УДК 629.78:504.064.47
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ КАК ИСТОЧНИК ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
П.П. Кречетов, Т.В. Королева, О.В. Черницова, В.В. Неронов
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва;
krechetov@mail.ru, korolevat@mail.ru
В статье рассматривается воздействие ракетно-космической деятельности как источника воздействия на окружающую среду.
The impact of the space-rocket activity on the environment is examined.
Ключевые слова: космодром, окружающая среда, ракета-носитель, ракетно-космическая деятельность, источник воздействия, техногенная нагрузка.
Ракетно-космическая деятельность на протяжении длительного периода времени оставалась одной из наиболее информационно закрытых отраслей, в том числе и в вопросах экологии. В свою очередь, эта закрытость порождала много слухов и спекуляций о состоянии окружающей среды на территориях, так или иначе затронутых пусками ракет-носителей.
В настоящее время Российской Федерацией эксплуатируются 2 космодрома - «Плесецк» (Архангельская область) и «Байконур» (Республика Казахстан). Организационно каждый космодром состоит из позиционного района и районов падения отделяющихся частей ракет-носителей. Позиционный район космодрома - это территория, на которой размещаются объекты, предназначенные для подготовки ракет-носителей, разгонных блоков и космических аппаратов и осуществления пусков. Районы падения отделяющихся частей представляют собой довольно значительные территории площадью от 1,5 до 5 тыс. км2, которые расположены вдоль трасс выведения и предназначены для приема отработавших ступеней ракет-носителей, головных обтекателей и хвостовых отсеков. Они находятся на значительном удалении от позиционного района космодрома (300-1600 км) на территории России (Архангельская область, Ненецкий автономный округ, Республика Коми, Томская, Омская, Новосибирская, Свердловская области, Алтайский край, Республики Алтай, Тыва и Хакасия, Пермский край) и в Республике Казахстан [1, 2].
Источники воздействия на окружающую среду. С космодрома «Байконур» наиболее часто осуществляются пуски ракет-носителей «Протон» и «Союз». В качестве жидких компонентов ракетного топлива в ракете-носителе «Протон» используются несимметричный диметилгидразин (горючее) и азотный тетраксид (окислитель), в ракете-носителе «Союз» - керосин (горючее) и кислород (окислитель). в соответствии с ГОСТ 12.1.007-76 несим-
метричный диметилгидразин (НДМГ) относится к веществам 1-го класса, а керосин - 4-го класса опасности. После отделения отработавших ступеней ракеты-носителя «Протон» в первой ступени остается около 500 кг НДМГ, а во второй ступени - 250 кг. в ракете-носителе «Союз» в первой ступени гарантийный запас топлива составляет 1200 кг керосина, во второй - 500 кг.
Первые ступени ракет-носителей отделяются на высотах 60-90 км. Скорость движения ступени при ее падении, в момент вхождения в плотные слои атмосферы, недостаточна для разрушения, которое может быть вызвано аэродинамическими перегрузками или взрывом вследствие перегрева баков с остатками топлива, поэтому ступень разрушается только при ударе о землю. В момент удара ступени ракеты-носителя «Протон», как правило, происходит наземный взрыв остатков компонентов ракетного топлива, образуется воронка радиусом до 5 м и формируется ореол рассеяния механических фрагментов конструкции ступени радиусом 100-120 м. Первые ступени ракеты-носителя «Союз», использующей углеводородное топливо (керосин), падают без взрыва [1].
Районы падения первых ступеней ракет-носителей, запускаемых с космодрома «Байконур», расположены в малонаселенных районах Казахстана, в зоне северных пустынь и полупустынь. Ландшафты этих районов падения характеризуются малоплодородными почвами и скудной растительностью.
Вторая ступень ракеты-носителя отделяется на высоте 140-160 км. Из-за нагрева ступени в плотных слоях атмосферы происходит взрыв остатков топлива в баках. По теоретическим оценкам, взрыв происходит на высоте 25-30 км. В результате взрыва вторая ступень разрушается в воздухе на различные фрагменты, которые падают на землю на большой площади [1]. Механические повреждения почвенно-растительного покрова в местах падения фрагментов вторых ступеней, как правило, незначительны.
Районы, отведенные под падения вторых ступеней, расположены в таежной зоне Западной Сибири, в предгорьях и горах Алтая и Урала.
При падении головных обтекателей и хвостовых отсеков ракет-носителей, не содержащих ракетного топлива, воздействие на окружающую среду заключается в незначительном нарушении поверхностного слоя почвы и растительного покрова, а также в засорении территории фрагментами конструкций.
Результаты экологических обследований районов падения отделяющихся частей ракет-носителей. Максимальной техногенной нагрузке подвержены районы падения первых ступеней ракет-носителей, так как при падении ступеней гарантийные запасы компонентов ракетного топлива и продукты горения могут попадать в атмосферу и почву, образуя на поверхности земли локальные геохимические аномалии.
Эколого-геохимические исследования, проводимые с 1991 г. географическим факультетом МГУ им. М.В. Ломоносова на местах падения первых ступеней ракет-носителей «Протон» различной давности, установили формирование точечных локальных контрастных аномалий НДМГ в почвах непосредственно на местах падения и его отсутствие в почвах, воде и снеге вне мест обнаружения обломков ступеней [3-6]. Средние концентрации НДМГ на различных местах падений в первые часы после падений колеблются от 3,5 до 22 мг/кг (ориентировочный безопасный уровень воздействия для почв составляет 0,1 мг/кг). Как правило, загрязнение топливом обнаруживается в воронках на местах падения двигательных установок до глубины 20-30 см. Исследования, выполненные на «старых» местах падения, показывают, что со временем концентрация загрязнителя в почве постепенно уменьшается и за 1-3 года достигает предельно допустимого уровня.
Проведенное авторами в рамках научно-исследовательских работ полевое моделирование поведения чистого НДМГ в условиях, имитирующих пролив топлива при падении ступени ракеты-носителя, позволило установить, что при нагрузках, не превышающих 4 кг/м2 (нагрузка соответствует количеству ракетного топлива, которое может поступить из трубопроводов ракетных двигателей), через год в почвенных профилях пустынных почв обнаруживается не более 0,1 % от внесенного
количества НДМГ, в профиле дерново-среднеподзолистой почвы - 0,02 % [7].
Помимо химического воздействия на местах падения первых ступеней ракет, угрозу природным ландшафтам представляют и механические повреждения, которые могут приводить к физической деградации ландшафтов. Как уже упоминалось, в месте удара первой ступени о землю формируется воронка, площадь которой составляет от 40 до 80 м2. В воронке, как правило, происходит уплотнение грунта и уменьшение мощности почвенного профиля. Кроме того, по периметру воронки образуется полоса шириной 0,5-1 м и высотой 5-20 см, засыпанная малоплодородным горизонтом или почвообразую-щей породой.
Однако площадь участков, подвергшихся физической деградации, по сравнению с общей площадью района падения относительно мала. Полученные результаты позволили установить, что общая площадь деградированных ландшафтов непосредственно на местах падения первых ступеней (суммарная площадь воронок с учетом разлета механических обломков) за все время эксплуатации районов падения не превышает 0,002-0,050 % от площади района.
Растительный покров на местах падения ступеней ракет-носителей наиболее резко реагирует на ударно-термическое воздействие при взрыве и разрушении ступеней ракеты, что приводит, в зависимости от рельефа местности, к полной или частичной гибели фитоценозов в радиусе 50-150 м от центра воронки. Более обширные нарушения растительного покрова могут быть связаны с распространением возникших при взрыве пожаров и выгоранием надземной части фитоцено-зов на значительных площадях (при несвоевременном тушении пожара).
Кроме механического и пирогенного воздействия, фитоценозы могут испытывать также химическое воздействие. Наиболее часто в растениях концентрации НДМГ определяются в диапазоне от 0,2 до 0,3 мг/кг [5, 6]. Предельно допустимые нормативы для растений не установлены.
Необходимо подчеркнуть, что воздействие ракетно-космической техники проявляется исключительно локально, и в целом растительный покров районов
падения характеризуется фоновым состоянием при отсутствии видимых нарушений флористического состава, пространственной и горизонтальной структуры, а также показателей биологической продуктивности.
Таким образом, при падении первых ступеней ракет-носителей на местах падения нарушается поверхностный слой почвы и растительный покров, происходит загрязнение приземной атмосферы, почвы и растительности остатками топлива и продуктами его горения (в случае взрыва), а также происходит засорение территории фрагментами ступени. Все эти виды воздействия носят локальный характер.
Техногенная нагрузка на районы падения вторых ступеней ракет-носителей, запускаемых с космодрома «Байконур», значительно меньше, так как после отделения вторых ступеней остатки топлива и продукты его сгорания, образовавшиеся в результате взрыва, поступают в атмосферу на большой высоте и, по теоретическим оценкам, не могут достичь поверхности земли. Загрязнение почвы как несимметричным диметилгидрази-ном, так и керосином, может происходить только при проливе остатков топлива, находящихся в топливопроводах и замкнутых полостях, не разрушенных взрывом.
В литературных источниках [3, 4] отмечается наличие НДМГ в почве и растениях, как в самих районах падения вторых ступеней, так и за их границей в населенных пунктах. Причем максимальные концентрации ракетного топлива обнаруживались именно в населенных пунктах (огороды, пастбища) в концентрациях до 1,7 мг/кг (в почвах и растениях). Столь трудно объяснимый факт послужил причиной для проведения исследований качества аналитических методик, разработанных в 60-70-е годы для определения НДМГ на промышленных предпри
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.