Оценка экологического риска загрязнения окружающей среды ракетным топливом при эксплуатации космодрома "Восточный"

Дипломная работа

Оценка экологического риска загрязнения окружающей среды ракетным топливом при эксплуатации космодрома «Восточный»

Оглавление

Введение

. Экологические проблемы эксплуатации космодромов

. Характеристика объекта исследования

. Фоновое состояние окружающей среды в районе космодрома «Восточный»

.1 Общая природно-географическая характеристика космодрома «Восточный»

.2 Оценка загрязнения атмосферного воздуха

.3 Оценка состояния водной среды

.4 Оценка загрязненности почв и грунтов

.5 Оценка состояния растительности и животного мира

.6 Оценка состояния условий жизни населения района размещения космодрома «Восточный»

. Теоретическая оценка воздействия космического ракетного комплекса «Союз-2» при штатной эксплуатации на окружающую среду

.1 Наземная подготовка космического ракетного комплекса «Союз-2»

.1.1 Прогноз загрязнения атмосферного воздуха в процессе наземной подготовки ракет-носителей «Союз-2»

.1.2 Прогноз загрязнения атмосферного воздуха в процессе заправки разгонного блока «Фрегат» и блока выведения «Волга»

.1.3 Оценка химического загрязнения почвенно - растительного покрова

.1.4 Анализ воздействия космического ракетного комплекса «Союз-2» на водные объекты

.2 Старт и процесс выведения на орбиту ракет - носителей «Союз-2»

.2.1 Оценка теплового излучения факела двигателей

.2.2 Прогноз рассеивания токсичных продуктов сгорания топлива

. Анализ загрязнения окружающей среды ракетным топливом при возникновении аварийной ситуаций

.1 Количественная оценка экологического риска, связанного с возможными аварийными ситуациями космического ракетного комплекса «Союз-2»

.2 Оценка последствий аварийных ситуаций, возникающих при наземной подготовке ракет-носителей «Союз-2», разгонного блока «Фрегат» и блока выведения «Волга»

.2.1 Возможные аварийные ситуации, возникающие при наземной подготовке ракеты-носителя «Союз-2»

.2.2 Оценка последствий аварийных ситуаций при наземной подготовке разгонного блока «Фрегат» и блока введения «Волга»

.2.3 Оценка последствий аварийных ситуаций при наземной подготовке разгонного блока «Фрегат» в составе ракеты - носителя «Союз - 2»

.3 Оценка последствий аварийных ситуаций, возникающих при нахождении ракеты-носителя «Союз-2» в активном участке полёта

.3.1 Взрыв ракеты-носителя «Союз-2» на активном участке полета

.3.2 Разрушение ракеты-носителя «Союз-2» на активном участке полета

.4 Оценка последствий аварийных ситуаций, возникающих при разрушении аварийной ракеты - носителя «Союз-2» на поверхности Земли

.4.1 Разрушение ракеты-носителя «Союз-2» при падении на поверхность Земли

.4.2 Разрушение ракеты-носителя «Союз-2» при падении в водные объекты

. Экономическая оценка ущерба от загрязнения окружающей среды при аварийных ситуациях ракеты-носителя «Союз-2»

.1 Экономическая оценка ущерба от загрязнения окружающей среды, наносимого при возникновении аварии на ракете-носителе «Союз-2» при подготовке и пуске ракеты с космодрома «Восточный»

.2 Экономическая оценка ущерба от загрязнения окружающей среды, наносимого при возникновении аварии по траектории полета на активном участке работы первой и второй ступеней ракеты-носителя «Союз-2» над территорией Дальнего Востока

. Охрана труда при заправке ракеты космического назначения «Союз-2», разгонного блока «Фрегат» и блока выведения «Волга»

.1 Анализ безопасности при эксплуатации космического ракетного комплекса «Союз-2»

.2 Мероприятия по обеспечению безопасности подготовки и пуска ракеты-носителя «Союз-2»

.3 Защита обслуживающего персонала от электромагнитного излучения90

.4 Мероприятия по обеспечению безопасности подготовки и пуска ракеты-носителя разгонного блока «Фрегат»

Заключение

Список используемых источников

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Введение

Современные и перспективные ракетоносители, обладая значительной массой, высокой энергетикой и имея значительные запасы токсичных компонентов ракетного топлива, таких как несимметричный диметилгидразин, гидразин, азотный тетраоксид ингибированный и т.д., первый из которых относится как токсичное вещество к первому классу опасности, интенсивно загрязняют приземную атмосферу, создают реальную угрозу для людей и окружающей природной среды, особенно в районах запуска, районах падения ступеней ракет-носителей, а так же при авариях, ликвидации и утилизации ракет.

Элементы, отделяющиеся от ракет-носителей, различаются по массе, конфигурации и кинематическим параметрам в момент отделения - удаленности от точки старта, высоте, углу наклона траектории к земной поверхности. Поскольку условия полета при каждом пуске разные - меняется тип траектории выведения, масса и параметры движения ступеней в момент отделения (в первую очередь из-за выработки различного количества топлива в зависимости от условий полета на активном участке), условия полета и характер движения после отделения (состояние атмосферы - плотность, ветер и др.). Все это в совокупности приводит к значительному рассеиванию отделяющихся частей и их фрагментов (в случае разрушения, особенно при возникновении аварийной ситуации).

На местности на расстояниях от точки старта до 800 км при двухступенчатом и до 2500 км при трехступенчатом выведении образуются «пятна» площадью 1500 - 5000 км2, «усеянные» точками падения.

Особую остроту эта проблема в настоящее время приобретает там, где траектории полета ракет - носителей проходят над территориями суши, поскольку в этих случаях зоны падения должны отчуждаться от хозяйственной и другой деятельности населения. Это наносит существенный ущерб природному ландшафту, фауне и флоре. В силу географических особенностей нашей страны внутриконтинентальное расположение будущего космодрома «Восточный» предопределяет актуальность вопросов, связанных с изучением влияния воздействия космодрома на окружающую среду в зоне потенциального воздействия.

В 1994 - 1997 гг. в связи с созданием и началом эксплуатации космодрома «Свободный» (45 км от строящегося космодрома «Восточный»), возникла напряженная социально-политическая ситуация в отношении космической деятельности и ее экологическим последствиям на территории Амурской области и в Республике Саха (Якутия), обусловленная возможными опасными экологическими последствиями космодрома, районами падения.

В 1994 - 1996 гг. конфликтная ситуация имела место в Амурской области, которая привела к фактическому противостоянию больших групп населения по отношению к строительству космодрома «Свободный».

Экспертиза состояния экосистем в местах проливов токсичных компонентов ракетного топлива свидетельствует о серьезности экологической ситуации на территориях районов падения. Обстановка усложнена отсутствием эффективных методов обезвреживания одного из самых токсичных видов ракетного топлива - несимметричного диметилгидразина.

Проблема несимметричного диметилгидразина является одной из основных при обеспечении экологической безопасности территорий, связанных с космической деятельностью. Чем больше запусков ракет - носителей с использованием несимметричного диметилгидразина, тем больше ядовитых и канцерогенных веществ попадет в биосферу Земли.

Целью настоящего дипломного проекта является оценка экологического риска загрязнения окружающей среды ракетным топливом при эксплуатации космического ракетного комплекса «Союз - 2» на космодроме «Восточный».

Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

) Провести анализ имеющихся на настоящий день материалов по исследованию механизмов воздействия ракетного топлива, которое планируется использовать на космодроме «Восточный» на окружающую среду;

) Обосновать выбор приоритетных токсичных соединений среди ракетного топлива;

) Провести теоретические исследования районов воздействия в штатном и аварийном режимах эксплуатации космического ракетного комплекса «Союз - 2»;

) Оценить воздействие высокотоксичного топлива на окружающую среду;

) Провести оценку экологического риска, связанного с возможными аварийными ситуациями космического ракетного комплекса «Союз-2».

ракета токсичное топливо экологический риск

1. Экологические проблемы эксплуатации космодромов

Доступ в космическое пространство осуществляется через приземную атмосферу, которая испытывает соответствующее воздействия ракетно-космической техники. Ракетно-космическая техника является сложнейшим, дорогим, высокоэнергетическим и потенциально очень опасным видом техники. В ней реализовано сочетание множества противоречивых требований по энергетике, массе, прочности, надежности и эффективности на основе достижения компромисса технологических, экономических и экологических возможностей. Природа техники такова, что принципиально невозможно достичь идеальных полезных характеристик и параметров: всегда приходится чем-то жертвовать для решения целевых задач.

При старте объекта ракетно-космической техники, когда масса максимальна, а скорость полета мала, происходит мощный залповый выброс продуктов сгорания и тепловой энергии, возникают сильные акустические колебания (шумы, вибрации). Многие из применяемых компонентов ракетных топлив являются высокотоксичными.

К основным факторам негативного воздействия ракетно-космической техники на окружающую среду в районах падения отработавших ступеней ракет-носителей относятся:

загрязнение почвы, атмосферы, поверхностных и грунтовых вод высокотоксичными компонентами ракетных топлив с возможностью отравления ими живой природы и человека;

засорение территорий металлоконструкциями;

механические и химические повреждения почвы и растительности [23].

Существует высокий риск аварий при запуске объектов ракетно-космической техники (не менее 3%), особенно для старта ракеты-носителя. При авариях ракет-носителей, которые, как правило, сопровождаются крупными пожарами и взрывами с мощными акустическими воздействиями (перепад давления на фронте ударной волны, шум), происходит значительный выброс продуктов сгорания и тепловой энергии, оказывающий серьезное воздействие в приземную атмосферу и земную поверхность. Существует сложная проблема утилизации ракетно-космической техники и компонентов ракетного топлива. Все вышесказанное свидетельствует о невысокой экологичности ракетно-космической техники и компонентах ракетного топлива.

Крупнейшая из созданных и эксплуатировавшихся в мире ракета-носитель «Сатурн-5» (США) со стартовой массой 2800 т и высотой около 100 м многократно запускалась в 1967 - 1972 г.г. при подготовке и реализации Лунной программы. Первый запуск ракеты-носителя «Сатурн-5» состоялся 9 ноября 1967 г. (три ступени выводили космический корабль «Аполлон» массой 20,4 т.) «От незаглушенного рева двигателей находящиеся по близости здания колебались, как при землетрясении. В 5 км от стартового комплекса рухнула крыша павильона телевизионной компании… Возникший грохот по уровню шума был сравним с извержением в 1883 г. вулкана Кракатау в Зондском проливе. Вызванная работой двигателей первой ступени воздушная ударная волна была зарегистрирована Геологической обсерваторией Ламон-Доэрти в Палисдейсе, штат Нью-Йорк, расположенном в 1770 км от места старта» [11].

Взрыв ракеты «Дельта-11» (США), произошедший при старте 17 января 1997 г. с площадки «А» стартового комплекса Станции ВВС на мысе Канаверал на 13-й секунде полета на высоте около 500 м с выбросом значительного количества высокотоксичных компонентов, привел к созданию опасной ситуации для населения близлежащих населенных пунктов.

«Опасность кислотных дождей. Основной причиной их могут являться выбросы в тропосферу хлористого водорода и ооксидов азота. В глобальном масштабе выбросы этих веществ в результате эксплуатации ракетной техники составляют незначительную величину по отношению к аналогичным выбросам теплоэнергоустановок, транспорта и промышленности - менее 0,01%. Если учесть природные источники, способствующие образованию кислотных дождей (океаны, вулканы), то доля ракетной техники уменьшается до 0,001%. Возможно некоторое увеличение кислотных дождей непосредственно в районе старта ракеты-носителя - в радиусе 1 - 2 км, однако их последствия локальны и могут быть легко нейтрализованы.

Токсичные выбросы образуются при поступлении в атмосферу компонентов жидких топлив - азотного тетраоксида, несимметричного диметилгидразина и продуктов сгорания хлористый водород, оксид алюминия, оксиды азота. Количество оксидов азота при работе двигателя в тропосфере довольно велико - около 1% от расхода топлива. Токсичный монооксид углерода практически полностью догорает в струе до высот около 30 км. Выбросы компонентов происходят вблизи стартовых позиций, при авариях и в местах падения отработанных ступеней» [12].

2. Характеристика объекта исследования

Космодром «Восточный» создается в соответствии с Указом Президента Российской Федерации от 6 ноября 2007 года «О космодроме «Восточный»» и Федеральной космической программой России на 2006 - 2015 годы и предназначен для решения задач в интересах федеральных ведомств России, а так же в интересах международного сотрудничества и коммерческих заказчиков.

Общая площадь зарезервированной территории составляет около 1035 км2, а планируемая площадь землеотвода под площадки строительства - 96,6 км2.

Предусматриваемый к созданию на космодроме «Восточный» космический ракетный комплекс «Союз-2» является адаптацией к новым климатическим условиям существующего космического ракетного комплекса «Союз» с максимально-возможным использованием конструктивной, производственно-испытательной и технологической базы ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» [3].

Космический ракетный комплекс «Союз-2» на космодроме «Восточный» предназначен для выведения космических аппаратов на низкие, средние, высокие, солнечно-синхронные, геопереходные и геостационарные орбиты. Масса полной загрузки выводимой на низкую орбиту от 2800 кг до 8500 кг в зависимости от модификации.

Состав космического ракетного комплекса «Союз-2»[3]:

ракета-носитель «Союз-2» этапы 1а,1б и 1в;

стартовый комплекс;

унифицированный технический комплекс ракеты-носителя;

унифицированный технический комплекс ракеты космического назначения;

комплекс средств измерения, сбора и обработки информации;

комплекс средств транспортирования ракеты космического назначения и ее составных частей;

разгонный блок «Фрегат»;

блок выведения «Волга»;

В состав ракеты космического назначения входят:

ракета-носитель;

космическая головная часть;

В состав ракеты-носителя «Союз-2» этапов 1а,1б входят:

сборка блоков I - II ступеней ракеты-носителя «Союз-2» этапа 1а;

III ступень ракеты-носителя «Союз-2» этапа 1а(этапа 1б);

бортовая аппаратура системы управления (БАСУ);

бортовая система измерения уровня заправки (БСИУЗ);

система спутниковых навигационно-поисковых средств (ССНПС);

бортовая система телеметрических измерений (БСТИ);

система внешне-троекратных измерений (СВТИ);

средства отделения ступеней.

В состав ракеты-носителя «Союз-2» этапа 1в входят:

I ступень ракеты-носителя «Союз-2»;

II ступень ракеты-носителя «Союз-2»;

бортовая аппаратура системы управления (БАСУ);

бортовая система измерения уровня заправки (БСИУЗ);

система спутниковых навигационно-поисковых средств (ССНПС);

бортовая система телеметрических измерений (БСТИ);

система внешне-троекратных измерений (СВТИ);

средства отделения ступеней.

При эксплуатации ракеты-носителя «Союз-2» предусматривается использовать компоненты ракетного топлива, приведенные в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Компоненты ракетного топлива, используемые при выведении ракеты-носителя «Союз-2», разгонного блока «Фрегат» и блока выведения «Волга»

Элементы КРК «Союз-2»Ступень/элементЗаправляемые компонентыНаименованиеКласс опасности [5]Масса (один блок), кгОстатки на момент выключения двигателей, масса (один блок), кг1) Ракета-носитель Союз-2, этап 1а(1б*), трехступенчатаяI ступень (4 боковых блока)1. Керосин Т-14112562112. Жидкий кислород (сорт 2)-279035063.Высококонцентрированный пероксид водорода312021254. Азот жидкий технический4256475. Газообразный азот49-II ступень (центральный блок)1. Керосин Т-14263262672. Жидкий кислород (сорт 2)-637096783.Высококонцентрированный пероксид водорода326362634. Азот жидкий технический4485605. Газообразный азот417-III ступень двигатель 11Д55, (двигатель 14Д23*)1. Керосин Т-147155982. Нафтил РГ-1*4(6650)(98)3. Жидкий кислород (сорт 2)-15678 (16544)188 (167)4. Гелий-2 (27)- (8)5. Кислород-1 (2)- (-)6. Воздух-1-7. Газообразный азот*4(3)-Элементы КРК «Союз-2»Ступень/элементЗаправляемые компонентыНаименованиеКласс опасности [5]Масса (один блок), кгОстатки на момент выключения двигателей, масса (один блок), кг2)Ракета-носитель Союз-2, этап 1в, двухступенчатаяI ступень1. Керосин Т-14339223692. Жидкий кислород (сорт 2)-8604410423. Газообразный азот426-4. Гелий-10532II ступень1. Нафтил РГ-1466503692. Жидкий кислород (сорт 2)-165441673. Газообразный азот42-4. Гелий-2783) Разгонный блок «Фрегат»1.Несимметричный диметилгидразин (НДМГ)11750-2.Азотный тетраоксид ингибированный (АТИН)23600-3. Гидразин марки осч (амидол)242-4) Блок выведения «Волга»1.Несимметричный диметилгидразин (НДМГ)1318-2.Азотный тетраоксид ингибированный (АТИН)2582-3. Гелий-4-4. Аммиак40,5-* - в скобках приведены значения для ракеты-носителя «Союз-2» модификации (этапа) 1б, двигателя третьей ступени 14Д23Ракета-носитель «Союз-2» этапа 1а включает в себя блоки I ступени, центральный блок - блок II ступени и блок III ступени.

Основные особенности:

на I и II ступенях (изделие 14С53) в составе двигательных установок центрального и боковых блоков применяются усовершенствованные форсуночные головки камер сгорания;

III ступень (изделие 14С54.0000А1-0), имеющая в своем составе двигатель 11Д55, выполнена в новой конструктивно - компоновочной схеме.

Ракета-носитель «Союз-2» этапа 1б включает в себя блоки I ступени, центральный блок - блок II ступени и блок III ступени.

Основные особенности:

на I и II ступенях (изделие 14С53) в составе двигательных установок центрального и боковых блоков применяются усовершенствованные форсуночные головки камер сгорания;

III ступень (изделие 14С54), имеющая в своем составе новый двигатель 11Д23, с дожиганием продуктов газогенерации в камере сгорания, работающей на компонентах кислород - РГ-1 (нафтил).

Ракета-носитель «Союз-2» этапа 1в - двухступенчатая ракета-носитель легкого класса предназначена для запуска космических аппаратов со стартовых комплексов ракет - носителей «Союз-2». Разрабатывается на базе ракеты-носителя «Союз-2» этапа 1б, со снятием боковых блоков, установкой на центральном блоке двигателя 14Д15 с рулевым двигателем 14Д24 и применением головного обтекателя ракеты-носителя «Союз» [4].

Разгонный блок «Фрегат» создан как унифицированная верхняя ступень ракет-носителей «Союз-2» этапов 1а и 1б. Предназначен для решения следующих задач:

довыведения головного блока с орбиты, формируемой ракетой-носителем, на опорную орбиту;

выведения космических аппаратов с опорной орбиты на высокоэнергетические орбиты, в т.ч. на геостационарную и геопереходную;

ориентация и стабилизация головного блока на пассивных и активных участках полета;

построение заданной ориентации перед отделением космического аппарата;

формирование и выдача команд на сброс головного обтекателя (при необходимости), отделение головного блока и отделение космического аппарата.

В состав разгонного блока «Фрегат» входят:

маршевая двигательная установка (ДУ);

двигательная установка ориентации и обеспечения запуска (ДУ СОЗ);

герметичные приборные отсеки;

антенно-фидерная система (АФС);

химические батареи;

система обеспечения теплового режима (СОТР);

переходник с системой отделения для установки космического аппарата.

Конструктивную основу разгонного блока «Фрегат» составляет блок баков маршевой двигательной установки, выполненной в виде шести сваренных между собой металлических сфер равного диаметра. Четыре используются в качестве топливных баков (два горючего и два окислителя), одна в качестве герметичного приборного отсека, одна - в качестве негерметичного [46].

Основные массогабаритные характеристики разгонного блока «Фрегат» приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 Основные массо-габаритные характеристики разгонного блока «Фрегат»

ХарактеристикаВеличина1) Начальная масса при максимальной заправке, кг63852) Конечная масса РБ, кг9503) Габаритные размеры, м - высота - диаметр (описанный) 1,5 3,35

В качестве топлива в маршевой двигательной установке разгонного блока «Фрегат» используется:

окислитель - азотный тетраоксид ингибированный (АТИН) по ОСТ 113-03-503-85 (ТУ 6-02-344-74);

горючее - несимметричный диметилгидразин (НДМГ) по ГОСТ В 17803-72.

Несимметричный диметилгидразин или 1,1-диметилгидразин по номенклатуре ЮПАК, (обиходное название - гептил) - регистрационный номер по САS 57-14-7. Химическая формула: (СН3)2N-NН2. Несимметричный диметилгидразин по химической структуре близок к аммиаку. В обычных условиях - бесцветная или бледно-желтого цвета жидкость, дымящая на воздухе, с резким специфическим запахом, характерным для органических аминов (запах тухлой селедки). Растворяется в воде, спиртах, углеводородах, аминах и эфирах. Водные растворы обладают щелочными свойствами. Легко окисляется. Окисление несимметричного диметилгидразина происходит под действием как кислорода воздуха или кислорода, растворенного в воде, так и под действием других окислителей [1].

При взаимодействии с кислородом воздуха несимметричный диметилгидразин окисляется, в основном, до нитрозодиметиламина C2H6N2О (НДМА), диметиламина (ДМА), тетраметилтетразена C4H12N4 (ТМТ), метилендиметилгидразина C3H8N (МДМГ), формальдегида H2CO (ФА), воды и азота.

В результате попадания в почву и водоемы несимметричный диметилгидразин может разлагаться и окисляться с образованием воды, углекислого газа и молекулярного азота, а также ряда токсичных продуктов (в зависимости от условий), один из которых - нитрозодиметиламин - является даже более токсичным соединением, обладая канцерогенными свойствами.

Другие соединения, такие, как метилендиметилгидразин, тетраметилтетразен, формальдегид, синильная кислота HCN (СнК) - относятся ко второму и третьему классам опасности [2].

Несимметричный диметилгидразин обладает относительно высокой летучестью и испаряемостью. Летучесть вещества значительно увеличивается с повышением температуры. Несимметричный диметилгидразин стабилен в области эксплуатационных температур (от минус 50°С до плюс 50°С) при полной герметичности тары.

Несимметричный диметилгидразин - токсичное вещество 1-го класса опасности. Основные гигиенические регламенты несимметричного диметилгидразина и продуктов его разложения в объектах окружающей среды представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 Гигиенические регламенты несимметричного диметилгидразина и продуктов его разложения

ВеществоПредельно допустимые концентрацииАтмосферный воздух, мг/м3Вода, мг/лПочва, мг/кгПродукты питания, мг/кгПДКРЗПДКМРПДКССПДКХБПДКРХНесимметричный диметилгидразин0,10,0010,0010,020,00050,1 ОБУВДиметиламин1,00,0050,0050,10,005--Метилендиметил-гидразин0,3--0,1---Тетраметилтетразен3,00,0050,0050,1---Нитрозодиметил-амин0,01-0,00010,01--0,002Формальдегид0,50,0350,0030,050,0257,0-Синильная кислота0,3-0,010,1---

Азотный тетраоксид ингибированный является аналогом широко распространенного в ракетной технике окислителя - азотного тетраоксида (обиходное название - амил). Все основные физико-химические и токсикологические характеристики окислителя азотного тетраоксида ингибированного соответствуют характеристикам азотного тетраоксида по ГОСТ В 17656-72. В химическом отношении азотный тетраоксид представляет собой смесь двух равновесных форм NО2 и N2О4, существующую как в газообразном, так и в жидком состоянии. Азотный тетраоксид ингибированный представляет собой азотный тетраоксид, ингибированный 0,5% оксидом азота. Азотный тетраоксид - тяжелая гигроскопическая летучая жидкость красно-бурого цвета. Глубина окраски как жидкости, так и паров зависит от температуры, изменяясь от почти бесцветной до почти черной. Азотный тетраоксид хорошо растворим в воде, бурно реагирует с большинством органических растворителей [24].

Эколого-гигиеническая значимость азотного тетраоксида в воде, почве и растениях определяется нитратами и нитритами; в атмосферном воздухе - диоксидом и оксидом азота, парами азотистой и азотной кислот.

Азотный тетраоксид ингибированный - токсичное вещество 2-го класса опасности. Гигиенические регламенты азотного тетраоксида и продуктов его трансформации представлены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 Гигиенические регламенты азотного тетраоксида и продуктов его трансформации

ВеществоN2O4NO2NONO32-NO22-Класс опасности233--ПДКв воздухе, мг/м3ПДКРЗ2,05,0---ПДКМР0,0850,0850,6--ПДКСС0,040,040,06--в воде, мг/лПДКХЗ45,0--45,03,3ПДКРХ---40,00,08в почве, мг/кг----130,0

Двигательная установка стабилизации, ориентации и обеспечения запуска предназначена для обеспечения запуска двигательной установки в условиях невесомости. В конструкции ее применены заборные устройства топливных баков, способствующие поступлению в двигатель топлива без свободных газовых включений. В составе двигательной установки стабилизации, ориентации и обеспечения запуска применены топливные баки с эластичными разделителями.

Рабочим телом в двигательной установке является амидол (гидразин-«осч») по ОСТ В6-02-32-82. Гидразин - бесцветная прозрачная жидкость с резким, весьма неприятным запахом, хорошо растворяющаяся в воде, спиртах и других полярных жидкостях; с углеводородами практически не смешивается. Химическая формула: Н2N-NН2. Основные физические характеристики гидразина: температура плавления - 275К, температура кипения - 386,5 К. В качестве однокомпонентного топлива пригоден лишь «особо чистый» гидразин, так как технологические примеси, накапливаясь в нем, резко снижают активность катализатора, «отравляют» его. Гидразин высокой чистоты находит все большее применение как однокомпонентное топливо в двигателях малой тяги бортовых систем космических аппаратов, в том числе и в отечественной практике. Гидразин - вещество 2-го класса опасности [3].

Общее количество заправляемого гидразина составляет не более 42 кг. В качестве вытеснителя рабочего тела используется гелий.

Блок выведения «Волга» предназначен для выведения космических аппаратов военного, коммерческого, научного и социально - экономического назначения на солнечно-синхронные и низкие круговые орбиты. Предназначен для работы совместно с ракетой-носителем «Союз-2» этапа 1в.

Работы по созданию блока выведения начались в 2008 году. Потребность в данном блоке возникла из-за того, что существующие верхние ступени ракеты-носителя «Союз-2» позволяют реализовать только одноимпульсную схему выведения. Это не позволяет реализовать энергетически оптимальную схему выведения, особенно для круговых орбит высотой больше 250 - 300 км.

декабря 2013 года в 16:30 по московскому времени успешно состоялся запуск ракеты-носителя «Союз-2» этапа 1в с блоком выведения «Волга».

После отделения космического аппарата на целевой орбите происходит:

или одноимпульсный маневр затопления блока выведения с адаптером в акватории Мирового океана на запланированных координатах;

или двухимпульсный маневр перехода блока выведения на орбиту увода. На орбите увода организуется включение маршевого двигателя на время от 100 до 500 с для полной выработки остатков компонентов топлива с целью снижения риска преднамеренного разрушения после завершения эксплуатации блока выведения «Волга» в целом.

Компоненты топлива размещаются в четырех сферических баках (2 бака окислителя и два бака горючего), разделенных металлическими мембранами.

Масса заправляемых в объединённую двигательную установку компонентов ракетного топлива составляет до 900 кг, в том числе:

окислитель - азотный тетраоксид ингибированный - до 582 кг;

горючее - несимметричный диметилгидразин - до 318 кг.

Масса газа надува и управления (гелия по ТУ 0271-135-31323949-2005) до 4 кг.

Система электропитания предназначена для генерации, хранения и распределения электрической энергии для электропитания бортовой аппаратуры блока выведения на этапе подготовки и штатной эксплуатации, состоит из 4 акуммуляторных литий-тионилхлоридных батарей и блока коммутации питания [46].

В качестве теплоносителя в тепловых трубах системы терморегулирования используется аммиак технической марки А ГОСТ 6221-90 (IV класс опасности) общей массой не более 0,5 кг.

3. Фоновое состояние окружающей среды в районе космодрома «Восточный»

3.1 Общая природно-географическая характеристика космодрома «Восточный»

Космодром «Восточный» размещается в Амурской области в 45 км севернее города Свободный.

Территория района космодрома «Восточный» расположена в пределах Средне-Зейской провинции Амуро-Сахалинской физико-географической страны.

В целом это выровненная денудационно-аккумулятивная, аккумулятивная равнина, имеющая среднюю высоту 240 - 280 м над уровнем моря. Здесь довольно отчетливо прослеживается два геоморфологических уровня 220 - 260 м и 260 - 300 м. Наибольшие высоты отмечаются на севере территории полигона (300 и более метров). Наблюдается снижение абсолютных отметок к югу и юго-западу, и высоте ниже 200 м приурочены к долине реки Перы. Поверхность слабохолмистая, местами сопочно-увалистая, расчленённая плоскодонными долинами притоков реки Оры (ручей Охотничий, Николаевский), падями без постоянных водотоков.

На склонах увалов, сопок господствуют лиственнично-дубовые, березово-сосново-лиственничные, березовые, дубовые (вторичные), реже сосново-дубовые леса на бурых лесных, бурых лесных оподзоленных, местами глееватых почвах. Содоминантами выступают гидроморфные и полугидроморфные комплексы, представленные болотами, заболоченными лугами, приуроченными к днищам долин падей, рек, водосборным понижениям и котловинообразным западинам междуречий [16].

Космодром располагается в северо-западной части Зейско-Бурейской равнины. С севера и востока, на расстоянии 200 - 300 км от района космодрома, Зейско-Бурейская равнина ограничена горными цепями с абсолютными высотами до 1500 м, а с юго-запада-хребтами с абсолютными высотами 500-1000 м. Район размещения космодрома относительно малонаселенный: численность жителей ближайшего к космодрому городу Свободный составляет около 57000 человек, поселка Углегорск - не более 6000 человек. Промышленность региона слаборазвита [14].

Климат района - резко континентальный с муссонными чертами, что выражается в больших годовых (45 - 50 0С) и суточных (до 20 0С) колебаниях температур воздуха и резком преобладании летних осадков.

Климат формируется под влиянием азиатского материка и Тихого океана, имеющих различную температуру поверхности в зимний и летний период.

Зимой над охлажденным континентом устанавливается область повышенного давления - сибирский антициклон. Над Тихим океаном, воды которого вследствие более медленного охлаждения еще не успели остыть, устанавливается область пониженного давления. В этот период воздушный поток направлен в сторону океана. Это - зимний муссон. Он приносит с континента холодный и сухой воздух, обуславливая холодную малоснежную зиму с преобладанием ясной погоды.

В период с ноября по март, когда идет выхолаживание подстилающей поверхности, отмечаются продолжительные температурные инверсии. В свободной атмосфере в период с декабря по февраль они стационируют и отмечаются каждый день. В феврале и марте происходят незначительные нарушения инверсионного слоя, но до 85 процентов дней остаются с инверсиями. Наибольшей мощности инверсионные слои достигают с середины декабря до середины января. В период формирования и стационирования температурных инверсий создаются метеорологические неблагоприятные условия для загрязнения окружающей природной среды.

Самый холодный месяц - январь. Среднесуточная температура воздуха - минус 25,6 0С. Абсолютный минимум достигает - минус 490С. В зимний период образуется незначительный, но устойчивый снежный покров, который сохраняется в среднем около шести месяцев. Максимальной высоты снег достигает к февралю и марту и колеблется в пределах от 22 до 24 см [6].

Для весны характерно развитие зольной циркуляции, сопровождающейся прохождением циклонов с запада на восток. Периодические вторжения арктических воздушных масс приводят к резкому похолоданию. Выходы циклонов с Монголии вызывают потепление. Резкие потепления и похолодания характерны для весны данного района. Весна короткая и засушливая. Средняя температура апреля до 2,00С, мая до 10,40С. В апреле и мае, наиболее засушливом периоде года, относительная влажность наименьшая. Причиной весенних засух является незначительное количество осадков и усиление ветра, который способствует иссушению почвы.

В летний период распределение атмосферного давления в воздушных течениях резко меняется. Материк сильно прогревается и над океаном устанавливается область повышенного давления, а над материком область пониженного давления. С моря на территорию суши начинают проникать воздушные потоки восточных и юго-восточных направлений, обуславливая на материке теплое и дождливое лето. Самым теплым месяцем является июль со среднемесячной температурой воздуха до 20,10С. Абсолютным максимум достигает от 37 до 380С.

Наиболее часто глубокие интенсивные циклоны смещаются на территорию области во второй половине лета. Основное количество осадков выпадает в июле-августе. В этот период выпадает до 59% годовой нормы осадков. Часто они носят ливневый характер, сопровождаются сильными грозами и непродолжительными шквалистыми ветрами. Сила шквалистых ветров может достигать от 20 до 25 м/сек [15].

Осень, как правило, сухая, солнечная и значительно теплее весны. Средняя температура сентября около 100С, октября - минус 0,30С. Первые заморозки отмечаются в конце августа - начале сентября. В этот период идет перестройка циркуляции воздушных масс с летней на зимнюю. Нарушается западно-восточный перенос и начинается меридиональное вторжение холодных воздушных масс из Якутии [7].

Среднегодовая температура отрицательная и колеблется от минус 0,20С до минус 1,50С.

Годовая сумма осадков составляет 400 - 500 мм. Суммарная солнечная радиация за год равна 107 - 117 ккал/см2. Продолжительность фактически наблюдающегося солнечного сияния составляет 2200 - 2550 часов.

Таким образом, суммируя климатическую характеристику исследуемого района можно отметить следующее.

В зимний период повторяемость сложных (неблагоприятных) погодных условий не велика, однако отмечается значительные периоды с низкими температурами воздуха, за счет которых образуются морозные туманы и густые дымки.

Весенний период характеризуется усилением циклонической циркуляции, вследствие чего увеличивается число дней с ухудшенной видимостью и низкой облачностью. Ухудшение видимости происходит за счет снегопадов и метелей (март - апрель). В мае видимость ухудшается за счет лесных пожаров, и кроме того, активируются грозовые процессы. В весенний период основной чертой негативных погодных условий являются сильные ветра со скоростями более 18 м/с.

Летний период характеризуется интенсивной циклонической деятельностью и развитием внутримассовой конвективной облачности, увеличивается число дней с нижней облачностью до 10 - 11 дней, увеличивается повторяемость облачности с высокой нижней границей мене 600 м. На летние месяцы: июль - август приходится второй годовой максимум туманов, что приводит к ухудшению видимости в первую половину дня, во вторую половину дня обычно наблюдается активная грозовая деятельность и высокие температуры [8].

Переход от лета к осени характеризуется ослаблением циклонической деятельности и усилением антициклонической циркуляции. В связи с этим в сентябре еще наблюдаются сложные метеорологические условия. Наблюдается 1 - 2 дня с туманом, 4 - 6 дней с облачностью, нижняя граница которой менее 600 м. К концу октября устанавливается погода с простыми метеорологическими условиями [9].

3.2 Оценка загрязнения атмосферного воздуха

Загрязнение воздуха в районе космодрома формируется под влиянием местных и региональных источников. Региональный уровень загрязнения атмосферы определяется совокупностью источников (ТЭЦ, котельные, транспорт, ремонтные предприятия и др.), расположенных в населенных пунктах по долинам рек Амура и Зеи. Наиболее значимыми региональными источниками воздействия на атмосферу являются предприятия и транспорт городов Свободный, Благовещенск район пос. Углегорск, где расположены крупные объекты электро и теплоснабжения, транспорта промышленности и строительства. В составе выбрасываемых загрязняющих веществ присутствует оксид углерода, оксиды азота, диоксид серы, в незначительных количествах серная кислота, хлор, хлористый и фтористый водород, окись марганца, ксилол, толуол, сажа и цементная пыль.

Состояние загрязнения атмосферы на территории космодрома «Восточный» можно оценить по имеющимся результатам исследований, проведенным во второй половине 90-х годов прошлого века в районе космодрома «Свободный» (Располагается в 45 км южнее от космодрома «Восточный»), с использованием стационарных и передвижных постов измерения.[10] Задача стационарных пунктов - получение характеристики состояния загрязнения атмосферы в течении всего периода наблюдений при всех направлениях ветра под воздействием всех имеющихся источников загрязнения. Задача передвижных пунктов - измерение концентраций загрязнения воздуха вблизи отдельных наиболее существенных источников загрязнения с оценкой возможного влияния их на прилегающую территорию.

Анализ результатов, полученных в ходе изучения состояния загрязнения атмосферы в летний период на территории космодрома «Свободный», показывают, что содержание химических элементов в атмосферном воздухе фоновых участков территории космодрома значительно ниже соответствующих величин на территории г. Свободный и близки по величине к фоновым значениям, характерным для Восточной Сибири.

С точки зрения санитарных норм, максимальные концентрации элементов в атмосферном воздухе в летний период не представляют опасности для человека.

Изучение уровня фонового и локального загрязнения атмосферного воздуха на территории космодрома «Свободный» в зимний период года проводилось в начале марта 1997 г. Для изучения загрязнения атмосферного воздуха космодрома были выбраны следующие загрязняющие вещества: оксид и диоксид азота, оксид углерода, диоксид серы, хлорид водорода, общее содержание взвешенных частиц, алюминий, бериллий. За исключением пыли, концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе космодрома «Свободный» зимой на порядок и более выше чем летом, однако в целом уровни их концентраций были не превышающими допустимых норм. На территории космодрома «Восточный» проводилась оценка загрязнения снежного покрова. Накапливаясь в холодный период года, снег аккумулирует, усредняет и частично консервирует загрязнители [3]. Проведенные исследования показали, что по уровню загрязнения данными компонентами природной среды территорию космодрома в целом можно приравнять к чистым фоновым областям.

3.3 Оценка состояния водной среды

Ресурсы поверхностных вод Амурской области составляют 171 км3/год, в том числе формирующиеся на территории области - 88,6 км3/год. По территории области протекает 2628 рек длиной более 10 км, в том числе 31 из них протяженностью более 200 км, и более 41 тыс. рек и ручьев длиной до 10 км.

Большинство рек принадлежит к бассейну реки Амур (86,9 %, в том числе 65 % к бассейну реки Зеи, впадающей в Амур), остальные - к бассейнам реки Лены (11,7%) и Уды (1,4%). Густота речной сети - 0,96 км/км2 на севере и 0,08 км/км2 на юге. Питание рек в основном дождевое. Сезонные колебания уровней достигают 6 - 8 м. Характерны наводнения. Температура воды в июле - августе от 4 до 60 в северных, от 21 до 220 в южных районах. Воды рек минерализованы мало, относятся к гидрокарбонатному классу. С октября по апрель - май - ледостав.

Космодром расположен на Амурско-Зейском плато, в правобережной части территории водосборного бассейна нижнего течения реки Зеи, одного из главных притоков Среднего Амура.

Основной фазой водного режима рек являются дождевые паводки, наблюдающиеся в теплое время года (июль - сентябрь). С апреля по октябрь проходит до 96 % годового стока. Второй важной фазой водного режима является снеговое половодье, характерное преимущественно для рек северных районов. Так зимой осадков в виде снега выпадает мало ( около 10% годовой суммы) [13].

Район расположения космодрома не затапливается даже в случае разрушения плотины Зейской ГЭС, которая находиться выше по течению реки Зея в 250 км. По данным за 2003 - 2004 г.г. [14,15] химический состав воды реки Зея формируется под влиянием сточных вод золотодобывающих предприятий и промышленных центров области, а так же коммунально-бытовых стоков. На показатели качества воды в реке, особенно в районе г. Зея, оказывает влияние Зейское водохранилище. Вода реки имеет низкую минерализацию до 50 мг/дм3. Кислородный режим в реке в течении года был удовлетворительным, реакция среды нейтральная. Количество органических веществ (по ХПК) на всем протяжении участка составляло около 20 мг/дм3, по биохимическому потреблению кислорода (БПК) - не более 1,90 мг/дм3. Приоритетными загрязняющими веществами воды водохранилища в районе г. Зея являются азот аммонийный, органические вещества химическому потреблению кислорода (ХПК), железо, медь и фенолы. Среднегодовые значения их на различных участках р. Зеи были выше допустимых норм. Качество воды водохранилища Зея в районе города Зея в 2003 - 2004 г.г. соответствовало 3 классу «умеренно загрязнённая». У городов Свободный и Благовещенск в 2004 г. Качество воды ухудшается, класс загрязненности становиться выше - 4 класс «загрязненная», (в 2003 г. - соответствовало 3 классу «умеренно загрязненная»). Ресурсы и запасы пресных подземных вод на территории Амурской области распределены неравномерно и сосредоточенны в основном в артезианских бассейнах (5 бассейнов) [9]. В пределах Амурской области по состоянию на 01.01.2009 г. Числятся на учете:

- 72 месторождения пресных подземных вод для хозяйственно - питьевого и производственно - технического водоснабжения;

6 месторождений минеральных вод для бальнеологических и лечебно - питьевых целей.

В гидрологическом отношении район территории космодрома «Восточный» расположен в зоне сочленения Амуро-Зейского артезианского бассейна и Мамынского гидрогеологического массива.

По заключению Свободненского объединения ЦСЭН используемая подводная вода соответствует нормам ГОСТ 2874-82 « Вода питьевая» [9]. В настоящее время разовые замеры уровня воды осуществляются при профилактических и ремонтных работах.

3.4 Оценка загрязненности почв и грунтов

Район расположения космодрома «Восточный» приурочен к центральной части Амуро-Зейского междуречья (равнины) в пределах Свободненского района Амурской области.

По почвенно-географическому районированию территория Амуро - Зейского междуречья относится к Восточной буроземно-лесной области и приходится на Зейско-Бурейскую провинцию бурых лесных почв [17].

В структуре почвенного покрова преобладающим почвенным типом являются бурые лесные почвы, в типе которых выделяются следующие подтипы: бурые лесные, бурые лесные глееватые, бурые лесные оподзоленные, бурые лесные оподзоленные глееватые, бурые лесные остаточно пойменные, бурые лесные остаточно пойменные глееватые, бурые лесные смытые (слабо, средне, сильно).

Почвы имеют характерный слабо дифференцированный профиль. Под маломощным (1-2 см) слоем подстилки следует гумусовый (часто грубо гумусовый) горизонт небольшой мощности (5-10 см) с окраской от темно - серого до серого и серо-буроватого цвета. Ниже он сменяется иллювиальным оглиненным коричневатым или бурым горизонтом. На глубине 80 - 90 см начинается почвообразующая порода, которая представляет собой пески, супеси и легкие суглинки, подстилаемые песчано-галечниковыми толщами. Содержание гумуса достаточно высокое (до 7 - 8 %), но ниже резко снижается [18].

Почвенно-геохимические исследования дают основания считать, что в среднем в Приамурье широко развиты так называемые первичные циклы миграции веществ, способствующие в зоне гипергенеза геохимическому выносу веществ в океан и формированию элювиальной коры выветривания.

Территории космодрома «Восточный» свойственно суффозионное оврагообразование, когда после первого оползня над нисходящим источником воды зарождается овраг.

Ведущими загрязнителями почв являются нефтепродукты, поступающие на поверхность почвы с выбросами автотранспорта, при разливах и складировании ГСМ. Основными объектами локального загрязнения окружающей среды являются участки складирования отходов - территории очистных сооружений, свалок, а также складов горючего. Отчетливое локальное загрязнение окружающей среды фиксируется в пределах автопарка и жилой зоны.

3.5 Оценка состояния растительности и животного мира

Растительность района космодрома «Восточный» относится к бореальному таежному типу подтипу южной тайги и представлена южнотаежными сосновыми, сосново-лиственничными, травяно-кустарничковыми и подтаежными сосновыми с участием неморальных элементов частью остепененными лесами. Отдельными участками вклиниваются дубовые низкоствольные травяные леса, их редины и кустарниковые заросли, пойменные луга различной степени увлажнения, сельскохозяйственные земли, суходольные и низинные луга, образованные на месте таежных лесов [19].

Флора космодрома ориентировочно насчитывает 200 - 250 видов сосудистых растений. На территории космодрома произрастает много хозяйственно-ценных растений, наибольшее значение имеют береза плосколистная, сосна обыкновенная, лиственница Гмелина, дуб монгольский, папоротник-орляк, голубица и брусника.

Анализ литературы позволил выявить, что на территории космодрома обнаружены касатик мечевидный, гнездоцветка клобучковая, башмачок крупноцветковый - эти три вида занесены в Красную книгу РСФСР [20]. Так же это позволяет предположить возможность обнаружения на космодроме ещё двенадцать краснокнижных видов: пырейник зейский, ковыль байкальский, лилия карликовая, ива цельнолистная, живокость Коржинского, княжик крупнолепестковый, прострел Турчанинова, лимонник китайский, широколокольчик крупноцветковый, пион молочноцветковый, пион обратнояйцевидный, водяной орех плавающий. Последние три вида занесены в Красную книгу России [21]. По зоогеографическому районированию [22] территория космодрома находится на стыке Уссурийско-Амурской и Восточно-Забайкальской провинции смешанных и широколиственных лесов Дальнего Востока.

Общее число видов наземных позвоночных животных достигает 246, что составляет 60% от фауны Амурской области. В том числе, 6 видов земноводных (86%фауны области), 5 видов рептилий (50%), 190 видов птиц (58%) и 45 видов млекопитающих (67% фауны области). Но в связи с близостью населенных пунктов, плотность населения многих видов, особенно крупных млекопитающих, находится ниже биологически оптимального уровня.

На территории космодрома отмечено пребывание десяти видов птиц, занесенных в Красную книгу РФ: дальневосточный белый и черный аисты, гусь-сухонос и черная казарка, нырок Бэра, скопа и орлан - белохвост, беркут, кречет и сапсан. Кроме этого еще девятнадцать видов позвоночных животных включены в список редких и исчезающих видов Дальнего Востока России [22].

3.6 Оценка состояния условий жизни населения района размещения космодрома «Восточный»

С районом размещения космодрома пространственно связаны три административных единицы Амурской области: Свободненский район, город Свободный и поселок Углегорск.

В структуре заболеваемости взрослого и детского населения поселка Углегорск первое место занимают болезни органов дыхания, мочеполовой и нервной систем. Город Свободный расположен в 146 км от г. Благовещенска, административного центра Амурской области Российской Федерации, является центром Свободненского административного района. Является вторым по экономическому значению в Амурской области. Город Свободный является третьим городом Амурской области по числу жителей, однако последние десять лет численность снизилась с 78900 человек в 2002 году до 57065 человек в 2013 году.

Территория Свободненского района 1 января 2010 года составила 73818 тыс. га. На территории района имеется 42 населенных пункта. На территории района расположен заказник областного значения, есть несколько памятников природы, несколько памятников истории культуры. В районе поселка Бузули расположен санаторий.

Населенные пункты Свободненского района попадают в число районов с наиболее напряженной экологической обстановкой в связи с высокой степенью опасности загрязненности воздушного бассейна за счет высокого потенциала загрязнения атмосферы, повторяемости приземных температурных инверсий 50 - 60%, застоев воздуха 30 - 40%, штилей 30 - 60%. Атмосфера характеризуется низкой рассеивающей способностью. В районе отмечается большая повторяемость туманов и высокая влажность воздуха [10].

Учитывая неблагоприятные климатические и метеорологические факторы увеличение числа выбросов в атмосферу будет иметь неблагоприятные последствия для приземного слоя атмосферы.

Водоснабжение производится из артезианских скважин, а так же общественных колодцев.

В большинстве населенных мест района центральная канализация отсутствует. В целом уровень очистки канализационных стоков не соответствует установленным нормативам [11].

Структура обще заболеваемости населения Свободненского района: болезни органов дыхания - 43%, травмы и отравления - 12%, болезни костно-мышечной системы - 9%, болезни системы пищеварения - 8%.

4. Теоретическая оценка воздействия космического ракетного комплекса «Союз-2» при штатной эксплуатации на окружающую среду

4.1 Наземная подготовка космического ракетного комплекса «Союз-2»

Основными воздействиями космического ракетного комплекса «Союз-2» при наземной подготовке являются [24]:

химическое загрязнение атмосферного воздуха;

химическое загрязнение почвенно-растительных покровов;

механическое загрязнение почвогрунтов;

воздействие на подземные и поверхностные воды;

акустическое воздействие.

4.1.1 Прогноз загрязнения атмосферного воздуха в процессе наземной подготовки ракет-носителей «Союз-2»

Оценка химического загрязнения атмосферного воздуха на стартовом комплексе при заправке ракеты-носителя «Союз-2» обусловлено работой дизельных электростанций, агрегатов (систем) заправки горючим Т-1 (РГ-1) и выбросом горючего через дренажные клапаны баков ракет-носителей при заправке [36]. Суммарные выбросы от подвижных агрегатов на один пуск приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 Суммарные выбросы от подвижных агрегатов, задействованных при подготовке к пуску и запуске ракет - носителей «Союз - 2»

Период годаСуммарные выбросы по ингредиентам, кг/пускСОУглеводородыNO2SO2сажаХолодный (октябрь - апрель)39,966,4182,881,68Теплый (май - сентябрь)24,324,1615,682,041,12

Оценка выбросов через дренажные клапаны горючего ракет-носителей проведенная в соответствии с рекомендациями [25], при следующих исходных данных:

плотность горючего Т-1 - 810 кг/м3;

молекулярная масса - 100 г/моль;

объем заправляемого компонента по ступеням:

-я ступень - 55,6 м3;

-я ступень - 32,5 м3;

-я ступень - 8,8 м3;

время заправки баков горючим по ступеням:

-я ступень - 25 мин;

-я ступень - 25 мин;

-я ступень - 35 мин.

Результаты расчета показали, что общая масса выбросов горючего Т-1 через дренажные клапана при одной заправке ракеты-носителя «Союз-2» составляет около 10,9 кг.

В общем случае при наземной подготовке ракеты-носителя «Союз-2» в атмосферу выбрасывается около 230 кг загрязняющих веществ, в том числе:

вещества второго класса опасности - 61,12 кг (26,56%), из них:

формальдегид - 0,57 кг;

азота диоксид - 59, 47 кг;

акролеин - 1,08 кг;

вещества 3 класса опасности - 76,21 кг (33,11%), из них:

сажа - 8,59 кг;

серы диоксид - 16,71кг;

азота диоксид - 53,91кг.

вещества 4 класса опасности - 92,82 кг (40,33%), из них:

углерода оксид - 75, 52 кг;

углеводороды - 17,3 кг.

Таким образом можно констатировать, что выбросы загрязняющих веществ от сооружений и оборудования технического и стартового комплексов (котельные, дизельные) могут кратковременно превышать действующие нормы ПДКмр и ПДКсс, в то же время находятся в пределах ПДКрз и их влияние распространяется в пределах стартовых площадок космодрома (до 900 м).

4.1.2 Прогноз загрязнения атмосферного воздуха в процессе заправки разгонного блока «Фрегат» и блока выведения «Волга»

При заправке разгонного блока «Фрегат» на заправочно-насосной станции для термического обезвреживания образующихся паров и промстоков, содержащих компоненты ракетных топлив - азотного тетраоксида ингибированного и несимметричного диметилгидразина, используются подвижные агрегаты нейтрализации паров и промстоков горючего (окислителя) - соответственно ПАНППГ (ПАНППО). Среднее время работы агрегатов на один пуск составляет около 3 часов ПАНППО и около 1,5 часов ПАНППГ [4].

При наземной подготовке ракет-носителей типа «Союз-2» в атмосферу выбрасывается в общей сложности 21,024 кг загрязняющих веществ, в том числе:

вещества 1 класса опасности - 0,003 кг (0,014%), из них:

) несимметричный диметилгидразин - 0,002 кг;

) цианистый водород - 0,001 кг.

вещества 2 класса опасности - 7, 814 кг (37,167 %), из них:

) формальдегид - 0,007 кг;

) азота диоксид - 7,807 кг;

вещества 3 класса опасности - 6,826 кг (32,468%), из них:

) сажа - 0,477 кг;

) серы диоксид - 6,349 кг;

вещества 4 класса опасности - 6,381 кг (30,351%), из них:

) окись углерода - 4,781 кг;

) углеводороды - 1,6 кг;

С учетом общего количества запусков разгонного блока «Фрегат» - 3 запуска в год - ежегодный объем выбросов загрязняющих веществ при подготовке разгонного блока «Фрегат» составит около 0,005% от выбросов загрязняющих веществ всех объектов космодрома «Восточный».

При наземной подготовке блока выведения «Волга» на космодроме «Восточный» химическое загрязнение атмосферного воздуха происходит при заправке блока выведения компонентами ракетного топлива в результате работ агрегатов нейтрализации паров и промстоков горючего и окислителя. Среднее время работы агрегатов на один цикл работы составляет 2 часа для каждого агрегата.

Приземные концентрации, получаемые в результате рассеивания токсичных веществ, выбрасываемых от агрегата нейтрализации паров и промстоков горючего на заправочной станции, не превышают значений ПДКмр на следующих расстояниях от источников выбросов: для несимметричного диметилгидразина, цианистого водорода, углеводородов, сернистого ангидрида, окиси углерода, формальдегида, сажи - на любом удалении; диоксида азота и окиси азота - на удалении свыше 150 м; сернистого ангидрида - на удалении свыше 60 м; диметиламина - на удалении свыше 140 м; группы суммации веществ: диоксида азота, сернистого ангидрида свыше 200 м [15].

4.1.3 Оценка химического загрязнения почвенно - растительного покрова

Оценка химического загрязнения почвенно-растительного покрова в районе космодрома «Восточный» при наземной подготовке ракет-носителей «Союз-2» обусловлено возможным оседанием на поверхность загрязняющих веществ, выбрасываемых источниками загрязнения, задействованных при наземной подготовке.

Регион космодрома приурочен к северным пустыням, потенциал почвенно-растительного покрова к самоочищению невелик. В месте с тем учитывая, что как указано выше, при наземной подготовке космического ракетного комплекса «Союз-2» в атмосферу выбрасывается около 250 кг загрязняющих веществ и их возможность попадания на поверхность из атмосферных выпадений (а осадки в регионе достаточно редки) то возможно образование локальных (точечных) очагов загрязнения.

Мною был проведен анализ аварийных ситуаций с проливом несимметричного диметилгидразина при транспортировке.

февраля 1988 года в Ярославле, в 300 метрах от моста через реку Волгу, произошла авария: опрокинулась железнодорожная цистерна, в которой перевозился несимметричный диметилгидразин, и несколько сот килограммов вещества вылилось на землю. Тогда все более или менее обошлось: вещество не попало в Волгу и не загорелось. Население города так же не стали эвакуировать, чтобы не создать паники. Была оцеплена зона в радиусе 500 метров. В зону оцепления попали школа и детский сад, а так же проходная Ярославского шинного завода. Но производство решили не останавливать. Раздали противогазы, но мало кто брал, были эвакуированы жители близлежащих домов, но, по свидетельствам очевидцев, многие остались дома, лишь закрыли окна. Не знали, что собственно разлито. Не верили в реальность серьезной угрозы. Разубеждать ни кого не пытались. Официально было сказано, что разлито «ядовитое вещество». Пролитый гептил был собран (12 человек, что участвовали в ликвидации аварии были госпитализированы), зараженный грунт был срезан (как после радиоактивного заражения) и увезен в могильник [26].

И если данная авария происходит на территории космодрома, на стартовой площадке, когда разлив может произойти на запланированной территории, и силами немедленного реагирования этот аварийный пролив может быть ликвидирован в ближайшее время, то стоит взять во внимание тот факт, что аварийный пролив может произойти и при доставке на абсолютно незапланированную территорию.

Поскольку на Дальнем Востоке только планируется осуществлять подвоз несимметричного диметилгидразина при помощи железнодорожного транспорта, то привести статистику схода составов и пролития гидразинного топлива не получается возможным. Однако учитывая агрегатное состояние данного вида топлива и сходство его с дизельным топливом - можно провести аналогию по проливам и частоте аварий. Так например небольшие утечки дизельного топлива(до 100 кг) происходят с частотой раз в месяц, а крупные утечки (до 10 000 кг) раз в три года.

Шесть лет назад на станции Хабаровск-2 при роспуске вагонов с горки произошла авария и в течении 40 минут было разлито на грунт около 60 тонн дизельного топлива. Около 10 тонн успели откачать, однако остатки, и приличные остатки, были впитаны. До сих пор, уже спустя шесть лет, не смотря на предпринятые попытки ликвидировать последствия, при пробах находят высокое содержание углеводородного топлива. Убытки, которые были понесены ОАО «РЖД» составили 68 млн. рублей, включая и затраты на ликвидацию.

4.1.4 Анализ воздействия космического ракетного комплекса «Союз-2» на водные объекты

Водоснабжение и водоотведение на объектах космодрома планируется осуществлять от общеплощадочных систем водоснабжения и водоотведения.

Производительность водозаборных сооружений космодрома составит 6,3 тыс.м3/сутки, протяжённость сетей - 8,8 км. Вторичное использование воды предусмотрено в количестве 10 % от общего объема [4].

Для исключения техногенного воздействия на водную среду предусмотрен тщательный контроль над выполнением работ при строительстве водонесущих коммуникаций и строительство очистных сооружений с использованием эффективных технологий очистки бытовых и дождевых сточных вод.

Сброс нормативно очищенных сточных вод оценивается в 586,3 тыс.м3, что составит 0,65% от общего сброса сточных вод по Амурской области[3].

Прогнозируемое воздействие на водную среду при планируемом строительстве и эксплуатации объектов инфраструктуры космодрома оценивается как допустимое.

4.2 Старт и процесс выведения на орбиту ракет - носителей «Союз-2»

Особенность ракет-носителей как техногенных источников загрязнений атмосферы состоит в том, что они в процессе выведения последовательно оказывают воздействие на различные слои атмосферы: от поверхности земли до околоземного космического пространства. Важным для окружающей природной среды является то, что для работы своих двигателей не используется кислород атмосферы.

Основными видами воздействия на тропосферу при старте и полете ракет-носителей являются:

акустическое воздействие;

тепловое воздействие;

химическое загрязнение.

4.2.1 Оценка теплового излучения факела двигателей

Образованная при старте ракеты-носителя «Союз-2» тепловая волна характеризуется радиусом до 300 метров [23] в непосредственной близости от стартового комплекса. Продолжительность такого воздействия не превышает нескольких секунд и прекращается без последствий непосредственно после старта ракеты-носителя. В связи с тем, что стартовый комплекс представляет собой сооружение, расположенное на обширной открытой бетонированной площадке, тепловое излучение не наносит вреда почве и растительности, находящейся вокруг нее. Нагрев металлических конструкций стартового комплекса наносит кратковременный характер, их температура сравнивается с температурой окружающей среды по истечении небольшого промежутка времени после запуска. Так как в указанной зоне воздействия при осуществлении запуска ракет-носителей исключено нахождение людей, а ландшафт местности представляет собой открытую бетонированную площадку, исключающую возникновение пожаро-взрывоопасных ситуаций, то уровень теплового воздействия факела первой ступени ракеты-носителя «Союз-2» можно считать исчезающе малым, не оказывающим отрицательного воздействия на окружающую среду.

В общем случае, с учетом теплотворной способности топливной пары «кислород-керосин Т-1» [30] при полете ракеты-носителя «Союз-2» выделяется энергия равная 2,9?106 МДж, в том числе:

при совместной работе двигательных установок базового и центрального блоков (на высотах от 0 до 50 км) - 1,97?106 МДж (68%);

при работе двигательной установке центрального блока (на высотах от 50 до 170 км) - 0,5?106 МДж (17%);

при работе двигательной установки блока «И» (III ступень) (на высотах свыше 170 км) - 0,43?106 МДж (15%);

Для сравнения, такое же количество энергии выделяется при сгорании 70 т мазута (среднесуточный расход котельных малой мощности составляет 20 - 30 т) [30].

Такая тепловая нагрузка на окружающую среду даже на начальном участке полета ракеты не приведет к возникновению аномальных погодных условий и климатических изменений на территориях, прилегающих к подтрассовым участкам полета ракеты. Данный вывод подтверждается результатами научных исследований, проведенных в 1999 году Росавиакосмосом и Гидрометцентром РФ, по изучению влияния процесса эксплуатации космических ракетных комплексов на аномальные погодные климатические явления в Республике Казахстан [31].

Тепловое воздействие на окружающую среду при полете ракет-носителей «Союз-2» также обусловлено выбросами в составе продуктов сгорания такого парникового газа, как углекислый газ - оксид углерода (IV). Суммарное количество выброса CO2 (с учетом догорания в высокотемпературной струе продуктов сгорания) в тропосферу вдоль трассы выведения в ходе одного пуска ракеты-носителя «Союз-2» составляет порядка 176,6 т. По сравнению с ежегодными выбросами диоксида углерода в атмосферу от природных источников (100 млрд. тонн [32]) и антропогенных источников (только от сжигания топлива - 5 млрд. тонн [32]), выброс CO2 при полете ракеты-носителя «Союз-2» является ничтожно малым и не может никоим образом повлиять на изменение теплового баланса.

4.2.2 Прогноз рассеивания токсичных продуктов сгорания топлива

В процессе старта и полета ракеты-носителя в тропосфере образуется стартовое облако, а затем вдоль траектории след, содержащий смесь продуктов сгорания (окись азота а окись углерода) с воздухом. Через несколько минут из-за интенсивного перемешивания продуктов сгорания и воздуха термодинамические параметры следа несущественно отличаются от параметров окружающей атмосферы. Дальнейшая эволюция следа происходит под действием турбулентной диффузии и ветра. В следе может идти конденсация продуктов сгорания и образование капель или частиц, которые при сочетании некоторых неблагоприятных атмосферных условий могут обладать кислотными свойствами. Однако кратковременный (десятки секунд) и локальный (сотни метров) характер воздействий делает незначительной (приемлемой) опасность кислотных осадков [6,8].

В результате рассеивания токсичных продуктов при старте ракеты-носителя «Союз-2», мгновенные концентрации CO и NO будут превышать ПДКмр:

- на расстоянии 0,5 км в течении 50-80 сек с момента старта ракеты-носителя максимальное значение мгновенной концентрации CO на данном расстоянии составляет порядка 3 ПДКмр (0,04 ПДКмр с учетом осреднения концентрации за 30 минутный интервал); максимальное значение мгновенной концентрации NO составляет 330 ПДКмр (4,5 ПДКмр с учетом осреднения концентрации за 30 минутный интервал).

на расстоянии 1 км в течении 100 - 170 сек с момента старта ракеты -носителя максимальное значение мгновенной концентрации CO на данном расстоянии составляет порядка 0,5 ПДКмр (0,01 ПДКмр с учетом осреднения концентрации за 30 минутный интервал); максимальное значение мгновенной концентрации NO - 58 ПДКмр(1,2 ПДКмр с учетом осреднения концентрации за 30 минутный интервал).

на расстоянии 1,5 км в течении 150 - 250 сек с момента старта ракеты -носителя максимальное значение мгновенной концентрации CO на данном расстоянии составляет порядка 0,1 ПДКмр (0,005 ПДКмр с учетом осреднения концентрации за 30 минутный интервал); максимальное значение мгновенной концентрации NO - 19 ПДКмр (0,55 ПДКмр с учетом осреднения концентрации за 30 минутный интервал).

Значения концентраций, осредненных за 30 минутный интервал, не превысят ПДКмр для CO на расстояниях свыше 650 метров от места старта, для NO свыше 4,5 км [4].

Поскольку разгонный блок «Фрегат» и блок выведения «Волга» выступает в роли четвертой (третьей) ступени ракеты-носителя «Союз-2» для довыведения на высокоэнергетические орбиты, то их использование предполагается на высоте не менее 170 км над уровнем Земли. При штатной работе ракеты-носителя «Союз-2» исключается его попадание в приземные слои атмосферы, водные объекты, почвенно-растительный покров, исключено воздействие на человека.

5. Анализ загрязнения окружающей среды ракетным топливом при возникновении аварийной ситуаций

5.1 Количественная оценка экологического риска, связанного с возможными аварийными ситуациями космического ракетного комплекса «Союз-2»

В последние три-четыре десятилетия понятие экологического риска широко используется в описании взаимодействия между опасными экологическими воздействиями и объектами окружающей среды. Основной целью оценки экологического риска в обеспечении экологической безопасности состоит в том, чтобы оценивать по уровню экологического риска приемлемость и чрезмерную опасность видов деятельности, связанных с возможными аварийными ситуациями, имеющими неблагоприятные последствия для окружающей среды и осуществлять ранжирование неблагоприятных экологических воздействий по реальной и прогнозируемой величинам экологической опасности, а территорий и групп населения - по величине экологического риска.

Экологический риск - это количественная или качественная оценка экологической опасности неблагоприятных воздействий на окружающую среду[39]. Негативные последствия аварийных ситуаций, которые могут возникнуть при эксплуатации космического ракетного комплекса «Союз-2», обусловлены, в первую очередь, большими запасами химически-активных и пожароопасных веществ, используемых в составе комплекса [1]:

1) жидкий кислород - до 191 т (ракета -носитель «Союз-2» этапа 1а, 1б и 1в);

) керосин Т-1 - до 78,5 т (ракета-носитель «Союз-2» этапа 1а, 1б и 1в);

) керосин РГ-1 - 6,6 т (блок III ступени ракеты-носителя «Союз-2» этапа 1б и блок II ступени ракеты-носителя «Союз-2» этапа 1в);

) перекись водорода - 3,86 т;

) азотный тетраоксид ингибированный:

до 0,582 т - блок выведения «Волга»;

до 3,6 т - разгонный блок «Фрегат»;

) несимметричный диметилгидразин:

до 0,318 т - блок выведения «Волга»;

до 1,75 т - разгонный блок «Фрегат».

С этой точки зрения важно выделить основные этапы эксплуатации, на которых наиболее возможно возникновение аварийной ситуации. К таким этапам следует отнести:

процесс подготовки и пуска ракеты носителя, в том числе:

заправка ракеты-носителя, разгонного блока (блока выведения);

стыковка составных частей комплекса;

старт и полет ракеты-носителя на активном участке траектории.

В результате возникновения данных аварийных ситуаций возможны три сценария развития:

раздельные проливы компонентов ракетного топлива или его аварийные выбросы;

пожары вследствие совместных проливов компонентов ракетного топлива;

взрывы элементов комплекса на старте, в процессе полета ракеты - носителя, а так же при падении аварийного изделия на поверхность земли.

С точки зрения воздействия на окружающую среду аварийные ситуации, происходящие при эксплуатации космического ракетного комплекса «Союз-2», могут быть разделены на следующие группы:

аварийные ситуации, произошедшие непосредственно на стартовой площадке или над территорией космодрома «Восточный»;

аварийные ситуации, произошедшие на активном участке территории, рассеивание топлива в атмосфере;

аварийные ситуации, произошедшие в районах падения в связи с остатками ракетного топлива в отделяющихся ступенях и их негативном последствии на окружающую среду;

Возможность экологических катастроф и негативного воздействия компонентов ракетного топлива обуславливает необходимость количественного оценивания риска, характеризующего подобные события и процессы.

При оценивании экологического риска различают две его разновидности - индивидуальный и социальный риски.

Индивидуальный риск - вероятность экстремального вреда-смерти индивидуума от некоторой причины, рассчитываемой для всей его жизни или для одного года.

В последние годы в России приоритеты в природоохранной политике, основанные на учете ПДК и других норм и нормативных воздействий на окружающую среду пересматриваются. Причина заключается в их невысокой эффективности, поэтому в данном подразделе я хочу рассмотреть оценку экологического риска с точки зрения Западного законодательства.

Федеральные ведомства США, разрабатывающие нормативные акты, в которых устанавливаются стандарты экологических рисков, ориентируются на такой нижний предел допустимого индивидуального риска, который можно принять пренебрежимо малым. Он соответствует вероятности смерти один шанс на миллион, за всю жизнь человека, которой принимается равной 70 годам. В расчете на один год идеальный индивидуальный риск составляет 1,43×10-8г.-1 [39].

Социальный риск - характеризует возможные аварии на промышленных, энергетических, военных и иных объектах, которые вызывают тяжелые последствия и прежде всего, гибель людей. Этот риск принято выражать формулой (5.1):

где - частота i-ой аварии;

- количество смертельных случаев, обусловленных ею;

i - возможное число всех аварий на данном объекте.

Социальный риск, обусловленный действием на людей вредных веществ, находящихся в воздухе, воде или пище, определяют несколько иным образом.

Для оценки влияния токсиканта, присутствующего в окружающей среде, вводится понятие «риск от дозы i токсиканта j», обозначенного через . Фактическая величина является вероятностью и зависит от фактора риска данного токсиканта и его дозы , определяется формулой 5.2:

где - концентрация токсиканта;

- его ежедневное поступление в организм;

- время воздействия токсиканта.

Число тяжелых последствий действия токсиканта (например, хронических заболеваний) определяется формулой 5.3:

где - количество людей, подвергающихся действию токсикантов;

- количество токсикантов;

- количество доз каждого токсиканта.

Данную формулу можно применить для экспрессных количественных оценок социального риска.

Пусть, например, после ввода в строй космодрома «Восточный», проживающее население под траекториями полетов ракет-носителей ( на примере Хабаровского края), учитывая плотность населения этого региона - 1,70 чел./км2 [15], радиус зоны воздействия несимметричного диметилгидразина - 9,669 км, мы получим что в сектор зоны воздействия может попасть до 124 825 человек и в течении 30 лет постоянно (24 часа в сутки) подвергаться действию находящегося в воздухе токсиканта, концентрация которого равна 0,1 мг/м3. Определим сколько дополнительных уровней заболеваний можно ожидать от несимметричного диметилгидразина за время воздействия его, если фактор риска составляет 10-6 мг-1. В данном примере двойное суммирование не требуется, так как I=1 и J=1. Если считать, что средний объем воздуха, вдыхаемый ежеминутно, равен 7,5 л/мин, то объем загрязненного воздуха, проходящий через легкие каждого человека ежесуточно, составит 10,8 м3/день [29].

С помощью формул (5.2) и (5.3) получаем:

Таким образом, в случае пролива несимметричного диметилгидразина на территории Хабаровского края в полном количестве содержащегося в заправленных баках, учитывая радиус его воздействия, мы можем судить что в течении 30 лет (время, которое нужно для того, чтобы почва очистилась от несимметричного диметилгидразина) он может вызвать заболевание у 1476 человек.

5.2 Оценка последствий аварийных ситуаций, возникающих при наземной подготовке ракет-носителей «Союз-2», разгонного блока «Фрегат» и блока выведения «Волга»

5.2.1 Возможные аварийные ситуации, возникающие при наземной подготовке ракеты-носителя «Союз-2»

Конструктивное исполнение заправочно-сливного оборудования объектов космодрома «Восточный» при правильной их эксплуатации обеспечивает высокую степень защиты окружающей природной среды от проливов компонентов ракетного топлива.

«Аварийные большие проливы» при наземной подготовке ракет - масса которых более 1 тонны, невозможны. Связано это с тем, что они возможны только в результате падения заправленной ракеты-носителя на поверхность Земли при пуске (или в подобных ситуациях), однако в этом случае это приводит к взрыву и пожару компонентов ракетного топлива.

Раздельные проливы компонентов ракетного топлива в случае возникновения, каких либо аварийных ситуаций (см. рисунок 5.1) ,возможны, однако при том объемы проливов не превышают нескольких сот килограммов. В случае пролива компонентов ракетного топлива на грунт происходит его испарение с поверхности грунта, миграция по профилю грунта, сорбция составными частями грунта и взаимодействие с кислородом, водой и химическими элементами грунта.

При попадании на грунт компоненты ракетного топлива могут длительное время (месяцы, годы) сохранятся в почве, создавая своего рода «депо», которое может быть источником загрязнения атмосферы, причиной заражения воды рек и открытых водоемов (озер, прудов) вследствие поступления компонентов ракетного топлива с талыми и ливневыми стоками. Так же источником загрязнения трав, культурных растений, которые являются продуктами питания домашних животных и человека [33].

Рисунок 5.1 Дерево событий. Аварийные ситуации, возникающие при старте и полете ракеты - носителя «Союз - 2»

При проливах горючее Т-1, вследствие его высокой стабильности, сохраняется длительное время. Основным средством переноса горючего Т-1 из почвы являются воздушные массы (испарение выветривание), грунтовые и поверхностные воды.

Как правило, основное количество горючего Т-1 при проливе будет сосредотачиваться в верхнем горизонте , ниже содержание Т-1 уменьшается почти на порядок. Максимальное накопление в поверхностных слоях связано с тем, что гумусовый горизонт, содержащий наибольшее количество органических веществ, обладает более высокой сорбционной способностью. Скорость и глубина проникновения Т-1 вглубь почвы, прочность связывания почвенными частицами, протекания химических реакций определяется свойствами поглощающего комплекса почвы.

В 2012 году научными сотрудниками «ЦСКБ-Прогресс» была смоделирована ситуация пролива 100 кг горючего Т-1 на различные типы поверхности. Расчеты показали, что в случае пролива на торф 100 кг горючего Т-1 площадь пролива составит величину порядка 7 м2. При удельной скорости испарения 0,08 г/(с?м2) с учетом впитывания в грунт время существования пролива составит около 18 часов. За это время испарится 36 кг горючего, остальная часть горючего впитается. При проливе 100 кг Т-1 на бетонную площадку площадь пролива составит 23 м2, а время существования пролива - 14 часов, при этом испарится 93 кг [3].

В случае возникновения проливов жидкого кислорода или перекиси водорода происходит «ожоговое» поражение растительности. Данный фактор оказывает только локальное и непродолжительное воздействие. Загрязнение атмосферного воздуха и поверхностных слоев не происходит.

Совместный пролив компонентов ракетного топлива - жидкого кислорода и керосина не может послужить причиной возникновения пожара. Связано это с тем, что горючее Т-1, используемое в составе ракет-носителей «Союз-2», при контакте с кислородом не воспламеняется (этим обусловлено применение в составе ракеты-носителя перекиси водорода для запуска двигательной установки I и II ступеней). В практике эксплуатации ракет-носителей типа «Союз» были катастрофы, причинами которых явилось именно воспламенение перекиси водорода.

Источниками возникновения совместных проливов компонентов ракетного топлива и проливов перекиси водорода могут служить [46]:

падение заправленной ракеты-носителя на поверхность Земли при пуске;

механическое разрушение баков и заправочных магистралей в результате возникновения неисправностей различных систем, прогара стенок топливного отсека под действием высокотемпературной струи пламени;

в случае разгерметизации заправленной ракеты-носителя вследствие механических воздействий (ударов, сотрясений) и т.п.

Наиболее пожароопасная ситуация, связанна с потерей устойчивости ракеты-носителя на начальный момент запуска. В случае горизонтального падения на стартовый комплекс происходит практически полное разрушение топливных баков. Обратное падение ракеты космического назначения, когда угол между осью ракеты-носителя и вертикалью равен 00, приводит к детонации топлива I ступени [3].

Горение сопровождается выделением токсичных веществ (окислами азота, окисью углерода, сажей и т.д.)

Основным поражающим фактором воздействия на человека и окружающую природную среду при пожаре является тепловое излучение. Тепловое излучение при проливах жидких ракетных топлив могут достигать значений более 260 кВт/м2 [34] (для сравнения: для воспламенения деревьев мощность теплового излучения должна составлять 20 - 40 кВт/м2 [35]).

Возникающие пожары опасны не только для человека, но и для флоры и фауны района. Опасность возгорания лесных массивов в случае образования «огневого шара» вследствие совместного пролива компонентов ракетного топлива (O2 + T - 1+ H2O2) на расстояниях 580 м от эпицентра пожара; в случае «пожара разлития» на расстояниях порядка 140 м от эпицентра пожара [3].

Известные экспериментальные исследования показывают, что в случае потери устойчивости ракеты космического назначения в начальный момент пуска, которая приводит к ее «обратному» падению на стартовый комплекс (когда угол между осью ракеты-носителя и вертикалью равен 00), кислородные баки 1-ой ступени «вдавливаются» в баки горючего. Вследствие чего образуется суррогатированное взрывчатое вещество, то приводит к возникновению детонации, т.е. к практически мгновенному превращению конденсированного взрывчатого вещества в высокотемпературные продукты сгорания. Расширяясь, продукты сгорания формируют ударную волну, распространяющуюся в окружающем воздухе со сверхзвуковой скоростью. Боковые стенки баков не разрушаются вплоть до воспламенения образовавшейся смеси. Воспламенение и сгорание топлива 1-й ступени сопровождается образованием ударной волны. Топливо 2-й и 3-й ступени частично разбрасывается при начальной детонации топлива 1-й ступени с последующим его воспламенением и полным выгоранием [3].

В случае детонации топливной пары (Т-1 + О2 + Н2О2) при самых неблагоприятных условиях возможно образование до 25% (по массе) окиси углерода, до 10% (по массе) сажи, остальную часть продуктов взрыва составляют биологически нейтральные вещества: вода, углекислый газ, водород.

Расчетное значение тротилового эквивалента взрыва заправленной ракеты-носителя «Союз-2» составляет величину порядка 58 т [40].

Анализ результатов расчетов показал, что взрыв заправленной ракеты - носителя «Союз-2» на старте представляет опасность для находящегося в радиусе до 1,745 км обслуживающего персонала и объектов наземной инфраструктуры. Для стеклянных перекрытий взрыв заправленной ракеты-носителя при старте представляет опасность в радиусе 3,878 км. На таком расстоянии возможно опосредованное поражение человека осколками стекла [2].

Проведенное исследование показало, что в случае возникновения аварийной ситуации на момент запуска, когда осуществляется эвакуация обслуживающего персона (зона эвакуации 5 км), в случае взрыва полной заправки топливных баков, не приведет к поражению человека осколками стекла.

5.2.2 Оценка последствий аварийных ситуаций при наземной подготовке разгонного блока «Фрегат» и блока введения «Волга»

В процессе подготовки к пуску разгонного блока «Фрегат» или блока выведения «Волга» аварийные большие проливы (массой более 500 кг), возможны только лишь в результате падения заправленного разгонного блока и блока выведения на поверхность Земли при транспортировке, поскольку конструктивное исполнение заправочно-сливного оборудования обеспечивает высокую степень защиты окружающей среды от проливов компонентов ракетного топлива. Разгонный блок «Фрегат» и блок выведения «Волга» заправляются одними и теме же компонентами ракетного топлива. Поскольку размерность разгонного блока «Фрегат» (и соответственно масса заправки) больше размерности блока выведения «Волга», то оценки, полученные для разгонного блока «Фрегат» можно распространить и на блок выведения «Волга».

Несимметричный диметилгидразин хорошо мигрирует по профилю почвы и обнаруживается во всех слоях почвы на большой глубине.

Случаи раздельных проливов высокотоксичных компонентов ракетного топлива, таких как азотный тетраоксид ингибированный и несимметричный диметилгидразин наиболее опасны. При проведении исследований воздействия аварийных раздельных проливов высокотоксичных космических ракетных топлив на человека используют ряд показателей, характеризующих степень возможного токсичного поражения человека [42]. В частности, в качестве показателя широко применяется расстояние от эпицентра пролива до внешней границы зоны, характеризующей определенную степень поражения человека.

Для расчетов радиусов зон опасного поражения человека необходимо учитывать такие внешние условия, как степень вертикальной устойчивости атмосферы, скорость ветра, тип местности и т.д. Расчет зон опасного поражения человека при раздельных проливах несимметрично диметилгидразина и азотного тетраоксида ингибированного полной массы заправки был проведен в соответствии с методическими рекомендациями [42, 43].

Для исследования процессов токсичного заражения территории при проливах моделировались ситуации возникновения пролива компонентов ракетного топлива (пролива полной массы заправки одного из компонентов). При проведении расчетов с целью получения максимальных оценок в соответствии с методическими рекомендациями [43] рассматривалось наиболее неблагоприятные условия состояния атмосферного воздуха - инверсия, скорость ветра 1м/с, летнее время года (температура воздуха 200C).

Исходные данные для расчёта глубины зоны возможного заражения несимметричным диметилгидразином:

удельная теплоемкость Ср - 2,717 кДж/(кг?0С);

температура жидкости до разрушения t1 - 50С;

температура жидкости после разрушения t2 - 200С;

плотность - 0,7914 т/м3;

давление насыщенного пара при 200С P - 16,3 кПа(122,4 мм.рт.ст);

молекулярная масса вещества m - 60,0986;

удельная теплота испарения при 200C?Нисп - 583,1 кДж/кг;

значение токсодозы несимметричного диметилгидразина - 0,216 мг?мин/л;

значение токсодозы хлора - 0,6 мг?мин/л;

масса несимметричного диметилгидразина Q0 = 1,75 т;

;

изменение температуры при разливе ?t=?t1 - t2? = ?5 - 20?=150С;

Масштабы заражения несимметричным диметилгидразином рассчитываются только для вторичного облака - жидкости, кипящие выше температуры окружающей среды. Для этого подставляя значения формул (5.4, 5.5, 5.6, 5.7,5.8) определяем эквивалентное количество вещества по формуле (5.9):

Находим глубину зоны заражения для вторичного облака. Зона заражения составляет для 3т - 9,18 км, для 5 т - 12,53 км. Интерполированием находим глубину зоны заражения для 3,292 т по формуле (5.10):

Исходные данные для расчёта глубины зоны возможного заражения азотным тетраоксидом:

удельная теплоемкость Ср - 1,78 кДж/(кг?0С);

температура жидкости до разрушения t1 - 50С;

температура жидкости после разрушения t2 - 200С;

плотность - 1,443 т/м3;

давление насыщенного пара при 200С P - 96 кПа(765 мм.рт.ст);

молекулярная масса вещества m - 92,011;

удельная теплота испарения при 200C?Нисп - 419,1 кДж/кг;

значение токсодозы азотного тетраоксида - 4,320 мг?мин/л;

значение токсодозы хлора - 0,6 мг?мин/л;

Масса азотного тетраоксида ингибированного Q0 = 3,6 т;

;

изменение температуры при разливе ?t=?t1 - t2? = ?5 - 20?=150С;

Масштабы заражения азотным тетраоксидом рассчитываются только для вторичного облака - жидкости, кипящие выше температуры окружающей среды. Для этого Для этого подставляя значения формул (5.11, 5.12, 5.13, 5.14,5.15) находим эквивалентное количество вещества по формуле (5.16):

Находим глубину зоны заражения для вторичного облака. Зона заражения составляет для 0,5т - 3,16 км, для 1 т - 4,75 км. Интерполированием находим глубину зоны заражения для 0,651 т по формуле (5.17):

Анализ результатов расчета показал, что при проливе азотного тетраоксида ингибированного полна массы заправки разгонного блока «Фрегат» (3600 кг) при самых неблагоприятных условиях (инверсия, скорость ветра 1 м/с, температура воздуха 200С, время с момента пролива 1 часов 13 минут) максимальная глубина зоны возможного заражения составит 3640 м. При проливе несимметричного диметилгидразина полной массы заправки разгонного блока «Фрегат» (1750 кг) при самых неблагоприятных условиях (инверсия, скорость ветра 1м/с, температура воздуха 200С,время с момента пролива 4 часа 59 минут) максимальная глубина зоны возможного заражения составит 9669 м.

Проливы гидразина возможны только в условиях положительных температур окружающей природной среды, поскольку температура плавления его составляет 20C.

В случае пролива гидразина на бетонную площадку 42 кг, площадь пролива составит величину порядка 1,7 м2. При удельной скорости испарения 0,8 г/(с?м2) с учетом впитывания в грунт время существования пролива составит около 8 часов. За это время испарится около 93 % горючего (39 кг),остальная часть впитается [42].

Максимальная глубина зоны возможного загрязнения воздуха на уровне ПДКрз составит около 400 м.

Совместный пролив компонентов разгонного блока «Фрегат» - азотного тетраоксида ингибированного и несимметричного диметилгидразина - практически всегда взрывоопасен, взаимодействуют очень активно, с самовоспламенением (период задержки при температуре 200С составляет около 0,004 с). Пыры этих компонентов при достаточной концентрации так же могут самовоспламеняться уже при обычных температурах (выше 150).

Основным поражающим фактором воздействия на человека и окружающую природную среду при пожаре является тепловое излучение.

Для оценки максимально возможных неблагоприятных последствий рассматривалась гипотетическая аварийная ситуация, когда может произойти пожар вследствие пролива компонентов ракетного топлива разгонного блока «Фрегат» полной массы заправки в результате разгерметизации топливных баков. Общая масса компонентов ракетного топлива (азотного тетраоксида ингибированного и несимметричного диметилгидразина) - 5350 кг.

В этом случае при горении полной массы заправки топливной пары «азотный тетраоксид ингибированный и несимметричный диметилгидразин», в атмосферу (при самых неблагоприятных условиях) может выбрасывается до 1,5 т токсичных соединений, основными из которых являются сажа и окись углерода (до 75% по массе), а так же окислы азота (до 15% по массе).

При возникновении подобной аварии происходит загрязнение токсичными веществами (на уровне максимально разовых ПДК) до 200 млн. м3 атмосферы [29].

Основными поражающими факторами в случае возникновения взрыва являются:

воздушная ударная волна (ВУВ);

тепловое излучение от «огневого шара»;

токсичные продукты взрыва;

разлетающиеся на больших скоростях (до нескольких км/с) элементы конструкции (разгонного блока, блока выведения, космического аппарата).

На основании опыта предыдущих аварийных ситуаций в случае детонации топлива при самых неблагоприятных условиях возможно образование до 15% (по массе) окиси углерода, до 5%(по массе) сажи и до 5% (по массе) окислов азота, остальные продукты взрыва - молекулярный азот, углекислый газ и вода. В соответствии с рекомендациями расчетное значение тротилового эквивалента взрыва заправленного разгонного блока «Фрегат» составляет величину порядка 300 кг тротилового эквивалента.

При взрыве любого изделия ракетного комплекса на Земле параметры ударных волн рассчитываются в соответствии с «Едиными правилами безопасности при взрывных работах» [45].

Результаты воздействия взрыва разгонного блока «Фрегат» при подготовке на космодроме «Восточный» на человека и строительные сооружения приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 Радиусы воздействия ударной волны при взрыве разгонного блока «Фрегат» на человека и строительные сооружения

Степень повре-Возможные поврежденияОткрытый заряджденияQ, кгrb,м1Отсутствие повреждений30015025982Случайные повреждения300301126застекления3Полное разрушение3008138застекления. Частичные повреждения рам, дверей, нарушение штукатурки и внутренних легких перегородок4Разрушение внутренних перегородок, рам, дверей, бараков, сараев и т.п.300469,25Разрушение малостойких каменных и деревянных зданий, опрокидывание железнодорожных составов300234Безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны на человека30045300

Анализ результатов расчета показал, что непосредственно взрыв заправленного разгонного блока «Фрегат» представляет опасность для находящегося в радиусе 300 м обслуживающего персонала. Для стеклянных перекрытий взрыв заправленного разгонного блока «Фрегат» представляет опасность в радиусе до 1126 м, на таком расстоянии возможно опосредованное поражение человека осколками стекла, поэтому глубину зоны возможного поражения человека при взрыве заправленного разгонного блока «Фрегат» следует принимать равной 1126 м.

5.2.3 Оценка последствий аварийных ситуаций при наземной подготовке разгонного блока «Фрегат» в составе ракеты - носителя «Союз - 2»

Для оценки максимально возможных неблагоприятных последствий рассматривалась гипотетическая аварийная ситуация, когда может произойти пожар вследствие совместного пролива полной массы заправки компонентов ракетного топлива в составе ракеты-носителя «Союз-2» и разгонного блока «Фрегат». Общая масса компонентов ракетного топлива: 273т - (Т-1 + О2 + Н2О2), 5,35 т - (азотный тетраоксид ингибированный, несимметричный диметилгидразин).

Масштабы последствий в десятки раз (в зависимости от степени поражения и погодных условий) больше масштабов от возникновения ситуации, когда происходит взрыв непосредственно только разгонного блока.

В этом случае происходит большой выброс токсичных веществ, таких как окись углерода и сажи (до 98% от общей массы выбрасываемых токсичных соединений). В этом случае происходит загрязнение токсичными веществами до 250 млн. м3 атмосферы.

В случае возникновения взрыва, с точки зрения на окружающую природную среду, является наиболее неблагоприятным событием. Помимо того, что взрывы на поверхности земли несут опасности гибели (нарушения здоровья) человеку и опасность разрушения зданий и сооружений как инфраструктуры космодрома, так и народных хозяйственных субъектов, они оказывают негативное воздействие на экосистемы.

Взрыв заправленной ракеты-носителя «Союз-2» с разгонным блоком «Фрегат» на старте может произойти в результате потери устойчивости в начальный момент пуска.

Радиусы опасных зон воздействия воздушной ударной волны, возникающих при взрыве ракеты-носителя «Союз-2» с разгонным блоком «Фрегат» на человека и строительные сооружения, представлены на таблице 5.3.

Таблица 5.3 Радиусы зон воздействия ударной волны при взрыве заправленной ракеты-носителя «Союз-2» и разгонного блока «Фрегат» на строительные объекты

Степень повре-Возможные поврежденияОткрытый заряджденияQ, кгrb,м1Отсутствие повреждений58300--2Случайные повреждения583001003878застекления3Полное разрушение58300501939застекления. Частичные повреждения рам, дверей, нарушение штукатурки и внутренних легких перегородок4Разрушение внутренних перегородок, рам, дверей, бараков, сараев и т.п.58300--5Разрушение малостойких каменных и деревянных зданий, опрокидывание железнодорожных составов58300--Безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны на человека58300451745

Взрыв заправленной ракеты-носителя «Союз-2» с разгонным блоком «Фрегат» на старте представляет опасность для находящегося в в радиусе до 1745, км обслуживающего персонала. Для стеклянных перекрытий взрыв заправленной ракеты-носителя «Союз-2» с разгонным блоком «Фрегат» на старте представляет опасность в радиусе порядка 3,878 км. Глубину зоны поражения человека при взрыве заправленной ракеты-носителя «Союз-2» с разгонным блоком «Фрегат» на старте следует принимать равной 3,878 км.

Зона эвакуации обслуживающего персонала при старте ракеты-носителя составляет 5 км, что позволяет исключить воздействие на обслуживающий персонал в результате возникновения аварийных ситуаций в момент запуска, однако падение ракеты -носителя на предстартовом этапе не исключается, когда персонал будет находиться в зоне возможного поражения.

5.3 Оценка последствий аварийных ситуаций, возникающих при нахождении ракеты-носителя «Союз-2» в активном участке полёта

5.3.1 Взрыв ракеты-носителя «Союз-2» на активном участке полета

В настоящее время в соответствии с природоохранными законодательствами большинства стран актуальными являются вопросы оценки воздействия ракетно-космической техники на окружающую среду и околоземное пространство. Среди негативных последствий следует отметить техногенное и химическое загрязнение территорий районов паллета, вызванного наиболее неблагоприятным сценарием разрушения, вызванного взрывным характером. Взрыв ракеты-носителя «Союз-2» на активном участке полета возможен лишь в двух вариантах развития событий: при неисправности двигательной установки и неправильной подачи топлива, и при возникновении нештатной ситуации, которая вызовет падение ракеты-носителя с высот, превышающих 180 км. Первый вариант маловероятен ввиду прохождения у ракетных двигателей многократных проверок и на опыте, исключающем возможность данной ситуации. В работе «Аэродинамический нагрев топливных баков космического разгонного блока при спуске в атмосфере» [46] приведен физико-математический расчет поведения разгонного блока «Фрегат» при спуске с высоты солнечно-синхронной орбиты, превышающей 180 км.

Влияние аэродинамического торможения на больших высотах проявляется слабо. При входе в атмосферу на больших высотах обтекание происходит в свободно-молекулярном режиме, ниже реализуется кинетический режим, обтекание происходит в режиме сплошной среды. Последний определяет аэродинамический нагрев, так как в атмосфере Земли при скоростях ниже второй космической излучение ударного слоя незначительно. Для высот полета превышающего 60 км режим течения в пограничном слое является ламинарным.

При спуске в атмосфере под действием аэродинамического нагрева повышается температура баков, происходит испарение жидкой фазы, растут внутреннее давление и напряжение в оболочках, что может привести к их разрыву.

На больших высотах от 60 км в атмосфере Земли внешнее давление практически отсутствует. Таким образом, напряжения в оболочках топливных баках зависит от температуры и сопоставляя их с пределом прочности материала оболочки - получают критическую температуру разгерметизации баков. Определяя ее затем при движении аварийной ракеты-носителя в атмосфере, находят высоту разрушения баков. При спуске аварийной ракеты-носителя возможны два предельных сценария развития тепловых процессов в баках:

теплообмен между оболочкой и внутренним содержимым затруднен; нагревается главным образом оболочка, и разрыв происходит в точках неоднородности материала (при начальном давлении в окрестности сварных швов ввиду снижения прочности материала);

теплообмен достаточно интенсивен; бак разрывается под действием давления паров компонентов топлива. Результатами определения высоты разгерметизации баков по первому сценарию, в случае если передача тепла внутрь бака не учитывается, то температуры оболочек баков окислителя и горючего совпадают. А так как несимметричный диметилгидразин и азотный тетраоксид является лишь по отдельности химически устойчивыми соединениями, а при взаимодействии образуют взрывную смесь - на 170 секунде падения тепловой поток достигает 120 кВт/м2 и происходит разгерметизация баков.

Мощность взрывного разрушения баков может быть оценена независимо от высоты, на которой это происходит. Анализ литературы показывает, что высоты разрушения баков окислителя и горючего при одинаковой степени заполнения близки друг к другу. Это означает, что условия их разрушения достигаются почти одновременно. Разрушение баков будет происходить на высотах ниже 80 км, тем не менее, расчетным опытом установлено, что обломки аварийной ракеты космического назначения долетать до Земли не будут, сгорая в атмосфере.

Оценить степень негативного воздействия на приземные слои атмосферы при рассеивании несимметричного диметилгидразина и продуктов его окисления, на высотах превышающих 100 км, не является возможным в связи с недостаточной изученностью поведения данного ракетного топлива в верхних слоях атмосферы [1].

5.3.2 Разрушение ракеты-носителя «Союз-2» на активном участке полета

Поскольку при спуске в атмосфере под давлением аэродинамического нагрева повышается температура баков, растут внутренние давление и напряжения в оболочках как в баках с горючим, так и окислителем, развитие сценария при котором произошла бы разгерметизация одного из баков крайне маловероятно. Это связано с использованием в конструктивном исполнении материалов аналогичных как для баков окислителя, так и для баков горючего. Поскольку азотный тетраоксид и несимметричный диметилгидразин являются топливной парой, и без взаимодействия друг с другом не приводят к бурной химической реакции, сопровождающейся горением, то в атмосфере будут разлагаться на продукты окисления. Таким образом, следует рассматривать данный случай, только в качестве теоретического.

Если же при аварийном падении с высот превышающих 180 км не происходит разрушения пары топливных баков, окислителя и горючего, и разгерметизация произойдет на высоте в интервале от 80 до 100 км, то происходит интенсивное загрязнение вдоль трасс падения. Остатки топлива будут рассеяны в атмосфере, образуя ядовитый смог, осаждаясь на землю.

Так как несимметричный диметилгидразин является летучим веществом, поэтому проникновение в растения может происходить не только почвенным, но и атмотехногенным путем. В условиях атмосферного воздуха, систематически загрязняемого в концентрациях, превышающих ПДК в десятки раз, происходит сорбция несимметричного диметилгидразина поверхностью растений, проникновение его внутрь плодов, ягод, трав, накопление и очень долгое сохранение в них.

Загрязнению будут подвержены не только природная среда, но и люди, поскольку постепенно данные пары высокотоксичного топлива, осаждаясь по площади всего земного шара, в конечном итоге выпадут вместе с ливневыми осадками на поверхность Земли. На настоящий день не существует методики для расчета данным способом загрязнения и определения последствий на окружающую среду и человека [28].

5.4 Оценка последствий аварийных ситуаций, возникающих при разрушении аварийной ракеты - носителя «Союз-2» на поверхности Земли

5.4.1 Разрушение ракеты-носителя «Союз-2» при падении на поверхность Земли

Районы падения аварийной ракеты-носителя «Союз-2» подвергаются трем видам загрязнения [3]:

загрязнением металлоконструкциями, образующимися в результате падения и разрушения;

химическим загрязнением от пролива на поверхность остатков компонентов ракетного топлива;

загрязнением, образующимся в результате возгорания растительности (в пожароопасный период после падения аварийной ракеты-носителя на твердую подстилающую поверхность).

Определение размеров районов падения отделяющихся частей ракеты-носителя и их минимизация является важной составной частью проектирования ракетно-космических комплексов. Проблема сокращения размеров зоны падения в последнее время приобрела особую значимость, так как вследствие разрушения на отдельные фрагменты район рассеивания имеет значительную площадь.

Во время штатного полета ракеты-носителя в расчетные моменты времени происходит отделение отработавших блоков. Отделившиеся блоки осуществляют самостоятельное неуправляемое свободное падение, причем блоки первой и второй ступеней падают на поверхность Земли, а блоки остальных ступеней, не долетая до поверхности Земли, сгорают в атмосфере. При падении блоков ракеты-носителя на них действует множество случайных факторов: переменная плотность верхней атмосферы вследствие изменения солнечной активности, загрязнение атмосферы, ветер и т.п. Кроме этого, в процессе падения может происходить разрушение конструкции, которое также носит случайный характер. Таким образом, существует некоторое множество возможных точек падения отработавших блоков и их частей. Это множество точек образует зону падения отработавшего блока. Зона отчуждения представляет собой зону падения, увеличенную по периметру на некоторое расстояние.

Траектории полета ракеты-носителя «Союз-2» проходит над территориями Амурской области, Магаданской области, республики (Саха) Якутия и Хабаровского края, на которых имеется большое количество хвойных лесов, что приводит к выводу о наиболее пожароопасных участках данных территорий.

Во внимание стоит принять тот факт, что если авария ракеты-носителя произойдет после половины пройденного расстояния третьей ступени, то есть выше 180 км над уровнем Земли и в радиусе от точки запуска свыше 2500 км, аварийные части будут сгорать в атмосфере не долетая до Земли. Так, как разгонный блок «Фрегат» запускается после отделения третьей ступени, то есть на высоте свыше 180 км, можно уверенно предположить, что он сгорит в атмосфере не достигнув Земли [46].

Опасной частью активной траектории полета ракеты-носителя «Союз-2» в случае аварии для почвенно-растительного покрова остаются этапы от момента запуска до отделения первой ступени, от отделения первой до отделения второй ступени и от отделения второй до середины работы третьей. Практическим методом установлено, что в случае отказа работы двигателя третьей ступени при прохождении ею половины заданного расстояния, аварийные части сгорят в атмосфере не долетев до Земли. Время работы первой ступени около 120 секунд. За это время ракета-носитель «Союз-2» проходит расстояние от Земли около 50 км и от точки запуска радиус около 800 км. Затем срабатывает автоматическое отделение первой ступени, которая падает с остатками топлива на поверхность Земли, и срабатывает запуск второй ступени. Отделение второй ступени происходит на высоте до 180 км и радиусе от точки запуска до 2500 км примерно на 410 секунде, после чего включается третья ступень и отсечение ее происходит в верхних слоях на 610 секунде.

Поскольку в работу двигателей первой и второй ступени ракетное топливо разгонного блока «Фрегат» не включено, количество его на момент отделения второй ступени и начало работы третьей остается в том же количестве, что и на момент запуска ракеты-носителя «Союз-2».

При возникновении аварии ракеты-носителя «Союз-2» на этапе работы первой и второй ступени (см. рисунок 5.2) и до момента их отделения, в случае падения - разрушения конструкции, как правило, не происходит.

Рисунок 5.2 Дерево отказов. Экологическая катастрофа, вызванная падением ракеты-носителя «Союз-2»

В результате жесткого приземления значительно деформируются практически все конструктивные элементы двигательной установки, что приводит к разгерметизации баков и как следствие взрыва. Так же в результате разгерметизации гидравлических магистралей двигательной установки могут иметь место проливы (разбрызгивание) на грунт горючего.

Таким образом, анализируя данную ситуацию, можно сделать вывод, что разгонный блок «Фрегат» в аварийной ситуации в случае отказа двигателей первой, второй и половины пройденной траектории третьей ступени долетит до Земли. Тротиловый эквивалент взрыва будет рассчитан в зависимости от количества оставшегося в баках топлива. На момент старта ракеты - носителя «Союз-2» он равен до 58300 кг, на момент отделения третьей ступени до 300 кг.

По опыту ракетно-космической деятельности при приземлении аварийной ракеты-носителя произойдет взрыв и частичное разбрызгивание оставшегося топлива [23]. Это вызовет пожары, загрязнение атмосферы, почвы и возможно загрязнение подземных вод высокотоксичным топливом. Расчеты, приведенные в пункте 5.1.3 можно использовать и в данной ситуации, подставляя реальные условия окружающей среды.

В связи с тем, что несимметричный диметилгидразин прочно связывается с органоминеральным комплексом почвы, а так же может образовывать устойчивые соединения с угольной кислотой, при проливах несимметричного диметилгидразина может длительное время (в северных широтах - до нескольких месяцев) сохранятся и накапливаться. При этом происходит его накопление в поверхностном слое и миграция в более глубокие слои. Миграционная способность несимметричного диметилгидразина в почве, скорость и глубина проникновения зависит от типа и сорбционной способности почвы, ее химического состава и водного режима, при котором происходит миграция.

Несимметричный диметилгидразин поглощается (сорбируется) почвами по ионно-обменному механизму: чем выше катионообменная емкость почвы, тем больше его степень поглощения. Глинистые почвы сорбируют несимметричный диметилгидразин на 70 - 90%, а сорбция песком составляет от 2 до 46 %.

Снижение концентрации несимметричного диметилгидразина в почве происходит неравномерно: наиболее резко снижается содержание в первые 5 дней, что свидетельствует как о прочном его поглощении элементами почвы, так и о наличии процессов разложения несимметричного диметилгидразина на нитрозодиметиламин и формальдегид, концентрации которых в первые сутки после пролива увеличиваются в 2 раза.

Степень разложения несимметричного диметилгидразина и диметиламина зависит от исходной концентрации и от природы образа почвы. С увеличением концентрации несимметричного диметилгидразина наблюдается уменьшения степени разложения. Степень разложения несимметричного диметилгидразина максимальна в поверхностном горизонте, для песчаного наноса степень разложения на порядок ниже, чем для поверхностного горизонта.

Наряду с разложением, поглощением и окислением имеет место и испарение с поверхности почвы. Например, при концентрации несимметричного диметилгидразина в почве 1000мг/кг с поверхности за сутки испаряется 0,3% [29].

В силу высокой степени окисления несимметричный диметилгидразин в почвах и с высокой силы их связи у почв отмечается низкая степень десорбции данного компонента ракетного топлива. Из глин несимметричный диметилгидразин вымывается в количестве около 2,7%, а из песка - около 30%. На процесс десорбции также влияние оказывает начальная концентрация несимметричного диметилгидразина и природа образца почвы, причем влияние последнего фактора более существенно. Максимальная степень десорбции характерна для речного ила, для песка и глины - минимальная в связи с тем, что минеральные составляющие песка и глины более прочно удерживают несимметричный диметилгидразин.

Несимметричный диметилгидразин и его производные благодаря своей высокой растворимости и стабильности в почве обладают выраженной способностью мигрировать по профилю почвы. Миграционная способность несимметричного диметилгидразина (сорбция и глубина проникновения в почву) обусловлена типом почвы, поглотительной способностью почвы, водным режимом, количеством компонента ракетного топлива, поступившим на поверхность. При проливе на подзолистую почву через 2 месяца несимметричный диметилгидразин и продукты его окисления могут проникнуть на глубину от 50 до 70 см. При этом, чем выше концентрация загрязнителей на поверхности почвы, но на различной глубине. Лучшей фильтрационной способностью обладает песок, а глинистые почвы препятствуют миграции несимметричного диметилгидразина вглубь, однако, несмотря на высокие сорбционные свойства, глина и суглинок не могут полностью задерживать вертикальную миграцию таких компонентов ракетного топлива. Так, например, при проливе 12 кг несимметричного диметилгидразина на глину через 4 месяца продукт проникает на глубину до 130см, а через 14 месяцев на 180 см [28].

Несимметричный диметилгидразин имеет выраженную щелочную среду (рН - 12), в связи с чем при его проливе на растительный покров возможны щелочные ожоги. Пораженная растительность приобретает цвет «варенной зелени», высыхая, становится коричневой.

Несимметричный диметилгидразин из почв проникает в листья, стебли и способен в них сохранятся длительное время (более 1 года). Аналогично накоплению несимметричного диметилгидразина в почвах может происходить его накопление в растениях по ионообменному механизму.

Учеными Агрофизического НИИ г. Санкт-Петербурга изучалась влияние несимметричного диметилгидразина на растительность и сопутствующую ей биоту (почвенные микроорганизмы). Концентрация от 1,0 г/кг до 10 г/кг почвы - вызывает снижение отдельных показателей роста и продуктивности, а также увеличение сроков развития. При содержании несимметричного диметилгидразина в почве от 10 г/кг до 50 г/кг наблюдается заметное ухудшение состояние растений, при концентрации в почве свыше 100 г/кг они погибают. Стимуляция роста, развития, продуктивности растений под действием несимметричного диметилгидразина и его продуктов деструкции связана с изменениями на трофическом, гормональном, ферментативном уровнях регуляции растительного организма [33]. Таким образом, остро встает вопрос об экологичности использования данной пары компонентов ракетного топлива.

Так же по оценке ученных из Новосибирского Института биохимии СО РАМН, доказана причинно - следственная связь между несимметричным диметилгидразином и повышением заболеваемости населения, проживающего на территориях, прилегающих к районам падения. Результаты были опубликованы в бюллетенях СО РАМН в 2005 -2006 годах: «Нарушение обмена билирубина и развитие гипербилирубинемий у новорожденных крысят под влиянием несимметричного диметилгидразина» и «Медико - социальные и экологические проблемы использования ракет на жидком ракетном топливе (несимметричный диметилгидразин)» [41].

5.4.2 Разрушение ракеты-носителя «Союз-2» при падении в водные объекты

При попадании разгонного блока «Фрегат» в составе ракеты-носителя «Союз-2» вводные объекты (озера, реки и болота) высока вероятность разгерметизации баков горючего, что приведет к поступлению несимметричного диметилгидразина в водную среду, изменению органолептических свойств воды.

Наиболее опасна ситуация падения ракеты-носителя «Союз-2» в реку Зея, находящуюся в 17 км от стартовой площадки. В результате падения компонентов ракетного полной массы заправки может быть загрязнено по углеводородному горючему Т-1(полная масса заправки 78,5 т) до 1,6 млрд.м3. Зараженная углеводородным горючим вода реки Зея может попасть в воды реки Амур, в результате реализации такого сценария следует говорить о чрезвычайной ситуации регионального масштаба. Опасность возникновения такой ситуации возникает в интервале от 20 до 40 сек. полета ракеты-носителя, это обусловлено тем, что траектория полета ракеты проходит почти перпендикулярно течению реки.

Потенциальная опасность несимметричного диметилгидразина при попадании в объекты окружающей среды определяется неограниченной растворимостью в воде, высокой летучестью, способностью к миграции, накоплению, высокой стабильностью в глубоких слоях почвы и растениях.

Несимметричный диметилгидразин хорошо растворяется в воде и легко окисляется кислородом, растворенным в воде. При попадании в воду, под влиянием естественных природных факторов (кислород воздуха, солнечная радиация, присутствие химически активных примесей), вступает в реакцию окисления-востановления или взаимодействия с образованием новых химических соединений с новыми физико-химическими и токсическими свойствами. При контакте с кислородом воздуха водные растворы несимметричного диметилгидразина желтеют, причем интенсивность окраски зависит от длительности контакта. В водных растворах продукты окисления и разложения несимметричного диметилгидразина подвергаются дальнейшему химическому и биохимическому окислению. Наиболее стабильными являются нитрозодиметиламин, несимметричный диметилгидразин, тетраметилтетразен; менее стабильными - диметиламин и формальдегид. Стабильность первых трех соединений в зимних условиях возрастает в 10 - 15 раз [44].

Наиболее интенсивно процесс окисления несимметричного диметилгидразина в воде происходит в первые 7 - 10 суток, в результате чего увеличиваются концентрации диметиламина и формальдегида. Этот процесс продолжается по времени практически до полного окисления несимметричного диметилгидразина. На процесс окисления несимметричного диметилгидразина существенно влияет его первоначальная концентрация: скорость окисления уменьшается с увеличением концентрации несимметричного диметилгидразина.

Бывший командир 27-й ракетной дивизии, первый начальник космодрома «Свободный» Александр Винидиктов описал возможные последствия разлития несимметричного диметилгидразина на Дальнем Востоке [15]:

«В регионе много рек. Если заправленная ракета упадет в воду, река будет отравлена на десятки лет. Несимметричный диметилгидразин хорошо растворяется в воде и устойчив к распаду. Практически все северные реки впадают в Зею - ядовитая вода может в течении нескольких дней оказаться в питьевых резервуарах крупных населенных пунктов. Из Зеи она мигрирует в Амур - очаг заражения возникает практически на всей территории Дальнего Востока».

6. Экономическая оценка ущерба от загрязнения окружающей среды при аварийных ситуациях ракеты-носителя «Союз-2»

6.1 Экономическая оценка ущерба от загрязнения окружающей среды, наносимого при возникновении аварии на ракете-носителе «Союз-2» при подготовке и пуске ракеты с космодрома «Восточный»

Данный расчет проведен по аналогии существующей методики расчета, используемой на космодроме «Байконур» и утвержденной постановлением правительства Республики Казахстан №24 от 26.01.2010 г [38]. В соответствии с данной методикой был проведен расчет экономической оценки от падения аварийной ракеты-носителя «Протон-М» летом 2013 года.

Следствием аварийных ситуаций на объектах инфраструктуры космодрома «Восточный» (промышленные предприятия, энергетические объекты, складское хозяйство) являются следующие виды воздействий на окружающую среду:

залповые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу;

залповые сбросы загрязняющих веществ со сточными водами;

размещение отходов в окружающей среде, в результате аварии ракеты-носителя.

Расчет экономической оценки ущерба, нанесенного окружающей среде залповыми выбросами загрязняющих веществ в атмосферу, связанного с аварийными ситуациями осуществляется по формуле (6.1):

где - объем аварийного выброса i-го загрязняющего вещества в атмосферу, усл.тонн;

- показатель минимальной заработной платы (5858 руб. [27]);

- коэффициент кратности, за аварийное (самовольное) загрязнение атмосферы, определяется согласно приложению А;

- коэффициент кратности, учитывающий экологическую опасность загрязнения атмосферы, определяется согласно приложению Б.

Расчет условных тонн осуществляется по следующей формуле (6.2):

Расчет экономической оценки ущерба, нанесенного окружающей среде аварийными ситуациями, связанными с залповыми сбросами загрязняющих веществ со сточными водами, осуществляется по формуле (6.3):

где - объем аварийного выброса i-го загрязняющего вещества в атмосферу, усл.тонн;

- показатель минимальной заработной платы (5858 руб.);

- коэффициент кратности, за аварийное (самовольное)загрязнение атмосферы, определяется согласно приложению А;

- коэффициент кратности, учитывающий экологическую опасность загрязнения атмосферы, определяется согласно приложению Б.

Расчет экономической оценки ущерба, нанесенного окружающей среде размещением отходов вне специально оборудованных мест, имеет место при аварии при старте, определяется по формуле (6.4):

где - объем i-го вида отходов, размещенных вне специально оборудованных мест при аварии на старте запуска ракеты-носителя, тонн;

- ставка платы за размещение 1 тонны i-го вида отходов производства и потребления;

- коэффициент экологической опасности размещения отходов вне специально оборудованных мест, определяется согласно приложению В;

Подставляем данные в формулы 6.1, 6.3, 6.4 и полученные значения заносим в таблицу 6.1.

Таблица 6.1 Плата за аварийные выбросы, сбросы и размещение компонентов ракетного топлива разгонного блока «Фрегат» в пределах территории космодрома «Восточный»

Виды воздействия, в следствии аварийной ситуацииОбъем аварийного выброса несимметричного диметилгидразина (азотного тетраоксида ингибированного), усл. тоннСумма ущерба, нанесенного окружающей среде несимметричным диметилгидразином (азотным тетраоксидом ингибированным), руб.Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу17,5 (1,8)3 382 995 (347 965,2)Сбросы загрязняющих веществ со сточными воддами 17,5 (1,8) 46 131 750 (4 744 980)