Экология и космос реферат

Обновлено: 04.07.2024

Во второй половине XX в. человечество ступило на порог Вселенной - вышло в космическое пространство. Дорогу в космос открыла наша Родина. Первый искусственный спутник Земли, открывший космическую эру, запущен бывшим Советским Союзом, первый космонавт мира - гражданин бывшего СССР.

Космонавтика - это громадный катализатор современной науки и техники, ставший за невиданно короткий срок одним из главный рычагов современного мирового процесса. Она стимулирует развитие электроники, машиностроения, материаловедения, вычислительной техники, энергетики и многих других областей народного хозяйства.

В научном плане человечество стремится найти в космосе ответ на такие принципиальные вопросы, как строение и эволюция Вселенной, образование Солнечной системы, происхождение и пути развития жизни. От гипотез о природе планет и строении космоса, люди перешли к всестороннему и непосредственному изучению небесных тел и межпланетного пространства с помощью ракетно-космической техники.

И так через 40 лет после того как был найден проект летательного аппарата, созданный Кибальчичем, 4 октября 1957 г. бывший СССР произвел запуск первого в мире искусственного спутника Земли. Первый советский спутник позволил впервые измерить плотность верхней атмосферы, получить данные о распространении радиосигналов в ионосфере, отработать вопросы выведения на орбиту, тепловой режим и др. Спутник представлял собой алюминиевую сферу диаметром 58 см и массой 83,6 кг с четырьмя штыревыми антеннами длинной 2,4-2,9 м. В герметичном корпусе спутника размещались аппаратура и источники электропитания. Начальные параметры орбиты составляли: высота перигея 228 км, высота апогея 947 км, наклонение 65,1 гр. 3 ноября Советский Союз сообщил о выведении на орбиту второго советского спутника. В отдельной герметической кабине находились собака Лайка и телеметрическая система для регистрации ее поведении в невесомости. Спутник был также снабжен научными приборами для исследования излучения Солнца и космических лучей.

I. ОСВОЕНИЕ КОСМОСА

1. 2. Человек в космосе

Через четыре недели после полета Гагарина 5 мая 1961 г. капитан 3-го ранга Алан Шепард стал первым американским астронавтом.

1.2. Изучение Земли из космоса

II. ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ КОСМОСА

2.1. Общие вопросы экологии космического пространства

- вредное воздействие продуктов сгорания ракетного топлива 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 участков земли;

Отрицательное значение техногенных воздействий на окружающую среду происходит уже на этапе выведения ракет на орбиту.
Любой космодром – это зона повышенной опасности. Почвы загрязнены солями тяжёлых металлов (хром, никель, марганец, цинк) и органическими соединениями (нефтепродукты, этиленгликоль). Грязь из почвенного слоя преобразуется в пыль и попадает в водоёмы, действуя негативно на растительность, рыб, других обитателей, накапливаясь в донных отложениях. Туда же попадают поверхностные сточные воды.
На космодроме соседствуют горючие и воспламеняющиеся компоненты ракетных топлив и источники воспламенения в виде искр. Кроме того, ракетное топливо весьма токсично. Поэтому безопасности лиц, обслуживающих космодромы, предстартовую подготовку, сам старт, а также космонавтов, уделяется особое внимание. Главное на космодроме – защитные технические сооружения.

Шумы техногенного происхождения вредно воздействуют на человека. Они вызывают расстройства в деятельности нервной и эндокринной систем, желудочно-кишечного тракта, вестибулярного аппарата. Зона воздействия шума уменьшается лесопосадками.

Даже запуск ракеты сказывается негативно на состоянии окружающей среды. Отработанные газы отравляют биосферу, прохождение ракеты в атмосфере влияет на её состав и движение, возвращение ступени ракеты создаёт угрозу живым существам. Космос всё больше засоряется космическим металлоломом.

2.2. Космический мусор

Рассматривая снимки околоземного пространства учёные видят, что человек успел намусорить и в космосе. Первый рукотворный аппарат был запущен в околоземное пространство 4 октября 1957 года. Каждый год производится около 100 новых запусков.

В космосе же элементы космического мусора сталкиваются между собой постоянно. Корабль при малейшей угрозе маневрирует и избегает опасности. Микроскопические объекты не представляют смертельной опасности, хотя вред наносят. На иллюминаторах и на обшивке аппаратов регулярно обнаруживаются малюсенькие царапинки. Счастье, что это крупицы! Ведь в космосе столкновение и с маленьким объектом опасно.
Проблемой засорения околоземного космического пространства космическим мусором занимается координационный комитет по космическому мусору, в который входят Британия, Франция, Германия, Япония, Индия, США, Украина и Россия. Комитет вырабатывает правила конструирования, эксплуатации, экологической безопасности космических аппаратов на орбите и вывода их на Землю, а также пытается найти способы избавления от накопившегося мусора.

2.3. Пути предотвращения засорения космоса


В настоящее время очищение космоса происходит частично естественным путём – торможением обломков в верхних слоях атмосферы, где они и сгорают.

Большая часть космического мусора представляет собой фрагменты, образовавшиеся в результате взрывов и разрушений космических аппаратов и ракетных ступеней. С 1961 года на орбитах взорвалось более 130 объектов, в основном в результате непредсказуемых аварий или намеренных разрушений во избежание падения крупных несгоревших частей на населённые районы. В результате взрывов образовалось 7200 отслеживаемых орбитальных фрагментов, которые необходимо удалять из космоса. Чтобы обломков от использованных ракет становилось меньше, предполагается создание на орбите универсальных космических платформ. Они смогут заменить несколько спутников.

Остаётся надежда, что в настоящем столетии люди Земли будут использовать космонавтику прежде всего для улучшения жизни на Земле.

До недавнего времени ученые полагали, что освоение ближнего космоса не оказывает почти никакого влияния на погоду, климат и другие жизненные условия на Земле. Поэтому не удивительно, что освоение космоса происходило, невзирая на вопросы экологии.

Ученых заставило задуматься появление озоновых дыр. Но, как показывают исследования, проблема сохранения озонового слоя составляет лишь малую часть гораздо большей проблемы охраны и рационального использования околоземного космического пространства.

Космос - среда для человека новая, пока еще не обжитая, но уже и здесь возникла извечная проблема засорения среды, на этот раз космической. Нельзя не признать, что сегодня имеет место отрицательное воздействие ракетно-космической техники (РКТ) на окружающую среду (разрушение озонового слоя, засорение атмосферы окислами металлов, углерода, азота, а ближнего космоса - частями отработанных космических аппаратов). Поэтому очень важно вести изучение последствий ее влияния с точки зрения экологии.[4]

В связи с этим задание оценки риска негативного влияния РКТ на окружающую среду, повышение экологической чистоты производства и эксплуатации ракет, а также эффективного использования РКТ для решения существующих экологических проблем являются чрезвычайно актуальными.
Производство, испытание и эксплуатация РКТ имеет свои специфические факторы негативного влияния на окружающую среду. Наиболее весомыми из них являются следующие:

- загрязнение атмосферного воздуха и поверхностных водоемов в процессе изготовления элементов РКТ и продуктами выбросов ракетных двигателей;
- риск возникновения аварийных ситуаций во время изготовления и хранения ракетного топлива (возможны проливы токсичных компонентов ракетного топлива (КРТ), испарение токсичных КРТ, горение КРТ, взрыв КРТ);
- риск возникновения аварийных ситуаций во время наземных испытаний ракетных двигателей;

- локальное загрязнение атмосферы во время запуска ракет-носителей (РН);
- негативное влияние на состояние озонового слоя Земли;
- отчуждение территорий и загрязнение плодородного слоя почвы в зоне падения частей ракет.

- работа радиоэлектронных средств.

Экологические последствия перечисленных выше факторов воздействий РКТ на ОПС существенно зависят от конкретных условий: естественные физические факторы и природно-географические условия могут усиливать или ослаблять воздействие РКТ.

К факторам ослабления или усиливания воздействий относятся гелиогеофизические, погодно-климатические, физико-географические, пространственно-временные факторы, а также фоновая экологическая обстановка. К гелиогеофизическим факторам относят: солнечную активность, сейсмичность, магнитную активность, сезон, время суток. К погодно-климатическим факторам: осадки, ветер, температуру воздуха. К физико-географическим факторам:

- природную зону, в которой расположен район эксплуатации изделия РКТ (тундра, тайга, широколиственный или смешанный лес, лесостепь, степь, полупустыня, пустыня, океан, и т.д.);

- тип почвы в зоне расположения района эксплуатации изделия РКТ (глинистая, суглинистая, песчаная, чернозем);

- кислотность почвы, ее бонитет;

- геоморфологическая характеристика местности (выпуклая плоскость или вогнутая вершина, пологий, покатый или крутой склон, лощина, котловина);

- гидрологические характеристики местности (наличие рек, олиготрофных водоемов, глубина залегания водоносных горизонтов).

Список использованной литературы

1. Фадин, И. М. Экологические аспекты освоения космического пространства / И. М. Фадин // Инженерная экология и экологический менеджмент: учебник / под. ред. Н. И. Иванова и И. М. Фадина. – 2-е изд. – М. : Логос, 2006. – С. 387-424.

2. Куклев, Ю. И. Физическая экология: учеб. пос. / Ю. И. Куклев – Высшая школа, 2001. – 357 с.

3. Мамедов, Н. М. Освоение космоса и проблемы экологии / Н. М. Мамедов // Н. М. Мамедов, И. Т. Суравегина. Экология: учеб. пос. для 9-11 кл. общеобразовательной шк.. – М. : Школа-пресс, 1996 – С. 442-445.

4. Фадин, И. М. Пути предотвращения засорения космоса / И. М. Фадин // Инженерная экология и экологический менеджмент: учеб. / под. ред. Н. И. Иванова и И. М. Фадина. – 2-е изд. – М.: Логос, 2006. – С. 411-414.

5. Дорожкин, Н. Полёт сквозь мусор мчащийся / Николай Дорожкин // Свет. – 2009. – № 3. – С. 6-7.

6. Дубинская. М. Космосу нужна генеральная уборка / Мария Дубинская // Эхо планеты. – 2009. – № 10(13-19 марта). – С. 42-44. – (Угроза)

[1] Фадин, И. М. Экологические аспекты освоения космического пространства / И. М. Фадин // Инженерная экология и экологический менеджмент: учебник / под. ред. Н. И. Иванова и И. М. Фадина. – 2-е изд. – М. : Логос, 2006. – С. 387-424.

[2] Мамедов, Н. М. Освоение космоса и проблемы экологии / Н. М. Мамедов // Н. М. Мамедов, И. Т. Суравегина. Экология: учеб. пос. для 9-11 кл. общеобразовательной шк.. – М. : Школа-пресс, 1996 – С. 442-445.

[3] Куклев, Ю. И. Физическая экология: учеб. пос. / Ю. И. Куклев – Высшая школа, 2001. – 357 с.

[4] Дорожкин, Н. Полёт сквозь мусор мчащийся / Николай Дорожкин // Свет. – 2009. – № 3. – С. 6-7.

Освоение космоса приносит огромную практическую пользу. Например, теперь в нашем распоряжении надежная спутниковая теле-радио связь, Интернет, точные прогнозы погоды и многое другое. В информационной деятельности общества благодаря развитию космонавтики уже сейчас наблюдаются революционные сдвиги. Неизмеримо расширились возможности получения информации о Вселенной. Впервые стало реально получение информации из космоса о Земле, ее биосфере

Содержание работы
Файлы: 1 файл

экология космоса лик.doc

I межрегиональный фестиваль науки и искусства

Шведов Александр Александрович

Замбровская Елена Ивановна

Должность: преподаватель химии и биологии

Введение

4 октября 1957 года запуском первого в мире искусственного спутника Земли была открыта космическая эра – новая эра в истории человечества. Новые достижения в космонавтике, полеты космических аппаратов и их результаты буквально революционизируют наши знания о Вселенной и создают более прочную базу для ее дальнейшего исследования.

Освоение космоса приносит огромную практическую пользу. Например, теперь в нашем распоряжении надежная спутниковая теле-радио связь, Интернет, точные прогнозы погоды и многое другое. В информационной деятельности общества благодаря развитию космонавтики уже сейчас наблюдаются революционные сдвиги. Неизмеримо расширились возможности получения информации о Вселенной. Впервые стало реально получение информации из космоса о Земле, ее биосфере.

Оборотная сторона – негативное воздействие космической техники на среду обитания и само космическое пространство. В результате резкого увеличения числа запусков ракет-носителей и других аппаратов, а также связанных с этим последствий все чаще происходит загрязнение земной и околоземной среды. Обострение экологической ситуации на нашей планете в значительной степени связано с ограниченностью пространства Земли.

Энтузиазм человечества в освоении космоса привёл к появлению нового класса космических объектов – космического мусора, который значительно превосходит населённость метеорами размером более 1см (более мелкоразмерные частицы невозможно наблюдать, а, следовательно, и посчитать).

Под космическим мусором подразумеваются все искусственные объекты и их фрагменты в космосе, которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить никаким полезным целям.

Впервые о масштабном загрязнении космоса учёные заговорили в 1980-х, когда концентрация мусора на орбите Земли достигла такой плотности, что баллистикам требовалось хорошенько поработать, чтобы безопасно разместить среди него тот или иной спутник.

Сейчас мусор, заполнивший космическое пространство, угрожает сохранности искусственных спутников и безопасности астронавтов, когда те выходят в открытый космос. Космический мусор включает как мелкие предметы – болты, старые отвертки, пластиковые пакеты, сломанные ручки и компакт-диски, так и гораздо более крупные, например, обломки выведенных из строя спутников, блоков, отделившихся от ракет. Скорость движения в космосе и мелких, и крупных объектов может достигать нескольких тысяч километров в час. Поэтому они представляют серьезную угрозу для космических кораблей и действующих спутников. Данная проблема является актуальной на современном этапе развития космонавтики и исследования околоземного пространства.

В ближайшем будущем космическое пространство будет использоваться не только для научно- исследовательских, но и для производственных целей. При этом мало кто задумывается о том, куда деваются обломки отработавших космических аппаратов, как реагирует земная атмосфера на многочисленные вторжения ракет-носителей, что происходит с ракетным топливом, и других подобных вопросах.

Чтобы узнать, что знают суворовцы выпускного класса о проблеме загрязнения космоса, был проведен опрос, в результате которого были получены следующие данные.
Были опрошены 76 человек.
Возраст: 16-17 лет.
  1. Является ли проблема загрязнения Космоса актуальной ?
  1. Влияет ли запуск космических кораблей на озоновый слой Земли?

Да – 67 % Нет – 33%

Да – 62 % Нет – 38 %

  • остаются на орбите 26 %
  • падают на землю или в океан 46%
  • полностью сгорают в атмосфере 51%
  • не знаю 15%
  1. Что нужно делать с отработавшими спутниками?
  • ничего 29%
  • собирать их специальными космическими мусоросборниками и возвращать на Землю

для переплавки 45%

  • затапливать в океане 11 %
  • взрывать в Космосе 15%
  1. Нужно ли продолжать космические исследования, если загрязнение околоземного пространства станет значительным?
  • нужно продолжать в любых условиях 29 %
  • немедленно прекратить до полной очистки

Космоса от мусора 27 %

запускаемых аппаратов 39 %

Интересная картина получается при ответе на 6-й вопрос о путях решения проблемы. Графически это можно представить таким образом (Приложение 1).

Из диаграммы видно, что примерно равное число опрошенных заняли крайние позиции – немедленно прекратить запуск космических аппаратов (зеленый) и продолжать в любых условиях (синий). Чуть менее 40 % (розовый) считают, что следует продолжить работу в космосе, но при этом сократить количество запускаемых аппаратов.

Таким образом, не существует единого мнения по этому вопросу.

Основная часть

Согласно данным экспертов НАСА, общее количество объектов земного происхождения только в ближнем космосе превышает 4 000 000 и ежегодно увеличивается на 250-300 тыс. единиц.

По данным США, на космических орбитах вокруг Земли находится свыше 9000 предметов размером 10 см и более, а количество мелких, не превышающих 1 см, исчисляется несколькими миллионами. В силу законов небесной механики такие объекты, движущиеся вокруг Земли по достаточно высоким орбитам, могут находиться на них многие годы, до того как войдут в плотные слои атмосферы и сгорят.

Таким образом, можно выделить две основные причины появления космического мусора на орбитах.

Спутник, запущенный на орбиту высотой 15000 км, способен просуществовать на ней 10 000 лет

На 2008 год был намечен запуск почти 70 спутников. Эти данные позволяют оценить темпы загрязнения околоземного пространства искусственными объектами.

Во-вторых, космические аварии.

Столкновение любого фрагмента размером более 1 см с действующим спутником опасно для последнего из-за большой кинетической энергии осколка и может стать причиной прекращения его функциональной деятельности (это еще не самое худшее последствие, если учесть, что на спутнике может находиться ядерный реактор).

На приведенной иллюстрации видно, как может выглядеть наша планета, окруженная облаком космических объектов. В реальности картина может оказаться еще ужаснее. (Приложение 3)

Сведения о заселенности околоземного пространства объектами искусственного происхождения поступают из специальных Служб контроля космического пространства, функционирующих как в России, так и в США. Они оснащены радиолокационными, оптическими и оптико-электронными системами слежения. В их задачи входят наблюдение, отождествление и каталогизация искусственных объектов. Российские и американские каталоги содержат их около 9000. Полученная Службами контроля информация используется для анализа состояния экологической обстановки в космосе.

С целью изучения проблемы антропогенных воздействий на околоземное космическое пространство, связанных с деятельностью человека как на Земле, так и в космосе, в 1976 г. по решению КОСПАР (Комитет по космическим исследованиям при Международном совете научных союзов) была создана комиссия по рассмотрению подобных возможных вредных воздействий на космическую среду. На конференции КОСПАР в 1979 г. этой комиссией были сообщены основные направления проводимых исследований, а в 1982 г. опубликованы некоторые предварительные результаты исследований по проблеме антропогенных воздействий на околоземное космическое пространство.

Оглавление

Введение 3
1. Освоение космоса: перспективы и проблемы 5
2 .Воздействие ракетно-космической техники и воздушных судов гражданской авиации на атмосферу 7
3. Радиоактивные отходы в космосе 10
4. Энергетическая проблема 11
5. Спутниковые солнечные электростанции 12
6. Опасная химия - опасная жизнь 13
7. Пора разбираться с космическим "мусором" 15
8. Гидрометеорология 16
9. Меры, принимаемые для ликвидации последствий аварий 20
Заключение 23
Литература 24

Файлы: 1 файл

Экология и космос.doc

Результаты моделирования воздействия авиации на окружающую среду показывают, что выбросы оксидов азота всеми имеющимися в мире дозвуковыми воздушными судами, выполняющими полеты в верхних слоях тропосферы (на высотах 10–13 км), могут привести к увеличению концентрации озона на 4–6%, а в средних и высоких широтах Северного полушария, в том числе в воздушных коридорах, открытых для мировой гражданской авиации над территорией России, увеличение концентрации озона может достичь 9%. Озон, присутствующий в повышенных концентрациях в верхних слоях тропосферы, как и диоксид углерода, усиливает "парниковый эффект" и может содействовать глобальному изменению климата.

Напротив, выбросы оксидов азота сверхзвуковыми самолетами в стратосфере (на высотах около 20 км) могут приводить к истощению озонового слоя (появление озоновых дыр), который защищает поверхность Земли, население, растительный и животный мир от жесткого ультрафиолетового излучения. При этом чувствительность стратосферы к воздействию авиации неизмеримо выше, чем тропосферы.

В связи с усиливающейся обеспокоенностью влияния авиации на глобальные атмосферные процессы ИКАО приступила к разработке новых стандартов по ограничению выбросов оксидов азота сверхзвуковыми самолетами, обеспечивающих минимальное и допустимое воздействие на атмосферу.

Относительно дозвуковых самолетов в 1998 г. произошло очередное, третье по счету, ужесточение международного стандарта по выбросам оксидов азота.

Серьезный удар по озоновой панике нанесла группа исследователей из Университета Джонса Гопкинса, показав, что нет убедительных доказательств ожидаемого вредного действия истончения озонового слоя. Мировая наука установила, что в результате высокого ультра- фиолетового облучения резко падает урожайность растений, а у некоторых людей возникают болезни: увеличивается заболеваемость катарактой и раком кожи, но, с другой стороны, получены новые подтверждения того, что ультрафиолетовое облучение укрепляет кости, предотвращая их разрушение и препятствуя возникновению рахита. Не обнаружено причинно-следственной связи между снижением уровня озона в нижних слоях атмосферы и ростом заболеваемости астмой.

3. Радиоактивные отходы в космосе.

Специалисты, отвечающие за безопасность космических полетов, сравнивают околоземное пространство со свалкой мусора и металла - тысячи крупных предметов и миллионы мельчайших частичек радиоактивной пыли движутся по орбитам. Что касается взвешенных частиц, то нет еще достоверных данных, определяющих их вред в концентрациях, реально существующих в городах США. Кей Джонс, технический советник при Агентстве по защите внешней среды (ЕРА), заявила, что дебаты об озоне и взвешенных частицах "не имеют никакого отношения к здоровью населения. Это дискуссия об усилении контроля и введении дополнительных ограничений".

4. Энергетическая проблема.

В обществе по-прежнему довлеет нерациональная модель производства и потребления энергии. В ряду технологий недалекого будущего предлагается использовать предназначенный для уничтожения оружейный уран в мирных целях в космосе для создания энергетической сети, поставляющей с орбиты на планету экологически чистую энергию - отраженный свет. Об использование экологически чистой энергии из космоса еще в 1991 году говорил Римский Клуб - знаменитое собрание политиков и интеллектуалов, занимающихся решением глобальных проблем человечества. Для создания гигантских отражателей, необходимы миллионы тонн материалов, доставка которых с Земли невозможна по экологическим и экономическим причинам. Ядерный потенциал, доставляемый в космос ракетами, может обеспечить получение необходимого количества внеземных материалов, в частности - астероидного железа. Ядерные двигатели могут доставить на орбиту небольшой астероид из группы сближающихся с Землей, с помощью которых, как предполагают специалисты НПО "Энергомаш", ИЦ им М.В.Келдыша и др. Можно будет создать космическую энергоиндустриальную сеть - орбитальные платформы с отражателями солнечного света. Доставка следующих астероидов и расширение этой сети обеспечат в частности освещение городов, интенсификацию роста лесов и пр. Конечно, оружейный уран можно сжечь в АЭС, но проблему радиоактивных отходов этим не решить. К тому же переработка оружейного урана экономически очень невыгодна. Запасенная в ядерных зарядах энергия способна произвести переворот в методах и сроках освоения космоса, - считают специалисты, работающие над проектом.

5. Спутниковые солнечные электростанции.

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

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.

6. 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 от поселка и засыпан грунтом. В населенных пунктах ниже по течению 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.

26 июня 1973 г. Взрыв и пожар при состоявшемся на космодроме Плесецк пуске ракеты-носителя "Космос- 3М" на высокотоксичном 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 жидко-топливными ракетами РСМ-25 на борту. 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.

7. 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 не полностью, их фрагменты достигают поверхности Земли. Таким образом, прекращение существования крупных космических аппаратов представляет серьезную 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.

8. 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 радиационной 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.


СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ШКОЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ




Экологические проблемы космического пространства


Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

1.1. Актуальность проекта

Освоение космоса вот уже более 60 лет приносит огромную практическую пользу, но вместе с тем, при запуске современных космических ракет-носителей и других аппаратов, в атмосферу выделяется большое количество тепла и вредных веществ, которые отрицательно влияют на состояние земной и околоземной среды.

Основные виды антропогенного воздействия на околоземное космическое пространство:

Загрязнение космическим мусором. [2]

1.2. Цель, задачи и гипотезы проекта

Цель проекта

Теоретически обосновать, какие экологические проблемы присутствуют в космическом пространстве, и изучить способы по их минимизации.

Задачи проекта

Гипотеза №1: Экологические проблемы на Земле и экология космического пространства взаимосвязаны.

Гипотеза №2: Проблема загрязнения космического пространства мусором может принять масштаб катастрофы.

Гипотеза №3: Возможность избавления от космического мусора существует.

2 . Тепл о в о е загрязнени е

2.1. Разогрев ионосферы и магнитосферы

Из антропогенных воздействий на околоземное космическое пространство одним из важных является разогрев ионосферы, в которой происходит поглощение части энергии электромагнитного излучения радиопередающих систем. Ионосфера Земли - это слой атмосферы, который подобно пузырю с герметичной мембраной защищает нашу планету от губительных лучей радиации Солнца. [4] Из-за разогрева ионосферы в ней образуются области с пониженной концентрацией электронов ("дыры").

Источниками искусственных радиоизлучений, хотя и малой интенсивности, являются спутники и другие космические аппараты, вращающиеся вокруг Земли.

Рисунок 2 Рисунок 3

2.2. Антропогенное влияние на климат

2.2.1. Большой коралловый риф

Коралловые рифы – это крупнейшие в мире структуры, созданные на протяжении 250 млн. лет естественным путем живыми существами. [3] Рифам мешает повышение температур океанических вод, индустриальное загрязнение, избыточный рыбный промысел, увеличение количества осадочных пород и концентрации кислот.

На сегодняшний день известно, что 20% мировых коралловых рифов уже вымерли .

Коралловые рифы играют важную роль в поддержании экологического и климатического равновесия на всей планете. Они концентрируют в себе карбонаты, а, значит, и углерод. Температурный режим на планете зависит от соотношения атмосферного углекислого газа и углерода, растворенного в Мировом океане. Поэтому массовая гибель кораллов, несомненно, повлечёт увеличение концентрации углерода в воде, и, соответственно, климатические изменения.

Рисунок 4 Рисунок 5

2.2.2. Таяние ледников

К причинам таяния ледников все ученые относят пренебрежительное отношение к природе. Вырубка лесов, колоссальные объемы выхлопов, загрязнение почвы, воды и воздуха — все, что в итоге привело к развитию парникового эффекта. Специалисты строят самые печальные прогнозы:

К 2040 году Антарктида полностью останется безо льда.

Повышение средней температуры на планете на 2,5 градуса, наблюдаемое в последние 50 лет, приводят к повышению уровня Мирового океана.

Ледниковый покров тает, тем самым увеличиваются объемы водяных паров в атмосфере. Это приводит к усилению парникового эффекта, который, в свою очередь, и влияет на разрушения ледников — настоящий замкнутый круг.

Рисунок 6 Рисунок 7

3 . Радиоактивное загрязнение

Радиоактивное заражение местности – заражение местности радиоактивными веществами, приводящее к повышению уровня радиации до опасных для человека значений (свыше 30мкР/час).

К радиоактивному заражению местности приводит выпадение радиоактивных веществ с атмосферными осадками и их перенос с грунтовыми водами после:

боевого применения или испытания ядерного оружия,

аварий связанных, с повреждением или разрушением активной зоны ядерных реакторов, хранилищ радиоактивных материалов на них,

в результате утечки радиоактивных отходов с предприятий, занимающихся их хранением или утилизацией.

Радиоактивное загрязнение поверхности Земли происходит также при падении спутников с ядерными установками.

Радиоактивное загрязнение атмосферы чрезвычайно опасно, так как радионуклиды с воздухом попадают в организм и поражают жизненно важные органы человека. Его влияние сказывается не только на ныне живущих поколениях, но и на их потомках за счет появления многочисленных мутаций.

Наибольшее загрязнение атмосферы происходит при взрывах термоядерных устройств. Изотопы, образующиеся при этом, становятся источником радиоактивного распада в течение длительного времени. Самые опасные изотопы стронция-90 [5] (период полураспада 25 лет) и цезия-137 [6] (период полураспада 33 года).

Радиоактивное заражение приземного слоя атмосферы, воздушного пространства, местности происходит за счёт радиоактивных веществ, выпадающих из облака ядерного взрыва.

… Небольшое отступление от темы

Первая в мире атомная электростанция была построена в городе Обнинск Калужской области более 60 лет назад, и была невероятным прорывом, который показал, что в мире существует место для мирной ядерной энергетики. АЭС в Обнинске пробыла в эксплуатации с 1954 по 2002 год без единой аварии, она стала моделью стабильности, которой многие сегодняшние атомщики стараются подражать. Когда-то атомная электростанция была первой в мире, а сейчас она работает как музейный комплекс.

Фотография 1 Автор фото: Холопкин А.М.

Отец и дедушка автора проекта работали операторами пульта управления ядерным реактором на Обнинской АЭС.

Да и сам автор проекта родилась в городе мирного атома.

4 . Химическое загрязнение

Структурная формула несимметричного диметилгидразина

Н2 NN ( CH 3)2 + 2 N 2 O 4 = 2 CO 2 + 3 N 2 + 4 H 2 O

Уравнение реакции несимметричного диметилгидразина и тетраоксида диазота

В современных твердотопливных двигателях большой мощности чаще всего применяют смесь перхлората аммония ( NH 4 ClO 4 ) в качестве окислителя с алюминием и каучуками. Основные продукты их выброса - вода и диоксид углерода.

За счет сжигания топлива разных видов на Земле в атмосферу сейчас ежегодно поступает 20 млрд. тонн СО2 и 700 млн. тонн других газообразных соединений и твердых частиц, в том числе 150 млн. тонн сернистого газа ( SO 3). Этот газ, соединяясь с атмосферной влагой ( H 2 O + SO 3= H 2 SO 4), образует серную кислоту ( H 2 SO 4), что может приводить к выпадению так называемых кислотных дождей, отрицательно влияющих на растительный и животный мир.

Рисунок 10 Рисунок 11

5 . Загрязнение мусором космического пространства

5.1. Причины появления космического мусора

В результате запусков и функционирования различных космических аппаратов в космосе накапливается огромное количество отработавших свой ресурс спутников, ракет, маневровых ступеней, различных защитных оболочек, отслоившихся частиц краски и прочее.

Космический мусор – это все искусственные объекты и их фрагменты в космосе, которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить никаким полезным целям. [10] Но они являются опасным фактором воздействия на действующие космические аппараты. Фрагмент диаметром даже в 1см, двигающийся со скоростью 10 км/с по эллиптической орбите вокруг Земли, может пробить противометеоритную защиту МКС, что приведет к нарушению герметичности. Содержащие на борту опасные (ядерные, токсичные) материалы, объекты космического мусора могут представлять прямую опасность и для Земли при их неконтролируемом сходе с орбиты, неполном сгорании при прохождении плотных слоев атмосферы Земли и возможном попадание обломков на населенные пункты, промышленные объекты, транспортные коммуникации, сельскохозяйственные поля. [1]

По данным ЦНИИМАШ, в околоземном пространстве, особенно на низкой орбите, находится огромное количество мелкого мусора, в том числе:

более 23 000 бесполезных объектов диаметром свыше 10 см,

сотни тысяч фрагментов диаметром от 1 см до 10 см,

сотни миллионов частиц диаметром от 1 мм до 1 см,

количество более мелкого космического мусора исчисляется миллиардами.

По расчетам специалистов ЦНИИМАШ, проведенным в первом квартале 2018 года, выяв лено 7306 опасных сближений МКС, а также других космических аппаратов с потенциально опасными космическими объектами . [16]

Космический мусор на околоземных орбитах, т.е. остатки того, что успели запустить за последние 50 лет, можно представить следующим образом:

Эта компьютерная модель создана сотрудниками NASA

Две основные причины появления космического мусора на орбитах.

Во-вторых, это космические аварии.

В феврале 2009 года произошло столкновени е космических спутников над Сибирью - российского военного аппарата "Космос-2251" и американского аппарата Iridium-33 на высоте около 800 км. Столкнулись телекоммуникационные спутники, вес российского аппарата составлял 950 кг, вес американского – 560 кг. По американским данным, образовались два облака обломков, на орбите находятся 500-600 фрагментов размером более 5 см. [12]

Специальные Службы контроля космического пространства, функционирующая как в России, так и в США отслеживают заселенность околоземного пространства объектами искусственного происхождения.

Но, к сожалению, наблюдениям доступны далеко не все обломки, составляющие космический мусор. Наземные радиолокационные системы могут обнаруживать только те объекты, диаметр которых на высоте до 2 000 км составляет не менее нескольких сантиметров, оптическим же телескопам доступны объекты от 1 м на высотах в несколько десятков километров. Все остальные объекты находятся вне зоны контроля, хотя и их количество, и огромные скорости, с которыми они мчатся вокруг Земли, представляют для человеческой активности в космосе реальную опасность.

Количество космических держав будет неуклонно расти, и к программе космических исследований присоединятся новые участники. Все это неизбежно приведет к увеличению запусков ракет и выведению на орбиты новых космических объектов. И как следствие, увеличение космического мусора.

5.3. Классификация космического мусора

На основании имеющихся сведений мною была составлена схема классификации космического мусора по его типу и размеру:

5.4. Способы избавления от космического мусора

В настоящее время очищение космоса происходит частично естественным путём – торможением обломков в верхних слоях атмосферы, где они и сгорают.

Специалистами выдвигаются различные идеи избавления от космического мусора [18], некоторые из них прошли апробацию:

• отправка нашего орбитального мусора на другие планеты;

• мусор снимать с орбит с помощью специальных кораблей;

• создавать и выводить в космос специальные мусоросборники;

• перемещение мусора в менее занятые точки на той же или другой орбите;

• робот-уборщик космического мусора; [20]

• рефабрикатор - 3D-принтер, использующий в качестве сырья переработанный им же мусор; [13]

• возвращать мусор на Землю в грузовом отсеке корабля;

• развернуть космопорты для хранения крупных обломков;

• захват космического мусора при помощи сети; [17]

• специальный гарпун для вылавливания вышедших из строя искусственных спутников и космического мусора. [ 15 ]

Захват космического мусора при помощи сети

При столкновении спутника с мусором часто образуется новый мусор, что приводит к неконтролируемому росту засорённости космоса (так называемый синдром Кесслера). По моделям NASA, на низкой околоземной орбите уже с 2007 года было достаточно крупного мусора и спутников для начала этого синдрома.

Даже при условии полного прекращения космических запусков - количество мусора будет расти. [11]

5.5 . Способы защиты от космического мусора в космосе

Количество мусора в космосе стремительно растет. Если в 80-х годах прошлого века речь шла о примерно 5 000 объектов, то в наши дни их число уже выросло примерно до 13 000. Причем эта цифра учитывает только обломки размером более 10 сантиметров, а с учетом более мелкого мусора эта цифра может возрасти до нескольких десятков миллионов, полагают японские эксперты.

При этом на низких орбитах отходы, возникшие в процессе освоения человеком космического пространства, несутся со скоростью, которая в десять раз превышает скорость пули - около 25 тыс. км в час. Поэтому их столкновение, например с Международной космической станцией, может привести к непоправимым последствиям.

Для защиты станции от мелких высокоскоростных частиц космического мусора и метеороидов применяют специальные экраны. Пробивая такой экран, обломок мусора разрушается и превращается в облако мелких осколков. Получающаяся "пыль" значительно менее опасна для обшивки модулей станции, чем удар исходной частицы. [16]

6 . Выводы , практические рекомендации и закл ючени е

Цель моей работы достигнута. Все задачи выполнены. В начале работы над проектом я выдвинула гипотезу овзаимосвязанности экологических проблем на Земле и экологии космического пространства. Гипотеза подтвердилась. Экологические проблемы, такие как, тепловое загрязнение, радиоактивное и химическое загрязнение, наносят вред космическому пространству. Радиоактивные вещества в основном техногенного происхождения, влияют не только на окружающую среду, но и на жизнь самого человека, и на существование жизни в будущем. Загрязнение околоземного космического пространства имеет прямое влияние на климат планеты.

В третьей гипотезе я предположила существование возможности избавления от космического мусора. Возможно. Однако, потребуется недюжинная изобретательность и много терпения.

Я предлагаю следующие способы решения проблем:

Установить новые международные стандарты.

Начать делать спутники и космические станции более прочными.

Усилить защиту от ударов (как космического мусора, так и метеорных тел).

Оснастить спутники дополнительными системами управления.

Следующая фотография демонстрирует модель придуманной мной ловушки.

Фотография 2 Автор фото: Николаева И.И.

В заключение хочу сказать, исходя из моих исследований, я пришла к выводу, что нужно минимизировать загрязнение и космического пространства, и Земли.

Обучающихся школы я ознакомила со своим проектом.

Данная работа может быть рекомендована к использованию на классных часах, уроках экологии, химии, астрономии и физики.

Фотография 3 Автор фото: Николаева И.И.

Работа содержит 18 машинописных страницы, 2 схемы, 3 фотографии и 15 рисунков (рисунки взяты с сайта pixabay . com , предоставляющего изображения и видео без авторских прав).

7 . Список использованных источников и литературы

1. Рыхлова Л.В. Проблема космического мусора / Л. В. Рыхлова // Земля и Вселенная.- 1993 №6.-с.36.

2. Фадин И. М. Экологические аспекты освоения космического пространства / И. М. Фадин // Инженерная экология и экологический менеджмент: учебник / под. ред. Н. И. Иванова и И. М. Фадина. – 2-е изд. – Москва : Логос, 2006. – С. 387-424 .

Читайте также: