Космос и экология

Сканировал и обработал Юрий Аболонко (Смоленск)

В статьях сборника рассказывается об экологических проблемах эксплуатации современной ракетно-космической техники (РКТ). Показаны пути снижения вредного воздействия РКТ на окружающую среду. В аспекте решения глобальной экологической проблемы исследуется концепция космического «захоронения» особо опасных радиоактивных отходов.

Сборник рассчитан на широкий круг читателей.

XX столетие назвали веком атома, веком космонавтики, но все чаще на страницах газет и журналов к концу столетия стало мелькать тревожное слово «экология». Несомненно, что создание первой атомной электростанции и запуск первого искусственного спутника Земли, осуществленные нашей страной, положили практическое начало новому этапу развития земной цивилизации. Атомная энергетика и ракетно-космическая техника стали неотъемлемой частью хозяйственной деятельности человека. На долю атомных электростанций приходится сегодня 17% от общей мировой выработки электроэнергии, а в некоторых странах, например во Франции, АЭС вырабатывают более 65% потребляемой электроэнергии. Немыслим современный мир и без средств космической связи, телевидения, навигации, метеорологии, исследования природных ресурсов Земли.

Характерной особенностью этих направлений развития энергетики и техники является их связь с глобальными проблемами экологии. Атомная энергетика сберегает ценное сырье – органическое топливо (нефть, уголь, газ, древесину), запасы которого весьма ограниченны, в то время как современная земная энергетика, ориентированная в основном на его потребление (сжигание), неизбежно ведет к расходованию кислорода и увеличению концентрации углекислого газа в атмосфере со всеми вытекающими из этого последствиями. По существующим оценкам, к концу века ежегодно вследствие этого будет теряться примерно 20% кислорода по отношению к продуцируемому в естественных условиях.

Космонавтика уже сегодня позволяет осуществлять глобальный контроль за антропогенными изменениями природной среды, рациональным использованием природных ресурсов, способствует развитию «безотходных, энергосберегающих технологий и в перспективе за счет космической индустрии обеспечит экологическую разгрузку Земли.

Но одновременно рост масштабов атомной энергетики и интенсивное освоение околоземного космоса могут привести к весьма ощутимым воздействиям на окружающую среду, последствия которых трудно предсказать.

Одной из главных проблем развития атомной энергетики, наряду с обеспечением безопасности эксплуатации АЭС, является проблема безопасного хранения и утилизации радиоактивных отходов. А на пути развития космонавтики встают такие негативные последствия, как засорение околоземного пространства фрагментами ракетно-космической техники; вредное воздействие продуктов сгорания ракетных топлив на атмосферу Земли, в том числе на озонный слой; необходимость отчуждения под районы падения отделяющихся частей ракет-носителей по трассам их пусков больших земельных территорий, что исключает или ограничивает их использование для хозяйственной и другой деятельности населения.

Преодоление этих трудностей заключено в дальнейшем совершенствовании технологий. В частности, в ядерной энергетике – это разработка новых ядерных реакторов, обладающих так называемой внутренней безопасностью, а также технологий радиохимической переработки и надежной изоляции отходов, образующихся в ядерном топливном цикле. Одним из возможных вариантов обезвреживания особо опасных радиоактивных отходов предлагается их удаление в космос. Космическая изоляция радиоактивных отходов предъявляет жесткие требования к транспортным космическим системам с точки зрения обеспечения надежности и безопасности выведения контейнеров с отходами на орбиты «захоронения». Важным фактором остается и вопрос рентабельности: затраты на космическое «захоронение» отходов не должны приводить к существенному повышению стоимости электроэнергии, производимой АЭС. В настоящее время аварии типа «Челенджер» и Чернобыль заставляют довольно осторожно относиться к возможности реализации предлагаемой идеи. Но в будущем с совершенствованием ракетно-космической техники такие проекты возможно найдут свое место в решении проблем земной энергетики и экологии.

Снижение вредного воздействия ракетно-космической техники на окружающую среду связывают в перспективе с переходам на полностью многоразовые транспортные космические системы, использующие экологически безопасные компоненты топлива. Эксплуатация таких систем с возвращаемыми ступенями исключит необходимость отчуждения земель под районы падения и дальнейшее засорение околоземных орбит. А в ближайшем будущем решение экологических проблем космонавтики предполагается за счет проведения ряда организационно-технических мероприятий, направленных, в частности, на сокращение трасс пусков и районов падения ракет-носителей, отказ от использования на носителях токсичных компонентов топлива, предотвращение преднамеренных и самопроизвольных взрывов космических объектов на орбитах ИСЗ, являющихся основным источником «космического мусора», и пр.

Предлагаемый сборник подробно знакомит читателей с затронутыми вопросами и дает необходимую информацию для понимания остроты и актуальности поставленных задач. Авторы статей – специалисты в области проектирования и перспектив развития транспортных космических систем. Их соображения о возможных путях решения экологических проблем, связанных с использованием ракетно-космической техники, несомненно, представляют интерес для специалистов смежных областей и широкой аудитории подписчиков научно-популярной серии.

Ю. А. Мозжорин,
С. В. Чекалин

Советский Союз, как и США, проводит исследования по вопросам засорения околоземного космоса фрагментами ракетно-космической техники. Эта проблема затрагивает интересы многих стран и приобретает особую актуальность. Оценка существующей ситуации и прогноз ее развития показывают необходимость тесного международного сотрудничества с целью принятия своевременных и действенных мер по снижению темпа роста «космического мусора» и обеспечению безопасности орбитальных полетов.

ОРБИТАЛЬНЫЕ ФРАГМЕНТЫ И ОПАСНОСТЬ СТОЛКНОВЕНИЯ В КОСМОСЕ

Засорение космического пространства началось сразу же после запуска первого искусственного спутника Земли (ИСЗ), вместе с которым «а орбиту вышла последняя ступень ракеты-носителя (РН). За годы космической эры на околоземных орбитах было зарегистрировано свыше 20 тысяч космических объектов искусственного происхождения размером более 10 см, за которыми возможно слежение с помощью современных наземных средств. Это отработавшие верхние ступени РН и разгонные блоки, отслужившие свой срок космические аппараты (КА), в том числе отделившиеся от них в космосе элементы конструкции типа переходников, крышек, пружинных толкателей, пироболтов. Сюда же относятся потерянные космонавтами при выходе в открытый космос перчатка, отвертка, кинокамера, а также многочисленные фрагменты, образовавшиеся в результате самопроизвольных взрывов или столкновений объектов.

Часть этих объектов и фрагментов со временем, в зависимости от высоты их орбиты и массы, входит в плотные слои атмосферы и в подавляющем большинстве сгорает, и только небольшая часть достигает поверхности Земли. На данный момент в космосе находится около 7200 наблюдаемых искусственных объектов, причем лишь 5% из них представляют собой действующие КА, а остальные по существу, являются «космическим мусором».

К сожалению, «космический мусор» не ограничивается только зарегистрированными объектами. Экстраполяция на основе существующих моделей показывает, что число фрагментов размером в несколько сантиметров, образующихся при разрушении объектов, составляет уже несколько десятков тысяч, а осколки в пределах 1 см и менее исчисляются сотнями тысяч и миллионами.

Наряду с общим ростом числа орбитальных обломков характерным является и расширение сферы их распространения в околоземном пространстве. Как показывают наблюдения, после случившихся самопроизвольных взрывов объектов осколки собираются в кольцо в достаточно узких полосах орбит, незначительно отличающихся углом наклона (обычно в пределах одного градуса и менее). Однако со временем плоскости орбит начинают расходиться. И в итоге обломки распределяются по всей сфере околоземного пространства: траектории их полетов охватывают Землю тонкой оболочкой, оставляя свободными лишь оба полюса.

Растущее засорение космоса начинает вызывать беспокойство. От падающих остатков космических объектов нас защищает плотный стой атмосферы, в котором они сгорают, Но они становятся опасными для сверхзвуковой транспортной авиации, летающей на больших высотах. Возможны и случаи, когда при падении объектов часть их обломков, не успев сгореть в атмосфере, достигает поверхности Земли. В 1979 г. серьезные опасения с этой точки зрения вызвало непредвиденное быстрое снижение американской орбитальной станции «Скайлэб». К счастью, несгоревшие обломки станции упали в малонаселенных районах Австралии, не причинив вреда. В начале 1991 г. такие же опасения связывали с падением советской орбитальной станции «Салют-7», фрагменты которой вошли в плотные слои атмосферы над территорией Южной Америки.

Возрастает и вероятность столкновения в космосе с обломками «мусора», что в будущем может оказать существенное влияние на безопасность полетов орбитальных станций и пилотируемых транспортных кораблей, а также на продолжительность функционирования автоматических ИСЗ. Основная опасность «космического мусора» связана с огромными, поистине космическими скоростями столкновения орбитальных фрагментов с КА. Например, встреча с обычным крепежным болтом, потерянным на орбите, при относительной скорости встречи 10 км/с равнозначна для КА столкновению с пушечным ядром, запущенным со скоростью 300 м/с. Летящая в космосе частица диаметром всего 0,5 мм может пробить космический скафандр, даже если он изготовлен из многослойного материала. О том, какую опасность представляют в космосе такие почти неразличимые человеческим глазом микроосколки, как частицы краски, свидетельствуют эрозионные повреждения иллюминаторов на орбитальных станциях «Салют-7», «Мир» и американских многоразовых кораблях типа «Шаттл»

Наиболее высокая концентрация фрагментов наблюдается в диапазоне высот от 300 до 1600 км, где вероятность столкновения КА с мелким осколком стала приближаться к вероятности столкновения с метеоритом тех же размеров. По всей видимости, в перспективе потребуются дополнительные веса конструкции для защиты орбитальных станций и КА от «космического мусора», а также специальные мероприятия по снижению загрязнения этих орбит, поскольку при достигнутом росте засорения космоса вероятность столкновения станции типа «Мир» с опасным осколком размером 1 см и более прогнозируется в 2000 г. как один раз в 17 лет, а в 2010 г. и 2020 г. уже как один раз в 7 лет и в 2 года соответственно.

Уровень засорения, помимо опасности, может негативно влиять на выполнение задач контроля «космического пространства, создавая дополнительный фон для оптических, радиолокационных и других средств обнаружения, идентификации и сопровождения космических объектов, а также на работоспособность аппаратуры самих КА. Кроме того, световые отражения от орбитальных осколков могут мешать работе астрономов.

Особое значение приобретает засорение «космическим мусором» зоны геостационарной орбиты (ГСО) в силу ограниченности ее размеров. С 1963 г. по настоящее время на эту орбиту запущено уже более трехсот КА. При этом отдельные участки ГСО из-за различных требований в космических линиях связи оказываются перегруженными и включают 15 (в перспективе 30) КА на десятиградусной дуге орбиты. Положение работающих спутников на ГСО с применением активной коррекции поддерживается в среднем с точностью ±0,1° по долготе и широте, что соответствует отклонениям ±75 им, а по высоте в пределах ±25 км. Из-за дрейфа отработавших геостационарных спутников на орбите возможны их сближения на расстояние менее 10 км. Это в перспективе может создать помехи работе связных средств и рассматривается как один из факторов, уменьшающих ограниченные ресурсы использования геостационарной орбиты.

Орбиты средней высоты, находящиеся между низкой околоземной орбитой и ГСО, характеризуются относительно невысокой плотностью распределения наблюдаемых объектов.

В таблице, по данным наземной службы слежения США, представлено распределение каталогизированных объектов и фрагментов по их типам и высотам орбит (в %).

Не менее серьезную опасность, наряду с механическим засорением низких околоземных орбит, представляют возможные отказы и аварии КА с радиоизотопными и ядерными энергоустановками на борту, которые могут приводить и уже приводили к радиоактивному загрязнению Земли, атмосферы и близлежащего пространства. Так, в 1964 г. американский навигационный спутник «Транзит» с радиоизотопным источником энергии не смог выйти на орбиту. Устройство с плутонием-238 распалось в атмосфере и рассеялось по всему земному шару, втрое увеличив содержание этого изотопа в окружающей среде. В 1978 г. советский спутник «Космос-954» вошел в атмосферу и развалился на части, разбросав радиоактивные осколки в северо-западных районах Канады.

Проблема экологически чистой утилизации отходов остается даже при нормальном функционировании ИСЗ с ядерным топливом на борту. Предусмотренный в некоторых конструкциях отстрел активной зоны с переводом ее на орбиту «высвечивания» является далеко не идеальным решением. Считается, что на околоземных орбитах в настоящее время находится несколько десятков ИСЗ, несущих на борту в общем не менее одной тонны урана-235 и других продуктов распада. Большинство этих ИСЗ вращаются на орбитах в наиболее засоренной зоне и подвергаются опасности разрушения при столкновении с осколками. Все чаще специалисты и ученые высказываются за ограничение использования ядерных энергоустановок (ЯЭУ) в космических аппаратах на околоземных орбитах. Как считают эксперты, ЯЭУ должны использоваться лишь для КА, направляемых в дальний космос к другим планетам, где нет иных источников энергии.

В настоящее время при существующем темпе запусков КА количество фрагментов на орбитах, наблюдаемых наземными средствами слежения, в среднем увеличивается на 5% в год. Темп роста числа мелких, не отслеживаемых осколков предполагается еще более высоким. Если не будут предприниматься усилия по замедлению роста количества орбитальных фрагментов, то со временем может возникнуть сложная обстановка на орбите, способная при достижении критической плотности засорения вызвать каскадное увеличение количества осколков за счет взаимопорождающих друг друга столкновений (каскадный эффект). Чтобы этого не произошло, необходимо уже сегодня разработать и проводить в жизнь комплексную программу работ по проблеме снижения уровня засорения космического пространства.

Техническая часть программы, по-видимому, должна состоять из трех разделов. В «первый раздел целесообразно включить работы по уточнению современного состояния и прогнозу дальнейшего засорения космоса с оценкой опасности столкновения пилотируемых и автоматических КА с «космическим мусором». Для расширения каталогов регистрируемых фрагментов «космического мусора» в разделе должны быть предусмотрены исследования по совершенствованию средств обнаружения, слежения и контроля за космическими объектами, а также методов измерений, обработки результатов и управления данными с использованием новейших ЭВМ. Однако следует отметить, что постоянное измерение орбит осколков, вызванное их непрерывным изменением, с выдачей «предупреждений» всем заинтересованным сторонам представляется малореальным даже при известном в настоящее время количестве крупных фрагментов. Что касается мелких, не поддающихся прямому обнаружению осколков, то прогнозирование их траекторий на практике вообще нереально.

Ограниченные возможности слежения за малоразмерными фрагментами приводят к необходимости моделирования столкновений и разрушений космических объектов на орбите, являющихся основными источниками образования мелких осколков. Техногенные осколки, с которыми возможно столкновение на орбите, отличаются друг от друга по плотности материалов, размерам, форме и ориентации относительно конструкции соударяемого объекта. В основу моделирования могут быть положены аналитические методы и эксперименты на современных наземных установках, способных обеспечить разгон мелких фрагментов до скоростей, близких к реальным скоростям столкновений. Результаты исследований должны использоваться при разработке теории и инженерных методов расчета разрушений различных типов конструкций («сухих» отсеков, топливных баков, баллонов под давлением и пр.) при соударении с фрагментами «космического мусора» в условиях орбитального полета.

Другим источником данных для оценки численности мелких осколков на орбите и подтверждения результатов моделирования могут быть космические наблюдения. В настоящее время изучение уровня техногенного засорения космоса, наряду с метеорной обстановкой, производится по результатам воздействия микрочастиц на конструкцию орбитальной станции и транспортных кораблей с помощью

– конденсаторных пробойных детекторов с чувствительными обкладками разной толщины, устанавливаемых на станции (информация передается по каналам телеметрии);

– объемных, возвращаемых на Землю кассет с образцами конструкционных материалов;

– внешнего осмотра иллюминаторов и открытых металлических поверхностей станции (при выходе экипажа) и спускаемого аппарата кораблей «Союз» (после возвращения на Землю).

Образцы исследуются затем в лабораторных условиях с помощью микроскопов и масс-спектрометров. С использованием элементного анализа остатков частиц в кратерах и с применением сканирующего электронного микроскопа удается отличить следы ударов естественных метеоритов от аналогичных кратеров, образованных частицами искусственного происхождения.

О росте засорения космоса техногенными частицами свидетельствует повышение интенсивности повреждений образцов. Так, на основании данных о количестве сквозных пробоев образцов алюминиевой фольги толщиной 10 и 20 мкм, экспонировавшихся на орбитальных станциях «Салют-6» и «Салют-7», можно утверждать, что поток высокоскоростных частиц размером 0,001 – 0,003 мм на орбитах высотой 350 км за 5 лет возрос на 33%.

Начинают давать информацию о техногенном засорении космоса и спутники, возвращаемые с орбиты на Землю с помощью многоразовых орбитальных кораблей типа «Спейс Шаттл». Так, на американском спутнике-платформе LDEF, который был возвращен на Землю после почти 6-летнего пребывания на орбите, обнаружено около 500 выбоин от частиц искусственного происхождения размером от 0,01 см и более.

Эффективное измерение характеристик микрочастиц в космосе «можно проводить с помощью специальных малых спутников, выводимых в качестве дополнительной полезной нагрузки вместе с серийными КА. Это существенно расширит область проводимых исследований по метеорно-техногенному засорению околоземного космоса и снизит затраты. Регистрация факта соударения метеорной либо техногенной частицы осуществляется при пробоях секций надувной оболочки спутника, представляющих собой пленочные датчики конденсаторного типа. Масса и скорость этих частиц определяются с помощью ионного датчика. Информация, получаемая с бортовой научной аппаратуры, регистрируется после первичной обработки и передается на Землю при нахождении спутника в зоне радиовидимости.

Комплексное моделирование и контроль засорения космического пространства крупными и мелкими фрагментами позволяют прогнозировать уровень опасности столкновения КА с «космическим мусором» для принятия соответствующих мер.

Одним из таких мероприятий является разработка бортовой защиты КА от повреждений при столкновении с орбитальным осколком. Наиболее приемлемые методы – экранирование конструкции и резервирование подсистем КА – применялись и ранее для защиты от метеорных частиц. Но техногенные частицы по своим размерам превышают метеорные и требуют более надежной и эффективной защиты.

В большинстве случаев общая экранная защита применяется от мелких осколков, которые могут повредить, но не разрушить КА. Более надежные средства рассматриваются для защиты чувствительной аппаратуры. Например, предлагается система решеток или жалюзи, которые в случае угрозы столкновения закрывают уязвимое оборудование. Существует концепция КА с корпусом-ракушкой. Этот космический аппарат имеет защитный корпус с отверстиями, через которые выдвигаются датчики и антенны. В случае угрозы столкновения датчики и антенны убираются в защитный корпус. Разработана многослойная защита, внешний слой которой принимает удар на себя, разрушая и рассеивая примерно 80% осколков по более обширной поверхности внутреннего слоя. Оставшиеся 20% осколков отражаются от экрана и из-за своего малого размера уже не представляют опасности.

Обеспечение выживаемости КА при техногенном засорении космоса приобретает все большее значение и требует проведения соответствующих работ, включая создание специального оборудования для испытания воздействия техногенных частиц на конструкцию КА, моделирование процессов соударения, исследование и разработку новых материалов и концепций защиты КА.

Второе направление по программе должно быть посвящено предотвращению засорения космоса фрагментами ракетно-космической техники.

В этом плане весьма перспективным представляется создание универсальных космических платформ (УКП), каждая из которых сможет заменить несколько специализированных спутников. Другим важным направлением, способствующим сокращению числа запусков КА, является увеличение ресурса или срока их активного существования. Широкие возможности для перехода к такого рода объектам открывает ракета-носитель «Энергия». Разработка на базе УКП тяжелых спутников массой 16 – 18 т, решающих задачи телефонной и сервисной связи, непосредственного теле- и радиовещания, позволит создать на геостационарной орбите систему из 3 спутников, полностью удовлетворяющую потребности страны в связи и вещании до 2005 – 2010 гг. Для решения этих же задач обычными спутниками потребовалось бы в составе системы иметь до 24 – 30 объектов.

К снижению уровня засорения околоземных орбит могут привести также конструкторские проработки по исключению применения на ракетных блоках и КА средств разделения с образованием свободных осколков и исключению отделения в орбитальном полете штатных элементов конструкции. В части предотвращения появления в процессе функционирования орбитальных объектов техногенных частиц необходимо применение конструкций и покрытий, стойких к воздействию окружающего космического пространства, в том числе не подверженных вторичной эрозионной эмиссии. Наряду с этим важным требованием является использование топлив для орбитальных двигателей без металлических и других присадок, сгорание которых приводит к образованию твердых окисных частиц. Так, примерно треть продуктов сгорания твердотопливных двигателей приходится на частицы окиси алюминия размером 0,0001 – 0,01 мм.

Как уже отмечалось, большую часть «космического мусора» представляют собой фрагменты, образовавшиеся в результате взрывов и разрушений КА и ракетных ступеней. За период с 1961 г., когда было зафиксировано первое разрушение объекта в космосе, на орбитах взорвалось более 130 объектов. В основном взрывы происходят в результате непредсказуемых аварий. Намеренное разрушение иногда производится, например, во избежание падения крупных несгоревших частей космического объекта в населенный район, в том числе на территории других государств.

Необходимо проведение проработок по исключению преднамеренных и самопроизвольных взрывов орбитальных объектов и возможному осуществлению их управляемого увода с орбиты. Одной из наиболее вероятных причин самопроизвольных взрывав некоторых советских КА предполагался взрыв термоконтейнеров с буферными химическими батареями при их перезаряде. Эффективность проводимых доработок в этом направлении подтвердилась успешной эксплуатацией последующих КА. Другая причина взрывов космических объектов была выявлена и устранена американскими специалистами при анализе разрушений семи отработавших верхних ступеней ракеты-носителя «Дельта». Механизм их возникновения заключался в следующем. При закрытии клапанов после окончания работы двигателя давление в баках росло до тех пор, пока один из баков не взрывался. Образовавшиеся осколки пробивали второй бак, самовоспламеняющиеся компоненты топлива смешивались, и происходил взрыв ступени. Изменив последовательность операций при выключении двигателя так, чтобы не перекрывать выходные отверстия топливного бака, удалось предотвратить дальнейшие инциденты.

На разгонном блоке «Д» носителя «Протон», который выводит КА на геостационарную орбиту, советскими специалистами при разработке было предусмотрено дренирование остатков компонентов и газов наддува топливных баков после отделения объекта, что обеспечивает увод блока с рабочей орбиты КА и исключает возможность его разрушения в процессе пассивного полета.

Стравливание топлива и газов можно организовать таким образом, чтобы при этом ступень получала тормозной импульс, сокращающий время ее пребывания на орбите. Логическим завершением этого направления работ по снижению засорения космоса является управляемый увод с орбиты ступени после отделения КА или же разработка программ выведения, при которых последняя ступень носителя не выходит на орбиту (запуск по незамкнутой промежуточной орбите с довыведением КА на рабочую орбиту с помощью «апогейного» двигателя или разгонного блока). Такая схема выведения реализована на перспективной ракете-носителе «Энергия» и предусматривается в будущем для эксплуатируемых РН типа «Протон» и «Зенит» при запуске новых КА, оснащенных собственной двигательной установкой (ДУ).

Что касается самих КА, то после прекращения активного существования для объектов на геостационарной орбите предусматривается увод бортовой ДУ на внешние орбиты по отношению к ГСО, а для части низкоорбитальных КА – сход с орбиты и «затопление» в акватории Мирового океана.

И наконец, третье направление работ по программе должно быть посвящено исследованию возможных способов и средств по очистке околоземного пространства от «космического мусора». Здесь речь идет в основном об устранении последствий эксплуатации ракетно-космической техники за предыдущие годы, приведшей к такому уровню засорения околоземных орбит. А как известно, избавиться от загрязнения окружающей среды значительно труднее, чем предотвратить его.

Из 7200 отслеживаемых орбитальных фрагментов 35% составляют отработавшие КА, последние ступени РН и разгонные блоки. Это означает, что на околоземных орбитах находится около 2500 пассивных объектов больших размеров и массы, являющихся потенциальными источниками образования по меньшей мере десятков и сотен тысяч новых осколков. В связи с этим вполне обоснованным представляется желание удалить их из космоса. В качестве средств поиска и захвата пассивных космических объектов могли бы рассматриваться многоразовые орбитальные корабли типа «Буран» и «Шаттл» и межорбитальные буксиры, оснащенные роботами-манипуляторами. В этих случаях возвращение объектов на Землю возможно в грузовом отсеке орбитального корабля или же посредством торможения с помощью буксира и последующего автономного спуска в заданный район. Однако это чрезвычайно дорогая операция. Она может быть оправдана, если проводится с целью предотвращения неуправляемого падения крупногабаритного объекта о населенные районы Земли или же когда стоимость возвращаемого аппарата очень высока (например, КА типа космического телескопа Хаббла).

В перспективе с целью уменьшения транспортных нагрузок на ближний космос и упорядочения работ по его очистке может быть предусмотрено развертывание орбитальных космопортов как своеобразных перевалочных баз для полезных грузов, выводимых с Земли и возвращаемых из космоса. Связь такого космопорта с Землей будет обеспечиваться регулярными рейсами многоразовой транспортной космической системы, а межорбитальные перевозки – специальными буксирами, базирующимися в доке космопорта.

Более сложной задачей представляется организация сбора и удаления из космоса мелких частиц «космического мусора». На сегодняшний день известен ряд проектов решения этой задачи. Один из них предусматривает образование на пути мелких осколков большого пенного шара для поглощения кинетической энергии частиц, после чего они теряют высоту и входят в плотные слои атмосферы. Но такого рода помехи могут оказать вредное воздействие и на функционирующие КА. В соответствии с другим проектом предлагается ускорять сход с орбиты мелких фрагментов посредством облучения их лучом лазера или лучком нейтральных частиц.

На наш взгляд, удаление фрагментов «космического мусора» с орбит указанными средствами в ближайшем будущем представляется проблематичным и нецелесообразным в связи с большими потребными энергетическими и экономическими затратами и нуждается в дальнейших более глубоких проработках. Пока же «очищение» космоса происходит только частично естественным путем за счет торможения обломков в верхних слоях атмосферы и в значительной мере зависит от цикла солнечной активности, под влиянием которой атмосфера Земли подвержена большой флуктуации по высоте и тем самым расширению сферы своего воздействия на орбитальные фрагменты.

Используя тормозящее свойство атмосферы, можно сократить сроки пассивного существования КА и ракетных ступеней на орбите, если увеличить их аэродинамическое сопротивление за счет специального устройства, например, надувного баллона.

Сотрудниками ИКИ АН СССР проведено моделирование процесса самоочищения космоса от орбитальных обломков под действием атмосферы*. Полученные результаты дают некоторое представление о таком процессе самоочищения космоса, т. е. изменении со временем плотности распределения частиц по размерам и орбитам. Эти результаты показывают, что каждый мощный выброс частиц искусственного происхождения приводит к засорению всего околоземного пространства, ограниченного сферой, на высоте которой произошел выброс (взрыв). И хотя плотность распространения частиц при этом падает со временем и с высотой орбит, это засорение сохраняется надолго.

* См.: Назаров Р. Р., Рязанова Е. Е., Сагдеев Р. З., Суханов А. А. ,Анализ процесса самоочищения космоса от «мусора» // ИКИ АН СССР, 1990; репринт № 1670.

Так, при выбросе частиц размером от 1 см до 1 м в сферическом слое между высотами 700 и 1000 км они уже через полгода появятся на высотах ниже 550 км, а через полтора года достигнут максимальной плотности распространения на этих высотах, но при этом она будет на несколько порядков ниже начальной плотности в исходном слое. Снижения же начальной плотности частиц в исходном слое на несколько порядков потребует сотни и даже тысячи лет. При этом в первую очередь будут «вымываться» более мелкие фрагменты, т. е. средний размер остающихся в космосе частиц со временем растет. С уменьшением высоты выброса частиц процесс самоочищения ускоряется во времени.

Из краткого изложения технической части программы по исследованию засорения космоса становится очевидным разносторонний характер и большой объем предстоящих работ. Рассмотрим теперь организационные вопросы.

ПРАВОВЫЕ АСПЕКТЫ ПРОБЛЕМЫ И ВОПРОСЫ СОТРУДНИЧЕСТВА

Поскольку проблема «космического мусора» затрагивает интересы всех стран, участвующих в освоении космоса, ее решение нуждается в международной правовой основе и тесном сотрудничестве. Для принятия соглашений в этой области важно, чтобы актуальность проблемы признало все мировое сообщество. При достигнутом уровне засорения околоземных орбит нельзя допускать дальнейшего неконтролируемого развития ситуации.

Действующие международные соглашения по космическому праву лишь в самой общей форме затрагивают вопросы предотвращения потенциально вредных последствий космической деятельности, включая загрязнение и засорение «осмоса, особенно отработанными КА с ядерными источниками энергии на борту. Поэтому техническим и правовым аспектам решения проблемы «космического мусора» в последнее время уделяется большое внимание в ряде стран, а также в рамках ООН и международных неправительственных организаций – МАФ, КОСПАР и др.

Так, созданная КОСПАР международная группа экспертов для изучения проблемы засорения космоса в своем документе от 30.1.81 г. сделала ряд выводов относительно удаления отработавших спутников различного назначения со своих орбит. Состоявшаяся в 1982 г. II конференция ООН по исследованию и использованию космического пространства в мирных целях для уменьшения засорения космоса рекомендовала государствам выделить определенные орбиты в качестве «орбит захоронения», организацию «мусорооборочных» полетов, а Международному союзу электросвязи – исследовать возможность включения в свои нормы положения об ответственности владельцев спутников за удаление отработавших ИСЗ с геостационарной орбиты.

Участники состоявшегося в 1988 г. в ФРГ международного коллоквиума по космическому праву высказали ряд предложений в этой части о создании международных групп экспертов для изучения рассматриваемой проблемы; о разработке правил, регулирующих движение объектов в космосе; о запрещении намеренного разрушения космических объектов на орбитах путем взрыва и др., предусмотрев при этом ответственность за нарушение принятых положений. Комплекс научно-технических и правовых аспектов использования космических объектов с ядерными источниками энергии на борту, в том числе возможные последствия от их разрушения, выносился на рассмотрение очередных сессий Комитета ООН по космосу и его подкомитетов в 1988 – 1990 гг.

Глобальный характер проблемы и необходимость ее решения совместными усилиями подчеркивались на встрече советских и американских специалистов, состоявшейся в Москве в декабре 1989 г. По всей видимости, ведущая роль в становлении международного сотрудничества должна принадлежать СССР и США – странам, обладающим наибольшим потенциалом в проведении космических работ и наиболее интенсивно проводящим эти работы.

Международное сотрудничество по рассматриваемой проблеме должно базироваться на определенных основополагающих принципах. К их числу можно отнести следующие.

1. Разработка правовых норм и положений должна быть направлена не столько на ограничительные меры по использованию ракетно-космической техники, сколько на ее совершенствование с целью предотвращения дальнейшего засорения космоса. «Чистота» околоземного космоса должна достигаться главным образом изначальным его незасорением. Существующее засорение околоземного пространства объектами искусственного происхождения следует рассматривать как вынужденное обстоятельство, обусловленное первоначальным уровнем технологии ведения космических работ.

2. В перспективе (с оговоренного срока) каждый объект, выводимый на относительно долговременную орбиту, целесообразно оснащать средствами, обеспечивающими по окончании его функционирования возврат и уничтожение в плотных слоях атмосферы или увод в отчужденные околоземные области, установленные международным соглашением. Естественно, должна быть полностью исключена возможность преднамеренных или самопроизвольных разрушений объектов на орбите, приводящих к засорению околоземного пространства мелкими фрагментами.

3. Страны, эксплуатирующие ракетно-космические средства, могли бы систематически обмениваться информацией по всем вопросам, связанным с засорением околоземного «осмоса, в том числе:

– по проектным, конструкторским, технологическим решениям и эксплуатационным мерам, принимаемым в целях уменьшения засорения космоса;

– по фактическому и прогнозируемому состоянию засоренности околоземных орбит на основании получаемых странами данных слежения и результатов моделирования;

– по результатам исследований о воздействии орбитальных осколков на КА и по средствам защиты КА от воздействия осколков.

4. Международное сотрудничество стран в области уменьшения засорения околоземного пространства космоса должно проводиться при координирующей роли Комитета ООН по мирному использованию космоса. Возможно, что для этой цели при Комитете потребуется создать специальные группы по техническим, организационным и правовым вопросам. В процессе международного сотрудничества должны быть выработаны международные декларации и соглашения по решению рассматриваемой проблемы.

5. В качестве первых шагов в области международного сотрудничества целесообразно, чтобы СССР и США выработали совместную концепцию по уменьшению засорения околоземного космоса, которая охватывала бы прежде всего двухстороннее сотрудничество и являлась бы базой для рассмотрения вопроса всеми странами, имеющими к этому отношение. По всей видимости, международным концепциям и соглашениям должна предшествовать разработка национальных программ.

Следует подчеркнуть, что многие мероприятия и средства, предлагаемые по программе исследования засорения космоса, в своей основе базируются на конверсии (ракетно-космической техники. Это относится к средствам слежения и контроля за космическим пространством, существующим экспериментальным установкам для моделирования процессов образования осколков при столкновении объектов с «космическим мусором», использованию систем обслуживания спутников на орбите, перспективных средств передачи энергии на расстояние и пр. Проведение совместных работ по проблеме засорения космоса фактически поставит разработку и применение этих средств под международный контроль и одновременно обеспечит дальнейший прогресс в развитии ракетно-космической техники.

Советский Союз поддержал предложение о созыве в 1992 г. конференции ООН по окружающей среде и развитию. Конференция должна оценить состояние основных экологических проблем, обобщить опыт государств по их решению и наметить основные направления природоохранной политики. В аспекте этой глобальной задачи необходимо также обсудить и проблему засорения околоземного космического пространства. Эффективное использование космической техники для контроля за состоянием природы Земли, исследования ее ресурсов и пр. немыслимо в будущем без решения собственной экологической проблемы космонавтики – ограничения засорения космического пространства «космическим мусором», созданным человеком.

ВЛИЯНИЕ ПУСКОВ ТРАНСПОРТНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА АТМОСФЕРУ ЗЕМЛИ

Обсуждая перспективы развития космонавтики, в том числе решение таких крупномасштабных задач, как развертывание многоцелевых орбитальных комплексов, спутниковых солнечных электростанций, создание лунной базы-станции, нельзя забывать об экологии окружающей среды. Интенсивное освоение космоса может привести к весьма ощутимым воздействиям на околоземную среду.

Прежде всего это касается транспортных космических систем (ракет носителей и космических буксиров) объем операций которых продолжает расти и расширяться. Реализуемый в настоящее время мировой грузопоток в космос требует ежегодно около 100 – 120 пусков ракет носителей различной грузоподъемности. В перспективе при решении новых задач возможно его увеличение в несколько раз. Массовые пуски ракет-носителей, сопровождаемые выбросом большого количества продуктов сгорания, будут влиять на атмосферу Земли. Необходима оценка уровня такого воздействия, чтобы избежать в будущем нежелательных последствий.

В таблице приведены состав и количество выбросов продуктов сгорания в атмосферу при пускал различных РН.

Для рассмотрения экологического воздействия ракетных продуктов сгорания на атмосферу Земли в зависимости от высоты выбросов целесообразно разделить ее на три слоя (сферы) тропосферу, стратосферу и ионосферу.

Тропосфера – нижняя, основная часть атмосферы простирается от поверхности Земли до высоты 16 – 18 км в тропиках, до 10 – 12 км в умеренных и до 8 – 10 км в полярных широтах. Характеризуется понижением температуры с высотой со средним вертикальным градиентом 6,5 град/км и развитой турбулентностью, которая обеспечивает быстрое перемешивание загрязнений как по горизонтали, так и по вертикали.

Стратосфера – слой атмосферы, находящийся над тропосферой и простирающийся до высоты 50 км. Со стратосферой практически совпадает озоносфера – слой с повышенной концентрацией озона, который надежно экранирует поверхность Земли и все живое от вредного воздействия коротковолновой ультрафиолетовой солнечной радиации. Максимальная плотность озона (число молекул в единице объема) наблюдается в средних широтах на высоте 24 – 26 км. Характерной особенностью стратосферы являются аэрозольные слои, оказывающие влияние на тепловой и динамический режимы атмосферы.

Ионосфера простирается от высот 60 – 80 км до высоты около 400 км. В ней наблюдаются заряженные частицы (ионы и электроны), относительное содержание которых возрастает с высотой. Особенностью ионосферы является ее способность влиять на распространение радиоволн различных частотных диапазонов. С этой точки зрения важными характеристиками ионосферы следует считать концентрацию и эффективную частоту соударений свободных электронов.

Основными вредными факторами, влияющими на состояние окружающей среды при пусках РН, являются большие выбросы продуктов сгорания при старте в приземном слое атмосферы (тропосферы), уменьшение концентрации озона в стратосфере и свободных электронов в ионосфере. Рассмотрим это влияние на примере эксплуатации наиболее мощных ракет-носителей типа «Энергия» и «Шаттл». О степени воздействия выбросов продуктов сгорания ракетных топлив на тропосферу можно судить в сравнении с другими источниками загрязнения.

Двуокись углерода (СО₂₎, находящаяся в атмосфере, влияет на радиационный баланс Земли, увеличение ее содержания может привести к парниковому эффекту – повышению температуры воздуха и поверхности Земли. Ежегодно с продуктами сгорания в тропосферу поступает около 20 000 млн. т СО₂ (от сжигания нефти – 8200, угля – 2300, газа – 2700 и древесины – 1800 млн. т/год). Вклад двуокиси углерода, содержащейся в продуктах сгорания ракетных топлив, в общий тропосферный баланс СО₂ (около 1011 т/год) пренебрежимо мал даже при реализации перспективных грузопотоков в космос (порядка 3 ∙ 10⁴ т/год для 50 пусков РН «Энергия») и не может оказывать влияния на процессы, протекающие в тропосфере.

Природные источники окиси углерода (СО) – лесные пожары (11 млн. т/год) и выделения океанов (10 млн. т/год) – составляют лишь 5 – 10% от общего потока СО в тропосферу. Основным источником СО (300 млн. т/год) является неполное сгорание топлива в промышленных печах, котельных и автомобильных двигателях. Так, по усредненным подсчетам одна автомашина потребляет в год 2 т бензина и выбрасывает в тропосферу 0,7 т СО. Следовательно, пуск одного носителя «Энергия» по объему выделяемой окиси углерода можно приравнять к годовой эксплуатации лишь нескольких сотен автомашин, т. е. СО, содержащаяся в продуктах сгорания ракетных топлив, даже при массовых пусках РН «Энергия» не дает заметного вклада в общее антропогенное загрязнение тропосферы.

Вода и водород вообще не оказывают вредного влияния на тропосферу. Молекулярный азот является естественной составляющей атмосферного воздуха, а выделяемый при пусках РН аммиак разбавляется окружающим воздухом, и его концентрация быстро уменьшается до предельно допустимой.

К нежелательным локальным последствиям в районе старта ракет-носителей могут привести выбросы хлористого водорода и окислов алюминия, содержащиеся в продуктах сгорания некоторых носителей, в частности «Шаттла». Эти выбросы могут вызвать выпадение кислотных дождей, увеличение содержания в воздухе взвешенных частиц, токсичное загрязнение облачного покрова, изменение погодных условий на прилегающих к стартовой площадке территориях. Однако отмеченные эффекты кратковременны, поскольку турбулентные течения в приземной атмосфере приводят к быстрому перемешиванию выброшенных химических компонентов и снижению их концентрации до безопасного уровня. Следует отметить, что эти составляющие выбросов образуются при сгорании твердых ракетных топлив и не содержатся в продуктах сгорания отечественных ракет-носителей.

В отличие от низких слоев атмосферы, подвергающихся сильным турбулентным процессам, в стратосфере на высотах 15 – 50 км состояние газового состава практически неизменно, поэтому любое загрязнение этих слоев будет носить долговременный характер. На этих высотах, как уже отмечалось, важную экологическую роль играет озонный слой, который образуется путем фото-диссоциации кислорода и последующего взаимодействия его атомов с молекулами. Источником разрушения озона служат каталитические реакции. Содержание озона в атмосфере весьма неоднородно вследствие различных скоростей озонообразующих и озоноразрушающих реакций на равных высотах. Из общей массы атмосферы Земли 5 ∙ 10¹⁵ т на долю озона приходится 3 ∙ 10⁹ т. Если его привести к нормальным условиям (760 мм рт. ст., 0°С), то вокруг Земли в среднем получится слой толщиной всего около 3 мм. Поэтому не следует удивляться, что озоносфера оказалась «болевой точкой» планеты. Установлено, что увеличение уровня ультрафиолетового излучения, обусловленное уменьшением содержания озона в атмосфере на 1%. ведет к увеличению заболеваемости населения раком кожи более чем на 2%. Отсюда видно, как важно сохранение постоянства озона в атмосфере.

В настоящее время считается доказанным, что в течение последних 20 лет происходит уменьшение общего содержания озона в атмосфере Земли, и наиболее вероятной причиной этого является антропогенное загрязнение стратосферы. Один из источников такого загрязнения – фреоны, используемые в аэрозольных установках и в качестве хладоагента в холодильниках и кондиционерах. Будучи химически стойкими, они в конце концов попадают вместе с воздушными потоками в стратосферу, где способствуют разрушению озона. Следует отметить, что попадающие в атмосферу примеси перераспределяются воздушными потоками и могут воздействовать на озон в районах, далеко отстоящих от мест локальных загрязнений. Так, /предполагается, что причиной возникновения озонной «дыры» над Антарктидой являются фреоны, выбрасываемые в средних широтах Северного полушария. Монреальским протоколом, подписанным многими странами, в том числе СССР, определен порядок сокращения производства и выбросов фреонов в атмосферу. Но эта мера не является исчерпывающей. Существует большое количество других веществ, выброс которых в атмосферу приводит к разрушению озонного слоя.

В частности, на озонный слой влияют продукты сгорания РН. Они не соизмеримы по своей массе с промышленными загрязнениями, но в отличие от них выбрасываются ракетами-носителями в широком диапазоне высот атмосферы. И практически при 'полете любой РН в озонном слое возникает «окно», которое со временем затягивается. Эволюция следа РН происходит под влиянием атмосферной циркуляции и химических реакций между продуктами сгорания и воздухом. Количественно оценить изменения в озонном слое под воздействием ракетных выбросов можно с помощью разработанных фотохимических моделей, достаточно подробно описывающих весь сложный комплекс фотохимических превращений в тропосфере и стратосфере. При этом необходимо знать состав и количество продуктов сгорания, выбрасываемых ракетой по высоте траектории ее полета.

Озон разрушается в результате воздействия водяных паров, содержащихся в значительных количествах в продуктах сгорания всех жидкостных ракетных двигателей, а также окислов азота, образующихся из азота и кислорода воздуха под воздействием высоких температур в факелах ракетных двигателей. Размеры таких «окон» возрастают, если в составе РН используются ракетные двигатели на твердом топливе. Кроме аналогичного образования окислов азота (из воздуха), в их реактивных струях содержится большое количество хлористого водорода, который отнесен Венской конвенцией об охране озонного слоя (март 1985 г.) к особо активным озоноразрушающим веществам. Каждый атом хлора разлагает в тысячи раз больше молекул озона, чем одна молекула окисла азота. Поэтому с экологической точки зрения для реализации больших грузопотоков в «осмос целесообразно использовать ракеты-носители на базе жидкостных ракетных двигателей типа РН «Энергия», «Зенит», «Атлас-Центавр».

Оценка влияния пусков ракет-носителей на озонный слой проводилась для одиночных пусков и для программы ежемесячных пусков РН «Энергия» в течение неограниченного времени*.

* См.: Бурлаков В. П., Еланский Н. Ф., Филин В. М. Влияние запусков ракет «Шаттл» и «Энергия» на озоновый слой // Вестник АН СССР. – 1990. – № 12.

Динамика разрушения озонного слоя при одиночном пуске РН «Энергия» протекает следующим образом. В следе ракеты диаметром несколько сотен метров озон разрушается полностью на всех высотах практически мгновенно. Под влиянием макротурбулентной диффузии выброшенные вещества перемешиваются в столбе диаметром несколько километров за несколько часов. Содержание озона в этом столбе на высотах 16 – 24 км уменьшается на 15 – 20% через 2 ч, а затем происходит постепенное затягивание образовавшегося «туннеля». Облако ракетных выбросов в стратосфере через неделю достигает размера нескольких сотен километров. Максимальное разрушение озона в облаке происходит на высотах 24 – 30 км примерно через 24 дня после старта. Одновременно в тропосфере и верхней стратосфере происходит образование озона. С учетом компенсирующего положительного эффекта общее содержание озона в районе пуска РН «Энергия» (в пределах вертикального столба диаметром 550 км) снизится через 24 дня на 1,7% или в массовом отношении уменьшится на 27 тыс. т. Для сравнения при пуске носителя «Шаттл» – на 2% или 32 тыс. т. Таким образом, одиночные пуски РН «Энергия» не оказывают заметного влияния на озонный слой в масштабе полушария.

При ежемесячных пусках РН «Энергия» в течение неограниченного времени состав атмосферы под действием циркуляции воздушных масс переходит в новое равновесное состояние через 11 лет. Наибольший дефицит озона в атмосфере (0,4 – 0,6%) отмечается к северу от 40° с. ш. При еженедельных пусках РН «Энергия», что может потребоваться в перспективе при решении, например, такой крупномасштабной задачи, как развертывание на орбите солнечной электростанции, общие потери озона еще более возрастут. Необходимы специальные исследования по уточнению этих оценок и определению предельно допустимой интенсивности пусков РН различной грузоподъемности с точки зрения сохранения равновесного состояния озонного слоя Земли.

А какие процессы сопровождают запуски ракет-носителей в ионосфере?

Еще в 60-е годы внимание специалистов привлекли необычные явления на этих высотах, происходившие при пусках мощных РН. В ионосфере вблизи следа ракеты как бы образовывалась «дыра», которая затягивалась только через несколько часов. Тогда предположили, что разреженная ионосферная плазма «выталкивается» газами, выбрасываемыми при полете ракеты.

Впечатляющий эффект воздействия ракеты на ионосферу был зарегистрирован в мае 1973 г. при выведении на околоземную орбиту американской станции «Скайлэб». Запуск осуществлялся тяжелой ракетой-носителем «Сатурн-5», двигатели которой работали до высот 300 – 400 км, а на эти высоты приходился максимум ионизации ионосферы. Было замечено, что при запуске станции концентрация электронов в ионосфере уменьшилась вдвое, причем площадь возмущения достигла 1 млн. км². Так называемый скайлэб-эффект в ионосфере повторился при запуске астрофизической обсерватории ракетой-носителем «Атлас-Центавр» в сентябре 1979 г. Тогда образовалась ионосферная «дыра» площадью 1 – 3 млн. км². Измерения показали, что 80% ионов и электронов исчезли в течение двух минут после прохождения ракеты.

При полете в ионосфере основным продуктом сгорания тяжелых ракет-носителей, работающих обычно на кислородно-водородном топливе, является вода. Учитывая отсутствие воды на больших высотах, это необычное явление можно также расценивать как фактор загрязнения природной среды, таящий в себе потенциальную возможность нарушения естественного равновесия. Действительно, на высотах 70 – 90 км, где наиболее низкая температура атмосферы, молекулы воды быстро конденсируются и смерзаются в кристаллики льда. В результате могут возникнуть искусственные облака, подобные серебристым, образующим самый верхний облачный покров в атмосфере Земли. На еще больших вы сотах в ионосфере, как уже говорилось, наблюдается взаимодействие водяных паров с ионосферной плазмой, в результате чего и образуются зоны с пониженной плотностью электронов, которые сопровождаются различного рода аномалиями в области свечения ионосферы, распространения радиоволн и пр.

Помимо РН, на ионосферу Земли могут оказывать влияние полеты космических буксиров на базе жидкостных и электрических ракетных двигателей, которые сопровождаются выбросом в окружающую среду молекул воды и водорода (при работе ЖРД) или ионов аргона и электронов (при работе ЭРД), что также может привести к образованию ионосферных «дыр», а в магнитосфере – к возникновению так называемых триггерных явлений – нарушению динамического равновесия волн и частиц этой неустойчивой среды.

Для оценки масштаба возможного воздействия на ионосферу космических буксиров приведем несколько цифр, полученных специалистами применительно к полетам перспективных межорбитальных транспортных аппаратов*. Так, по расчетам запуски тяжелых космических буксиров на кислородно-водородном топливе могут сопровождаться инжектированием в ионосферу 10³¹ молекул Н₂ и Н₂О, что вызовет образование ионосферной «дыры» площадью до 20 млн. км². В зависимости от геофизических условий длительность существования такой «дыры» может достигать 1 – 16 ч. А при регулярных запусках космических буксиров со среднеширотных полигонов в Северном полушарии может образоваться в ионосфере глобальный пояс шириной несколько тысяч километров, где степень уменьшения электронной концентрации составит не менее 10%. Таким образам, переход к массовым пускам РН и космических буксиров может привести к глобальному воздействию на ионосферу, последствия которого остаются еще до конца не изученными.

* См.. Новиков Л. С., Петров Н. Н. Романовский Ю. А. Экологические аспекты космонавтики. – М.: Знание, 1986.

Для исследования и прогноза антропогенных явлений в околоземном пространстве, в том числе ,и в атмосфере, возникающих при полетах транспортных космических систем (ТКС), проводятся активные эксперименты. В отличие от традиционных пассивных методов наблюдения, когда измеряются только параметры среды, с помощью этих экспериментов изучается реакция околоземной среды на контролируемые возмущения, производимые посредством инжекции плазмы, нейтрального газа, пучков частиц и т. п.

Различают две группы активных экспериментов. К первой относятся эксперименты типа меченых атомов, которые в основном «трассируют» происходящие в околоземной среде процессы, для чего с борта ракет проводится инжекция паров щелочных металлов, наблюдаемых в виде светящихся облаков.

Вторая группа экспериментов предполагает проведение локальных «дозированных» возмущений среды. Например, для изучения газодинамических, плазменных и аэродинамических процессов образования ионосферных «дыр» были выполнены активные модельные эксперименты с выпуском в ионосферу специальных компонентов (Н₂, Н₂О, СО₂ и др.), снижающих концентрацию электронов в ионосфере. Результаты этих экспериментов позволили глубже разобраться в механизме образования ионосферных «дыр» и проверить существующие модели искусственных возмущений ионосферы. Одновременно проведение активных экспериментов дает информацию для оценки масштабов антропогенных воздействий и их последствий и позволяет установить «экологические границы» для производственной деятельности в космосе, включая использование транспортных космических систем.

С целью контроля прогноза состояния верхней атмосферы, ионосферы и магнитосферы Земли у нас в стране создана специальная гелиофизическая служба, которая опирается на развитую наблюдательную сеть, включающую спутники «Прогноз», «Метеор» и различные наземные станции, в том числе станции ракетного зондирования атмосферы.

Таким образом, подводя итоги вышесказанному, следует отметить, что загрязнение атмосферы со стороны транспортных космических систем пока носит локальный характер, контролируется и сейчас не представляет опасности. В глобальном масштабе выбросы в атмосферу продуктов сгорания при полетах ТКС малы по сравнению с промышленными выбросами, однако в отличие от последних они воздействуют на атмосферу в широком диапазоне высот, особенно проявляя себя в верхних слоях – стратосфере и ионосфере. Эта особенность воздействия ракетных выбросов на атмосферу требует дальнейшего глубокого изучения с целью своевременного предотвращения нежелательных последствий, которые могут проявить себя при росте масштабов использования ракетно-космической техники. Поэтому перспективные ТКС должны проходить экологическую паспортизацию, а проектные исследования по решению крупномасштабных задач в космосе должны проводиться с оценкой экологического воздействия привлекаемых средств на окружающую среду.

С. Ф. Костромин,
Я. Т. Шатров

О ПРОБЛЕМЕ СОКРАЩЕНИЯ РАЙОНОВ ПАДЕНИЯ ПО ТРАССАМ ПУСКОВ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ

Как известно, все созданные ж настоящему времени и эксплуатируемые средства выведения полезных грузов на космические орбиты выполнены по многоступенчатой схеме. За этим понятием кроются и основополагающее научное предвидение К. Э. Циолковского о «ракетных поездах», сделавшее реальностью полет в космическое пространство, и, ж сожалению, ставшие реальностью проблемы экологической чистоты ракетно-космической техники.

Одним из факторов вредного воздействия ракет-носителей на окружающую среду является падение отработавших ступеней (ракетных блоков) и других отделяющихся элементов конструкции на территории, расположенные вдоль трасс пусков («следов» траекторий выведения на земной поверхности). Последовательно отделяются после выработки топлива стартовые ускорители, ступени, сбрасываются головные обтекатели, хвостовые (переходные) отсеки последующих ступеней (необходимые для аэродинамической защиты двигателей верхней ступени и силовой связи с отделившейся ступенью) и др. Например, в процессе выведения трехступенчатой РН «Сатурн-5» с космическим кораблем «Аполлон» от нее отделялось пять крупных элементов конструкции: ступень S-IC массой 165 т, система аварийного спасения (САС) массой 4 т, переходник ступеней S-IC и S-II массой 4 т; ступень S-II массой 43 т; переходник ступеней S-II и S-IVB массой около 4 т,

Все указанные элементы отделяются в разное время, различаются по массе, конфигурации и кинематическим параметрам в момент отделения – удаленности от, точки старта, скорости, высоте, углу наклона траектории к земной поверхности. Конкретный набор этих характеристик определяет условия и дальность полета отделившегося элемента. Но ведь условия полета при каждом пуске разные – меняются тип траектории выведения (на низкие, средние, высокие круговые орбиты, эллиптические орбиты различной вытянутости, отлетные траектории), масса и параметры движения ступеней в момент отделения (в первую очередь из-за выработки разного количества топлива в зависимости от условий полета на активном участке), условия полета и характер движения после отделения (возмущения, полученные в процессе отделения, состояние атмосферы – плотность, ветер и др.). Все это в совокупности приводит к значительному рассеиванию отделяющихся частей и их фрагментов (в случае разрушения).

На местности на расстояниях от точки старта до ~800 км при двухступенчатом и до ~2500 км при трехступенчатом выведении образуются «пятна» площадью 1500 – 5000 кв. км, «усеянные» точками падения. Если при этом учесть, что с 12 эксплуатируемых на Земле в настоящее время космодромов регулярно запускается около 20 наименований ступенчатых РН различного типа в диапазоне азимутов пусков (угол между направлением на север от точки старта и направлением «стрельбы») 0 – 200°, то на земном шаре обозначится множество «мертвых зон» общей площадью в миллионы кв. км, которые должны быть признаны областями вредного воздействия на окружающую среду.

Особую остроту эта проблема в настоящее время приобретает там, где траектории полета РН проходят над территориями суши, поскольку в этих случаях зоны падения должны отчуждаться от хозяйственной и другой деятельности населения, наносится существенный ущерб природному ландшафту, фауне и флоре. И здесь приходится признать, что в силу географических особенностей нашей страны с внутриконтинентальным расположением космодромов (Байконур, Плесецк) в отличие, например, от прибрежных космодромов США (мыс Канаверал на Флориде, база ВВС Ванденберг в шт. Калифорния), космодрома Куру Европейского космического агентства во Французской Гвиане проблема районов падения отделяющихся частей РН в СССР становится весьма острой. Вот лишь некоторые из публикаций периодической печати.

«Руководство Джезказганской области предъявило ультиматум военному и космическим ведомствам лучшие пастбища региона оказались «засеянными» объектами их различных исследований.

На территории двух районов разбросано 890 целых и взорванных ступеней космических ракет, загрязняющих землю токсическими веществами. Ведь долгое время отработанные ступени просто взрывались. Осколки разлетались по полям, превращая их в пустынные участки. По этой причине совхозы ежегодно несут невосполнимый ущерб в четыре миллиона рублей.

Предпринимались редкие попытки по очистке пастбищ. В минувшем году собрали всего сорок изделий. Состоялся разговор о путях устранения последствий запусков ракет (с представителями космического ведомства – Авт.). Решено ограничить районы падения «металла» с неба, уменьшить токсичность применяемого топлива, изменить способ подрыва ступеней, очистить пастбища от осколков» («Правда» от 23.3.90).

«С тех пор как с Байконура стали запускать космические ракеты огромная часть нашей территории (Джезказганской области. – Авт.) практически превратилась в свалку металлолома. Из-за выбывших из оборота сенокосов и пастбищ хозяйства несли миллионные убытки. В нынешнем году по Джезказгану прокатилась волна митингов, на которых население требовало очистить степь от всех опасных предметов. Решением Главкосмоса СССР было создано специальное подразделение, насчитывающее около 300 человек. Ему придано почти сто единиц мощной авиационной и наземной техники. Уже очищено от космического мусора шесть районов. Полностью работы намечается завершить к зиме» («Известия» от 25.9 90).

«Ввод вышедших из оборота земель отодвигается еще на год, что обернется хозяйствам новыми потеря ми... По мнению специалистов, с Главкосмоса следовало бы взыскать 170 миллионов рублей. Именно в такую сумму оценивается стоимость всей сельскохозяйственной продукции, которую в течение года можно было бы получить с заброшенных земель» (только по Джезказганской области. – Авт.) («Известия» от 9.12.90).

«Отработанные ступени ракет, запускаемых с Плесецкого космодрома, падают на ненецкую тундру... Ступени взрывали на месте падения, усеивая ягель острыми осколками. Олени на этих «космических свалках» ранят ноги, гибнут. Многие сотни гектаров ягельника фактически выведены из пастбищного оборота... Оленеводческие хозяйства несут убытки... В нынешнем году под давлением общественности Главкосмос СССР был вынужден создать специальные подразделения для очистки территорий от космического мусора... На паре вертолетов за три месяца... обработали 215 точек, а на большее у Главкосмоса нет средств» («Известия» от 6.10.90).

А теперь вспомним об основных положениях принятых в последнее время законодательных актов по экологии и земле – «О неотложных мерах экологического оздоровления страны» (ноябрь 1989 г.), «Основы законодательства Союза ССР и союзных республик о земле» (март 1990 г.) и др.:

– земля признается неотъемлемым достоянием народа, проживающего на данной территории. Значит, использование земельных участков под районы падения возможно только с согласия местных Советов, в местах же проживания малочисленных народов и этнических групп – по результатам референдума среди этих народов и этнических групп;

– предоставление земельных участков, находящихся во владении или пользовании, производится только после изъятия участка у землевладельцев или землепользователей с их согласия или в судебном порядке. При этом изъятие сельскохозяйственных угодий для несельскохозяйственных нужд может быть допущено лишь в исключительных случаях; изъятие особенно ценных продуктивных земель не допускается; на землях природоохранного, рекреационного, историко-культурного назначения запрещается деятельность, вредно влияющая на обеспечение соблюдения их режима;

– в районах падения и на сопряженных территориях не допускается ухудшение экологической обстановки; землепользователи должны осуществлять консервацию деградированных сельскохозяйственных угодий (если иными способами невозможно восстановить плодородие почв), рекультивацию нарушенных земель и компенсировать за счет собственных средств нанесенный своей деятельностью ущерб (в 1990 – 1991 гг. должна быть проведена экологическая паспортизация всех действующих экологически опасных объектов и территорий);

– за землю взимается плата в формах земельного налога или арендной платы, возмещения убытков землевладельцам и землепользователям, причиняемых изъятием, временным занятием или ухудшением качества земельных участков, включая упущенную выгоду, и дополнительного возмещения потерь сельскохозяйственного производства при использовании соответствующих угодий в иных целях, ограничении прав землевладельцев или ухудшении качества земель,

– местные Советы осуществляют контроль за использованием и охраной земель. При этом право пользования землей может быть прекращено местным Советом в случае использования ее способами, приводящими к ухудшению экологической обстановки, а также при ее неиспользовании в течение двух лет,

– в законодательство страны вводится понятие «экологическое правонарушение», предусматривающее повышение ответственности виновных в порче сельскохозяйственных и других земель, загрязнении их химическими веществами, производственными отходами и сточными водами, в проектировании объектов, отрицательно влияющих на состояние земель, нарушении возврата временно занимаемых земель или невыполнении обязанностей по приведению их в состояние, пригодное для использования по назначению, вплоть до уголовной, и обязательное возмещение причиненного ими вреда.

Из анализа сложившегося состояния дел, законодательства по экологии и земле, реакции общественности и населения территорий, прилегающих к космодромам и трассам полета, очевидно, что решение проблемы районов падения отделяющихся частей становится одной из актуальнейших задач на современном этапе использования и развития ракетно-космической техники.

Каковы же пути решения этой проблемы в условиях, когда прекращение космических полетов по меньшей мере неразумно, поскольку космонавтика уже «органически вписалась» в нашу жизнь в виде эффективных космических систем связи, навигации, телевидения, гидрометеорологии, наблюдения Земли, аварийного оповещения и др. и обещает практически безграничные возможности дальнейшего полезного развития?

Прежде всего рассмотрим организационно-технические мероприятия. Возьмем сообщения ТАСС о запусках наших носителей и спутников: указываются название полигона, носителя, спутника, параметры орбиты, включая наклонение (плоскости орбиты к плоскости экватора). Но все ли наклонения (а значит, азимуты запуска и, следовательно, целая группа районов падения отделяющихся частей этого носителя по данному направлению от рассматриваемого полигона) необходимы? Нельзя ли их объединить или распределить по полигонам? Что в конечном итоге окажется выгоднее – понести определенный ущерб за счет объединения, перераспределения по полигонам или сокращения числа используемых наклонений или же платить за огромное количество районов и работы по их очистке? Необходим детальный технико-экономический анализ этих аспектов проблемы. Далее, размеры районов падения. Как правило, однотипные отделяющиеся части от пуска к пуску падают достаточно близко друг от друга и лишь при неблагоприятных сочетаниях указанных выше условий пуска (возмущений на активном и пассивном участках полета, разбросов параметров атмосферы и др.) отклоняются от «штатного» центра группирования точек падения.

Что же выгоднее – постоянно платить за район больших размеров, в который гарантированно попадают отделяющиеся части при всех пусках, или же использовать район меньших размеров, а за редкие падения отделяющихся частей за пределами выделенного района платить в случае нанесения ущерба из специально образованного (например, из отчислений с затрат на проведение пусков) страхового фонда?

Необходим специальный анализ статистики рассеивания отделяющихся частей, условий использования того или иного района, возможностей образования страхового фонда и т. п.

Следующий вопрос: все ли районы падения нужны? Своевременно ли местные органы оповещаются ведомствами о прекращении использования того или иного района и приведении его в первоначальное состояние? И вообще, как отличаются условия использования района в зависимости от интенсивности падения в него отделяющихся частей? В новых условиях хозяйствования эти вопросы также имеют не последнее значение.

И самый спорный из организационно-технических вопросов: все ли имеющиеся носители необходимо использовать дальше? Например, мы знаем: в нашей стране создан и введен в эксплуатацию новый двухступенчатый носитель среднего класса «Зенит». Естественно, он дороже серийно выпускаемых РН этого класса типа «Союз» и «Молния», широко используемых с 50-х годов. Для «пересадки» на него серийных космических аппаратов, выводимых носителями «Союз» и «Молния», могут потребоваться определенные доработки аппаратов под новые условия размещения, выведения, связи с носителем, обслуживания при подготовке к запуску и т. п. Зато имеющийся запас энергетических возможностей РН «Зенит» в сравнении с РН «Союз» и «Молния» может позволить использовать при выведении всех рассматриваемых аппаратов данного класса единые районы падения отделяющихся частей, резко сократить их суммарное количество.

Далее следует рассмотреть чисто «технические» пути решения проблемы. Если для эксплуатируемых РН без их существенной доработки могут быть использованы лишь рассмотренные выше «организационно-технические» способы снижения остроты проблемы сокращения районов падения, то для вновь разрабатываемых РН, рассчитываемых на длительную перспективу дальнейшего использования, могут и должны быть найдены технические способы и средства сокращения количества и размеров районов падения отделяющихся частей вплоть до их полного исключения. Применительно к РН традиционной ракетной схемы возможен ряд направлений исследований и проработок.

Первое – переход на двухступенчатые схемы РН с максимальным сокращением количества сбрасываемых в полете отделяющихся частей (например, створки головных обтекателей могут не сбрасываться, а откидываться или сдвигаться и закрепляться на нижней отработавшей ступени; хвостовые отсеки последующей ступени также могут отделяться совместно с отработавшей нижней ступенью и т. п.).

Второе – сокращение размеров районов падения по трассе пуска за счет специальных технических средств уменьшения рассеивания (СУР). В качестве СУР могут рассматриваться специальные алгоритмы работы системы управления носителем на активном участке, обеспечивающие сброс отделяющейся части по «функционалу попадания в заданный район», пассивные (аэродинамические) средства стабилизации отработавших ступеней на участке возвращения, активные средства стабилизации отделившихся ступеней (реактивные сопла, работающие на специальном топливе, невыработанных остатках рабочего топлива или газов наддува и т. п.) для сбрасываемых створок головных обтекателей может оказаться эффективным их разделение на «удобообтекаемые» фрагменты со смещенным центром масс относительно центра давления либо выбор специальных конструкционных материалов, полностью сгорающих при входе в плотные слон атмосферы (в этом случае полностью исключается необходимость в районе падения створок обтекателей).

Третье – сокращение количества районов падения отработавших ступеней при пусках по разным трассам за счет специальных технических средств управляемого возвращения (СУВ) либо пространственного маневра на участке работы второй ступени СУВ могут быть построены аналогично аэродинамическим или реактивным СУР с расширением их маневренных возможностей не только по дальности полета, но и по азимуту. В результате при пусках РН в некотором диапазоне азимутов (наклонений орбит) может быть обеспечено приземление отработавших ступеней в одном «среднем» районе. Аналогичный эффект достигается, если трасса полета РН на участке работы первой ступени при запусках аппаратов на орбиты разных наклонений неизменна и на ней выбирается район падения, а после отделения пер вой ступени осуществляется пространственный маневр второй ступени для выхода на орбиту с требуемым наклонением (отличным от «базового», соответствующего азимуту запуска).

Перечисленные мероприятия могут обеспечить временное ослабление острой проблемы районов падения, но не дают возможности решить ее кардинально. Для этого нужны принципиально новые технические решения. В рамках двухступенчатого носителя необходимым условием полного исключения районов падения (приземления) по трассе выведения, очевидно, является возврат первой ступени к месту старта.

Возвращаемая первая ступень может быть сконструирована как на ракетных, так и на авиационных принципах. В проектном плане характерны следующие варианты возвращаемый ракетный блок вертикального старта, совершающий после отделения ракетодинамические маневры возврата и посадки (схема 1); крылатый возвращаемый ракетный корабль (ВРК) вертикального старта, совершающий после отделения аэродинамический маневр разворота и обратный полет в крейсерском – с использованием воздушно-реактивных двигателей (ВРД) – или в планирующем режиме (схема 2), возвращаемый самолет-разгонщик горизонтального старта, оснащенный маршевыми ВРД, совершающий возврат аналогично ВРК (схема 3).

Не вдаваясь в технические детали рассмотренных вариантов, попытаемся выбрать целесообразную техническую концепцию, которая могла бы быть надежно реализована в достаточно сжатые сроки, при приемлемых затратах на создание и с экономическим эффектом при эксплуатации. Очевидно, что сроки и затраты на создание новой машины будут тем выше, чем большее число новых технических решений и технологий закладывается в ее проект. В этом смысле простая инженерная оценка, в частности, показывает, что схемы 1 и 3 практически не имеют реализованных аналогов, а следовательно, в их проекты должна быть заложена существенная доля новых технических решений и технологий, в частности, в схеме 1 – система ракетодинамического маневрирования, точного наведения и посадки в условиях земной атмосферы; в схеме 3 – ВРД, рассчитанные на разгон до больших сверхзвуковых (гиперзвуковых) скоростей полета. В отличие от этого в схеме 2 аналогом возвращаемого ракетного корабля вполне можно считать орбитальный корабль (ОК) «Буран», который рассчитан на аварийный маневр возврата, сходный с номинальным режимом полета ВРК. Кроме того, на этапе создания ОК «Буран» отрабатывался вариант его возврата и посадки с использованием ВРД.

Что касается экономичности при эксплуатации, то любой вариант РН с возвращаемой многоразовой первой ступенью обещает преимущества перед невозвращаемым носителем, поскольку многократно используется большая часть конструкции носителя при умеренной потере массы полезного груза от утяжеления первой ступени.

Приняв двухступенчатый носитель по схеме 2 за основу для дальнейшего анализа, мы тем самым «избавились» бы от падения отработавшей первой ступени, а вторую ступень, несущую полезный груз, вывели на орбиту. Казалось бы, проблема зон падения решена, но это не совсем так. Нужно разобраться, так ли «безобидно» выведение второй ступени на орбиту ИСЗ. С одной стороны, отработавшие верхние ступени РН вносят существенный «вклад» в проблему космического мусора и, с другой стороны, они не всегда полностью «прекращают свое существование» при входе в плотные слои атмосферы, отдельные элементы конструкции не догорают в плазме аэродинамического нагрева и достигают земной поверхности в практически непрогнозируемых точках. Конечно, можно говорить о весьма малом вредном и тем более опасном для жизни людей воздействии таких искусственных метеоритов, однако чистота идеи нарушена. Но, оказывается, и здесь не все потеряно – есть и временный и кардинальный способы решения проблемы. Временный способ уже реализован на транспортных системах «Спейс Шаттл» и «Энергия» – «Буран». Траектории выведения этих носителей построены таким образом, что подвесной топливный бак («Спейс Шаттл») и ракетный блок («Энергия»–«Буран») вторых ступеней прекращают работу незадолго до выхода на орбиту ИСЗ и отделяются от орбитальных кораблей при таких кинематических параметрах движения, что в конечном итоге при любых азимутах пуска падают в зоны, антиподные точкам старта, расположенные в акватории Мирового океана. Довыведение на рабочие орбиты обеспечивается с помощью бортовых двигателей ОК. Если же ОК не входит в состав носителя, как это возможно при выведении сверхтяжелых грузов с помощью РН «Энергия», то предусматривается использование специальных ракетных блоков довыведения или собственной двигательной установки выводимого космического аппарата.

Рассмотренный способ при повсеместном использовании обеспечит фиксированные координаты и минимальное число зон падения вторых (последних) ступеней РН, а именно всего лишь равное числу стартовых позиций, что исключает эти ступени из космического мусора и решает проблему непрогнозируемого падения элементов конструкции РН на Землю.

Полное же решение проблемы утилизации второй ступени можно обеспечить, как и в случае с первой ступенью, путем ее возврата с орбиты на Землю. Конструктивно, такая ступень может выглядеть как орбитальный корабль системы «Спейс Шаттл», но включающий не только маршевую двигательную установку, но и баки с топливом второй ступени. Типичным примером двухступенчатого ракетного носителя без падающих элементов конструкции является проект МТКК «Шаттл-2». Наконец, возможно интегральное (идеальное) решение проблемы отделяющихся элементов конструкции путем создания одноступенчатого полностью возвращаемого носителя.

Однако создание эффективного носителя с возвращаемой второй (орбитальной) ступенью (и тем более одноступенчатого) многократно сложнее по сравнению с РН, использующей только первую возвращаемую ступень. В основном это объясняется тем, что всякое утяжеление орбитальной ступени впрямую «съедает» полезный груз носителя, а факторов утяжеления возвращаемой орбитальной ступени по отношению к одноразовой более чем достаточно: нужно обеспечить сход с орбиты, решить навигационную задачу точной посадки, обеспечить управляемое движение при спуске и посадке, тепловую защиту конструкции от аэродинамического нагрева, предусмотреть технические средства посадки и т. д. Все это приводит к возрастанию сухой массы возвращаемой ступени по сравнению с одноразовой ступенью не менее чем в 2 – 3 раза. С учетом увеличения объема заправки утяжеленной возвращаемой ступени по сравнению с одноразовой для достижения эквивалентных энергетических возможностей произойдет дальнейшее увеличение массы возвращаемой ступени и соответственно размерности всего носителя. Понятно, что чем больше потребный относительный запас топлива (отношение массы рабочего топлива к стартовой массе ступени), тем труднее его реализовать в натурном изделии, особенно при использовании «тяжелой» возвращаемой конструкции. Отсюда ясна, в частности, причина того, что еще совсем недавно считалась практически нереализуемой концепция одноступенчатого выведения на орбиту ИСЗ, для осуществления которого, например, на ракетных двигателях потребный относительный запас топлива составляет очень большую величину ( ~0,9), т. е. на всю конструкцию, теплозащиту, бортовые системы, оборудование и полезный груз может быть «выделено» лишь ~10% стартовой массы одноступенчатой РН. Технология 50 – 70-х годов (характеристики материалов, ЖРД, элементной базы бортового оборудования и т. д.) не позволяла реализовать такие соотношения масс.

Из сказанного следует фундаментальный вывод о возможности создания эффективных, полностью возвращаемых носителей, не требующих выделения зон падения отделяющихся частей, только на основе существенного прогресса в области перспективных технологий. В этом отношении показателен ход работ в США по обеспечению создания одноступенчатого национального аэрокосмического самолета. В проект закладывается принципиально новая комбинированная многорежимная двигательная установка, включающая гиперзвуковой прямоточный контур со сверхзвуковым горением; новые конструкционные материалы (алюминиды титана, композиты с металлической матрицей и др.); активно охлаждаемые конструкции и другие «супертехнологии».

В этом философия технического прогресса – порождая источники вредного воздействия на окружающую среду, он вырабатывает пути и средства ликвидации такого воздействия.

М. Ж. Мухамеджанов,
С. В. Чекалин

ПЕРСПЕКТИВЫ КОСМИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИЙ ОСОБО ОПАСНЫХ ОТХОДОВ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

В национальных энергетических программах многих промышленно развитых стран для обеспечения потребностей в электроэнергии предусматривается применение атомных электростанций (АЭС). В настоящее время в 26 странах мира действует около 430 ядерных энергоблоков общей мощностью 340 ГВт, в том числе в СССР 35 ГВт электрической мощности приходится на АЭС. В мировом производстве электроэнергии доля ядерной энергетики достигла 17%.

Сдерживающим фактором дальнейшего развития атомной энергетики в нашей стране и за рубежом является интенсивное накопление радиоактивных отходов (РАО), представляющих потенциальную опасность для человека и биосферы Земли в целом. За весь период эксплуатации АЭС в хранилища для временного захоронения поступило уже более 60 тыс. т отработавшего радиационно-опасного ядерного топлива. К 2000 г., когда, по прогнозам МАГАТЭ, суммарная мощность АЭС в мире достигнет 500 ГВт, годовая выгрузка топлива из реакторов составит около 10 тыс. т.

Существуют различные способы переработки и обеззараживания РАО, в том числе и варианты космического захоронения. Рассмотрим более подробно эту проблему с точки зрения оценки роли и места ракетно-космической техники в ее решении.

В обращении с отработавшим ядерным топливом АЭС возможны две основные стратегии. Первая из них, характеризуемая как замкнутый топливный цикл, предусматривает выдержку топлива в промежуточном хранилище в течение нескольких лет для обеспечения распада короткоживущих радионуклидов и последующую радиохимическую переработку с разрушением тепловыделяющих сборок и извлечением урана и плутония для повторного использования. По второй стратегии (открытый топливный цикл) тепловыделяющие сборки атомных реакторов рассматриваются непосредственно как прямые отходы, подлежащие изоляции без радиохимической переработки.

Крупномасштабная ядерная энергетика может эффективно развиваться только на основе замкнутого ядерного топливного цикла с воспроизводством ядерного топлива – урана и плутония, которые в процессе цикла периодически очищаются от продуктов деления, а также образующихся за счет реакции захвата нейтронов трансурановых элементов. Из получаемых при этом отходов могут быть извлечены концентраты наиболее опасных долгоживущих радионуклидов, масса которых будет почти на два порядка меньше массы поступающих на переработку тепловыделяющих сборок. Поэтому при ожидаемом к 2000 г. годовом объеме отработанного топлива в мировой атомной энергетике порядка 10 тыс. т масса особо опасных РАО составит до 100 т/год, в том числе в СССР до 10 т/год.

Для надежного удаления из биосферы Земли всего объема радиоактивных отходов ядерной энергетики предлагается разработать и внедрить целый комплекс взаимно дополняющих друг друга методов обезвреживания РАО. Традиционным направлением является отверждение со связыванием радионуклидов в наиболее химически инертных формах, длительное их выдерживание и последующее захоронение в глубинных геологических формациях, тектонически стабильных и обезвоженных на весь период хранения. По принятой мультибарьерной концепции изоляции РАО их распространению в окружающей среде препятствуют свойства матрицы отвержденных отходов, металлические оболочки, инженерные сооружения, а также изолирующие свойства геологической среды. Однако даже такая многократная последовательность барьеров не гарантирует исключение миграции радионуклидов по прошествии нескольких тысяч лет. Между тем долгоживущие радионуклиды, представляющие биологическую опасность, имеют период полураспада до миллиона лет и более. Для них невозможен прогноз сохранности геологического захоронения, а следовательно, и абсолютная гарантия надежности изоляции.

Обезвреживание таких особо опасных РАО предполагается в перспективе посредством ядерной трансмутации (превращение долгоживущих радионуклидов в короткоживущие или стабильные) с использованием реакторов, ускорителей или термоядерных установок, а также, возможно, посредством их вывода за пределы биосферы в космическое пространство. Удаление радиоактивных отходов в космос не может быть альтернативой другим методам обращения с РАО. Оно может найти свое место лишь в общей схеме обращения с отходами, решая в первую очередь те задачи, которые не под силу земному захоронению и ядерной трансмутации. И, как видим, рассматривать его имеет смысл только применительно к замкнутому топливному циклу атомной энергетики.

Сама идея космического захоронения РАО не нова и имеет многолетнюю историю. Впервые она была предложена советским академиком П. Капицей, а затем, в 1972 г., американским ученым Д. Шлезинджером. В 1979 – 1980 годах возможность выведения радиоактивных отходов на орбиты ИСЗ и отлетные траектории прорабатывалась совместно НАСА и Министерством энергетики США применительно к многоразовой транспортной системе «Спейс Шаттл». Было признано целесообразным удаление в космос только трансурановых элементов. Однако для атомной энергетики США до последнего времени характерно использование открытого топливного цикла (без переработки отработанного топлива) и выделение из отходов опасных трансурановых элементов является достаточно отдаленной перспективой. Кроме того, применение пилотируемого комплекса «Спейс Шаттл» не может считаться оптимальным вариантом по безопасности и стоимости выведения РАО в космос.

Очевидно, для решения этой уникальной задачи необходимо создание специального ракетно-космического комплекса, обладающего повышенной безопасностью и высокой производительностью пусков с приемлемыми экологическими и стоимостными характеристиками. В разработке требований и проведении проектных исследований по такому комплексу должны принимать совместное участие специалисты по ракетно-космической и атомной технике, экологии, экономики, правовым и международным отношениям и пр. Какие же исходные предпосылки могут быть положены в основу концепции космической изоляции РАО для предварительной оценки ее реализуемости? Прежде всего познакомим читателя с возможными вариантами космического захоронения радиоактивных отходов.

Выбор мест для космической изоляции РАО должен определяться исходя из конкретных свойств удаляемых отходов, допустимого уровня риска и выполнения экологических требований. Различают вариант капсулированного хранения РАО в космосе, когда особо опасные долгоживущие радионуклиды, заключенные в матрицы и спецконтейнеры, находятся длительное время (до нескольких сотен тысяч или миллионов лет) на орбитах захоронения, и вариант космической изоляции РАО с последующим диспергированием отходов в космосе. Диспергирование (распыление до мелких частиц со средним поперечным размером порядка 1 мкм) может осуществляться химическим путем, с помощью плазменной горелки или в струе ракетного двигателя. Возможен перевод вещества РАО в газообразное состояние путем открытия контейнера и сублимации (возгонка без перевода в жидкую среду) под действием нагрева в вакууме до температуры, близкой к точке плавления. При ионизации облака диспергированных частиц последние будут захватываться солнечным ветром и уноситься в окраинные области Солнечной системы или за ее пределы.

Современное состояние средств выбора орбит и прогноза их устойчивости, т. е. предсказание изменения параметров движения, основывается на модели движения под действием естественных возмущений со стороны планет, Солнца, межпланетной среды и в принципе позволяет проектировать пассивные орбиты, отвечающие заданным требованиям, а также выбирать безопасные места для диспергирования радиоактивных отходов в космосе, чтобы избежать возможного загрязнения околоземной среды продуктами их распада.

Куда же в космос транспортировать контейнеры с РАО? С точки зрения безопасности очевидно – за пределы сферы действия Земли. Быть может, на другие планеты Солнечной системы? К настоящему времени уже накоплен большой опыт межпланетных перелетов и особых технических проблем при реализации такого способа захоронения РАО не возникает. Но в то же время эта задача, связанная с загрязнением планет радиоактивными отходами, представляет большую проблему в этическом плане и нуждается во всестороннем международном обсуждении. Нельзя забывать также и о проводимых программах по изучению ближайших планет и возможности посылки пилотируемой экспедиции на Марс. Поэтому кандидатами на захоронение РАО, по всей видимости, могут рассматриваться только наиболее удаленные от Земли планеты, непосредственное исследование которых в обозримое время представляется маловероятным. Из этих планет по энергетическим затратам на реализацию полета наибольший интерес представляет Юпитер.

Наиболее экологически обоснованными, однако и более дорогими, являются варианты космической изоляции РАО посредством их сжигания в плазменной оболочке Солнца или удаления за пределы Солнечной системы.

Доставка контейнеров с РАО на Солнце может осуществляться двумя способами. Прямой перелет к Солнцу по гелиоцентрической траектории с перицентром, меньшим или равным радиусу Солнца, обеспечивает сравнительно малое время полета к Солнцу (порядка 140 суток) и нуждается в активном управлении с целью возможной коррекции только первые 10 – 20 суток полета. Но существенным недостатком таких траекторий является большая величина разгонного импульса (23 км/с)

Потребные энергетические затраты на перелет к Солнцу можно уменьшить до величин 7,5 – 7,8 км/с за счет выведения контейнеров с РАО на гелиоцентрическую траекторию, которая после «гравитационного» облета Юпитера (облет под действием гравитационного поля планеты) обеспечивает возвращение к Солнцу и падение на него. Но в этом случае общее время полета к Солнцу составит около трех лет и потребуется активное сопровождение полета в течение по крайней мере полутора лет, т. е. до того момента, когда после облета Юпитера станет возможным надежно спрогнозировать падение контейнеров на Солнце.

Запуск РАО за пределы Солнечной системы можно проводить путем прямого вывода контейнеров на гиперболическую траекторию относительно Солнца (потребный импульс 8,7 км/с) или же также с использованием доразгона в гравитационном поле Юпитера, что позволит уменьшить разгонный импульс до 6,5 км/с, но одновременно увеличится время полета по сравнению с прямым выводом.

Но более эффективно удаление РАО за пределы Солнечной системы с помощью солнечного ветра, который представляет собой непрерывный поток плазмы, радиально распространяющийся от Солнца со средней скоростью 400 км/с. Для этого необходимо выводить РАО на некоторую гелиоцентрическую орбиту искусственной планеты, обеспечивающую гарантированное удаление от Земли, с последующим превращением отходов на борту аппарата в диспергированное или газообразное состояние. Включившиеся в поток солнечного ветра ионизированные частицы РАО уже не вернутся во внутреннюю часть гелиосферы, так как никогда в межпланетной среде не наблюдались ионы, летящие против солнечного ветра. По расчетам специалистов, минимально безопасное расстояние от Земли для возможного диспергирования РАО в космосе составляет от одного до нескольких миллионов километров.

В качестве гелиоцентрических орбит искусственных планет для выведения контейнеров с РАО могут рассматриваться орбиты со средним радиусом 0,8 а. е. (между орбитами Земли и Венеры) и 1,2 а. е. (между орбитами Земли и Марса) Потребные импульсы для разгона соответственно составляют 4,5 – 5,1 км/с.

Следует иметь в виду, что в случае возможности организации на борту аппарата достаточно эффективного и быстрого (от нескольких суток до десятков суток) процесса диспергирования РАО возможно использование менее энергоемких орбит захоронения – с выходом аппарата с РАО по эллиптическим траекториям на границу сферы действия Земли или в точки либрации Солнце–Земля с высотой апогея орбиты до 1 – 1,5 млн. км. Потребная скорость разгона аппарата с низкой орбиты ИСЗ на такую орбиту захоронения уменьшается до минимальной величины 3,25 км/с. При такой схеме выведения появляется необходимость дополнительной операции по возвращению с высокоэллиптической орбиты отработавшего разгонного блока совместно с конструкцией аппарата в плотные слои атмосферы с гарантированным падением их в заданную точку Земли. Это исключит засорение околоземного космического пространства искусственными фрагментами. Потребный импульс для торможения разгонного блока в апогее эллиптической орбиты и возможной коррекции при возвращении не превысит 100 м/с, но остается до конца невыясненной проблема экологической безопасности для Земли.

Ключевым вопросом в реализации идеи космического захоронения РАО является обеспечение экологической безопасности на всех этапах работ, связанных с выведением особо опасных отходов в космос. Использование существующих и перспективных систем выведения потребует обоснованного выбора схемы полета, состава штатных и аварийно-спасательных средств, компоновочной схемы и конструкции космического аппарата, а также специальных защитных мер, которые в совокупности должны исключить возможность непосредственного контакта удаляемых РАО с земной биосферой при любых штатных и аварийных ситуациях.

При анализе возможностей использования ракетно-космических комплексов для запуска аппаратов с РАО в космос необходимо учитывать следующие исходные положения:

– в конструкцию ракет-носителей (РН) внедрены дополнительные «мероприятия» по повышению надежности и безопасности выведения, включая резервирование жизненно важных систем и агрегатов, применение бортовых средств диагностики и пожаро-взрывопредупреждения и пр.;

– при пусках РН допускаются аварийные исходы, при этом исключение контакта радионуклидов с биосферой Земли в аварийных пусках предполагается обеспечить бортовыми средствами аппарата с РАО;

– трассы пусков РН оборудованы наземными средствами слежения, способными при аварийных пусках определить с гарантированной точностью точку падения капсулы с РАО по всей трассе выведения;

– выбор азимутов пусков проводится из условия обеспечения безопасности по трассе выведения, а выбор опорных орбит ИСЗ – из условия обеспечения радиационной безопасности старта орбитального блока с РАО и исключения возможности столкновения с фрагментами «космического мусора»;

– массовые пуски средств выведения не должны приводить к нарушению экологии окружающей среды, в том числе к разрушению озонного слоя Земли и засорению околоземного космического пространства отделяющимися фрагментами конструкции.

Но прежде всего должна быть продумана концепция безопасности при проектировании самого аппарата, предназначенного для удаления РАО в космос. По всей видимости, такой аппарат должен удовлетворять требованиям по радиационной безопасности, предъявляемым к космическим ядерным и изотопным источникам энергии. Интересно ознакомиться с рекомендациями в этой области научно-технического подкомитета ООН по использованию космического пространства в мирных целях, в которых, в частности, говорится:

«Важные системы безопасности должны проектироваться, монтироваться и эксплуатироваться в соответствии с общей концепцией «глубокой обороны», которая означает, например, наличие последовательно расположенных барьеров, сдерживающих радиоактивные материалы ядерных источников энергии. Изотопные генераторы должны быть защищены системой оболочек, выдерживающих тепловые и аэродинамические нагрузки во время возвращения в верхние слои атмосферы при любых возможных орбитальных условиях, т. е. и при входе с высокоэллиптических или гиперболических орбит, если это имеет место. При ударе о землю система защитных оболочек и физическая форма изотопов должны гарантировать отсутствие выброса радиоактивного материала (в растворимой, летучей, аэрозольной форме или в виде микрочастиц) в окружающую среду...»

Принятая концепция многобарьерной технической защиты биосферы Земли от выводимых в космос радиоактивных веществ может быть реализована следующим образом в конструкции космического аппарата. Отвержденные концентраты радионуклидов размещаются в термостойких и герметичных капсулах. Капсулы с РАО, в свою очередь, помещаются в герметичный силовой контейнер, снабженный комбинированной радиационной защитой из тяжелых и легких металлов. Для выполнения требований по спасению аппарата с РАО при любых аварийных ситуациях со средствами выведения, в том числе при взрыве носителя на старте и в полете с последующим горением компонентов топлива, контейнер с РАО устанавливается в специальную аэродинамическую капсулу, снабженную эффективной системой теплозащиты и амортизации для восприятия значительных тепловых и ударных динамических нагрузок.

Для увода этой капсулы от носителя в аварийных ситуациях используется надежно отработанная для пилотируемых пусков система аварийного спасения с твердотопливными двигателями. Форма капсулы баллистического типа должна обеспечивать устойчивый полет в атмосфере Земли во всех возможных диапазонах скоростей и высот. При посадке на воду капсула должна сохранять положительную плавучесть. С целью облегчения поиска капсулы наземными поисково-спасательными службами в ее составе предусмотрены радио- и светоимпульсные маяки. При этом необходимо обеспечить возможность технического обслуживания капсулы контейнера с РАО на стартовой позиции, а также в условиях аварийной посадки.

При реализации космического захоронения РАО с последующим диспергированием радионуклидов на орбите в состав космического аппарата вводятся дополнительные технические устройства для распыления или перевода в газообразное состояние радиоактивного вещества. Конструкция аппарата усложняется также в случае необходимости удаления в космос радионуклидов с большим уровнем собственного тепловыделения за счет ввода бортовой системы терморегулирования.

С учетом комплекса мер по обеспечению надежной и безопасной транспортировки РАО с Земли на орбиты захоронения соотношение массы заправленного аппарата с РАО к массе самих РАО (коэффициент контейнеризации) будет порядка 5 – 10. Напомним, что ожидаемый ежегодный объем долгоживущих РАО к 2000 г. составит от 10 до 100 т/год (соответственно для отечественной и мировой атомной энергетики) Следовательно, потребный грузопоток аппаратов с РАО на космические орбиты захоронения может рассматриваться в пределах от 50 – 100 т/год (минимальный) до 500 – 1000 т/год (максимальный).

В качестве средств выведения аппаратов с РАО на орбиты захоронения могут рассматриваться традиционные ракеты-носители и перспективные многоразовые ТКС в сочетании с космическими разгонными блоками.

В настоящее время в СССР разработаны РН «Зенит» среднего класса и РН «Энергия» сверхтяжелого класса – носители нового поколения на нетоксичных компонентах топлива. РН «Энергия» спроектирована по модульному принципу, что позволяет ценой незначительных доработок создавать на ее основе новые средства выведения различной грузоподъемности. В частности, РН «Зенит» создана на базе блока первой ступени РН «Энергия». Технологические процессы подготовки таких носителей нового поколения полностью автоматизированы. По темпу пусков они превосходят зарубежные РН.

Среди эксплуатируемых зарубежных ракет-носителей, отличающихся высокими энергомассовыми и эксплуатационными характеристиками, следует отметить американскую РН «Титан-IV», западноевропейскую РН «Ариан-4». Рассматривается в США возможность создания на базе многоразовой системы «Спейс Шаттл» грузового варианта тяжелого носителя, получившего обозначение «Шаттл-С». В качестве альтернативного разработан проект тяжелого носителя ALS, в котором снижение стоимости пуска предусматривается за счет серийной стандартизации элементов и упрощения конструкции носителя, автоматизации производства и т. п.

Для межорбитальных транспортировок и разгона аппаратов с РАО на межпланетные траектории целесообразно применение наиболее эффективных кислородно-водородных разгонных блоков, широко используемых в мировой практике. Именно на кислородно-водородных двигательных установках (РБ «Центавр») в настоящее время достигнута максимальная величина удельного импульса (446 с). В США ведутся научно-исследовательские и экспериментальные разработки по созданию еще более эффективных кислородно-водородных двигателей типа AESE, позволяющих увеличить удельный импульс маршевых двигателей до 480 – 490 с.

Для перевода аппарата с РАО на гелиоцентрические орбиты или коррекции межпланетной траектории выгодно использовать дополнительную двигательную установку на высококипящих компонентах топлива, которая рассчитана на длительное пребывание в условиях космоса.

В таблице приведены результаты оценки энергетических возможностей отечественных ракет-носителей нового поколения «Зенит», «Энергия» для решения задачи космического захоронения РАО посредством их выведения на высокоэллиптическую орбиту с высотой апогея до 1 – 1,5 млн. км (схема 1), на гелиоцентрическую орбиту с радиусом 1,2 а. е. (схема 2), за пределы Солнечной системы или на Солнце с использованием доразгона в гравитационном поле Юпитера (схема 3 и схема 4 соответственно). Расчеты проводились для ежегодного грузопотока РАО в пределах 10 – 100 т при коэффициенте контейнеризации 5.

Компромиссным вариантом с точки зрения безопасности и потребных энергозатрат на космическое захоронение РАО, по всей видимости, является схема выведения контейнеров с отходами на гелиоцентрическую орбиту с радиусом 1,2 а. е. с последующим диспергированием РАО в космосе. Но даже для этой схемы удаление в космос особо опасных РАО в объеме, соответствующем уровню мировой атомной энергетики, потребует проведения массовых пусков РН, соизмеримых по грузопотоку с ныне реализуемой в мире программой космических запусков.

Для вариантов захоронения с выведением РАО за пределы Солнечной системы или сбросом контейнеров на Солнце потребное число пусков РН увеличится в 2 – 3 раза. При этом в связи с доразгоном в гравитационном поле Юпитера возникают трудности из-за ограничений по «окнам» старта – один раз в течение 13 месяцев. В этом случае необходимо будет планировать ежегодные «залповые» пуски РН в течение 10 суток потребуется существенное расширение инфраструктуры наземного комплекса) или предварительно накапливать контейнеры с отходами на околоземной орбите (потребуется создание специальной космической платформы, выводимой на орбиту ИСЗ для приема и хранения контейнеров с РАО, которая будет раз в году стартовать к Юпитеру).

Проведенный анализ показал, что достигнутые характеристики традиционных ракет-носителей еще далеки от требуемых показателей. Интенсивное использование одноразовых РН связано с необходимостью привлечения больших производственных мощностей для их изготовления и существенного расширения стартовых и технических комплексов. Продолжает оставаться достаточно высокой и стоимость выведения одноразовыми РН полезной нагрузки в космос.

Определенный прогресс в этой области может дать переход к перспективным многоразовым системам выведения. Концепция создания и использования многоразовых транспортных систем для решения задачи удаления РАО в космос привлекательна уже потому, что сам принцип многоразовости в ракетно-космической технике может быть экономически оправдан лишь при достаточно больших масштабах реализуемых космических программ (грузопотоках, числе пусков), а в этом отношении программа удаления РАО практически не имеет ограничений сверху и, напротив, характеризуется стабильным ростом ожидаемого грузопотока в обозримом будущем.

Но массовые пуски РН за счет выброса большого количества продуктов сгорания будут оказывать экологическое воздействие на атмосферу Земли, в том числе на озонный слой. В перспективе с учетом роста потребного числа пусков РН этот вопрос может перерасти в проблему, которая потребует или ограничения ежегодного грузопотока РАО в космос за счет совершенствования технологии переработки отходов в земных условиях или перехода на качественно новые нетрадиционные средства выведения в космос.

К числу перспективных нетрадиционных средств выведения можно отнести электродинамические ускорители массы (ЭДУМ), системы на базе лазерных двигательных установок (ЛДУ), легкогазовые пушки (ЛГП) и т. п. Особенностью таких систем является относительно небольшая размерность (по массе) разгоняемого груза и большая производительность по темпу пусков. Применение их исключает воздействие на атмосферу продуктов сгорания термохимических ДУ которое имеет место мри пусках РН, но может привести к другим нежелательным последствиям.

В частности, разгон небольшой капсулы с РАО нетрадиционными средствам (ЭДУМ, ЛГП) осуществляется за счет приложения одного мощного импульса, которого оказывается достаточно для выхода капсулы за пределы сферы действия Земли. Но при такой одноимпульсной схеме разгона один из апоцентров гелиоцентрической орбиты капсулы всегда будет касаться орбиты Земли, т. е. не исключается возможность возвращения капсулы с РАО в сферу действия Земли. Реализация массовых запусков капсул на такие орбиты захоронения приведет в перспективе к образованию искусственного астероидного пояса, расположенного на орбите движения Земли.

Избежать этого негативного последствия можно за счет достижения (на нетрадиционных средствах выведения) скорости разгона капсулы с РАО до 16,5 км/с для выхода ее за пределы Солнечной системы или организации в космосе процесса диспергирования РАО совместно с капсулой до газообразного состояния, что позволит исключить засорение орбиты движения Земли фрагментами разрушенных капсул.

Таким образом, проблема космической изоляции особо опасных радиоактивных отходов нуждается в конкретных проектно-поисковых исследованиях и комплекс ном технико-экономическом обосновании. Существующий уровень развития ракетно-космической техники недостаточен для полномасштабного решения этой задачи. Необходима разработка специальных систем, предназначенных для удаления РАО в космос с гарантированной безопасностью и приемлемыми экологическими и экономическими характеристиками. Очевидно, что проекты таких систем должны рассматриваться и всесторонне обсуждаться в рамках международного сотрудничества под эгидой ООН и МАГАТЭ.

Новая встреча с Юпитером. Перегруженный научными сенсациями март 1979 г. закончился, и теперь «Вояджер-1» стремительно удалялся от Юпитера в глубокий космос. 9 апреля 1979 г. маневровые движки станции «подправили» ее траекторию, нацеленную на Сатурн, до которого в тот момент было 800 млн. км. Пройти их предстояло за 19 месяцев. Мощное поле тяготения Юпитера не только заставило «Вояджер» совершить головокружительный вираж в направлении Сатурна, но разогнало станцию до скорости 84 500 км/ч. Когда Юпитер совсем исчез из виду «Вояджера-1», АМС была вновь переведена на режим «спячки», аппарат лишь изредка проводил измерения межпланетной среды и проходил рутинные испытания.

В Пасадене тем временем все внимание переключилось на «Вояджер-2». 24 апреля 1979 г. за 76 дней до прохода ближайшей к Юпитеру точки «Вояджер-2» начал свои наблюдения. Его встреча с Юпитером отличалась от свидания «Вояджера-1» иным положением Солнца. Кроме того, «двойке» предстояло встречать галилеевы спутники на подходе к Юпитеру, а не после. Все эти спутники постоянно обращены к Юпитеру одной стороной, и теперь представлялась возможность увидеть их области, не попавшие в поле зрения камер «Вояджера-1». К началу мая «Вояджер-2» начал снимать Юпитер с двухчасовыми интервалами. На основе этих фотографий была возможность смонтировать своеобразный фильм, показывающий движение гигантских вихрей юпитерианской атмосферы. Эти данные, в свою очередь, сравнивались с кадрами «Вояджера-1» с целью оценки происшедших изменений.

В конце мая – начале июня стало ясно, что со времени первого визита бурная атмосфера Юпитера уже претерпела большие перемены. Особенно значительно сместилось относительно Большого Красного Пятна своеобразное белое овальное образование. С марта этот «овал» дрейфовал к востоку примерно на 0,35° ежедневно, тогда как само Красное Пятно «сползало» на запад на 0,26° каждый день. Выявлены были изменения и в атмосферных образованиях, наблюдавшихся еще с 1975 г.

В начале июня, за месяц до максимального сближения, лишь одна-две проблемы волновали специалистов. Главная состояла в нагреве одной из секций обслуживающего модуля аппарата при изменении его направления на Солнце или три перепадах в энергопотреблении. Нагрев вызывал перепады частоты в единственно действующем радиоприемнике АМС, что ограничивало наземных операторов в передаче команд своему детищу. Ученые выяснили, каким образом происходят температурные изменения, и выработали новые методы управления станцией. Вторая неполадка была связана с фотополяриметром станции.

21 июня после двухмесячного прогрева удалось оживить инфракрасный интерферометр. Он был немедленно использован для замеров температурных перепадов на спутниках Юпитера при попадании их в тень своей планеты. Тем же прибором измеряли энергетический «бюджет» некоторых спутников. Продолжавшиеся как обычно наблюдения за межпланетным пространством также показали приближение Юпитера. 27 июня прошла последняя перед встречей коррекция траектории. Подобно своему предшественнику «Вояджер-2» получал мозаичные изображения, проводил ежедневное сканирование в ультрафиолетовых и инфракрасных лучах, однако заключительный этап сближения с Юпитером должен был несколько отличаться от первой встречи.

Поскольку именно «Вояджер-2» замышлялся как кандидат на полет к Урану (в 1986 г.), руководители программы хотели провести аппарат подальше от опасных радиационных поясов Юпитера. Поэтому, огибая южное полушарие планеты, «Вояджер-2» не мог приблизиться к Юпитеру столь же близко, как первая станция. Такая траектория позволяла получить более четкие снимки Европы, однако проходила дальше от Ио, чем трасса «Вояджера-1».

За десять дней до максимального сближения «Вояджер-2» находился в 9,5 млн. км от Юпитера, и в этот момент его гелиоцентрическая скорость составляла 9,9 км/с, но должна была утроиться в ближайшей к планете точке. Радиосигнал от станции приходил на Землю через 51 мин. В тот же самый момент «Вояджер-1» уже удалился от Юпитера на 113 млн. миль, и его скорость составляла 23 км/с. Время прохождения радиосигнала в одну сторону 54 мин.

Интенсивные исследования системы Юпитера начались со встречи с Каллисто. «Вояджер-2» пронесся на расстоянии 213 000 км от спутника, т. е. в два раза дальше, чем «Вояджер-1», однако передал множество ценных снимков. Двенадцать часов спустя станция оказалась на минимальном расстоянии от Ганимеда. Его наблюдения выявили весьма свежие кратеры, темные и светлые полосы и желобоподобные образования. Часть из них уже наблюдалась в марте.

За четыре с половиной часа до прохода ближайшей к Юпитеру точки «Вояджер» встретился с Европой. Этот спутник станция проходила значительно ближе, чем ее предшественница, и появилась прекрасная возможность убедиться, что поверхность Европы чрезвычайно гладкая, практически без признаков каких-либо кратеров. Безбрежные пространства на Европе, как оказалось, покрывает тонкий слой льда, под которым еще присутствует вода или своеобразная ледяная шуга. Светлые и темные линейные структуры, опоясывавшие спутник, по утверждению ученых, являются гигантскими разломами в твердой ледяной корке, через которую более мягкое вещество «выпучивается» на поверхность. По всей вероятности, этот процесс способен очень быстро «стирать» с поверхности Европы всякие следы вновь образовывающихся ударных кратеров.

Когда «Вояджер-2» уже оставил позади Юпитер, его камеры все еще отслеживали спутниковое семейство. Главной целью была вулканическая деятельность на Ио. 9 июля аппарат в течение 10 часов сделал 200 фотографий Ио, пригодных для составления фильма, фиксирующего развитие вулканизма. По мере того как станция углублялась в тень Ио, освещенный серп спутника в кадре становился все тоньше и тоньше, пока, наконец, не превратился в узкую блестящую дугу, спокойный блеск которой разрывался лишь беспрестанными вспышками далеких извержений неимоверной силы. Из восьми действующих вулканов, выявленных «Вояджером-1», семь удалось увидеть во второй раз, при этом шесть вулканов были по-прежнему активны. Лишь впервые замеченный, наиболее мощный вулкан прекратил выбросы к прибытию «Вояджера-2».

На следующий день после максимального сближения станция передала серию фотографий недавно открытого кольца Юпитера, сделанных при длительной экспозиции. Кольцо оказалось более ярким, чем предполагалось. Внутри главного яркого кольца находилось другое, бледное. Оно, казалось, тянется до самых верхних слоев атмосферы Юпитера. Еще несколько снимков колец было сделано на следующий день, когда «Вояджер-2», уже «глядя назад», фотографировал лежащее во тьме полушарие Юпитера в попытке обнаружить сполохи молний или им подобных явлений. Эти снимки позволили «прикинуть» размеры кольца ширина до 65 000 км, толщина не меньше 1 км.

Вместе с наблюдением колец и спутников «Вояджер» продолжал транслировать гигантский объем информации об электромагнитном и атомарном окружении Юпитера, а также передал тысячи фотографий облачного покрова. Коррекции 9 и 23 июля окончательно нацелили «Вояджер-2» на новую встречу – с Сатурном в се редине 1981 г.

Однако далеко не все шло гладко. На всей трассе пролета Юпитера «Вояджер-2» регистрировал более высокие, чем предполагалось, уровни радиации, вредившие аппарату. Помимо неисправного приемника, на «Вояджере-2» оказался поврежденным фотополяриметр.

Несмотря на все эти неполадки встреча «Вояджера» с Сатурном была безусловным успехом. К концу июля специалисты Лаборатории реактивного движения в Пасадене могли расслабиться – межпланетные станции вышли на участок траектории, пролегавший позади Солнца (для наблюдателя с Земли). Это осложняло связь АМС с наземными станциями. Однако эта же ситуация позволила ученым исследовать влияние электромагнитных полей Солнца на прохождение радиосигналов. Наше светило оставалось между Землей и станциями около шести недель, до середины сентября.

«Пионер» открывает дорогу к Сатурну. В то время как «Вояджеры» неслись в безмолвном космосе между орбитами Юпитера и Сатурна, далеко впереди происходило еще одно важное событие в исследовании Солнечной системы. Станция «Пионер-11», оставившая Землю семь лет назад, теперь первой приближалась к Сатурну (О других этапах полета АМС «Пионер-10 11» см. N° 6). Станции «Пионер» уже проложили «Вояджерам» дорогу к Юпитеру. Первая из них «Пионер-10», пройдя через системы гигантской планеты, позволила наземным специалистам провести «Пионер-11» значительно ближе к Юпитеру, быстрее миновать его радиационные пояса и главное резко развернуть станцию в направлении Сатурна. За время пятилетнего путешествия «Пионера-11» к Сатурну его жизненно важные ресурсы снизились до 40%. НАСА надеялось, что как и предыдущие аппараты серии «Пионер» станция будет работать дольше расчетного срока. Эти оптимистические прогнозы оправдались когда в августе 1979 г «Пионер-11» сблизился с Сатурном его системы были в хорошем состоянии. 1 сентября 1979 г. «Пионер-11» пронесся через систему Сатурна недалеко от кромки его гигантских колец.

Помимо ценных научных данных «Пионер-11» позволил получить важнейшую навигационную информацию, необходимую для обеспечения успешной встречи с Сатурном «Вояджера-1» тринадцать месяцев спустя. Было выяснено что вероятность повреждения «Вояджера-1» сильной радиацией или веществом колец очень мала и это, в свою очередь, увеличило надежды на успешное продолжение полета «Вояджера-2» от Сатурна к Урану. Однако о возможности такого перелета можно было думать только после встречи с Сатурном «Вояджера-1». Если бы не все пошло гладко, невыполненные задачи легли бы на плечи «Вояджера-2», а бросок к Урану пришлось бы отменить.

Спокойное течение миссии «Вояджеров» было вновь нарушено 16 октября 1979 г, когда после 22-часового сеанса обзора неба, выполнявшегося с антенной, не направленной на Землю, аппарат не вышел на связь в заданное время. Это произошло из-за того, что звездный датчик после сканирования неба захватил звезду Альфа Центавра вместо Канопуса и остронаправленная антенна связи оказалась наведенной в пустоту. После оценки ситуации мощный передатчик на станции слежения Тинбинбилла в Австралии был использовал для посылки команды, переключающей АМС на запасную ненаправленную антенну. Через нее «Вояджеру» приказали повернуться на 56,8° в результате чего главная антенна оказалась направленной на Землю, а звездному датчику оставалось «уточнить» ориентацию всего на 1°, чтобы захватить Канопус. Как только сигнал от «Вояджера» был получен на Земле, станции была отправлена команда на захват Канопуса.

В марте 1980 г «Вояджер-1» с расстояния свыше 300 млн. км начал делать первые фотографии Сатурна, хотя даже после компьютерного улучшения на них можно было различить лишь очень немногие детали.

Серьезно беспокоясь за «здоровье» единственно уцелевшего приемника на «Вояджере 2» ученые решили усовершенствовать компьютерную программу станции. Новое программное обеспечение предполагалось задействовать в случае потери связи с Землей, она также понадобилась бы в случае продления полета к Урану.

Чтобы не потерять рабочую форму за время многомесячного перелета к Сатурну в июле и августе 1980 г персонал Центра управления полетом в Пасадене провел семинедельную тренировку предстоящей работы. Имитировались самые разные неприятные неожиданности включая пожар прямо в залах управления. Главная репетиция прошла 18 – 19 августа, когда отрабатывались действия во время минимального сближения с Сатурном. Почти точная копия компьютерной программы предназначенной для встречи с Сатурном была послана на «Вояджер-1» и приведена в действие. Имитировалось также исчезновение Солнца за диском Сатурна и передача на борт специальных команд на поворотную платформу с научными приборами для предотвращения наведения камер прямо на Солнце.

22 августа за 82 дня до пролета Сатурна «Вояджер-1» начал программу наблюдений планеты с расстояния свыше 100 млн. км. В этот момент станция находилась на расстоянии 1,4 ∙ 10⁶ км от Земли и двигалась со скоростью 20,4 км/с. Радиосигнал центра управления добирался до АМС за 80 мин. Помимо небольших проблем со звездным датчиком и точностью наведения сканирующей платформы на «Вояджере 1» все было готово к встрече.

Свидание с Сатурном. Итак «букет» приборов «Вояджер-1» нацелился на гигантскую окольцованную планету и ее окрестности. Семь раз в день цикл сканирования проводился с помощью ультрафиолетвого спектрометра инфракрасный спектрометр обследовал тепловые потоки и динамику атмосферы Сатурна. Радиоастрономические приборы «сбрасывали» дважды в день на Землю до 115,2 килобайт информации в секунду. Было подтверждено присутствие в экваториальных областях атмосферы мощного струйного течения, о котором подозревали на основании данных от «Пионера-11». На «Вояджере-1» также активно работали приборы, исследовавшие силовые поля и частицы а окрестностях Сатурна.

Однако наиболее впечатляющую информацию, безусловно, приносили телекамеры. Приблизительно каждые два часа (т. е. через ¹/₅ оборота Сатурна вокруг своей оси) делались фотографии. 12 – 14 сентября в течение 42 ч планета фотографировалась каждые 4,8 мин. Снимки делались через три различных светофильтра, отслеживая каждые 8° перемещения диска Сатурна. На их основе был сделан цветной фильм, охватывающий четыре оборота планеты. В общем, по полученным изображениям Сатурн производил впечатление более спокойной планеты, чем Юпитер. Многие детали его атмосферы оказались прикрытыми плотными облаками. Правда фотографировался Сатурн с вдвое большего расстояния, чем его сосед. Это делалось по двум соображениям: во-первых, чтобы захватить в кадр возможные перемещения в кольцах, а во-вторых, чтобы успеть до ежегодного покрытия «Вояджера» Солнцем, препятствующего передаче данных на Землю. Когда угол между видимым положением Солнца, АМС и Земли становился менее 5°, солнечная корона уже серьезно нарушала связь с ЦУП. Именно такой период длился две недели в течение сентября 1980 г. для «Вояджера-1». В то же время это положение вновь использовалось для проведения исследований солнечной короны и даже для получения некоторых данных, важных при проверке теории относительности.

По мере того как «Вояджер-1» приближался к Сатурну, изображения становились все четче. 17 сентября 1980 г разрешение на фотографиях, получаемых с расстояния 75 млн. км, достигло 1600 км, что было в три раза лучше изображений планеты, полученных мощнейшими наземными телескопами. На этих же снимках были четко видны и многие крупные спутники Сатурна, так что специалисты срочно приступили к уточнению их орбит. Начались также поиски новых спутников. Для этого делались специальные фотографии с длительной экспозицией в подозреваемых районах в надежде, что появятся неизвестные ранее небесные тела.

С расстояния 50 млн. км в кольцах Сатурна стали различимы образования, явившиеся полным сюрпризом для ученых. Во внутреннем кольце Б четко просматривались спицеобразные структуры, вращавшиеся вместе с кольцами вокруг планеты. Парадоксально, но некоторые из этих пересекающих кольца образований сохранялись по три или более часов, и это несмотря на то, что внутренние и внешние области колец имеют разные орбитальные скорости. Хотя отдельные «спицы» исчезали в течение нескольких часов, какой-то необъяснимый механизм заставлял их возрождаться.

24 октября 1980 г. «Вояджер-1» вошел в фазу непосредственной встречи, и на следующий день были получены последние немозаичные изображения Сатурна. Затем диск планеты уже не умещался в поле зрения камер станции.

25 октября в течение 10-часового периода кольца фотографировались каждые 4,8 мин с целью создания фильма, показывающего формирование и распад радиальных образований. Эта съемка выявила два неизвестных ранее спутника Сатурна. Тринадцатый спутник, вращающийся примерно в 2500 км от внешней границы, и четырнадцатый, находящийся между кольцами Ф и А. Это оказались совсем маленькие тела – 200 – 300 км в диаметре.

2 ноября началась вторая фаза дальнего сближения, теперь до ближайшей к Сатурну точки оставалось лишь 10 дней. В кольцах Сатурна уже различались мельчайшие структуры. Армия ученых, инженеров и журналистов, собравшихся в Пасадене, с возбуждением ожидала кульминации этого граничащего с фантастикой приключения.

7 ноября еще одна новая луна Сатурна была обнаружена на снимках «Вояджера». Она имела примерно 80,5 км в диаметре. Число известных спутников планеты дошло до пятнадцати. В то же время ученые Лаборатории реактивного движения спокойно заявили, что может быть обнаружено еще множество новых лун. 10 ноября в атмосфере Сатурна было запечатлено «красное пятно» диаметром 16 090 км. Различимы были также пятна белого цвета. Кольца Сатурна представлялись теперь более однородными, чем казалось ранее. Невидимые до сих пор промежуточные кольца соединяли другие, более яркие.

11 ноября, менее чем за сутки до минимального сближения с Сатурном, «Вояджер-1» прошел в 4030 км от его крупнейшего спутника Титана. Его поверхность была скрыта толстым слоем азотного смога (метан, который, как считалось ранее, в основном составляет атмосферу Титана, на самом деле составлял менее чем 1%). Давление на поверхности Титана было оценено в 1,75 атм. Появились основания предположить, что на поверхности существуют целые озера из жидкого азота.

12 ноября 1980 г. «Вояджер-1» прошел на расстоянии 124 200 км от Сатурна и, последовательно сближаясь с членами его многочисленной семьи, начал удаляться в пустоту. На снимках «Вояджера» были выявлены новые спутники, так что их число достигло 23, хотя существование некоторых лун еще предстояло доказать. За 3 – 4 часа до минимального сближения с Сатурном «Вояджер» прошел на расстоянии 417 000 км от Тефии, следующим после Сатурна пунктом был Мимас, проплывший в 88 400 км от станции и показавший свой 130-километровый кратер с краями 5-километровой высоты, затем был похожий на Мимас Энцелад (в 201 000 км), Диона (в 163 000 км), Рея (в 7300 км) и Гиперион (в 878 000 км).

27 февраля 1991 г. в Вашингтоне представители НАСА, Управления по изучению океана и атмосферы США (НОАА) и Канадского космического агентства подписали договор о сотрудничестве в пятилетнем использовании спутника по наблюдению Земли «Радарсат». Запуск этого спутника планируется в июне 1994 г, с помощью РН среднего класса, предоставляемой НАСА. «Радарсат» будет построен в Канаде с использованием новейшей технологии, благодаря которой он сможет собирать обширные данные, необходимые для океанской и ледовой разведки, а также информацию, важную для понимания глобальных изменений климата на планете. Спутник будет оснащен так называемым радаром с синтетической апертурой, способным вести сканирование земной поверхности сквозь облачный слой и в условиях темноты. Ширина снимаемой полосы может варьироваться от 50 до 500 км. С помощью радара будут формироваться изображения земной поверхности с высоким разрешением (от 10 до 100 м) и впервые будет проведен круглогодичный мониторинг поверхности океана вдоль арктических морских путей. Радар также впервые позволит провести всеобъемлющее картографирование антарктического ледового щита. Кроме того, благодаря чувствительности радара к влажности почвы и характеру ее растительного покрова информация от спутника будет полезна при прогнозировании урожаев и в лесном хозяйстве. Наконец, «Радарсат» поможет предсказать такие стихийные бедствия, как наводнения, засухи и лесные пожары.

Помимо носителя, НАСА предоставит средства слежения и обработки данных, а взамен США получат доступ к информации, приходящей от канадского спутника. НОАА будет использовать данные «Радарсата» в своих целях, а также обрабатывать и распределять их среди правительственных организаций и частного сектора США.

ЭКСПЕРИМЕНТ-КОНКУРС «КОСМИЧЕСКИЙ ПРОГНОЗ»

– редакция серии «Космонавтика, астрономия»;

– Московский космический клуб, группа анализа космической политики

– для организаторов – дать усредненную оценку характера развития космонавтики группой респондентов, хорошо ориентирующихся в проблемах исследования и освоения космического пространства, к которым мы относим подписчиков серии;

– для участников – конкретизировать свой взгляд на развитие космонавтики, сравнить свою оценку с оценкой экспертов.

Способ проведения эксперимента: участники заполняют приведенный ниже опросный лист и высылают его организаторам эксперимента-конкурса. Параллельно такой же опросный лист заполняют несколько экспертов – специалистов, по роду своей деятельности связанных с прогнозированием в космонавтике.

Полученные результаты подвергаются математической обработке с целью получения усредненных результатов по двум группам респондентов (читатели – эксперты) и сравниваются.

По окончании эксперимента результаты будут опубликованы, а десять читателей, ответы которых окажутся наиболее близкими к усредненной оценке экспертов, будут объявлены победителями эксперимента-конкурса.

Примечание. В качестве призов можно предложить возможность опубликовать соображения победителей по вопросам космонавтики.

Основную часть анкеты составляют краткие описания событий которые могут произойти в будущем, или техники, которая может быть создана. Необходимо против каждого вопроса написать свою оценку времени, когда может произойти событие или могут быть созданы соответствующие технические средства. Это могут быть а) год (если будет дан период, при обработке будет учитываться среднее значение), б) прочерк (если вы не хотите отвечать на данный вопрос); в) слово «никогда» (если вы считаете, что данное событие никогда не произойдет). Если вы не хотите вырывать листы из брошюры, можно на отдельном листе написать только номера вопросов и ответы на них. Возможно, в процессе заполнения анкеты у вас появится желание пояснить или обосновать свой ответ на тот или иной вопрос либо поделиться возникшими у вас соображениями. В этом случае напишите эти пояснения и соображения. Вы можете предложить ответить на вопросы анкеты и своим знакомым.

Анкеты вышлите по адресу:
101835 Москва, Центр, проезд Серова, 4.
Редакция серии «Космонавтика, астрономия»
до 31 декабря 1991 г.

АНКЕТА

1. Межорбитальный транспортный корабль многократного применения

2. Космический аппарат с твердофазной ядерной двигательной установкой

3. Космический аппарат с газофазной ядерной двигательной установкой

4. Космический аппарат с термоядерной двигательной установкой

5. Космический аппарат с аннигиляционной двигательной установкой

6. Электромагнитная катапульта для доставки грузов с поверхности Земли в космос

8. Пилотируемая станция на стационарной орбите

9. Пилотируемый полет длительностью более 2 лет

10. Пилотируемый полет длительностью более 5 лет

11. В космосе одновременно находятся более 100 человек

12. В космосе одновременно находятся более 1000 человек

13. В космосе одновременно находятся более 1 000 000 человек

15. Возобновление пилотируемых полетов на Луну

25. Преобразование Марса или Венеры в планету пригодную для жизни людей

27. Постоянная производственная деятельность в космосе

28. Применение космических зеркал для освещения отдельных районов Земли

29. Применение космических зеркал для изменения климата отдельных районов Земли

30. Космические энергостанции для снабжения Земли энергией

31. Систематический выброс вредных отходов с Земли в космос

32. Грузопоток «Земля – Космос» становится меньше грузопотока «Космос – Земля»

33. Создание искусственного интеллекта, превосходящего человеческий

34. Создание искусственных самовоспроизводящихся систем. Межзвездные полеты

35. Достоверное обнаружение (прямые наблюдения) планет у других звезд

36. Полет автоматического аппарата на дистанцию более 1000 астрономических единиц от Солнца

37. Первый полет автоматического межзвездного аппарата

38. Первый полет автоматической межзвездной станции с выходом на орбиту вокруг звезды

40. Основание постоянной базы в другой планетной системе

Какие вопросы должны были бы войти в анкету но не вошли?

Благодарим за ответы

Гл. отраслевой редактор Г. Г. Карвовский. Редактор И. Г. Вирко. Мл. редактор С. С. Патрикеева. Обложка художника А. А. Астрецова. Худож. редактор К. А. Вечерин. Техн. редактор Н. В. Клецкая. Корректор Д. И. Гуляева.

Сдано в набор 24 04 91. Подписано к печати 27 06 91. Формат бумаги 84×108¹/₃₂. Бумага тип. № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. печ. л. 3,36. Усл. кр.-отт. 3,57. Уч. изд. л. 3.74. Тираж 14 316 экз. Заказ 629. Цена 40 коп. Издательство «Знание». 101835 Москва, Центр, проезд Серова, д. 4. Индекс заказа 914207.

Типография Всесоюзного общества «Знание». Москва, Центр, Новая пл. д. 3/4.

От составителя	3
Ю. А. Мозжорин, С. В. Чекалин. Проблема «космического мусора»	5
С. В. Чекалин, Я. Т. Шатров. Влияние пусков транспортных космических систем на атмосферу Земли	21
С. Ф. Костромин, Я. Т. Шатров. О проблеме сокращения районов падения по трассам пусков ракет-носителей	31
М. Ж. Мухамеджанов, С. В. Чекалин. Перспективы космической изоляции особо опасных отходов ядерной энергетики	42
ПРИЛОЖЕНИЕ
Страницы истории «Большое Турне» в Солнечную систему	56
Планы, проекты, прогнозы	61
Внимание! Эксперимент-конкурс «Космический прогноз»	62

Объекты	Действующие и отработавшие КА	Последние ступени РН и разгонные блоки	Обломки и отделяемые элементы	Общее кол-во фрагментов
Орбиты	Действующие и отработавшие КА	Последние ступени РН и разгонные блоки	Обломки и отделяемые элементы	Общее кол-во фрагментов
Низкие околоземные	16	9,2	58,5	83,7
Средней высоты	3,3	4,2	2,1	9,6
Геосинхронные	4,7	1,8	0,2	6,7
	24	15,2	60,8	100

Выбросы, т	Состав продуктов сгорания
Выбросы, т	Н₂О	СО	CO₂	H₂	Окислы N₂	HCl	А1₂О₃
РН	Н₂О	СО	CO₂	H₂	Окислы N₂	HCl	А1₂О₃
«Зенит»	115	98	186	2
«Атлас-Центавр»	51	23,5	45	0,9
«Ариан-4»	83	99	68	1,4	94	7,8	10,7
«Энергия»	1084	340	649	27
«Шаттл»	727	326	13	52	88	225	310

Варианты космического захоронения (ΔV, км/с)	Схема 1 (ΔV = 3,25)	Схема 2 (ΔV = 4,5)	Схема 3 (ΔV = 6,5)	Схема 4 (ΔV = 7,5)
Возможности РН: Масса выводимого на орбиту захоронения КА с РАО, т РН «Зенит»	5	3,5	0,7	–
РН «Энергия»	30	22,5	11	6,5
Годовой темп пусков РН для min–max грузопотока РАО РН «Зенит»	10 – 100	15 – 143	72 – 715
РН «Энергия»	2 – 17	3 – 23	5 – 46	8 – 77