CC BY
186
УГРОЗЫ И БЕЗОПАСНОСТЬ
26 (167) - 2012
УДК 504.064.36
структура и задачи экологического мониторинга ракетно-космической деятельности
И. К. епифанов,
доктор экономических наук, профессор, заведующий кафедрой технологических инноваций E-mail: epifanov83@yandex. га
Российский экономический университет им. Г. В. Плеханова
а. д. кондратьев,
кандидат химических наук,
начальник управления экологической безопасности E-mail: monitoring@roscosmos. га ФГУП «центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры»
Т. В. королева,
кандидат географических наук, заведующая лабораторией экологической безопасности кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета E-mail: korolevat@mail. га
о. в. черницова,
старший научный сотрудник кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета E-mail: olchernitsova@mail. ru
П. П. кречетов,
кандидат биологических наук,
доцент кафедры геохимии ландшафтов
и географии почв географического факультета
E-mail: krechetov@mail. га
московский государственный университет
имени м. В. Ломоносова
В статье рассмотрены проблемы создания системы ведомственного экологического мониторинга Федерального космического агентства. Необходимость создания такой системы обусловлена потребностью в оперативном получении объективных данных о воздействии ракетной техники на окружающую среду. Показаны функциональные блоки
созданной системы экологического мониторинга территорий и информационные потоки, формируемые при осуществлении мониторинга.
Ключевые слова: ракетно-космическая деятельность, ведомственный экологический мониторинг, окружающая среда, экологические параметры оценки.
Введение. Осуществление экологического мониторинга является одним из условий обеспечения экологической безопасности государства в целом и отдельных регионов в частности. В России взаимоотношения человека и окружающей среды определяются ст. 41 и 42 Конституции Российской Федерации, Федеральным законом от 10.01.2002 N° 7-ФЗ «Об охране окружающей среды», Экологической доктриной РФ. Территория Российской Федерации составляет более 17 млн км2, в ее состав входят 83 субъекта Федерации, имеющих свои особенности как в части развития производительных сил, так и природно-климатических условий. Проведение полноценного экологического мониторинга на всей территории возможно только путем организации многоуровневой системы мониторинга.
Одним из вариантов такой организации экологического мониторинга может быть система, основанная на мониторинге федерального уровня и подсистемах мониторинга более низкого уровня -ведомственного экологического мониторинга и мониторинга в рамках субъектов Федерации.
Задачи мониторинга федерального уровня. Мониторинг федерального уровня реализуется на базе федерального органа исполнительной власти, имеющего региональную сеть и формирующего обобщенную базу данных о состоянии атмосферы, водных объектов, земель, лесов, объектов животного мира и трансграничных процессах в зонах, граничащих с другими государствами. На этом уровне осуществления мониторинга могут использоваться средства космического базирования (дистанционного зондирования земли), авиационные лаборатории, а также наземная (стационарная) сеть наблюдательных пунктов. В задачи мониторинга федерального уровня должны входить:
1) сбор и обобщение данных о загрязнениях масштабного характера, происходящих на значительных площадях, - от авиационного, автомобильного транспорта, морских и речных судов, в том числе от иностранного транспорта при движении по территории Российской Федерации;
2) регистрация трансграничных переносов загрязняющих веществ (от источников, находящихся на территории Российской Федерации, за ее пределами и от источников, находящихся в других государствах, на территорию России);
3) сбор данных о масштабных явлениях природного характера: извержения вулканов, землетря-
сения, наводнения, ураганы, лесные пожары, изменение солнечной активности, изменение уровня морей и океанов, изменение климата, эпидемии и др.;
4) оценка состояния озонового слоя и уровня техногенного воздействия на него;
5) отслеживание процессов, происходящих в верхних слоях атмосферы;
6) контроль соблюдения Россией обязательств, вытекающих из международных соглашений и договоров в области природопользования. Подсистемы мониторинга можно условно разделить на два типа - подсистемы экологического мониторинга субъектов Федерации (осуществляющие мониторинг по территориальному принципу) и подсистемы мониторинга, выделенные с учетом специфики производственной деятельности (ведомственный экологический мониторинг).
Подсистемы субъектов Федерации должны осуществлять мониторинг деятельности региональных и муниципальных предприятий промышленности, а также собирать детализированные (по сравнению с федеральным мониторингом) данные о состоянии окружающей среды на территории субъекта.
Задачи ведомственного экологического мониторинга. Ведомственный экологический мониторинг должен осуществляться в том случае, когда его проведение требует наличия специальных средств измерения и предполагает использование информации, которая не подлежит широкому распространению, а используемые технологические процессы затрагивают интересы нескольких субъектов Федерации. Примером могут служить такие ведомства, как Роскосмос, Министерство обороны РФ, Росатом, Министерство транспорта РФ и др.
В обоснование необходимости создания системы ведомственного экологического мониторинга на примере ракетно-космической деятельности (РКД) можно привести следующие аргументы.
В состав наземной инфраструктуры космодромов входят не только объекты, расположенные непосредственно на его территории, но и районы падения отделяющихся частей ракет-носителей. Так, космодром Байконур использует более 40 районов падения, 21 из которых расположен на территории России, остальные - на территории Республики Казахстан. Площадь территории, занимаемая районами падения космодрома Байконур в Российской Федерации, составляет около 35 тыс. км2. Они расположены на территориях 9 субъектов Федерации
(Новосибирская, Томская, Омская, Свердловская области, Алтайский и Пермский края, республики Алтай, Хакассия, Тыва). Кроме космодрома Байконур в настоящее время интенсивно используется космодром Плесецк. Районы падения отделяющихся частей ракет-носителей, запускаемых с космодрома Плесецк, расположены на территории Архангельской области, Ямало-Ненецкого автономного округа и Томской области. Площадь территорий, используемых в качестве районов падения космодрома Плесецк, также составляет около 35 тыс. км2.
В качестве компонентов ракетного топлива используются, кроме широко используемых в промышленности продуктов (керосин, кислород, азотная кислота, перекись водорода), специфические вещества, которые больше практически нигде не применяются (например несимметричный диме-тилгидразин и гидразин). Прогноз поведения этих веществ в объектах окружающей среды требует проведения специальных исследований, а также знания специфических свойств этих веществ [5].
Еще одной особенностью космической деятельности является то, что в случае аварии ракеты-носителя на активном участке полета возможно ее падение по трассе выведения протяженностью более 2 000 км от места старта. Пуски осуществляются в течение короткого промежутка времени (несколько десятков минут) и не имеют регулярного или периодического характера (от 2 до 18 в год по различным трассам выведения). Определение расчетной зоны аварийного падения и разработка прогноза последствий падения возможны только с использованием данных о трассе выведения космического аппарата и характеристик ракетно-космической техники (РКТ).
Таким образом, для оперативного получения данных о воздействии ракетной техники на окружающую среду, в том числе при возникновении аварийных ситуаций, а также для объективной оценки состояния окружающей среды в зонах осуществления ракетно-космической деятельности необходимо создание ведомственной системы экологического мониторинга. Такой принцип организации мониторинга позволяет использовать при его осуществлении не только исходные данные в виде технических характеристик образцов ракетной техники, параметров траектории пусков, но и научные достижения, полученные в результате проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, выполняемых по заказу
Роскосмоса на стадии создания новых образцов ракетной техники.
Структура системы экологического мониторинга ракетно-космической деятельности. Структурная схема системы экологического мониторинга территорий, подверженных техногенному влиянию при эксплуатации космодрома Байконур, состоит из следующих блоков.
В Роскосмосе на базе информационно-аналитического центра реализуются следующие функции: оперативное отслеживание ситуации на территориях; контроль реализации мероприятий, предусмотренных годовыми планами, и контроль экологической обстановки в случае возникновения аварийной ситуации; разработка материалов, необходимых для взаимодействия с природоохранными органами, органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации и Республики Казахстан; формирование информации, необходимой для принятия управленческих решений.
Приказом Роскосмоса ответственным за проведение ведомственного экологического мониторинга ракетно-космической деятельности определено Федеральное государственное унитарное предприятие «Центр эксплуатации наземной космической инфраструктуры». На базе ФГУП «ЦЭНКИ» организовано головное рабочее место, которое реализует следующие функции:
• сбор, обобщение и систематизация результатов, полученных при обследовании территорий и контроле за источниками загрязнений;
• формирование и пополнение базы данных, в которую входят модели распространения загрязнений и развития аварийных ситуаций, характеристики ракет-носителей и объектов космодрома, нормативно-методическая база, используемая при проведении мониторинга;
• информация о режиме работы объектов космодрома и пусках ракет-носителей;
• оценка экологической обстановки и формирование прогноза изменения ситуации с учетом планируемых нагрузок;
• разработка предложений по снижению негативных последствий воздействия на окружающую среду;
• представление в вышестоящие инстанции информации, необходимой для принятия управленческих решений, в том числе данных для формирования ежегодного государственного доклада о состоянии и об охране окружающей среды.
Для проведения экологического мониторинга в зонах расположения районов падения отделяющихся частей и космодрома созданы три региональных центра, где также создаются рабочие места экологического мониторинга. Первый центр расположен на космодроме Байконур. В его задачи входит проведение мониторинга территории позиционного района космодрома и контроль источников загрязнения предприятий и организаций, осуществляющих там свою деятельность. Еще два региональных центра предназначены для мониторинга районов падения отделяющихся частей ракет-носителей. Один осуществляет мониторинг районов падения, расположенных на территории Российской Федерации, другой - мониторинг районов падения, расположенных на территории Республики Казахстан.
Научно-методическое обеспечение системы мониторинга обеспечивается Московским государственным университетом имени М. В. Ломоносова. В его задачи входит: разработка и совершенствование методов проведения исследований, в том числе методик обследования и оценки территорий и методик проведения аналитических работ, разработка критериев оценки экологической обстановки и рекомендаций по снижению негативных последствий, прогноз развития ситуации. Предусматривается проведение экспедиционных обследований территорий под руководством специалистов МГУ им. М. В. Ломоносова.
Мониторинг состояния природной среды и факторов воздействия космодрома Байконур. В современной практике под экологическим мониторингом понимается система наблюдений, оценки и прогнозирования состояния окружающей природной среды и экологической обстановки на основе инструментальных и иных измерений показателей состояния объектов экологического мониторинга.
Первоочередной задачей мониторинга является аккумуляция информации, позволяющей не только диагностировать изменения в экосистемах, но и своевременно определять приближение того или иного критического уровня в их функционировании. Правильный подбор показателей и точное определение их критических значений в сочетании с оптимальным временным регламентом мониторинга позволяет своевременно выполнить защитные или профилактические мероприятия (если предполагаемые изменения природных комплексов будут нежелательны для отслеживаемой и прилегающих к ней территорий).
Концепция системы экологического мониторинга космодрома Байконур разделяет понятия производственного экологического контроля и экологического мониторинга [2, 3]. Под производственным экологическим контролем понимается проверка соблюдения природоохранного законодательства Российской Федерации или Республики Казахстан при эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры космодрома (в соответствии с принадлежностью территории), а также норм и правил природопользования, закрепленных соответствующими межгосударственными соглашениями. Экологический мониторинг осуществляет следующие функции: систематические наблюдения за изменением состояния компонентов природной среды, а также контроль над распространением загрязнений от источников антропогенного воздействия; оценку состояния природной среды; прогноз изменения состояния природной среды с учетом планируемых техногенных нагрузок.
Наблюдения за источниками антропогенного воздействия на космодроме включают в себя наблюдения за специальными объектами, используемыми при подготовке и осуществлении запусков ракет, и наблюдения за объектами, обеспечивающими жизнедеятельность космодрома и функционирующими независимо от собственно космической деятельности (котельные, автобазы, зоны размещения персонала, аэродромы и др.). Наличие на специальных объектах особенных технологий, использование специфических веществ и устройств (агрегатов и систем), индивидуальный режим функционирования объектов налагают определенные требования на технические средства, предназначенные для осуществления экологического мониторинга и на режим его проведения. Мониторинг источников антропогенного воздействия объектов, обеспечивающих жизнедеятельность космодрома, мало отличается от мониторинга общепромышленных объектов [2].
Применительно к районам падения отделяющихся частей ракет-носителей под мониторингом источников воздействия понимается:
• регистрация траектории падения отделяющихся частей (оптическое или радиолокационное слежение за движением отделяющихся частей на пассивном участке траектории);
• регистрация даты и времени падения отделяющихся частей, характера падения - разрушение в воздухе или при падении на землю, наличие
взрыва (в атмосфере или при падении на землю), наличие выбросов компонентов ракетного топлива;
• погодные условия в период падения отделяющихся частей;
• координаты мест падения обломков, их количество и состояние, вес каждого фрагмента;
• последствия падения отделяющихся частей в виде проливов компонентов топлив, пожаров, разрушений, нарушения почвенно-раститель-ного покрова;
• регистрация мероприятий, проводимых на месте падения (разделка и вывоз отделяющихся частей, детоксикация проливов компонентов ракетных топлив, оборудование площадки временного складирования фрагментов отделяющихся частей).
Структура информационных потоков системы экологического мониторинга космодрома Байконур представлена на рис. 1.
Экологические параметры оценки влияния ракетно-космической деятельности на свойства компонентов экосистем. Наблюдение за состоянием
окружающей среды на территориях, подверженных техногенному влиянию при эксплуатации космодрома Байконур, подразумевает сбор данных (характеристик и показателей), которые определяют степень экологического неблагополучия территории на основе экологических параметров оценки. Количественные и качественные значения этих параметров определяют грань, при которой основные функционально-структурные характеристики (продуктивность, интенсивность биологического круговорота, видовое разнообразие, устойчивость и др.) экосистем и ландшафтов в случае антропогенного воздействия не выходят за пределы естественных изменений.
При определении экологических параметров оценки влияния ракетно-космической деятельности на свойства компонентов экосистем использованы как общепринятые подходы, так и результаты полевых и лабораторных экспериментов по моделированию загрязнения экосистем компонентами ракетного топлива и продуктами его трансформации. Для каждого оцениваемого компонента экосистем сформулирован собственный набор экологических параметров [1, 4, 6].
Электронная библиотека
Базы тематических данных (таблицы)
1
База пространственных и тематических данных (ГИС)
Модели распространения загрязнений
Исходные датые
Воздействующее на ОПС факторы на различных этапах эксплуатации изделий РКТ
Экологические характеристики изделий РКТ и объектов наземной инфраструктуры
Картографическая привязка объектов инфраструктуры и отображение характеристик объектов ОПС
Схемы расположения объектов
Характеристики фонового состояния ОПС в района* РКД
Мот торт г вогдеиствт РКД на ОПС
Перечни наблюдаемых параметров экологического состояния ОПС в района; РКД
Требования к характеристикбм технимеских средств (пробоотбора, карто графической прив язки и т.п.), используемых для наблюдений и измерений
Методики проведения наблюдений и измерений
Данные обследований и наблюдений (база данных)
Оценка и контроль во ¡действ»! РКД на ОПС
Перечень технических средств исследования образцов(проб)и требования к ниш
Методики идентификации и количественной оицэнси содержания различных веществ в пробах
Нормативы (уровни) допустимых воздействий на ОПС (ПДК, ПДУ, ГЩВ, ПДС и пр.)
П ро граммы проведени я наблюдений и исследований
Базы данных с результатами оценок (ко л ич ест в енными и
качественными характеристиками)
Прогноз и подтверждение последствий воздействий РКД на ОПС
Расчетные модели, методики и программы расчета воздействий и их последствий
Принципы, методики и механизмы ранжирования территорий по степени опасности
Типовые сценарии развития экологической ситуации в районах РКД
Про граммы мониторинговых наблюдений в подтверждение прогноза последствий
Прин ци пы ор ганиз ации (определения) СЗЗ в районах РКД
Базы данных с результатами прогноза воздействий РКД на ОПС при различных сценариях
Принятие решен-ш
Формы отображения типовых сценариев экологически воздействий РКД на ОПС
Результаты для различных сценариев и уровней принятия решений
Алгоритмы принятия решений
Принципы (условия) перевода территорий на
другой (по степени экологического риска) уровень.
Технологии проведения природоохранных мероприятий
Функциональные блоки системы экологического мониторинга космодрома Байконур
Рис. 1. Структура информационных потоков экологического мониторинга космодрома Байконур НАЦИОНАЛЬНЫЕ ИНТЕРЕСЫ: приоритеты и безопасность
Оценка состояния почвенного покрова выполняется с применением показателей, характеризующих химическую, физическую и биологическую деградацию почв. При проведении почвенного мониторинга контролируются многие параметры, изменение которых может указывать на возникновение неблагоприятных тенденций или снижение почвенного плодородия.
Для системы мониторинга районов падения предложены и уже используются следующие показатели оценки состояния почвенного покрова: химическая деградация - содержание компонентов ракетного топлива и продуктов трансформации, суммарные углеводороды (нефтепродукты), бенз-пирен, величина рН, гидролитическая кислотность, обменная кислотность, содержание общего органического вещества, содержание общего азота, обменного кальция, магния, натрия, величина емкости поглощения, гранулометрический состав;
физическая деградация - уменьшение мощности почвенного профиля, мощность наноса нижележащего горизонта, увеличение равновесной плотности сложения гумусового горизонта почвы;
биологическая деградация - ингибирование всхожести, роста проростков и корней, выживаемость энхитреид в почве, глубина биологической трансформации почв, видовое разнообразие почвенной биоты, изменение плотности популяций видов-индикаторов почвенной биоты.
При проведении мониторинговых исследований на космодроме, помимо определения содержания ракетного топлива и продуктов его трансформации в компонентах экосистем, в почвах контролируются показатели кислотно-основных свойств и содержание тяжелых металлов.
Оценка состояния фитоценозов районов падения и космодрома осуществляется по следующим показателям: содержание компонентов ракетного топлива и продуктов трансформации, морфометри-ческие показатели растений; нарушение жизненного состояния, цикла развития и возрастного спектра популяций характерных видов-индикаторов; изменение соотношений и численности доминирующих видов в фитоценозе; изменение качественного состава фитоценоза; соотношение надземной и подземной фитомассы, степень уничтожения дре-весно-кустарниковой растительности и площадь механической нарушенности; запасы фитомассы.
На территории космодрома проводится оценка состояния зооценоза на основе характеристик ви-
дового разнообразия и обилия животных, которые выявляются по данным количественных учетов.
Особое внимание в системе экологического мониторинга уделяется вопросу территориального размещения точек наблюдения. В силу неоднородности ландшафтов территорий, подверженных РКД, степень воздействия на их компоненты различна. Поэтому мониторинговые точки охватывают максимальное разнообразие ландшафтов с различными уровнями воздействия, что помогает не только оценивать степень антропогенной трансформации экосистем и их компонентов под воздействием РКД, но и определять вклад неспецифического антропогенного воздействия на экосистемы.
Сбор данных в рамках экологического мониторинга РКД учитывает как сезонную динамику экосистем в течение одного года, так и динамику в течение ряда лет. В системе наблюдений также учитывается тот факт, что реакция животных и растений меняется в разные фенологические периоды даже одного сезона.
Накопление информации по результатам экологического мониторинга осуществляется в электронных базах данных. Формирование баз данных выполняется на основе унифицированных методик ввода информации в стандартные электронные формы, в том числе непосредственно в полевых условиях. Базы данных могут быть интегрированы в ГИС-проекты, созданные для позиционного района космодрома Байконур и районов падения, что позволяет отражать результаты проведенных мониторинговых исследований на электронных картах и эффективно анализировать накопленную информацию.
Схема представления организациями информации по результатам экологического мониторинга ракетно-космической деятельности приведена на рис. 2.
Заключение. Экологический мониторинг ракетно-космической деятельности позволяет решать следующие задачи, являющиеся важной составляющей экологической безопасности:
1) своевременное выявление негативных тенденций изменения состояния окружающей среды, позволяющее принять меры по предотвращению ее деградации;
2) получение объективной информации о последствиях техногенного воздействия на окружающую среду, выявление наиболее значимых факторов воздействия и разработка рекомендаций
Рис. 2. Представление информации по результатам мониторинга ракетно-космической деятельности
по совершенствованию техники и проведению природоохранных мероприятий; 3) минимизация экологиче ских по следствий в случае возникновения аварийных ситуаций путем обеспечения оперативного реагирования при их возникновении, а также путем разработки специальных технологий по рекультивации нарушенных территорий.
Список литературы
1. Касимов Н. С., Кречетов П. П., Королева Т. В. Экспериментальное изучение поведения ракетного топлива в почвах // Доклады РАН. 2006. Т. 408. № 5. С. 1-3.
2. Кондратьев А. Д., Кречетов П. П., Королева Т. В., Черницова О. В. Космодром «Байконур» как объект природопользования. М.: Пеликан, 2008.
3. Кондратьев А. Д., Кречетов П. П., Королева Т. В. Обеспечение экологической безопасности при эксплуатации районов падения отделяющихся частей ракет-носителей. М.: Пеликан, 2007.
4. Пузанов А. В. Оценка воздействия вторых ступеней РН «Союз» и «Протон» на экосистемы Алтае-Саянского региона // Экологическое сопровождение ракетно-космической деятельности. Материалы научно-практической конференции. М., 2007. С. 123-134.
5. Шпигун О. А., Смоленков А. Д. Современные методы определения в объектах окружающей среды загрязнителей, характерных для ракетно-космической деятельности // Экологическое сопровождение ракетно-космической деятельности. Материалы научно-практической конференции. М., 2007. С. 59-78.
6. Экологический мониторинг ракетно-космической деятельности. Принципы и методы / под ред. Н. С. Касимова, О. А. Шпигуна. М.: Рестарт, 2011.
