Глобальные проблемы современности

Спутниковые солнечные электростанции.

Одной из глобальных задач для космического транспорта будущего может оказаться программа  развертывания на околоземной орбите спутниковых солнечных электростанций.

Цель - решить энергетическую проблему Земли. При производстве на Земле энергии за счет сжигания топлива  возникает опасность воздействий  на климат планеты (“парниковый эффект”).

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);