Введение к работе
Актуальность исследований. Освоение космического пространства из обыкновенной мечты перешло в область высоких технологий и огромной практической ценности в изучении нашей планеты - космические снимки, съемки, уникальные системы координат, космическая (спутниковая) связь, прогноз погоды, прогноз месторождений полезных ископаемых, оценка природных возобновляемых ресурсов (лесные массивы, почвы, водоемы), тепловые потоки и тепловой баланс на Земле, состояние мирового океана, мониторинг естественных и антропогенных изменений компонентов окружающей среды, изучение земной гравитации, состояние атмосферы и многое другое, без чего немыслима современная жизнь. Космическая техника, космические технологии вошли в наш быт быстро и ненавязчиво. Запуски ракет стали обычным явлением во всем мире. Все больше и больше стран становятся космическими державами, что с одной стороны расширяет возможности космических технологий, с другой - создает конкуренцию на мировом космическом рынке, с третей - происходит увеличение нагрузки на околоземное космическое пространство, атмосферу, подтрассовые участки и поверхность Земли. Запуски ракет с космическими спутниками и баллистических ракет, особенно падение ступеней ракет с остатками токсичного топлива, несомненно, оказывают большое влияние на компоненты окружающей среды. Актуально знать и прогнозировать размеры и тенденции этого влияния.
С целью принятия оптимального решения по выбору дальнейшего развития ракетных технологий, уменьшения их влияния на природную среду, прогнозирования состояния окружающей среды в районах падения ступеней ракет, необходимо произвести общую оценку предыдущего воздействия на окружающую среду ракетно-космической деятельности, в том числе на районы падения отделяющихся частей ракет-носителей.
Проблема экологической безопасности при осуществлении космической деятельности является актуальной для Архангельской области, так как на ее территории расположено 11 районов падения отделяющихся частей ракет-носителей (РП ОЧРН) общей площадью 2264355 га. По оценочным данным (Миняев А.П., Попов И.Н., 2001) на территории районов падения за время эксплуатации космодрома «Плесецк» размещено более 18 тыс. т металлолома, а также значительное количество компонентов ракетного топлива: 744 т азотного татраоксида (вещество 2 класса опасности), 340 т несимметричного диметилгидразина (1 класс опасности), 640 т углеводородного горючего (4 класс опасности). Площадь загрязнения НДМГ составила 151 га и углеводородным топливом - 228 га.
В связи с этим основным объектом исследования является космодром «Плесецк» и район падения отделяющихся частей ракет-носителей "Койда" с целью экологической оценки района загрязнения и прогноза миграции компонентов топлива с практическими (организационными и техническими) предложениями по мерам, обеспечивающим экологическую безопасность и снижение экологической нагрузки.
Объект исследований - космодром «Плесецк», район падения ОЧРН «Койда».
Цель исследования - провести оценку нарушенных территорий в результате падения первых ступеней космических ракет, запускаемых с космодрома Плесецк, дать оценку степени загрязнения района падения «Койда» на сегодняшний день.
h .
Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Показать глобальные масштабы запусков космических ракет.
2. Показать масштабы ранее произведенных и планируемых запусков различных
типов ракет с космодрома «Плесецк».
3. Показать виды влияния ракетно-космической деятельности на окружающую среду.
4. На примере космодрома «Плесецк» показать масштабы влияния ракетно-
космической деятельности на окружающую среду Архангельской области.
5. Показать районы падения ступеней ракет на территории России и Архангельской
области;
На примере района падения ступеней ракет "Койда" показать масштабы и последствия загрязнения компонентов природной среды.
Провести экологическую оценку района падения с прогнозом миграции компонентов топлива.
Дать предложения по проведению экологического мониторинга и снижению воздействия на окружающую среду.
Методы исследования. Для решения поставленных задач выполнены:
Анализ и обобщение научной и фондовой литературы по исследуемому направлению и региону, использование картографического материала и иллюстраций.
Обследование места падения и отбор проб в соответствии с Методическими рекомендациями по проведению эколого-геохимических исследований в районах падения отделяющихся частей ракет-носителей (МГУ, 2000 г.)
Проведение математической обработки данных химических анализов с помощью пакета прикладной программы GRAPFER для оценки площади загрязнения грунта несимметричным диметилгидразином (НДМГ).
4. Построение интерполирующих логарифмических зависимостей убывания
концентрации НДМГ и описание их экспоненциальными уравнениями
5. Разработка математической модели уменьшения массы НДМГ во времени от
давности образования пролива.
6. Анализ статистических данных о запусках ракет-носителей с космодрома
«Плесецк» с 1967 по 2006 год.
8. Проведение анализа образцов почвенной влаги и грунта с помощью хромато-масс-спектрометрии, фотоколометрии по методикам СМ 301-02-134-96 и СМ 301-02-135-96.
Эмпирической базой исследования явились: материалы обследования мест падения ОЧРН на территории РП «Койда» Архангельской области, проведенные в 1991-1998 годах ФГУП «РНЦ «Прикладная химия» и имеющийся картографический материал.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Влияние космодрома «Плесецк» на окружающую среду имеет специфику ввиду осуществления запусков ракет (химическое загрязнение атмосферного воздуха, почв, водных объектов; воздействие на озоновый слой, акустическое, тепловое, электромагнитное воздействие, воздействие на ионосферу, нейтральные слои атмосферы и околоземное космическое пространство; влияние на районы падения отделяющихся частей ракет). Падение отделяющихся частей ракет-носителей является наиболее значимым из всех видов воздействия на окружающую среду Европейского Севера.
2. При эксплуатации космодрома «Плесецк» в районах падения первых
ступеней ракет формируется три типа загрязнения территорий - физическое
(разрушение почвы и геологической среды от ударов, захламление района падения
металлофрагментами и фрагментами ступеней ракет), химическое (загрязнение почв,
атмосферного воздуха, растительности, подземных и поверхностных вод остатками
ракетных топлив и продуктами их трансформации), рекультивное (вывод угодий из
лесоразработки, уменьшение охотничьих ресурсов, грибных и ягодных запасов).
3. Несмотря на большое количество пусков ракет, территория района падения
«Койда» загрязнена только в местах падения и на отдельных локальных участках.
Загрязнение почвы и водных объектов непосредственно на месте разрушения
баков и пролива компонентов топлива наиболее интенсивное и может сохраняться
длительное время. Фактическое загрязнение остатками НДМГ на месте падения
зависит от типа горных пород и почв, сезона пуска, полноты выгорания топлива в
момент падения ступени и временных факторов.
4. Полевые наблюдения в РП "Койда" на МП ОЧРН типа "Циклон",
проведенные в первые часы после падения ОЧРН, а затем ежегодные повторные
наблюдения с 1991 по 1994 год позволили выявить зависимость уменьшения массы
НДМГ в грунте на местах его проливов со временем, которая показывает, что
территория места падения практически полностью освобождается от основной массы
ракетных топлив в первый год. При этом идет горизонтальный перенос загрязнений
подземными и поверхностными водами за счет сильного растворения топлива водой.
Научная новизна результатов исследований. В результате исследований впервые были получены данные о загрязненности районов падения компонентами топлива, их стабильности в объектах окружающей среды, миграции в пространственно-временных координатах. Показано, что Плесецкий космодром занимает одно из ведущих мест в мире по запуску космических ракет, а также его значение для социально-экономического развития России. Ракетно-космические технологии постоянно совершенствуются, на космодроме «Плесецк» реализуются проекты создания новых «экологически чистых» ракетно-космических комплексов, количество запусков планируется увеличить. Происходит смена типов ракет и используемого топлива. Вместе с этим ракетно-космическая деятельность оказывает влияние на окружающую среду Европейского Севера. В связи с этим проведена оценка ранее оказанного воздействия, определены масштабы предыдущей деятельности, в результате которой сделан вывод, что хотя космодром и оказывает негативное влияние на окружающую среду, это влияние находится на допустимом уровне. Данное влияние имеет свою специфику ввиду осуществления запусков ракет (химическое загрязнение атмосферного воздуха, почв, водных объектов; воздействие на озоновый слой, акустическое, тепловое, электромагнитное воздействие, воздействие на ионосферу, нейтральные слои атмосферы и околоземное космическое пространство). Представлены данные о распространении и продолжительности указанных видов воздействия при старте и полете ракет. Произведен анализ параметров районов падения на территории Архангельской области и воздействие на них (наименование, расположение, площадь, степень загрязненности тем или иным химическим веществом), который показал: наибольшему воздействию подвержен РП «Койда»; природно-климатический комплекс района падения "Койда" может быть признан устойчивым к химическому загрязнению компонентами ракетных топлив и
менее устойчивым - к механическому и рекультивному воздействию.
Обоснованность и достоверность результатов исследований подтверждаются использованием обширных фактических материалов, собранных в ходе 10-ти летних полевых экспедиционных работ автора, применением аттестованных методик и калиброванной аппаратуры для анализов проб, подтверждается статистическим анализом и согласованностью результатов, а также использованием геоэкологических и картографических материалов. В диссертационной работе представлены материалы и доказательства выдвинутых защищаемых положений автора.
Практическое значение результатов исследований: Результаты исследований показали, что интенсивность развития Плесецкого космодрома привела к расширению районов падения ступеней ракет, что представляет серьезную опасность для природной среды севера и, чтобы исключить это, требуется смена технологии космических запусков, а так же проведение целенаправленных мероприятий по снижению воздействия на окружающую среду. Проведенные расчеты, могут иметь практическое значение при прогнозировании масштабов и последствий загрязнения объектов окружающей среды ракетным горючим, организации инструментального контроля и проведении мероприятий по охране окружающей среды.
Реализация результатов исследований. 19-20.02.2000 г. автором данной работы и сотрудниками экспедиции "Экосевер" ФГУП "РНЦ "Прикладная Химия", назначенными экспертами по решению Арбитражного суда Архангельской области, проводилось экологическое обследование МП I ступени РН "Циклон", запущенной с космодрома "Плесецк" 19.02.96 г. Результаты настоящей работы использованы при определении суммы ущерба, причиненного загрязнением объектов природной среды ракетным горючим и размещением металлофрагментов ОЧРН. Установлена сумма ущерба в размере 689572 руб. 96 коп., которая взыскана решением Арбитражного суда Архангельской области с космодрома «Плесецк».
Апробация работы и публикации. Основные положения работы доложены и обсуждены на X Соловецком форуме «Социокультурное пространство: инновации, глобальное и региональное измерение» (Архангельск, 2001 г.), на заседаниях Ученого Совета Института экологических проблем Севера АНЦ УрО РАН (г. Архангельск, 2003-2006 гг.), на научно-практических семинарах «Экологические проблемы разработки и эксплуатации ракетно-космической техники (г. Юбилейный Московской области, 2000-2006 гг.). Основные положения работы изложены в 8 научных публикациях (Материалы научно-практических конференций и семинаров, проходивших в г. Юбилейный Московской области, г. Архангельске, г. Абакане, сборниках трудов по проблемам ракетно-космической деятельности, 1 - статья в журнале «Геоэкология», а также в материалах Всероссийской конференции с международным участием «Академическая наука и её роль в развитии производительных сил в северных регионах России».
Объем и структура работы. Диссертация общим объемом 257 страниц состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы (из 85 наименований), содержит 31 таблицу, 41 рисунок, 6 приложений.
