2017-й в России президентским указом объявлен Годом экологии. Говоря о развертывании многоцелевых орбитальных комплексов, планах создания лунной базы, а в будущем и базы на Марсе как резервного дома для человечества, нельзя забывать и о первом и главном доме — Земле и ее экологии.
Интенсивное освоение космоса может привести к весьма ощутимым воздействиям на околоземную среду. Прежде всего это касается загрязнения окружающей среды выбросами продуктов сгорания ракетных топлив при пусках ракет-носителей.
Проблему воздействия ракетно-космической техники на окружающую среду ТАСС попросил прокомментировать главного научного сотрудника головного научного института госкорпорации "Роскосмос" ЦНИИмаш, доктора технических наук, академика Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского Валерия Клюшникова.
О загрязнении биосферы Земли
Наиболее серьезное воздействие на окружающую среду в ракетно-космической деятельности происходит в процессе пуска ракеты-носителя. Пуски проводятся только в специально отведенных для этого местах — на космодромах.
Каждый старт сопровождается залповым выбросом продуктов сгорания ракетных топлив, тогда как промышленные предприятия загрязняют окружающую среду, как правило, непрерывно. Помимо этого, залповый выброс продуктов сгорания при пуске распределен по траектории полета ракеты и через несколько десятков минут от "следа" продуктов сгорания практически ничего не остается, он рассеивается в атмосфере
Вклад пусков ракет-носителей в загрязнение биосферы можно оценить, сравнив долю выбросов продуктов сгорания ракетных топлив с общим объемом атмосферных выбросов предприятиями промышленности.
Доля выбросов при пусках составляет примерно от 0,000001% для оксидов азота и углерода до 0,001% для хлора от выбросов промышленными предприятиями
Ежегодно в лабораториях промышленно развитых стран синтезируются и попадают в окружающую среду сотни ксенобиотиков со слабо изученными токсикологическими свойствами. По мнению Клюшникова, на этом фоне влияние ракетно-космической деятельности на общую экологическую ситуацию на планете исчезающе мало и вряд ли станет заметным в обозримом будущем.
О выбрасываемых в атмосферу токсичных веществах
К токсичным веществам, выбрасываемым в атмосферу при пусках ракет-носителей, относятся оксиды азота и углерода.
При пусках твердотопливных ракет-носителей дополнительно образуются хлороводород, хлор и оксид алюминия. При работе ракетных двигателей в атмосферу выбрасываются и другие опасные вещества (атомарный водород, гидроксил, оксиды азота и др.), но это лишь доли процента в общем количестве продуктов сгорания.
Наиболее токсичны из перечисленных веществ хлороводород, хлор и диоксид азота. Оксид углерода после выброса в атмосферу быстро окисляется до углекислого газа.
Что касается оксида алюминия, то он представляет опасность лишь в виде аэрозоля, и то при систематическом воздействии больших количеств.
О жидком и твердом топливе
Академик считает, что если рассматривать воздействие ракеты на окружающую среду на протяжении всего ее жизненного цикла, то на этапе хранения в заправленном состоянии более безопасны твердотопливные ракеты. Но при пуске меньшее воздействие на окружающую среду оказывают жидкостные ракеты-носители.
Так, продукты сгорания даже токсичного жидкого ракетного топлива на 85–95% состоят из биологически нейтральных компонентов (воды, азота, водорода, кислорода, двуокиси углерода и т.д.). Продукты сгорания твердых ракетных топлив содержат только 15–25% биологически нейтральных компонентов. И здесь помимо токсичности необходимо учитывать также участие хлорных соединений и оксидов азота в разрушении атмосферного озона и образовании кислотных осадков
В России по ряду причин твердотопливные ускорители на ракетах-носителях не используются, а вот на многие зарубежные ракеты в целях увеличения энергетических возможностей устанавливаются так называемые бустерные твердотопливные ускорители.
Так делается практически на всех ракетах-носителях США, в частности на эксплуатируемых в настоящее время Delta-II (до 9 твердотопливных ускорителей), Atlas-V (до 5 твердотопливных ускорителей) и Minotaur (полностью твердотопливная ракета) и др. То же самое относится к ракетам-носителям Европейского космического агентства (тяжелая ракета Ariane-5ESA и перспективная легкая ракета Vega), Японии (ракета типа Н-2) и других стран "космического клуба". Больше всех других стран пуски твердотопливных ракет осуществляют США
О вреде гептила
Гептил — токсичная жидкость с неприятным запахом, применяющаяся в качестве горючего для ракетных двигателей. В частности, он используется на ракетах-носителях "Рокот" и "Протон". Специальное название гептила — несимметричный диметилгидразин. Если сам гептил чрезвычайно токсичен, то продукты его сгорания практически безвредны.
Способность гептила при сгорании образовывать простые безвредные вещества в сочетании с накопленным опытом безопасной эксплуатации в значительной мере компенсирует его токсичность.
Практически исключено попадание гептила в окружающую среду при старте и полете ракеты, поскольку все оно сгорает. То же самое происходит и при аварии, когда ракета падает на Землю и взрывается. В этом случае крайне незначительное количество гептила выбрасывается за пределы зоны взрыва и горения, приводя к незначительным локальным загрязнениям почвы
Клюшников рассказывает, что для исключения распространения пролитого гептила в почву, воду и по цепочкам питания животных и растений в российских районах падения отработавших ракетных блоков после каждого пуска проводятся работы по локализации и ликвидации проливов топлива, разделке и вывозу фрагментов отделяющихся частей ракеты-носителя для дальнейшей утилизации.
В новых ракетах-носителях "Союз-2" и "Ангара" используются углеводородные горючие с жидким кислородом в качестве окислителя или же — в перспективной ракете "Ангара-А5В" — топливная пара "жидкий кислород + жидкий водород" в третьей ступени...
Космические аппараты также постепенно переходят от использования гептила к применению электроракетных двигателей. Ведутся работы по созданию "зеленого" топлива, которое энергетически более эффективно, чем гептил, но в отличие от него практически безвредно для человека.
О метановом топливе
В последнее время в России и за рубежом ведутся разработки по созданию метановых жидкостных ракетных двигателей на топливной паре "сжиженный метан + жидкий кислород". Разработчик и производитель российских ракет-носителей РКЦ "Прогресс" предлагает создать ракету "Союз-5", летающую на сжиженном природном газе, а недавно Роскосмос выделил 809 млн руб. Конструкторскому бюро химавтоматики на доводку метанового (допускающего многократное включение) ракетного двигателя.
Привлекательность такого топлива обусловлена в основном низкой стоимостью метана по сравнению с керосином. На метане работают бытовые газовые плиты. Кроме того, метан не токсичен и не опасен для здоровья человека
Однако топливная пара "сжиженный метан + жидкий кислород" более взрывоопасна, чем традиционное горючее. По этой причине необходимо уделять повышенное внимание проблемам безопасности эксплуатации метановых жидкостных ракетных двигателей.