Глобальные проблемы современности

Проектный облик спутниковых солнечных электростанций представляет собой конструкцию, основным элементом которой служат солнечные батареи. При вырабатываемой мощности 5 ГВт площадь солнечных коллекторов спутниковых солнечных электростанций составляет 50 км 2, а масса станции при использовании фотоэлектрических преобразователей из арсенида галлия оценивается в 34 тыс.т.

Трудности, связанные со спутниковыми солнечными электростанциями: транспортировка такого количества грузов в космос и сборкой на орбите этой конструкции. не выяснена до конца возможность безопасной передачи на Землю энергии в виде микроволнового или лазерного излучения. Вероятно, в XXI веке на основе новых достижений научно-технического прогресса проекты спутниковых солнечных электростанций претерпят существенные изменения и станут технически реализуемыми и рентабельными. 

Опасная химия - опасная жизнь.

26 января 1983 г. Падение ракеты-носителя  с космодрома Плесецк на лед  Северной Двины в районе поселка  Брин-Наволок(Холмогорский район Архангельской области). После взрыва образовалась полынья диаметром 100 м, ракета утонула. Большие площади были загрязнены высоко токсичным ракетным топливом - гептилом, в том числе в поселке. Загрязненный снег был захоронен в карьере в 10 км отпоселка и засыпан грунтом. В населенных пунктах ниже потечению было отключено водоснабжение.

1 февраля 1988г. Авария в  г.Ярославле на железно- дорожном перегоне Приволжье-Филино. С рельсов сошли 7 вагонов грузового специального поезда, в том числе 3 цистерны с высокотоксичным ракетным топливом гептилом. Из опрокинувшейся цистерны вытекло на насыпь около 740 литров и собрано в емкости 450 литров гептила.

24 июня 1977 г. Первый пуск  с космодрома Плесецккосмической ракеты-носителя тяжелого класса "Циклон-3".Всего по состоянию на 1 января 1995 г. было совершено 113 пусков, из них успешных - 108. Пример неудачного запуска: в 1979 г. на село Долгощелье упало два обломка ракеты, один из которых оказался на территории школы. Причина - ошибка в расчетах конструктора.Запуски ракет -носителей осуществляются по двум базовым трассам, для падения элементов конструкции используются 6 районов. Места падения степеней с остаткамиракетного топлива: первая ступень - в Мезенском районе Архангельской области вторая ступень- над Восточно-Сибирским морем (600 км от старта). Плановый пролив на месте падения в одного пуска - 616 кг гептила из первой ступении 215 кг гептила из второй ступени.Сбор отработавших ступеней ракет-носителей начался лишь в 1991 г. Работы по защите окружающей среды от проливов топлива начались в 1992 г., с 98-го пуска (остаток топлива в баках первой ступени был уменьшен на 30%).

26 июня 1973 г. Взрыв и пожар  при состоявшемся на космодроме  Плесецк пуске ракеты-носителя "Космос-3М" навысоко токсичном жидком топливе- гептиле. Погибло 7 человек, остальные пострадавшие погибли позже.

3 октября 1986 г. Взрыв ракеты, разгерметизация ракетного отсека  и пожар на атомной подводной  лодке К-219 с 16 жидкотопливными ракетами РСМ-25 наборту. Утечка токсичного ракетного топлива - гептила. Гибель 4-х человек. Лодка затонула 6 октября в районе боевого дежурства в Западной Атлантике вместе с матросом С.Премининым, заглушившим ядерный реактор. Некоторые члены экипажа получили поражение гептилом.

20 октября 1991 г. Авария с  цистерной для перевозки высокотоксичного  ракетного топлива гептила в районе станции Плесецкая (Архангельская область). 

24 октября 1960 г. На 41-й площадке космодрома  Байконур произошла самая крупная  катастрофа в мировой ракетной  технике - несанкционированный запуск  на стартовом столе двигателя  второй ступени заправленной  межконтинентальной ракеты Р-16. В  результате пожара и взрыва  погибли, по разным данным, от 92 до 150 человек, в том числе Главнокомандующий  РВСН главный маршал артиллерии  М.И.Неделин и Главный конструктор систем управления Б.М.Коноплев. 

Пора разбираться с космическим "мусором".

Расчеты и опыт прекращения существования предыдущих космических станций существенно меньшей размерности указывают на невозможность экологически безопасного прекращения существования станции "МИР" (имеющей массу более 120 т) при планируемой ликвидации "затоплением": высок риск опасных последствий для наземных объектов при падении ее фрагментов.

Уместно напомнить примеры реализации опасных сценариев: известные факты падения обломков крупной орбитальной станции "Скайлэб" (США) в 1979 г. в Индийский океан и на территорию Австралии после входа в плотные слои атмосферы, а также схода с орбиты и прекращения существования орбитальной станции "Салют-7" (СССР) в 1992 г.

Известно, что крупные объекты сгорают неполностью, их фрагменты достигают поверхности Земли. Таким образом, прекращение существования крупных космических аппаратов представляет серъезную и сложную экологическую проблему, поскольку:

1) при их сгорании в  атмосфере осуществляется ее  загрязнение на больших высотах;

2) при выпадении несгоревших  фрагментов на поверхность Земли  возможно нанесение экологического  ущерба (как напрямую. - пожар при падении в лес, так и косвенно, через поражение потенциально опасных техногенных объектов - химических предприятий, хранилищ топлива и т. п., а также возможное падение на крупные населенные пункты).

В конце февраля 1999 г. на орбиту вышел американский искусственный спутник "ARGOS" ("Advanced Research and Global Observation Satellite"), на который, в частности, возложена не совсем обычная задача: находящийся на его борту прибор SPADUS предназначен для измерения массы, скорости и определения траекторий космических частиц, размеры которых слишком малы для наблюдения наземными средствами. Этот прибор по заказу НАСА США был специально разработан в Чикагском университете под руководством Дж.Симпсона (J.Simpson).

Поступающие от спутника данные позволят ученым отличать космический "мусор", порожденный человеческой деятельностью, от естественной пыли, мелких обломков комет и других небесных объектов. Это будет эффективно способствовать созданию условий, безопасных для пилотируемых и непилотируемых полетов в околоземном пространстве.

Спутник "ARGOS" должен проработать на орбите около трех лет. 

Гидрометеорология.

Более половины поверхности планеты остается "белым пятном" для наземных средств метеорологии. Спутники обеспечивают получение данных в глобальном масштабе. В нашей стране метеорологическая космическая система функционирует с 1967 г. в составе 2-3 космических аппаратов типа "Метеор" на средневысотной (900-1200 км) орбите. В настоящее время завершены работы по разработке геостационарного КА гидрометеорологического назначения "Электро", с 1994 г. проводятся его летные испытания.

С помощью метеорологических спутников решаются задачи:

- краткосрочного и долгосрочного  прогнозирования погоды;

- контроля опасных погодных  явлений (ливней, циклонов, тайфунов, ураганов  и др.) и предупреждения об их  приближении;

- контроля климатообразующих  факторов и мониторинга глобальных  изменений, происходящих на Земле;

- контроля радиоционной и геофизической обстановки в околоземном космическом пространстве в интересах безопасности полетов, устойчивой радиосвязи, здоровья людей.

По результатам наблюдений с метеоспутников определяются необходимые для прогноза погоды и выполнения ряда программ исследования Земли параметры (распределение облачности, вертикальные профили температуры и влажности, распределение и общее содержание озона, плотности потоков ионизирующих излучений и др.), характеризующие состояние атмосферы и подстилающей поверхности. Космическая гидрометеорологическая информация позволяет сократить убытки в хозяйственной деятельности за счет повышения достоверности прогнозов погоды и уменьшить количество жертв и материальный ущерб от опасных погодных явлений за счет своевременного предупреждения об их приближении. 

Программа научно-технических исследований по созданию системы защиты Земли от столкновений с опасными космическими объектами.

В последние годы у мировой общественности и в научных кругах проявляется значительный интерес к проблеме предотвращения столкновений с Землей крупных космических тел (астероидов, комет). Подобные столкновения могут привести как к локальным катастрофическим явлениям, так и к глобальной катастрофе. Падение на Землю метеорита типа Тунгусского, при современной насыщенности мира опасными производствами, может привести к материальным потерям на миллиарды долларов. Столкновение с астероидами более крупных размеров - диаметром порядка 1 км - угрожает существованию цивилизации в целом. По существующим в настоящее время оценкам, несмотря на малую вероятность падения астероидов на Землю, вероятность риска гибели индивидуума в результате столкновения сравнима с вероятностью гибели в авиакатастрофе, от землетрясения или урагана. Все это выдвигает проблему защиты Земли от подобных столкновений в ряд актуальных для современного мира.

Создание системы защиты Земли (СЗЗ) от столкновения с опасными космическими объектами (ОКО) приведет к решению целого ряда дополнительных задач:

- в результате исследований  будет получен уникальный объем  научной информации об астероидах - важнейших объектах Солнечной  системы, имеющих большое значение  для космического будущего человечества, будет накоплен уникальный опыт  мирного интернационального сотрудничества  в области, имеющей непосредственное  отношение к военным технологиям;

- впервые в истории  человеческого общества большие  финансовые и материальные средства  будут сосредоточены не на  решении военных задач, а на  решении мирной проблемы, имеющей  общемировое значение;

- полученные в ходе  реализации столь крупного проекта  технические решения будут способствовать  сохранению и дальнейшему прогрессу  цивилизации.

При взаимодействии астероидов и комет с атмосферой Земли происходит образование воздушной ударной волны. Температура на фронте волны столь высока, что с его поверхности излучается тепловой поток большой мощности. В результате взаимодействия астероида или кометы с атмосферой происходит его разрушение на отдельные фрагменты и абляция этих фрагментов. При небольших размерах ОКО происходит полное сгорание ОКО или его фрагментов в верхних слоях атмосферы. Начиная с некоторых минимальных размеров ОКО и в зависимости от типа ОКО и скорости соударения, разрушение происходит вблизи поверхности Земли и имеет характер взрыва. При этом возможны существенные разрушения на поверхности Земли и образование крупномасштабных пожаров. При еще больших размерах фрагменты ОКО достигают поверхности Земли и производят удар по ней. В результате образуется кратер, масса грунта выбрасывается в атмосферу, приводя к ее запылению, в результате чего возможны долговременные или даже катастрофические изменения климата.

При ударе о грунт возникает мощная сейсмическая волна, при ударе о воду возможно образование цунами.

Столкновение с очень крупным метеорным телом может привести к полной гибели цивилизации на Земле.Большое число химических заводов, атомных электростанций и других объектов, разрушение которых приведет к региональной катастрофе. В связи с этим все большее внимание уделяется изучению падения тел "средних размеров". Такие тела падают на Землю не часто - примерно один раз в 100 - 300 лет.

Собственно для перехвата ОКО необходимо доставить средства воздействия к его поверхности. В качестве средств доставки могут использоваться существующие либо специально созданные ракетно-космические системы. В зависимости от типа средств воздействия и их габаритно-массовых характеристик требования к средствам доставки могут превысить достигнутые в существующих ракетных системах параметры. Это приводит к необходимости рассмотрения перспективных систем, в частности, перспективных двигательных установок - ядерных, электроядерных и т.п.

Сближение и взаимодействие с ОКО может происходить на скоростях , существенно превышающих скорости, типичные для военных систем. При этом возникает задача создания надежной автоматики, обеспечивающей наведение, сближение и заданный режим воздействия на ОКО.

Собственно воздействие на ОКО может быть произведено с помощью ядерного взрыва вблизи его поверхности, кинетического удара о поверхность ОКО большой массы, либо воздействием излучений от мощных источников энергии, например, лазерного излучения. Под действием взрыва (удара) часть вещества ОКО испаряется. В результате разлета испаренного вещества в теле ОКО распространяется ударная волна. Это приводит к выбросу вещества с поверхности ОКО и разрушению (дроблению) самого ОКО или его части. При этом возможно два варианта результата воздействия:

- изменение траектории  ОКО под действием импульса, уносимого  выброшенным веществом ОКО (мягкое  воздействие);

- дробление ОКО на фрагменты, которые по мере сближения  с Землей расходятся в пространстве  и сгорают в верхних слоях  атмосферы (сильное воздействие).

В зависимости от высоты взрыва над поверхностью ОКО меняется степень воздействия. При заглубленном взрыве в теле ОКО достигается максимальное для данной мощности воздействие. Таким образом, возникают задачи:

- определения импульса, уносимого  веществом ОКО, при взрывах (ударах) различной мощности (массы и скорости);

- определения степени  и характера разрушения ОКО  при взрывах (ударах) различной мощности (массы и скорости);

- рассмотрения способов  заглубления ядерных взрывных  устройств в тело ОКО.

При создании СЗЗ необходимо также учитывать возможные экологические последствия, которые возникнут как в результате производства и отработки элементов системы, так и при ее функционировании. 

Освоение космоса. Освоение Луны.

Масштабной задачей индустриализации космоса является разработка в перспективе природных ресурсов Луны. Исследования лунного грунта с помощью автоматических и пилотируемых аппаратов показали, что недра Луны богаты железом, алюминием, марганцем, хромом, титаном и другими редкими металлами. На Луне достаточно кислорода, содержащегося в связанном виде окислах металлов и кремния. Специфические условия на лунной поверхности (вакуум, небольшая сила тяжести) позволяют организовать на базе радикально новой технологии производство различных металлов, ситаллов и специальных стекол, порошковых строительных материалов.

Продукция лунного комплекса на 90% обеспечит потребности в материалах, необходимых для строительства околоземных спутниковых солнечных электростанций. При этом энергоемкость доставки грузов с поверхности Луны в космос значительно меньше, чем с Земли, - ведь скорости освобождения для Луны и Земли различаются в 5 раз (соответственно 2,36 и 11,2 км/с), к тому же на Луне отсутствует атмосфера.