1. Общая характеристика взаимоотношений Человека и Природы, их эволюция после начала «промышленной революции» (1750-2000 г)

Вид материала

Документы

Содержание Использование целых ИШ и их кусков. Температурная деструкция ИШ и РТИ. 56. Космическая деятельность как новый этап в развитии науки и техносферы, а также как экологический фактор биосферы. 57. Предпосылки и факторы техногенного воздействия ракетно-космической техники (РКТ) на окружающую среду Технические и экономические характеристика Топлива на основе жидкого кислорода. Топлива на основе тетраоксида азота. Твердые топлива. 58. Загрязнения окружающей среды «космической» инфраструктурой при предстартовой подготовке и на активном участке полета

Подобный материал:

• Итоги развития советской психологии в предвоенные годы (в конце 30-х гг.) 13 Общая, 1927.8kb.
• Эрик хобсбаум. Век революции. Европа 1789-1848, 5544.43kb.
• Философские аспекты взаимоотношений человека и природы в условиях глобального экологического, 317.37kb.
• 1 Экологическая доктрина Российской Федерации, 739.58kb.
• Экологическая доктрина российской федерации, 271.42kb.
• Власть и мусульмане среднего поволжья: эволюция взаимоотношений. 1945 2000, 896.56kb.
• Преподаватель Титов Владимир Николаевич, 65.81kb.
• Колониальная политика Англии после буржуазной революции, 66.65kb.
• А. В. Чудинов 200 лет Великой французской революции, 301.1kb.
• Общая характеристика работы актуальность темы исследования, 1181.69kb.

Организационно-технологическая схема утилизации отходовВ общем виде схема утилизации представляет собой систему мер по управлению движением потоков ОАТС и комплексной их утилизации (рис. 9.4). Движение ОАТС начинается с площадок сбора данных отходов. Часть этих площадок, оснащенных реза­тельным и прессовым оборудованием для предварительной обра­ботки отходов (для повышения эффективности их хранения и транспортировки), может быть преобразована в сортировочно-накопительные склады. Последние необходимы как для квалифицированной сортировки отходов, зачастую обусловливающей эффективность их дальнейшей переработки, так и для исключе­ния экологически опасных компонентов ОАТС.

Продуктивное и взаимовыгодное функционирование площа­док сбора отходов и соответствующих сортировочно-накопительных складов предполагает развертывание информационно-экспертной системы (ИЭС), определяющей структуру, характеристики и объемы вторичного сырья, необходимого переработчикам и другим потребителям. Далее с помощью региональной биржевой системы инвента­ризации и перераспределения вторичных ресурсов на базе ИЭС производится управление потоками собранных отходов по на­правлениям их технологической переработки. Разборка автотранспортных средств, подлежащих утилизации Разборка автотранспортных средств может рассматриваться как самостоятельное направление переработки ОАТС, особенно тогда, когда имеются постоянные потоки изношенных или не­кондиционных АТС. Все работы по разборке АТС на составные части (раму, кабину, двигатель, агрегаты, колеса и др.) должны проводиться на специализированных предприятиях.

Перед разборкой АТС целесообразно разделять на 4 техноло­гических потока, различающиеся конструктивным исполнением и возможностью использования специализированных постов их разборки: легковые автомобили, автобусы, грузовые автомобили, прицепы и полуприцепы. Указанные потоки неодинаковы по ко­личеству, поэтому участки разборки наряду со специализацией должны обладать и определенной универсальностью. Достаточная универсальность должна быть главным принципом организации работ и оснащения технологическим оборудованием всех разборочных участков предприятия. Например, на участке разборки прице­пов и полуприцепов при незначительном его дооснащении можно разбирать и грузовые автомобили. Дооснащение касается лишь вспомогательного оборудования, и прежде всего дополнительного комплектования подъемно-транспортными средствами со специ­альными захватами для снятия двигателя, кабины и др.

Разбираемые изделия можно подавать на участки и переме­щать по ним пластинчатыми конвейерами, наиболее удобными для данного вида работ. Конвейеры разборочных цехов целесооб­разно оборудовать приводом с периодическим действием (пере­мещением). Это связано с возможностью достаточно широкого разброса трудоемкостей операций демонтажа.

Рабочие посты разборочных участков должны быть оснащены опрокидывателями, консольными поворотными кранами, гайко­вертами различных мощностей и размеров, аппаратами резки ме­талла. Последние используются, если резьбовые соединения не поддаются разборке с помощью гайковертов. Опрокидыватели необходимы для обеспечения доступа к АТС при снятии с них мостов, коробок передач, рулевых управлений и др. Сортировка и утилизация резинотехнических изделии Восстановление изношенных шин (ИШ). В настоящее время в большинстве развитых стран проблемы рециклинга ИШ привле­кают все большее внимание

Так, в странах ЕС восстанавливается около 15% ИШ для легко­вых машин и более 50% грузовых покрышек, что на 20% дешевле производства новых шин, без ухудшения их эксплуатационных ха­рактеристик. Особенно эффективно многократное восстановление крупногабаритных шин, поскольку эксплуатационные затраты на них часто превышают начальную стоимость автотранспорта.

Использование целых ИШ и их кусков. Зарубежные исследо­вания показали, что шины практически не загрязняют воду и их прогнозируемая долговечность в спокойной воде достигает сотен лет, поэтому их применяют даже при создании искусственных нерестилищ для рыбы, а во Франции и для усиления грунта (ус­пешно функционируют несколько сотен таких инженерных со­оружений). При эколого-экономической экспертизе проектов следует рекомендовать проектировщикам использовать ИШ и их куски, что позволит добиться экономии финансовых средств в несколько раз, а первичных стройматериалов (цемента, щебня и др.) - в десятки раз. Особенно перспективны ИШ: для защиты от эрозии почвы и берегов (рекультивация ов­рагов, строительство дамб и других ограждающих сооружений); при строительстве мостов и водопропускных коллекторов в дорожной индустрии; при создании звукоизолирующих ограждений - экранов на автодорогах; для усиления «слабых» грунтов в инженерных сооружениях широкого профиля.

В комбинации с пластмассами из кусков ИШ можно изготав­ливать специальные маты и рукава для подпочвенных ороситель­ных систем и сельскохозяйственного дренажа. Использование измельченных вулканизаторов. Измельченные вулканизаторы (ИВ) используются в полимерных смесях для производства строительных и технических материалов как до­бавки в дорожных покрытиях и в различных технологических процессах.

Измельчительные вулканизаторы дисперсностью от 0,007 до 1,5 мм широко используются при изготовлении обуви, шин, ре­зиновых покрытий, спортивных матов и дорожек, линолеумов, плиточных материалов, композитных материалов с термопласта­ми, бикомпонентных наполнителей резинотехнических изделий (РТИ) и в качестве адсорбентов. В России потребляется около 74 тыс. т/год ИВ, при расширении работ по их поверхностной модификации объемы применения значительно увеличатся. Несмотря на увеличение стоимости работ от 10 до 100% резиноасфальт имеет большую износо- и морозостойкость, снижает шум и тормозной путь автомобиля. Биль о транспорте (США) поддержал применение резиноасфальта, что позволило использо­вать до 30% ИШ из накапливаемых ежегодно в США. Крупнодисперсные и смешанные ИВ могут широко приме­няться в качестве мульчи для сельского хозяйства, поскольку лучше, чем органика, сохраняют влагу, и как добавка к компосту. Добавки ИВ перспективны при формирования поверхности ис­кусственных и травяных спортивных полей с заданной эластич­ностью. Расширяется использование ИВ как сорбентов для хими­ческих и горючесмазочных отходов и загрязнителей.

Температурная деструкция ИШ и РТИ. Температурная дест­рукция имеет ограниченное применение, к ее основным видам от­носятся пиролиз (высокотемпературный процесс деструкции мо­лекул исходных веществ) и деструктивная гидрогенерация (перера­ботка в присутствии катализаторов при реакции гидрирования -расщеплении молекул сырья с присоединением к ним водорода). Использование отходов РТИ и шин в качестве энергоносителей. Сжигание ИШ энергетически неперспективно, так как для изго­товления легковой шины требуется энергия, содержащаяся в 35 л нефти, а при ее сжигании возвращается энергия, эквивалентная лишь 8 л нефти, т.е. затраты на полимеризацию не восполняются. Однако сжигание шин в цементных печах снижает загрязнение окружающей среды и в ряде случаев экономически выгодно. В Японии переработка ИШ применяется на 20 из 45 цементных за­водов, а в США планируется более 50% шин использовать с ути­лизацией тепла со средней эффективностью 8600 ккал/кг. Схема управления и движения отходов РТИ показана на рис. 9.5. Утилизация полимеров, содержащихся в отхода Использование отсортированных термопластов. Рациональная организация заготовки вторичных термопластов должна отвечать следующим требованиям: четкие ограничения по ассортименту заготавливаемых отходов (при обеспечении допустимой загряз­ненности и соблюдении требований здравоохранения, охраны труда и пожарной безопасности), регламентация ответственно­сти, прав и обязанностей всех участников процесса заготовки и переработки отходов, в том числе регламентация необходимых и стабильных экономических параметров. В первую очередь необходим селективный сбор экологически опасных хлорированных термопластов (ПХВ), которые при не­квалифицированном сжигании являются очагами диоксинового заражения и плохо совместимы по технологическим режимам пе­реработки с другими полимерами. Практически любые отходы ПВХ можно считать вторичным сырьем, поскольку при длитель­ном старении ПВХ изменению подвергаются лишь тонкие слои (до 0,5 мм), а основная масса ПВХ сохраняет свои свойства. Разделение смешанных отходов термопластов по видам про­изводят следующими способами: флотационным разделением в тяжелых средах, аэросепарацией и химическими методами. Наи­более распространена флотация, позволяющая выделить ПВХ. Использование смесей термопластов. Переработка смесей вто­ричных термопластов экономически обусловлена трудностями очистки и сортировки смешанных отходов, а также возможностя­ми найти сбыт дешевых изделий из дешевого «несортового» сы­рья, имеющего большие колебания по составу. Типичным сырьем этого вида являются, например, отходы искусственной кожи, многослойные упаковки, изношенные из­делия, изготовленные из разных материалов и т.п Смеси термопластов можно перерабатывать на стандартных литьевых машинах при соблюдении следующих условий: вторичное сырье должно иметь хорошую сыпучесть, чтобы гарантировать равномерное питание перерабатывающего обору­дования; смесь термопластов не должна содержать металлических включений и жестких посторонних тел; для смесей термопластов, содержащих ПВХ, должно при­меняться оборудование в коррозионностойком исполнении. Использование отходов реактопластов. Отходы реактопластов в общем объеме вторичных пластиков занимают небольшую часть, но ввиду особенностей своей переработки и использования выде­лены в отдельное направление. Из способов переработки реакто­пластов и полимерных композитовых материалов (ПКМ) на их основе преимущество отдается измельчению на различных агре­гатах. Применение дезинтеграторов-активаторов для переработки отходов ПКМ позволит получать порошки с развитой поверхно­стью частиц (размером до 70 мкм), содержащих активные функ­циональные группы, что улучшает их совместимость с полимер­ными и минеральными композициями. Измельченные на дезин­теграторах отходы находят применение: в эпоксидных порошковых красках (замена окиси титана) для улучшения адгезионных и деформационно-прочностных ха­рактеристик покрытий; в составе фенопластов; в составе композиций для декоративных строительных плити полимербетонов; в качестве добавок в полимерные связующие (до 7%). Термодеструкция полимерных отходов. Совершенствование ус­тановок для сжигания бытового мусора позволило разработать методы пиролиза, позволяющие получать горючие и безвредные для окружающей среды газы с малыми объемами выбросов. Од­нако получаемые при этом пиролизные масла имеют очень слож­ный и нестабильный состав, содержат много воды и, как следст­вие, малую рыночную конкурентоспособность. Для получения высококачественных пиролизных масел необ­ходимо выдерживать стабильные требования к отсортированному сырью с высоким содержанием углеводородов. Например, при переработке полимерных материалов применяют низкотемпера­турный жидкофазный пиролиз (500°С), а при переработке смесей термопластов, кабельной изоляции и РТИ - высокотемператур­ный пиролиз (600...800°С), при этом приемлема производитель­ность, обеспечиваемая лишь непрерывными методами. Первичная переработка металлолома Использование металлолома существенно снижает стоимость всей металлопродукции. По усредненным данным, при переплав­ке стального металлолома требуется только 25% энергии, затра­чиваемой на выплавку стали из руды в домнах (конверторах). Для достижения наибольшего эффекта при использовании металлолома автотранспортных средств (АТС), в первую очередь дорогостоящих легированных сплавов, необходима тщательная его сортировка на определенные группы, в которых все детали должны быть максимально близки по химическому составу металла. Такая сортировка достаточно сложна, но ее можно значи­тельно упростить, соответствующим образом маркируя каждую деталь на стадии ее изготовления. Маркировка должна означать марку или шифр материала, из которого деталь изготовлена, по существующему стандарту на момент изготовления. Нанесение подобных меток на детали - обязательное условие производства на многих зарубежных фирмах, и не только автомобилестрои­тельных. В результате при сортировке металлолома можно точно разделять детали по всем необходимым видам и маркам исполь­зуемых материалов. Введение в процесс изготовления деталей сплошной их маркировки, безусловно, несколько удорожает про­дукцию, однако при этом снижаются последующие расходы на использование металлолома. Первичное разделение металлолома АТС и других транспортно-бытовых отходов (ТБО) по группам сортов и марок металла Целесообразно проводить в определенной последовательности, вы­полняя следующие вспомогательные виды работ: разборка, резка, прессование. Информационно-организационные аспекты процессов обращения с отходами Создание комплексной системы управления (КСУ) позволит эффективно регулировать материальные, финансовые и инфор­мационные потоки в обращении с ОАТС. Будем рассматривать КСУ как инструмент формирования основных информационных элементов управления обращения с потоками ОАТС. Данная сис­тема должна аккумулировать четыре уровня управления объеди­ненными потоками ОАТС и ОТБО: транспортный, технологиче­ский, маркетинговый и административный. В техническом плане предложенную систему управления можно охарактеризовать как многоуровневую АСУ ТП (рис. 9.6). Функционирование ее направлено на согласование администра­тивного и технологического управления информационными по­токами, отображающими обращение ОАТС и ОТБО, а на этой основе и соответствующими материальными и финансовыми потоками. В качестве первоочередной задачи в проблеме совершенство­вания системы управления обращения с ОАТС и ОТБО выдвига­ется создание средств информационной поддержки принятия решений в виде информационного инструмента, обеспечиваю­щего согласованное взаимодействие всех уровней управления. Базовыми компонентами информационной среды, обеспечи­вающей достоверность, прогнозируемость и управляемость со­стояния системы обращения с ОАТС, являются следующие груп­пы программно-технических разработок: базы данных об отходах, технологиях, ресурсах, потреби­телях; базы знаний об уровнях управления (транспортный, техно­логический, маркетинговый, административный) и типах меро­приятий (удаление, утилизация, переработка); технологии поддержки принятия экспертных решений при комплексной оптимизации задач оперативного, текущего и пер­спективного планирования в обращении с ОАТС и ОТБО. Перспективной задачей проблемы совершенствования систе­мы управления обращения с ОАТС и ОТБО представляется раз­витие информационно-методических, маркетинговых, нормативно-правовых и организационных основ создания и функционирова­ния рыночного инструмента регулирования индустрии вторичных ресурсов. Базовыми компонентами соответствующего экономи­ческого механизма являются следующие элементы: развитие инфраструктурного сервиса для проведения ком­мерческих операций с товарами и финансовыми инструментами, отвечающими специфик обращения с ОАТС и ОТБО, в целях максимального их вовлечения в процессы вторичного использо­вания и минимизации загрязнения окружающей среды; реализация информационно-аналитического сопровожде­ния учета и контроля на рынке вторичных ресурсов. Цель функционирования КСУ ОАТС и ОТБО - минимизация объемов и массы накапливаемых и депонируемых отходов, сни­жение затрат на их транспортирование, максимальное вовлечение в дальнейшее производство в качестве вторичного сырья, сниже­ние негативного воздействия на окружающую среду и предупреж­дение экологически неблагополучных ситуаций. Народнохозяйст­венное значение внедрения КСУ состоит в снижении потребления невосполненных ресурсов, стимулировании перехода на ресурсосберегающие безотходные технологии, снижении объема и мас­сы отходов и, как следствие, транспортных расходов, расходов на депонирование и уничтожение отходов, в стабилизации и улуч­шении экологической обстановки. Концепция создания КСУ ОАТС и ОТБО базируется на опе­ративном анализе информации об отходах на стадиях образова­ния, транспортирования, депонирования и использования. За счет этого возможно решение следующих задач: оценка и прогнозирование экологической обстановки; планирование природоохранной деятельности; создание биржи вторичных ресурсов и природоохранных ин­вестиций; лицензирование образования отходов; контроль за поступлением в бюджет доходов от природо­пользования и др. За основу разработки принята информационная парадигма поддержки формирования управленческих решений с помощью систем гибридного интеллекта. В качестве подобной системы наиболее эффективны экспертные системы, особенностью кото­рых является объединение знаний и опыта специалиста с возможностью ЭВМ. Объектом управления в рассматриваемой постановке выступает информация об отходах, которая должна носить полный и достоверный характер. Основой сбора и систематизации дан­ных об отходах может служить стандартный унифицированный паспорт отхода, содержащий, как минимум, физико-химические характеристики отхода, данные о его количестве, технологии об­разования, месте образования, стоимости как вторичного сырья. Накопление и хранение данных об отходах осуществляется в ба­зах данных ЭВМ. При объединении ЭВМ в сети появляется воз­можность создания распределенных баз данных и объединенных узлов принятия управленческих решений. На концептуальном уровне структура управления отходами может выглядеть следующим образом. В зависимости от уровня и масштабов принимаемого решения задействуется локальная и глобальная вычислительные сети. Так, решение на уровне ав­тотранспортного предприятия сводится к поиску экономиче­ски оправданной технологии транспортировки. На этом уровне достаточно информационно-справочной системы, хранящей данные о топологии маршрутов, а также о типах и объемах от­ходов. На уровне согласования с доступными технологиями пере­работки и утилизации ОАТС и ОТБО возникают задачи фор­мирования потоков движения отходов, их оптимизации, выра­ботки стратегии и тактики природоохранной деятельности. На этом уровне необходимо иметь достаточную информацию об отходах и технологиях переработки и утилизации и решать за­дачи с помощью экспертных систем, вполне вероятно, в режи­ме группового взаимодействия экспертов. В техническом плане проектирование и внедрение системы управления сводится к созданию: универсальной оболочки базы данных; системы извлечения экспертных знаний, базы данных и собственно экспертной системы; телекоммуникационной сети. Преобразование информационных систем в экспертные пред­полагается вести эволюционным путем: на этапе создания баз данных вводятся средства извлечения экспертных знаний, проек­тируются формальные и неформальные модели принятия реше­ний, отрабатываются средства взаимодействия экспертов с систе­мой (интерфейс) и в системе между собой Организационно-экономические методы регулирования процесса обращения с отходамиКак известно, ведущая роль в совершенствовании системы обращения с ОАТС отводится экономическим методам управле­ния. Согласно предлагаемой схеме формирования бюджета сис­темы управления обращения с ОАТС и организационно-эконо­мических отношений между ее элементами (рис. 9.7), финансовые поступления в систему обращения с ОАТС составят перечисления залоговой стоимости экологической безопасности (ЗСЭБ) произ­водителями и продавцами изделий, дотации из бюджета, кредиты, инвестиции из фондов, программ, от коммерческих структур и ча­стных лиц, продажа акций. Центральным (системообразующим)звеном системы является Управление проблемных отходов (УПО), аккумулирующее все финансовые поступления и распределяющее их по следующим направлениям финансирования: транспортировки ОАТС и ОТБО из сортировочно-накопительных складов к местам их переработки; процесса захоронения компонентов ОАТС и ОТБО, не подлежащих дальнейшей переработке; деятельности предприятий по переработке ОАТС и ОТБО; покупки ОАТС и ОТБО у населения и сборщиков через приемные пункты. Проблема обращения с опасными веществами, входящими в со­став ОАТС, должна рассматриваться в контексте общих мер по пе­реработке ОТБО и обеспечению экологической безопасности про­мышленных изделий, содержащих токсичные компоненты. Напри­мер, изделия из ПВХ должны иметь соответствующую маркировку, а их отходы выделяться из остальных отходов и перерабатываться отдельно по специально разработанным технологиям. Наиболее ра­циональным способом уничтожения ПВХ является его сжигание при соответствующей очистке отходящих газов. Отходы, содержа­щие тяжелые металлы и их соединения (аккумуляторы, ртутные лампы, батарейки), следует собирать отдельно и направлять в пере­работку или захоранивать в соответствии с нормативными требова­ниями на полигоне опасных промышленных отходов. Основной задачей совершенствования системы обращения с ОАТС и ОТБО следует считать развитие комбинированного про­изводства, в котором комплексно используется сырье и утилизируются отходы ОАТС и ОТБО, включенные в состав сырьевой ба­зы региона. В конечном счете это позволит сократить объемы бюджетных дотаций, переключив их на финансирование мероприятий по предотвращению образования отходов. В этих целях необходимо использовать весь диапазон методов экономического стимулирования, включая преимущественное инвестирование, льготное кредитование и налогообложение.

В стратегии социально-экономического развития региона ОАТС следует рассматривать как часть его ресурсного потенциала, учиты­вая при этом возможности использования отходов в сложившихся ресурсных циклах или формирования новых циклов. Для эффек­тивного использования экономических механизмов совершенство­вания системы обращения с ОАТС и ОТБО необходимо: включать залоговую стоимость экологической безопасности в цену продукции; экономически стимулировать восстановление существо­вавших ранее и создавать новые производства,, использующие вторичное сырье из состава ОАТС и ОТБО; инвестировать научно-исследовательские, проектные и конструкторские работы, направленные на совершенствование технологической базы системы обращения с потоками ОАТС и ОТБО и развитие их рециклизации. Особое внимание необходимо уделять выявлению и реализации возможностей формирования добавленных стоимостей в процессе рециклинга ОАТС и ОТБО, что даст наряду с экологическим и экономическим определенный социальный эффект, так как создаются дополнительные рабочих места. Рециклизация - наиболее экономически и экологически эф­фективный способ решения проблемы ОАТС и ОТБО. Процесс рециклизации отходов в завершенном виде должен охватывать стадии их сбора, переработки и ликвидации свалок. В настоящее время рециклизация ОАТС и ОТБО ограничена техническими возможностями перерабатывающих предприятий и потребностью региона во вторичном сырье. Следовательно, ее развитие связано с созданием современной инфраструктуры по переработке ОАТС и ОТБО и расширением рынка вторичного сырья.

Таким образом, достижение финансовой устойчивости систе­мы обращения с ОАТС и ОТБО связано прежде всего с развитием рынка вторичных ресурсов, совершенствованием технологии сбо­ра, транспортировки и особенно переработки отходов, ориенти­рованной на их максимальную утилизацию с постепенным пере­ходом на этой основе к полной самоокупаемости и отказу от бюджетного дотирования.

56. Космическая деятельность как новый этап в развитии науки и техносферы, а также как экологический фактор биосферы. Термин «космос» происходит от греческого слова kosmos -мир, Вселенная. Учитывая, что термин «экология» в настоящее время означает совокупность научных и практических проблем взаимодействия человека и природной среды (используется как синоним рационального использования и охраны природы), экологию космоса можно определить как совокупность научных и практических проблем, связанных с эксплуатацией ракетно-космической техники и ее влияния на окружающую среду.

Проникновение человека в космос - естественный и логический шаг. Вслед за освоением водных просторов и воздуха неизбежным было начало освоения космического пространства. Необходимость в этом обусловлена двумя основными причинами: получение новых средств и возможностей научного исследования и познания мира; поиск новых источников для удовлетворения энергетических потребностей населения Земли, а значит, и решения одной из глобальных экологических проблем.

Прежде всего, космическая техника открывает возможности по-новому поставить изучение нашей планеты, в том числе решить экологические проблемы. Уже первые искусственные спутники Земли (ИСЗ) позволили с большой точностью определить форму Земли, что наземными средствами потребовало бы многолетней работы. Огромное значение имеют развернутые с помощью космических аппаратов работы по изучению верхних слоев атмосферы Земли и особенно ее взаимосвязи с деятельностью Солнца.

Измерения, проведенные с помощью спутников, космических зондов, направленных к Луне, Венере, Марсу и другим планетам Солнечной системы, как бы раздвинули границы контактов Земли с мировым пространством. Впервые получена картина обтекания магнитосферы нашей планеты порывистым солнечным ветром, состоящим в основном из протонов, электронов.

Освоение космического пространства стимулирует возникновение новых научных направлений в исследовании Земли и Вселенной. Примером может служить астрономия - самая древняя из наук. В истории человеческой цивилизации она всегда оказывала большое влияние на развитие мирового мировоззрения, одновременно удовлетворяя ряд практических нужд человека, способствуя навигации, определению точного времени и т.д. Спутники и ракеты сегодня преображают облик этой древнейшей науки.

Ракеты, выносящие приборы за пределы атмосферы планеты и магнитосферы, позволяют преодолеть и основную слабость земной астрономии -невозможность наблюдений с Земли области спектра электромагнитных волн короче 300 нм, которые полностью поглощаются в толще воздушной оболочки. На наших глазах рождаются новые направления древней науки - рентгеновская астрономия, гамма-астрономия, ведутся наблюдения во всем спектре излучений, посылаемых Вселенной. В число этих новых направлений, тесно связанных с экологическими проблемами, входят следующие. Космическое землеведение - исследование состава, структуры, ритмики и динамики атмосферы, гидросферы, литосферы и ан-тропосферы Земли по результатам космической съемки (фотографическим и телевизионным изображениям, спектрограммам и др.) Реализуется с помощью бортовой аппаратуры космических аппаратов (КА пилотируемых и беспилотных) и служит для изучения и освоения природных ресурсов и охраны окружающей среды.

Аэрогамма-съемка - изучение характеристик энергетического спектра естественного гамма-излучения горных пород с летательных аппаратов с помощью аэрогамма-спектрометров. Применяется в комплексе с другими методами при геологическом и радиогеохимическом картировании, а также для поисков скоплений радиоактивных элементов и месторождений ряда других полезных ископаемых. Космохимия (от космос и химия) - наука о химическом составе космических тел, законах распространенности и распределения химических элементов во Вселенной, о синтезе ядер химических элементов и изменении изотопного состава элементов, о процессах миграции и взаимодействия атомов при образовании космического вещества. Эта новая область знания быстро развивается со второй половины XX в. благодаря успехам космонавтики. Геохимия входит в состав космохимии как ее старейшая и наиболее изученная область. Космическая геодезия - раздел геодезической науки, использующий для решения научных и практических задач результаты наблюдений искусственных спутников Земли и космических аппаратов. Основные задачи космической геодезии - определение взаимного положения пунктов в некоторой геодезической системе координат; определение положения центра земного эллипсоида относительно центра масс Земли; определение координат пунктов в абсолютной системе, отнесенной к центру масс Земли, и создание единой мировой геодезической системы координат; изучение внешнего гравитационного поля и формы Земли. Космическая медицина - комплекс наук, охватывающий медицинские, биологические и другие научные исследования и мероприятия, направленные на обеспечение безопасности и создания оптимальных условий жизнедеятельности человека в космическом полете и при выходе в космическое пространство. К ее разделам относятся: исследование влияния условий и факторов космического полета на организм человека, устранение их неблагоприятного действия и разработка профилактических мер и средств; обоснование и формулирование медицинских требований к системам жизнеобеспечения обитаемых космических объектов; профилактика и лечение заболеваний; медицинские обоснования рационального построения систем управления космического объекта; разработка медицинских методов отбора и подготовки космонавтов. Космическая биология - комплекс биологических наук, изучающих особенности жизнедеятельности организмов в условиях космического пространства и космического полета, принципы построения биологических систем обеспечения жизнедеятельности экипажей космических кораблей, внеземные формы жизни. Космический мониторинг - наблюдение за состоянием окружающей среды с помощью ИСЗ и КА. Космическая техника открывает новые возможности и для современной физики. Построенные на Земле ускорители, представляющие собой сложные и дорогие сооружения, пока позволяют получить частицы с энергиями в десятки миллиардов электрон-вольт. В космическом пространстве есть частицы с энергиями, в сотни тысяч и миллионы раз большими. С помощью современных ракет-носителей можно вывести в космос мишени и приборы для регистрации этих частиц и изучения их взаимодействия с ядрами любых атомов. Использование космической техники может оказаться более рациональным путем развития физики высоких энергий, чем создание грандиозных ускорителей на Земле.

Как уже отмечалось, космические исследования неразрывно связаны с энергетикой Земли. Современная энергетика ориентирована на использование, главным образом, невозобновляемого органического топлива (нефть, газ, уголь), сжигание которого дает более 80% всей потребляемой энергии. Утверждают, что при существующем уровне потребления невозобновляющихся источников их запасы могут истощиться в ближайшее столетие. Решение проблемы энергетики Земли связывают с созданием так называемой «трехмерной» энергетики, смысл которой заключается в выносе в космос преобразователей солнечной энергии с последующей передачей энергии на Землю. Конкретные примеры создания «трехмерной» энергетической инфраструктуры предусматривают работу в нескольких направлениях: построение космических электростанций для энергоснабжения Земли и обеспечения транспортных операций в околоземном космическом пространстве; освещение районов Земли с помощью орбитальных отражателей (в какой-то мере это возможно уже сейчас). Недавно с орбитальной станции «Мир» с помощью отражателей был в экспериментальном порядке освещен участок поверхности Земли на севере России. Так что освещение Земли из космоса, можно сказать, практически уже реальность); организация космических линий передач энергии на большие расстояния; управление тепловым и световым режимом районов Земли. Современный мир немыслим без космонавтики достаточно сказать, что спутники обеспечивают точность работы навигационных систем во всем мире, а космические системы позволяют функционировать спутниковому телевидению, прогнозировать погоду, разведывать ископаемые и т.п. Спутники раннего обнаружения ядерных взрывов и других техногенных катастроф обеспечивают информацией практически в реальном масштабе. Но одновременно интенсивное освоение космического пространства может привести к весьма ощутимым техногенным воздействиям на окружающую среду, последствия которых трудно предсказать. Эксплуатация ракетно-космических комплексов ставит ряд экологических проблем, важнейшими из которых являются: вредное воздействие продуктов сгорания ракетных топлив на атмосферу Земли; проблемы разрушения озонового слоя Земли и электронной компоненты в атмосфере; засорение космического пространства фрагментами ракетно-космической техники; необходимость отчуждения под районы падения отделяющихся частей ракет-носителей по трассам их пусков больших земельных территорий.

57. Предпосылки и факторы техногенного воздействия ракетно-космической техники (РКТ) на окружающую среду

Состав и свойства ракетных топлив

Ракетное топливо - вещество или совокупность веществ, яв­ляющихся источником одновременно энергии и рабочего тела. В общем случае ракетное топливо должно обладать высоким удель­ным импульсом тяги, возможно, большей плотностью и стабиль­ностью, совместимостью с конструкционными материалами, же­лательно невысокими токсичностью и пожароопасностью, иметь хорошую сырьевую базу и невысокую стоимость. В качестве топлива может быть использована почти вся периодическая таблица Менделеева, однако на практике спектр компонентов, применяемых на действующих и перспективных носителях, достаточно ограничен.

В ракетной технике основным видом топлива является химиче­ское, т.е. такое, которое в результате химической реакции окисле­ния, разложения или рекомбинации образует высокотемпературные продукты, создающие реактивную тягу при своем истечении из ра­кетного двигателя.

В зависимости от агрегатного состояния компонентов хими­ческие ракетные топлива подразделяют на жидкое - для жидко­стных ракетных двигателей (ЖРД), твердое - для ракетных двига­телей на твердом топливе (РДТТ), а также гибридное. В настоя­щее время широко изучается желеобразные и тиксотропные топлива.

Для ракет-носителей характерно применение жидкого двухкомпонентного топлива (табл. 10.4).

Таблица 10.4 Технические и экономические характеристика

двухкомпонентных жидких ракетных топлив В качестве окислителя в жидких ракетных топливах использу­ется жидкий кислород, тетраоксид азота, а в качестве горючего -несимметричный диметилгидразин (НДМГ), смесь НДМГ с гид­разином (аэрозин), углеводородные горючие типа керосинов, во­дород.

Топлива на основе жидкого кислорода. В начальный период раз­работки ЖРД широко применялось топливо жидкий кислород -этиловый спирт, которое в дальнейшем было заменено парой жид­кий кислород - керосин. Топливо кислород - керосин является дешевым и надежным, оно хорошо освоено в производстве и эксплуатации. На этом топливе обычно работают ЖРД больших тяг. Применяется на ракетах-носителях «Энергия», «Восток», (Россия), «Торад-Дельта», «Атлас - Центавр» (США), серия N (Япония).

Топлива на основе тетраоксида азота. При необходимости дли­тельного хранения топлива наиболее широко используются: тет­раоксид азота (AT) - несимметричный диметилгидразин (НДМГ) и тетраоксид азота - смесь НДМГ с гидразином в соотношении 1:1. Эти топлива используются на отечественном носителе «Про­тон», носителе КНР «Великий поход», европейском «Ариан» (AT -НДМГ), носителях США «Титан», «Дельта» (AT - Аэрозин).

Твердые топлива. Относятся к классу унитарных, т. е. содер­жащих горючее в смеси с окислителем. В качестве окислителя обычно используется перхлорат аммония, заполимеризованный с горючим связующим на основе полибутадиена и его модифика­ций. Для улучшения энергетических показателей в топливо до­бавляется металл, обычно алюминий.

В современных ракетных двигателях на твердом топливе наи­более широко используют гетерогенные смесевые твердые топ­лива, которые представляют собой механическую смесь твердых мелких частиц окислителя, порошка металла или его гидрида, равномерно распределенных в органическом полимере, являю­щимся горючим и выполняющим одновременно роль связую­щего для твердых компонентов, а также вспомогательных ком­понентов, улучшающих технологические, механические, балли­стические и эксплуатационные свойства топлив. В качестве окислителя применяют богатые кислородом соли азотной, хлор­ной кислот, а также взрывчатые органические нитросоединения. Наиболее широко в качестве окислителя применяют перхлорат аммония:

Перхлорат аммония NH₄C1O₄ (окислитель).........................69,60%

Порошок алюминия...............................................................16,00%

Синтетический каучук PBAN (сополимер

полибутадиена, акрилонитрила и акриловой кислоты)......12,04%

Окись железа (катализатор скорости горения)......................0,40%

Эпоксидная смола (агент полимеризации)............................1,96%

Состав и свойства продуктов сгорания ракетных топлив

Состав продуктов сгорания зависит как от состава исходного топлива, т.е. химической природы горючего, окислителя и соотношений между ними, так и от давления в камере сгорания и сте­пени расширения сопла. Продукты сгорания представляют собой смесь различных газов, нагретых до 3000...4000К.

Равновесный состав продуктов сгорания в камере определяет­ся по закону действующих масс. Согласно этому закону, скорость химических реакций прямо пропорциональна концентрации ис­ходных реагентов, каждый из которых берется в степени, равной стехиометрическому коэффициенту, с которым вещество входит в уравнение химической реакции. Исходя из состава топлив, мож­но считать, что продукты сгорания, например, жидких ракетных топлив в камере будут состоять из СО₂, Н₂О, СО, NO, ОН, N₂, H₂, N, Н, О; для твердого ракетного топлива - из А1₂O₃, N₂, H₂, HC1, СО, СO₂, Н₂0 при Т= 1100...2200 К.

Состав продуктов сгорания в камере может значительно отли­чаться от состава продуктов на срезе сопла из-за рекомбинации продуктов по соплу. С энергетической точки зрения наиболее выгоден процесс равновесного расширения, при котором темпе­ратура и давление продуктов падает, а состав изменяется в соот­ветствии с условиями химического равновесия. Тогда состав про­дуктов сгорания на срезе сопла определяется только степенью их расширения.

58. Загрязнения окружающей среды «космической» инфраструктурой при предстартовой подготовке и на активном участке полета

Наиболее ответственными операциями при предстартовой под­готовке пуска РН является заправка топливом и сжатыми газами. Эти операции выполняются автоматически, и вероятность возник­новения нештатных ситуаций и, соответственно, загрязнения окру­жающей среды определяется надежностью систем автоматического управления. При отмене запуска (или по другим причинам) осуще­ствляется слив компонентов топлива из баков горючего и окислите­ля, из заправочных магистралей в хранилища.

Основное техногенное воздействие при предстартовой подго­товке проявляется в виде загрязнения окружающей среды компо­нентами жидкого ракетного топлива и их парами.

Стартовым называют активный участок движения РН, на ко­тором ракета сохраняет стартовое положение. Стартовый участок характеризуется мощной акустической нагрузкой как на ракету-носител и космический аппарат, так и на окружающую среду.

Многочисленные экспериментальные данные и расчеты показы­вают, что на образование акустического поля затрачивается до 1% кинетической энергии струи. Частотный спектр шума простира­ется от нескольких герц до десятков килогерц. В настоящее время существует гипотеза того, что запуск сверх­тяжелых ракет-носителей служит стартовым импульсом крупно­масштабных колебаний геофизической системы, причем энергия колебаний этой системы превышает энергию, выделившуюся при сгорании ракетного топлива. Частный вид колебаний - это волны деформации земной коры, способные спровоцировать землетря­сения в наиболее напряженных ее участках, находящихся в зоне влияния запуска.

Истечение продуктов сгорания из сопла сопровождается мощным лучистым потоком в основном диапазоне видимых и инфракрасных длин волн. Плотность светового потока особенно велика для продуктов сгорания твердых ракетных топлив, для ко­торых степень черноты достигает 0,8.

Существенным фактором экологической нагрузки на окру­жающую среду как на стартовом участке работы двигателя, так и все время его работы на траектории является выброс продуктов сгорания. По модели переноса примесей в атмосфере с использо­ванием данных о составе продуктов сгорания и их массе можно рассчитать как скорость переноса, так и время жизни антропо­генных примесей в атмосфере. При дальнейшем движении на активном участке полета по траектории РН проходит через тропосферу, стратосферу и ниж­нюю часть ионосферы (термосферу). Кроме перечисленных фак­торов техногенного воздействия на окружающую среду, на стар­товом участке имеют место: специфические, наиболее значимые факторы воздействия на атмосферу на активном участке полета: это образование ударных волн и скачков уплотнения при движе­нии РН, достигшего трансзвуковых и сверхзвуковых скоростей, и, как следствие, газодинамическое возмущение атмосферы; разру­шение озонового слоя в стратосфере; уменьшение концентрации заряженных частиц в ионосфере; падение отработавших ступеней РН на Землю по трассам пуска и т.д.Районы падения по трассам пуска ракет-носителей При движении РН по траектории последовательно отделяются стартовые ускорители, отработавшие ступени, головные обтекатели, переходные отсеки последующих ступеней и другие элемен­ты конструкции, которые падают на поверхность Земли вдоль трасс пусков. Все они отделяются в разное время, различаются по массе, конфигурации и кинематическим параметрам (удаленно­сти от точки старта, скорости, высоте, углу наклона траектории к земной поверхности и т.д.). Это приводит к значительному рас­сеиванию отделяющихся частей по поверхности Земли. На мест­ности па расстояниях от точки старта до 800 км при двухступенча­том и до 2500 км при трехступенчатом выведении образуются «пятна» возможного падения частей РН площадью 1500...5000 км²

Площади зон падения ступеней ракет-носителей Учитывая, что каждый ЖРД имеет гарантированный запас то­плива, составляющий, как минимум, 1...2%, зоны падения ступе­ней с остатком токсичного топлива должны быть признаны об­ластями вредного воздействия на окружающую среду. Для всех действующих в настоящее время космодромов такая поверхность Земли составляет миллионы квадратных километров.