Экологические проблемы в космосе. Методы их исследования

Работа имеет уникальность не менее 80 %. ...

Содержание

Введение 3
1. Экологический аспект освоения космического пространства 4
1.1. Роль космических исследований в формировании научно-объективной картины экологического состояния Земли 4
1.2. Негативное влияние практического освоения космоса на экологию космического пространства 6
2. Анализ экологических рисков в освоении космоса 9
2.1. Генезис космического мусора 9
2.2. Потери атмосферой аллотропического кислорода и стабилизация озонового слоя 17
Заключение 24
Список использованной литературы 25

Целью данной работы является изучение экологических проблем в космосе и методов их исследования.
Задачи:
- определить роль космических исследований в формировании научно-объективной картины экологического состояния Земли;
- изучить негативное влияние практического освоения космоса на экологию космического пространства;
- рассмотреть генезис космического мусора;
- исследовать потери атмосферой аллотропического кислорода и стабилизацию озонового слоя.

Отработавшие ступени ракетоносителей, разгонные блоки, обломки и осколки от столкновений, взрывов и прочих аварийных ситуаций, элементы оборудования, потерянные во время работ в открытом космосе, становятся сегодня серьезной угрозой для жизнеобеспечения действующих космических аппаратов.К настоящему времени в каталоге NASA насчитывается уже около 13 тысяч искусственных объектов, засоряющих околоземное пространство, в том числе более 3 тысяч уже не функционирующих искусственных спутников Земли, а обломков размером до 5 см уже сотни тысяч.Но, кроме них, вокруг Земли вращаются и десятки миллионов более мелких объектов, представляющих собой куски и кусочки металлов, пластмасс, обрывки и ошметки обшивки, оснастки и защитных покрытий космических изделий.Рис.1. Космический мусорПодсчитано, что общая масса этого, так называемого космического мусора, в 150000 раз превосходит массу находящейся на тех же высотах над Землей естественной космической пыли. Огромная скорость движения таких мелких предметов - до 35000 км/ч - делает столкновение с ними очень опасным. Установлено, например, что удар алюминиевого шарика диаметром в 1 см о борт космического корабля равнозначен столкновению со стальным сейфом массой в 200 кг, летящим со скоростью 100 км/ч [2; 78].Наблюдения показали, что орбитальные отходы имеют тенденцию к саморазмножению - каждое столкновение тех или иных структур космического мусора порождает тысячи новых осколков, вероятность контактов с которыми непрерывно возрастает.За засоренность приземного космического пространства осваивающим его странам приходится расплачиваться, в частности, за счет дорогостоящего экранирования самых уязвимых элементов космических аппаратов. Так, авторы последней модификации американской Международной космической станции вынуждены были увеличить ее массу на 5 т. из-за необходимости именно такой защиты. Изучаются варианты снижения опасности столкновения космических судов с околоземным мусором при помощи маневрирования. С этой целью NASA уже предложен проект контролирующей полеты Международной космической станции наземной радиолокационной системы стоимостью 20 млн. долларов.Таким образом, сегодня конструкторам орбитальной техники приходится учитывать те многие неприятности, которые они сами и создали. Не случаен тот факт, что космическая среда вокруг Земли, которая по идее должна быть кристально чиста, становится похожей на «коктейль грязи».Наземные приборы, предназначенные для наблюдения за дальними галактиками, все чаще попросту «слепнут». И дело тут не только в космической пыли, техногенном мусоре и множестве искусственных спутников Земли, хотя и они являются существенной помехой для радиоастрономов. Над нашей планетой сегодня кружат 44 ядерные энергетические установки. Большей частью это реакторы спутников, завершивших свою работу, и, чтобы они не упали на Землю, их поднимают на более высокие стационарные орбиты. Однако такие реакторы еще излучают, что ощущается за сотни километров. Поэтому, например, в проекте небесной обсерватории, разрабатываемой сегодня NASA, предусматривается ее двойная защита от радиации.Большая часть фрагментов космического мусора со временем, в зависимости от первоначального расположения их орбит и массы, постепенно входит в плотные слои атмосферы и сгорает, но отдельные предметы представляют серьезную опасность, так как достигают все-таки поверхности Земли.Наряду с общим ростом орбитального мусора, характерным является и расширение объема его распространения в околоземном пространстве. Как показывают наблюдения, после самопроизвольных взрывов космических объектов образовавшиеся обломки собираются в кольца на достаточно узких полосах орбит, незначительно отличающихся углом наклона. Но со временем плоскости орбит расходятся, и обломки начинают распределяться по всему окружающему пространству, а траектории их полета опоясывают весь земной шар тонкой оболочкой, оставляя свободными лишь зоны над полюсами.Наиболее высокая концентрация космического мусора характерна для диапазона высот от 300 до 1600 км, где риски столкновения КА с мелким осколком техногенного происхождения стали приближаться к вероятности встречи с метеоритом тех же размеров.Современное представление о распределении каталогизированных космических объектов и частиц космического мусора, вращающегося вокруг Земли.В настоящее время при существующем темпе запусков космических аппаратов количество их фрагментов на околоземных орбитах в среднем увеличивается ежегодно на 5 %. Возрастание же числа мелких осколков, не контролируемых службами слежения за космосом, предполагается еще более активным.Проблема утилизации космического мусора остается даже при нормальном функционировании искусственных спутников Земли с ядерным топливом на борту, которого по зарубежным данным насчитывается не менее одной тонны (урана-235 и продуктов полураспада). Многие ученые считают, что ядерные реакторы должны быть уничтожены и впредь не допускаться в ближний космос, поскольку такое соседство потенциально опасно для Земли. Ведь известны случаи, когда из-за технических неполадок радиоактивные материалы попадали сверху в атмосферу и даже на поверхность нашей планеты. Один из таких инцидентов произошел в 1987 г., когда советский спутник «КОСМОС-954» вошел в плотные слои атмосферы и разрушился над территорией Канады. В 1964 г. не вышел на орбиту и выбросил в атмосферу весь свой запас радиоактивного плутония американский искусственный спутник Земли «SHIP - 9А». Специалисты подсчитали, что из каждых 159 обломков космических аппаратов, достигших поверхности Земли, один с высокой степенью вероятности может серьезно ранить и даже убить человека. Начиная с октября 1957 г. и по сегодняшний день, более тысячи искусственно созданных предметов вернулись из космоса на Землю. Часть четвертого советского спутника упала, к счастью, без последствий, на пересечении улиц Оттава и Пари-авеню в городке Манитовок (штат Висконсин, США). Деталь, потерянная космическим кораблем, идентификация которой результатов не дала, попала в 1969г. в японское торговое судно, ранив при этом пятерых моряков. Еще один известный случай - падение американской станции «SKYLAB» массой 75 т. в 1979 г. в Австралии.Пока еще освоение космоса не дало человечеству «тонны хлеба и бездну могущества», зато огромное количество космического мусора -реальный факт. Поэтому в декабре 1989 г. ООН приняла резолюцию по борьбе с методическим засорением окружающей среды ведущими космическими державами [2; 55].Результаты исследований, проведенных в Брауншвейгском университете, показали, что в течение ближайших 50 лет число вращающихся вокруг нашей планеты обломков достигнет предельно допустимого количества, которое может привести к катастрофическим последствиям, так как в космосе сформируется пояс малоразмерных частиц и это сделает невозможным космические полеты на несколько десятилетий вперед.Подсчитано, что вероятность столкновения КА с космическим мусором с катастрофическими последствиями (то есть до полного разрушения аппарата) составляет сегодня 3,7 %, а опасность, не грозящая катаклизмом - 20 %.Одним из способов борьбы с орбитальными техногенными отходами является создание космических мусоросборников. Такие управляемые с Земли автоматизированные системы снимут с орбиты наиболее ценные искусственные спутники Земли, возвратят их для ремонта или отправят на долговременные обитаемые Международные космические станции. Те же космические аппараты, которые восстановлению не подлежат, демонтируют, разрежут на части и упакуют в транспортные контейнеры.Сложнее всего выловить мелкий мусор, который уже успел распространиться в космосе. Один из предлагаемых способов - использование своеобразных ловушек, выполненных из тончайших металлических сетей с использованием в качестве «приманки» зарядов статического электричества, под воздействием которых мелкие частицы слипаются в более крупные и прочные агрегаты.Другая технология - использование особого щита, в роли которого выступит тонкий слой пластической пленки. Упакованный в плотный сверток, он выводится на орбиту и разворачивается, образуя диск диаметром около 10 км. Затем диск начинает тормозить скорость ударяющихся в него частиц космического мусора, замедляя ее настолько, что, в конце концов, они, двигаясь вниз, сгорят в плотных слоях атмосферы.События последних дней являются веским подтверждением высокой опасности процесса освоения человеком космического пространства. 10 февраля 2009 г. на высоте примерно 790 км над территорией Центральной Сибири было зарегистрировано неожиданное столкновение двух достаточно крупных искусственно созданных космических объектов: американского телекоммуникационного спутника «IRIDIUM-33» массой 560 кг и нефункционирующего с 1995 г. российского спутника «КОСМОС-2251» массой 900 кг.Считается, что этот инцидент был первым в космической летописи случаем прямого столкновения искусственных спутников Земли. Как сообщили многие новостные телепрограммы и крупнейшие газеты мира в результате этой катастрофы оба спутника полностью разрушились, и образовалось два облака крупных обломков и пыли, которые кружат теперь над планетой на высоте от 500 до 1300 м, что представляет реальную опасность для многих действующих космических аппаратов. По российским данным в этом новообразовании отслеживается 38 крупных фрагментов, а по сообщениям американской стороны их около 600. В NASA считают также, что сформировавшийся при столкновении «космический коктейль» представляет вероятную угрозу для 20 действующих американских спутников, орбитальному телескопу «HUBBLE», находящемуся на высоте 565 км и обитаемой МКС, кружащейся на высоте 354 км. 12 марта угроза для жизнедеятельности экипажа МКС-18 и самой станции стала актуальна: космонавты получили указания от обоих Центров управления полетом срочно укрыться от приближающегося со скоростью 9 км/с космического обломка диаметром 12,5 см в отсеках транспортного корабля «Союз». Как оказалось командир экспедиции Майкл Финк, астронавт Сэнди Магнус и бортинженер Юрий Лончаков после получения этой экстренной информации просто не успевали ни выполнить необходимые операции по переводу МКС на другую орбиту, ни произвести расчеты по уточнению траектории приближающегося к ним обломка. Все трое смогли быстро надеть скафандры и перейти в «Союз», не закрывая полностью стыковочный люк. Они были готовы в случае попадания космического осколка в обшивку орбитального комплекса и его разгерметизации стартовать на транспортном корабле обратно к Земле, либо быстро вернуться на свою станцию. Однако обломок прошел мимо, примерно в 800 м от станции, и экипаж, благополучно пережив неприятные 11 минут, вернулся на свои рабочие места.Последующий анализ описанного риска показал, что его причиной оказался каталогизированный NASA как космический объект 25090 РАМД -деталь разрушенного двигателя искусственного спутника Земли. К сегодняшнему дню Международная космическая станция совершила свыше 60 тысяч витков вокруг Земли, и маневры по корректировке орбиты станции с целью отклонения от встречи с фрагментами космического мусора выполнялись уже 8 раз, а эвакуация людей в транспортный корабль проводилась также не впервые. Подобные операции осуществлялись и на орбитальном комплексе «Мир».23 марта была осуществлена в штатном режиме стыковка Международной космической станции с американским Space Shuttle (космическим челноком) «DISCOVERY». К этому времени наземные космические службы в Хьюстоне и Королеве идентифицировали, по меньшей мере, еще три объекта, представляющих реальную опасность для обитаемых космических аппаратов [2; 58].Это фрагмент разгонного блока, массой около 1 кг, который был задействован в 1993 г. при формировании американской навигационной системы GPS; осколок спутникового ракетоносителя китайского производства размером около 10 см и обломок советского спутника «КОСМОС-1275». Пути следования всех этих трех объектов вписывались в зону опасности вокруг Международной космической станции радиусом в 4,5 км. Чтобы избежать столкновения «DISCOVERY» выполнил коррекцию месторасположения Международной космической станции в космическом пространстве с переводом ее на другую более надежную орбиту.В результате активизации перечисленных ситуаций опасность воздействия космического мусора на космические аппараты еще больше возросла, так в NASA было установлено, что вероятность столкновения «DISCOVERY» с космическими обломками увеличилась на 6 %.2.2. Потери атмосферой аллотропического кислорода и стабилизация озонового слояИзвестно, что запуски космических ракет напрямую связаны с рисками погодных аномалий, ухудшения самочувствия людей с ослабленным иммунитетом и необратимого истощения озонового слоя в атмосфере. Так, например, если обеспечить ежесуточные старты в космос известных «Шатллов» в течение только одного года, то озоновая оболочка нашей планеты полностью исчезнет. Если же принять за критерий оценки наносимого земной природе ущерба количество уничтоженного озона, приходящегося на единицу полезного груза ракетоносителя, то наша «Энергия» в тысячи раз безопаснее «Шатлла». В то же время используемый в России космический комплекс «Протон» в 2,5 раза грязнее «Энергии», хотя значительно безопаснее таких зарубежных ракет-носителей, как «Дельта» и «Ариан».Угроза истончения «озонового зонтика» Земли разделила сегодня ученый мир на два противоположных лагеря: ортодоксов-скептиков, согласно расчетам и прогнозам которых к 2041 г. льды Арктики окончательно растают, и оптимистов, не признающих убедительность доводов своих противников и аргументировано доказывающих реальность затягивания озоновых дыр и безоблачность будущего землян.Тревожные сигналы о необратимости влияния техногенеза на сохранность озонового слоя нашей планеты начали поступать более 30 лет назад. С началом космических исследований было обнаружено аномальное нарушение целостности озоновой оболочки над Антарктидой, а позднее, над Арктикой и Сибирью.