ракеты-носителя типа «Энергия» приводит к уменьшению концентрации озона по траектории полета на 1,7 %. В ионосфере антропогенное воздействие прохождения ракеты-носителя проявляется в образовании так называемых ионосферных «дыр» вблизи следа ракеты. Ионосферная «дыра»- это результат взаимодействия воды, находящейся в продуктах сгорания, с ионосферной плазмой. Кроме ионосферных «дыр», на высотах 70-90 км, где наиболее низкая температура атмосферы, молекулы воды конденсируются и образуют кристаллики льда. В результате образуются искусственные облака, наподобие естественных серебристых облаков. Искусственные серебристые облака и зоны ионосферных «дыр» с пониженной плотностью электронов вызывают различного рода аномалии в области свечения ионосферы, распространения электромагнитных колебаний в оптическом и радиодиапазонах т. п. Кроме загрязнения окружающей среды продуктами сгорания выхлопная струя оказывает механическое воздействие на тропосферу, приводящее к образованию мощных вихревых потоков в приземном слое. Такие вихревые образования могут являться очагами смерчей, ураганов и т. п.
Существенной экологической проблемой при эксплуатации РКТ является необходимость отчуждения значительной поверхности Земли для обеспечения безопасности ее жителей при падении отработавших ступеней РН и других отделяющихся элементов конструкции на территории, расположенные вдоль трасс пусков.
В процессе вывода объекта на орбиту после выработки топлива последовательно отделяются: стартовые ускорители, ступени, сбрасываются головные обтекатели, переходные отсеки последующих ступеней и т. д. Все указанные элементы различаются по массе и конфигурации, имеют различные аэродинамические характеристики, отделяются в разное время полета и на различной удаленности от точки старта, что приводит к значительному рассеиванию по поверхности Земли. Следующей экологической проблемой является проблема засорения околоземного космоса фрагментами ракетно-космической техники. В литературе эту проблему называют проблемой «космического мусора».
По некоторым данным на начало 1991 года в космосе находилось около 7 200 наблюдаемых объектов искусственного происхождения, причем лишь 5 % из них - действующие космические аппараты (КА). Основная опасность «космического мусора» связана с высокими скоростями
столкновения орбитальных фрагментов с КА. В космосе частица диаметром 0,5 мм может пробить космический скафандр, даже если он изготовлен из многослойного материала. Наряду с механическим загрязнением космоса серьезную опасность представляют возможные аварии и отказы КА с радиоизотопными и ядерными энергоустановками на борту. В настоящее время имеются проекты и предложения по решению некоторых задач перечисленных выше проблем экологии при эксплуатации РКТ. В США ведутся работы по созданию одноступенчатого национального аэрокосмического самолета, снабженного многорежимной двигательной установкой, позволяющего доставлять объекты в космос и обратно с минимальной экологической нагрузкой на атмосферу и космос. Аналогичные проекты имеются и в России. Однако решение перечисленных проблем находится лишь в начальной стадии.
Библиографические ссылки
1. Зрелов В. Серегин Е. Жидкие ракетные топлива. М. : Химия, 1975. 320 с.
2. Независимый экологический мониторинг состояния окружающей природной среды вокруг центра ликвидации межконтинентальных баллистических ракет / В. Ф. Занозина, М. В. Хмелева, Л. Е. Самсонова. и др. // Экологические проблемы промышленных городов : сб. науч. тр. по материалам 6-й Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Ч. 1. Саратов, 2013. С. 192-194.
3. Ермаков Е. И., Попова Г. Г., Петрова З. М. Влияние несимметричного диметилгидразина на состояние почвенно-растительной системы // Экологические аспекты воздействия компонентов жидких ракетных топлив на окружающую среду : материалы науч.-практ. конф. СПб. : РНЦ «Прикладная химия», 1996. С. 15-19.
4. Справочник по токсикологии и гигиеническим нормативам (ПДК) потенциально опасных химических веществ / под ред. канд. мед. наук В. С. Кушневой и канд. мед. наук Р. Б. Горшковой. М. : ИздАт, 1999. 272 с.
5. Седова Г. И., Коваленко И. В. К вопросу о стабильности НДМГ в подзолистой супесчаной почве. Бюллетень токсикологии, гигиены и профпатологии ракетных топлив. 1976. № 23. С. 163-164.
© Дубынин П. А., Баранов М. Е., 2018
