«Техника-молодежи» 1989 г №7, с.26-27, 51, обл.4
иголка в стоге или дырка в небе?
В стратосфере появилась «бомба замедленного действия», и ее часовой механизм отсчитывает дни, часы и минуты до «взрыва», который может грозить катастрофой всей цивилизации. Таким образом воспользовался руководитель Программы ООН по окружающей среде М. Толба во время своего выступления на международной конференции по озонному слою, проходившей в мае этого года в Хельсинки. И не атомные, водородные заряды или лазерное оружие могут послужить причиной гибели всего живого на планете, а нарастающее разрушение озонного слоя стратосферы. Его уменьшение идет, как выяснилось, все нарастающими темпами. Об опасности для этого «покрывала» планеты, исходящей от промышленных предприятий, работающей на фреоне холодильной техники и всевозможных аэрозолей мы уже рассказывали (см. статью «Озонная дыра — измерить или заштопать?» в № 5 за 1988 год). Сегодня речь пойдет об угрозе, исходящей с другой стороны. Имя этой угрозе — ракетные системы и стратосферная авиация.
Валерий БУРДАКОВ, доктор технических наук, Вячеслав ФИЛИН, кандидат технических наук |
| Н |
емало уже говорилось о губительных для озона веществах наземного происхождения — фреонах, различных аэрозолях и других. Но все же они доходят до слоя его наибольшей концентрации (20-50 км над поверхностью планеты) частично и к тому же при подходящих погодных условиях выпадают вместе с осадками. А вот ракеты пронизывают озонный слой полностью, доставляя десятки и сотни тонн реагентов непосредственно к месту «драмы».
Особенно вредны ракеты с ускорителями, работающими на твердом топливе. Ведь оно содержит много соединений хлора и азота. А соединения этих веществ наиболее беспощадны к нестойкому и химически активному озону. Вот средние цифры, полученные в результате расчетов по неодинаковым методикам разными авторами. Одна молекула хлора способна разрушить в стратосфере до 100 тысяч молекул озона, а молекула диоксида азота — не менее 10 молекул озона. На этом фоне реагент, чье воздействие оценивается в отношении один к одному, можно считать, с экологической точки зрения, сравнительно безвредным.
Чтобы нарисовать объективную картину опасности, которую представляют для озонного слоя различные ракетные системы, нам придется — пусть уж читатели не сетуют — оперировать многочисленными цифрами. Но разобраться в столь важном деле без точных количественных характеристик нельзя.
Типичная твердотопливная ракетная система — ускорители американского «Спейс шаттла» («Космического челнока»). При общей массе орбитального корабля 114 т и массе полезного груза 29,5 т «челнок» в процессе подъема до высоты 50 км выбрасывает 187 т хлора и его соединений, 7 т окислов азота, а также 177 т окислов алюминия в виде аэрозоля. И это только наиболее опасные для озона продукты. К ним надо добавить еще 378 т окислов углерода, 346 т водяного пара и 166 т водорода.
В нашем распоряжении есть достаточно надежная методика, позволяющая оценить вредный эффект действия подобного химического «букета». О том, в какой пропорции разрушают озон молекулы хлора и соединений азота, сказано ранее. Дополнительно надо принять во внимание, что под воздействием горячих реактивных струй в воздухе также образуются оксиды. Эти соединения порождаются непосредственно окислением атмосферного азота (с участием до 80-90% его массы), а также вступлением в реакцию водорода, водяного пара и окислов углерода (около 10-20% массы названных веществ). Расчеты велись по принципу максимума — в предположении, что с озоном прореагируют все компоненты на высотах от поверхности Земли до 50 км. Предельно ожидаемым фактором опасности и следует, по нашему мнению, оперировать в экологических расчетах сейчас, пока более детальные методы учета вредных влияний не разработаны.
Теперь, когда вы познакомились с нашей методикой, итоговые оценки воздействия космической техники на озонный слой уже не будут выглядеть голословными. Если провести все необходимые вычисления для «Спейс шаттла», то окажется: за один только полет он уничтожает до 10 млн. т озона! И это в то время, когда в земной атмосфере его содержится всего лишь 3 млрд. т. Простой подсчет в уме подсказывает: трехсот пусков «челнока» достаточно, чтобы полностью уничтожить тонкое озонное «покрывало». А ведь оно и без того уже в дырах.
Нелишне напомнить, что первоначальные планы НАСА предусматривали проведение 60 пусков ежегодно. При этих головокружительных темпах люди остались бы без атмосферного озона уже через каких-нибудь пять лет. На самом деле американская «челночная» программа реализуется не столь стремительно. Но немалый вред озонному слою наносится и более редкими запусками. К числу разрушительных космических «джиннов» надо отнести твердотопливные американские ракеты «Дельта» и «Титан-II», находящуюся в стадии разработки французскую ракету «Ариан-V».
Мы провели оценочные расчеты и для проектируемых космических систем: NASP (США), «Хотол» (Англия), «Гермес-Ариан-V» (Франция). Наш вывод — в экологическом отношении они очень опасные. Французская конструкция — из-за применения твердотопливных ускорителей, английская и американская — из-за длительного набора высоты по пологой траектории, проходящей в значительной своей части как раз в озонном слое.
Количественные оценки опасности становятся сравнимыми и удобными для обозрения, если их свести в единую таблицу (см. 4-ю стр. обложки). В качестве основного показателя выбрано отношение предельной массы уничтожаемого озона (в тоннах) к массе выводимого на орбиту полезного груза (также в тоннах). Логарифм этого отношения отсчитывается по вертикальной оси, а по горизонтальной — логарифм самой по себе массы полезного груза.
 Различные вещества содержащие хлор, фтор и азот, могут влиять на концентрацию озона в атмосфере, выступая в качестве реагентов или катализаторов. На верхнем рисунке показан механизм разрушения озона атомарным хлором. Нижний рисунок детализирует (на уровне атомов) процессы, которые протекают с участием разновидности фреона CFCL3 (химическая цепочка А) и диоксида азота (химическая цепочка Б). Оба процесса ведут к уменьшению концентрации озона. И лишь третья, противодействующая, реакция с участием оксида азота под воздействием видимого света, то есть в дневное время, способна вновь производить озон. Поэтому «заштопывание» озонных дыр может стать реальностью, если с помощью ракет-носителей доставлять в стратосферу компоненты, необходимые для протекания восстановительных реакций. |
Из таблицы видно, что для озона в 3-4 раза меньшую опасность представляют построенные в нашей стране ракетные системы «Вертикаль», «Протон», «Союз», а самые большие преимущества — у ракеты-носителя «Энергия» (о ней и космоплане «Буран» журнал рассказывал в статьях, помещенных в № 1 и 4 за 1989 год). Напомним: баки «Энергии» заправляются кислородом и углеводородным горючим на блоках первой ступени, кислородом и водородом — на второй. Выброс продуктов сгорания, как показывают расчеты, приводит к уничтожению не более 1500 т озона, что не идет ни в какое сравнение с аналогичным показателем «шаттла». Чтобы «Энергия» сравнялась с ним, потребовался бы одновременный запуск семи тысяч советских ракет-гигантов. К тому же на новой отечественной космической системе (пока состоялось два ее запуска) применено дросселирование, то есть временное уменьшение тяги двигателей в озонном слое.
В свете приведенных данных нельзя не возвратиться к не раз уже обсуждавшемуся вопросу — кто кого опережает в развитии космонавтики. «Возможно, сама концепция «гонки в космосе» в нынешней обстановке неуместна», — такой итог подвели авторы доклада исследовательской службы конгресса США. Что ж, позиция здравая. Но вот ввести в международный обиход понятие соревнования за экологическую чистоту и ненарушимость жизненно важных частей земной атмосферы очень и очень не помешало бы. Советские конструкторы, создавшие экологического рекордсмена — «Энергию» сейчас явно вырвались вперед.
Однако общая динамика компонентов атмосферы вызывает серьезную озабоченность. Только за период с 1978 по 1984 год, по данным измерений, сделанных с американского спутника «Нимбус-7», глобальная убыль озона составила не менее 3%. Не стало — в пересчете на абсолютные единицы — 100 млн. т этого вещества. Много говорят и пишут об озонной дыре над Антарктидой. Но это не значит, что противоположную половину планеты беда обошла. Некоторые ученые пришли к выводу, что к настоящему времени убыль озона над Северным полушарием исчисляется еще более тревожной цифрой — не менее 4%.
«Покрывало», предохраняющее все живое на Земле от губительного влияния ультрафиолетового излучения Солнца, слабеет и истончается, даже рвется то в одном, то в другом месте из-за все большего числа полетов англо-французского сверхзвукового самолета «Конкорд», французских истребителей «Тридан-II» и «Мираж-III», английских — «Эвон» и «Вайнер» и других типов высотных летательных аппаратов. Бороздя воздушное пространство Европы на удалении в 20-26 км от земной поверхности, они разрушают озонную защиту не только территорий своих стран, но и государств, расположенных к востоку от них — ведь на этих высотах ветры дуют в основном с запада на восток.
Мы уже говорили, что на пути к стартовым площадкам находится несколько экологически опасных конструкций ракет-носителей. Учет возможного совокупного влияния высотных транспортных средств показывает: если своевременно не принять эффективных мер, то уже через четверть века содержание озона в защитном слое атмосферы под действием всех факторов уменьшится на 16%, что в абсолютном выражении составляет 500 млн. т. И человечеству еще предстоит решить головоломную задачу, как за тот же срок восполнить эту убыль, граничащую с экологической катастрофой.
Не лишним будет и прогноз по «ракетной угрозе» как таковой, взятой отдельно от других негативных причин. Только развитие космонавтики приведет к тому, что начиная с 2005 года в атмосферу ежегодно будет выбрасываться 100 тыс. т хлора и азотных соединений. А это составит уже около 10% от общего антропогенного воздействия на стратосферу. Представители стран, где в ракетной технике делается ставка на твердое топливо и применение так называемых высококипящих компонентов (азотной кислоты, тетроксида азота, гидразина и других), считают подобную ситуацию допустимой. Но все говорит за то, чтобы в рамках нового политического мышления вопрос о применении указанных видов топлива был пересмотрен. Тем более что для специалистов НАСА размеры озонных потерь не являются чем-то неопределенным. Ведь старты того же космического «челнока» происходят под контролем нескольких спутников, приборы которых делают глобальные замеры уничтожаемого при каждом запуске озона. Однако получаемые данные пока не публикуются.
И еще одно предложение. Пока общее применение экологически чистых ракетных топлив не стало реальным делом, необходимо провести международную паспортизацию всех средств транспортировки грузов в стратосфере и выведения их в околоземное пространство. Современная космическая техника позволяет следить за процессами не только разрушения, но и восстановления озонного слоя. Получаемые таким способом оперативные сводки могут служить основанием для установления паритета по числу полетов и запусков неэкологичных аппаратов.
Мы полностью согласны с мнением первооткрывателей озонной дыры над Антарктидой, английского ученого Джо Фармана: «Если логическое мышление подсказывает, что нечто способно представить угрозу для окружающей среды, необходимо действовать, не дожидаясь особых доказательств». Кстати, он склонен воспринимать недавние сообщения об участившихся заболеваниях раком кожи в Гренландии как предвестник большой беды. Ведь уже получены данные о том, что концентрация озонного слоя над Гренландией и Скандинавией уменьшилась на 6%. Связь между этими двумя явлениями не исключается, хотя врачи указывают на другую причину — солнечные ожоги.
