«Земля и Вселенная» 2004 №1

В статье анализируются аспекты экологической истории российского космического пилотируемого орбитального комплекса (ОК) "Мир" (20.02.1986-23.03.2001), выполненного на основе методологии нового комплексного научного направления и перспективной учебной дисциплины "Экологическая история техники", разработанные автором в ИИЕТ РАН. Рассматриваются общая характеристика экологического баланса масс и загрязнения окружающей среды, связанные с ОК "Мир". Автор делает соответствующие экологические и экономические оценки, основные выводы о необходимости разработки и реализации мер, направленных на экологизацию космической деятельности в целях экологической безопасности и повышения эффективности космических полетов.

В нашем журнале эта интересная проблема освещается впервые. Разумеется, автор высказывает и отстаивает свою точку зрения и готов ознакомиться с критическими замечаниями коллег.

Экологическая история техники — это новое комплексное научное направление, предназначенное для реконструкции, отражения, воспроизведения в научном знании совокупности экологических характеристик эволюции техносферы как процесса взаимодействия человека, общества и природы. Цель — получение новой информации для решения актуальных и перспективных проблем выживания и развития человечества. Сделана попытка применения методологии экологической истории техники для анализа реального сложного объекта аэрокосмической техники на полном жизненном цикле его существования.

Экологические проблемы ракетно-космической техники (РКТ) и космической деятельности в России и мире в последние годы стали предметом систематических исследований, что обусловлено повышенным риском, нарастающими негативными экологическими, социальными и экономическими последствиями, объективным процессом экологизации техники.

Судьба станции "Мир" — уникального крупнейшего космического объекта, созданного Россией вне Земли в XX в., привлекла всеобщее внимание, особенно на завершающем этапе, в связи с назревшими техническими, экологическими, культурологическими, экономическими и другими проблемами. В 1989-98 гг. автор занимался вопросами эксплуатации станции, готовился к длительному космическому полету, в 1999-2001 гг. опубликовал ряд работ, предложив проект, минимизирующий риск экологических и других последствий ликвидации станции "Мир" (Кричевский С. «"Мир": уничтожить нельзя спасти... Где поставить запятую?», Техника-молодежи, 2000, № 1). В 2001-02 гг. автором статьи выполнен анализ экологической истории пилотируемого комплекса.

Ограничившись преимущественно "внешним" (общие экологические характеристики) анализом экологического баланса, на основе неполных данных, рассмотрим основные аспекты экологической истории ОК "Мир", рекордно просуществовавшей 15 лет и 1 месяц (с 20 февраля 1986 г. по 23 марта 2001 г.) на околоземной орбите с наклонением 51.6° и высотой 300-450 км (Земля и Вселенная, 1997, № 3; 2001, №№ 1, 2). Заметим, что этот успех достигнут благодаря новым научным и технологическим достижениям, опыту создания и эксплуатации ракетно-космической техники — носителей, космических кораблей и станций, а также профессиональной подготовке космонавтов и других специалистов.

Полный жизненный цикл "Мира" можно разбить на три этапа:

— создание (разработка, производство, выведение в космос, сборка на орбите);

— эксплуатация (функционирование комплекса, управление им, его обслуживание, включая ремонт, проведение экспериментов экипажами);

— ликвидация.

Производство, запуск модулей, сборка станции продолжались до 1996 г. (10 лет), то есть ее эксплуатация началась на этапе создания. Всего по программе "Мир" с космодрома Байконур запущено 102 ракеты-носителя, на завершающем этапе масса станции составляла около 140 т, из них примерно 14 т — научное оборудование, конструкция состояла из 6 состыкованных модулей массой до 20 т каждый и других элементов. Использовано: 6 ракет-носителей "Протон" стартовой массой порядка 700 т каждая, 96 РН "Союз" массой до 310 т каждая для запуска 32 транспортных кораблей "Союз" и 64 грузовых кораблей "Прогресс" (масса каждого около 7 т). Общая стартовая масса, таким образом, около 35 тыс. т. Кроме того, 9 полетов к станции совершили многоразовые транспортные космические корабли (МТКК) "Спейс Шаттл" (США) по международной программе "Мир — NASA", запущенные с космодрома на мысе Канаверал в 1995-98 гг. Как правило, в полетах выполнялись и другие задачи, поэтому запуски кораблей "Спейс Шаттл" лишь частично можно включить в общий экологический баланс станции "Мир". Скажем, почти 50% от общей стартовой массы многоразовой системы (близко к 2000 т при запуске), то есть всего 9 тыс. т.

Подсчитан экологический баланс масс и соответствующих загрязнений (отходов) для этапов создания (выведение и сборка на орбите) и эксплуатации станции "Мир".

Общая стартовая масса при запусках составила более 43 тыс. т, причем полезный груз (включая станцию "Мир", все корабли, экипажи, расходные материалы) — около 2%, а отходы — 98%, из них 90% — ракетное топливо и 8% — масса отработавших ступеней носителей, упавших преимущественно на сушу в районах падения первых ступеней в Карагандинской области (Казахстан) и вторых — на Алтае (Россия). При этом в атмосфере и на поверхности Земли произведен значительный объем загрязнений окружающей среды. Даже с высокоэнергетическими компонентами ракетного топлива у всех использованных ракет-носителей была низкая массовая эффективность, то есть коэффициент полезного действия (КПД) в пределах 1-3%. Они создали сверхмощные залповые выбросы при старте и по траектории полета. Это относится и к запускам "Шаттлов" (при этом их твердотопливные ускорители и топливные баки падали в океан). Кроме того, неиспользованные жидкие остатки топлива (в том числе сверхтоксичные компоненты топлива РН "Протон") в отработанных ступенях отечественных носителей загрязняли атмосферу и поверхность. При этом также возникали и другие мощные неблагоприятные воздействия на людей и окружающую природную среду (акустические, электромагнитные и т.д.).

Если учесть в полном жизненном цикле "Мира" все этапы производства и испытаний РКТ (добычу полезных ископаемых, энергоресурсов, их переработку, транспортировку, работу множества предприятий космической отрасли и других объектов наземной инфраструктуры), то суммарные объемы загрязнений, масштабы воздействий и последствий надо увеличить в 100 раз, так как в цикле "добыча полезных ископаемых — производство" КПД примерно 1-3%, а отходы 97-99%.

Таким образом, в результате полета орбитального комплекса "Мир" суммарный объем загрязнений превысил 4 млн. т (!). Это оказало длительное вредное и даже опасное воздействие на природную среду и здоровье людей (специалистов, работающих с техникой, населения, живущего вблизи предприятий, космодромов, в районах падения и на прилегающих территориях).

На станции "Мир" работало более 100 человек — космонавты СССР/России, Европейского союза, США, других стран, осуществлено 28 основных (длительных) экспедиций и 12 экспедиций посещения (Земля и Вселенная, 2001, № 5). Важно отметить, что все они, несмотря на повышенный риск, выполнили задачи и благополучно вернулись на Землю. В течение 15 лет на борту орбитального комплекса в среднем непрерывно находилось 2 человека (общий суммарный налет составил около 30 человеко-лет).

Несмотря на значительные усилия и достижения в обеспечении медицинской безопасности космонавтов, побывавших на "Мире", комплексное воздействие неблагоприятных факторов космических полетов (особенно длительных) в ряде случаев привело к отклонениям в состоянии здоровья и заболеваниям во время полета, сложностям в реабилитации после возвращения на Землю. Существует повышенный риск отдаленных неблагоприятных последствий для здоровья и жизни космонавтов, а также членов их семей.

На борту станции "Мир" в гермоотсеках образовывались отходы жизнедеятельности и работы экипажа (около 4 кг/человек/сутки), то есть за полгода полета двух человек возникала "помойка" массой в 1 т и объемом в несколько кубических метров (!). Накапливалось порядка 2 т отходов в год, за 15 лет общий объем удаленных отходов составил более 30 т. До 1995 г. отходы в герметичных контейнерах шлюзовали и отстреливали за борт (прекращено в целях сокращения мусора, опасного для космических объектов, в том числе для станции), а в дальнейшем увозили пустыми "грузовиками" и "Шаттлами". Вокруг станции образовалась загрязненная внешняя атмосфера (из продуктов работы двигателей, топлива, микрочастиц краски и других покрытий с внешних поверхностей, различных предметов в результате работы космонавтов в открытом космосе), простиравшаяся на десятки метров и мешавшая проведению исследований с применением бортовой оптической аппаратуры.

Для обеспечения рабочего состояния станции и поддержания жизнедеятельности людей на нее ежегодно доставлялось свыше 10 т топлива, воды, газов, продуктов питания, оборудования, расходных материалов, что за 15 лет составило 150-200 т, то есть через нее прошла "расходная" масса больше, чем полная масса самой станции в конце ее полета. Кроме того, благополучно перемещено по траектории Земля — космос — Земля около 8 т "живого вещества" (такова общая масса всех людей, побывавших на "Мире"). На станции была достигнута частичная замкнутость экосистемы, что позволило сэкономить более 10 т воды.

Все транспортные корабли "Союз" (массой 6-7 т) возвращались на Землю, при этом только их спускаемые аппараты (массой до 2.5 т) с небольшим грузом (по 50 кг) и экипажами благополучно приземлились; топливо и другие отсеки сгорали в атмосфере, оставляя шлейфы загрязнений. Все грузовые корабли "Прогресс" (массой более 6 т) на 80-90% сгорали в атмосфере, большинство несгоревших фрагментов упали в океан. "Прогрессы" возвратили на Землю несколько капсул с грузами и аппаратурой. После возвращения все спускаемые аппараты и капсулы стали непригодны (за исключением незначительной массы оборудования, использованного повторно). Таким образом, 96 кораблей дали более 600 т отходов (из них около 440 т сгорело в атмосфере; вернулись примерно 100 т, представлявшие собой спускаемые аппараты и капсулы; 60 т упали в океан).

Ликвидация ОК "Мир" была выполнена путем сжигания в атмосфере и затопления ее остатков в Мировом океане 23 марта 2001 г. В атмосфере Земли сгорело и рассеялось вещество (в виде шлейфа загрязнений в сотни километров) массой более 115 т. Остальные примерно 25 т роем из более чем 1500 раскаленных обломков упали в южной части Тихого океана восточнее Новой Зеландии в полосе длиной 3-6 тыс. км и шириной 200 км.

К счастью, во время прекращения полета "Мира" жертв и разрушений на Земле не было. Однако реальный риск существовал, о чем свидетельствовала напряженность накануне и в процессе ликвидации станции — не только в России, но и еще в 80 странах, над которыми проходила траектория полета "Мира" (в диапазоне широт от 52° с.ш. до 52° ю.ш.). Росавиакосмос застраховал риски возможного ущерба на сумму в 200 млн. долларов. За несколько суток до события Россия оплатила страховой взнос в 1.2 млн. долларов, то есть 0.6% страховой суммы.

Росавиакосмос проект ликвидации станции "Мир" не представил на обязательную государственную экологическую экспертизу. Он был реализован с грубыми нарушениями национального экологического законодательства (Федеральный закон России "Об экологической экспертизе", 1995), чем создан вредный и опасный прецедент. В результате мы потеряли 1.5-3 млрд. долларов (по оценкам, такой была остаточная стоимость станции "Мир" в 1999-2000 гг.). Упущен шанс использовать ценное научное оборудование и другие элементы конструкции на создаваемой Международной космической станции, а также возвратить часть уникальных элементов конструкции и материалов на Землю для их исследования и сохранения как объектов национального и всемирного культурного наследия.

Затраты СССР и России на станцию "Мир" составили около 4 млрд. долларов (официальные данные, вероятно, занижены в 2-3 раза). Стоимость 1 кг полезного груза (самой станции и других грузов) составила 10 тыс. долларов. При этом 1 год жизни 1 человека в космосе обошелся в 130 млн. долларов (400 тыс. долларов/сут). Это очень дорого, — в тысячи раз (!) больше, чем требуется на Земле. Очевидно, что при таких расходах и существующей технике пока невозможно массовое расселение людей в космосе.

Прошло более двух лет после завершения работы и ликвидации космической станции "Мир". Однако многие экологические проблемы и уроки этого уникального научно-технического и технологического эксперимента мирового уровня до конца не исследованы.

Между тем это необходимо сделать в связи с созданием МКС (строится с 1998 г. на околоземной орбите): ее параметры близки к параметрам станции "Мир". По проекту МКС должна достичь массы свыше 400 т, при более сложной конфигурации и больших по сравнению с комплексом "Мир" размерах (Земля и Вселенная, 1999, № 2). Когда-то неизбежно наступит момент ликвидации и МКС (через 15-20 лет эксплуатации). Однако этап ликвидации МКС не рассматривается в проектной документации и соответствующих планах. Проект МКС (как и проект "Мира") создавался и реализуется без обязательной экологической экспертизы, то есть без учета экологических требований и анализа альтернативных вариантов. Экологически грязная, но формально успешная ликвидация станции "Мир" вызвала эйфорию и явно неадекватную реакцию ряда специалистов космической отрасли. Они заявили, что в России отработана технология ликвидации крупных космических объектов (сжигание в атмосфере Земли и затопление несгоревших фрагментов в Мировом океане), которая будет использована и при ликвидации МКС.

Таблица

Экологические уроки ОК "Мир" пока не усвоены, остаются открытыми острые вопросы о грубых нарушениях экологического законодательства и антиэкологической сущности технологии ликвидации крупных объектов, о реальной угрозе вследствие чрезмерного риска и значительных загрязнений, возникающих при использовании данной технологии. Обсуждение и решение этих актуальных вопросов необходимо для выбора и реализации эколого-безопасных вариантов ликвидации утилизации крупных фрагментов космического мусора, что неизбежно предстоит сделать применительно к МКС и другим объектам.

Исследование показало, что методология экологической истории техники позволяет получить новую информацию, ответы на актуальные вопросы и выработать эффективные решения, важные для развития техники и общества. Данный подход и его результаты могут успешно использоваться и в образовательном процессе (специальный курс, включенный в другие учебные дисциплины экологического и инженерного профиля).

Каковы же основные выводы, которые можно сделать из всего сказанного?

— Анализ, выполненный на основе методологии экологической истории техники, позволил сделать предварительную оценку экологических аспектов станции "Мир" на полном жизненном цикле существования и содержит новую информацию о свойствах РКТ, воздействиях на людей и природу, лучше оценить технику и скорректировать ее развитие.

— Станция "Мир" была создана в "доэкологическую" эпоху, эксплуатировалась в процессе возникновения экологических норм и ликвидирована с грубыми нарушениями экологического законодательства. Это свидетельствует о большом разрыве между правовыми нормами и реальной ракетно-космической деятельностью, ее экологическом отставании от других ("земных") сфер деятельности, а также колоссальных резервах экологизации ракетно-космической техники.

— Целесообразно продолжить исследования экологической истории орбитального комплекса "Мир" для получения более точных и полных данных, совершенствования методологии экологической истории техники.

— Опыт исследования экологической истории станции "Мир" и данный методологический подход могут быть применены для анализа других объектов техники (МКС, самолетов и т.д.), в том числе для экологической реконструкции, сравнительного анализа, экологизации ракетно-космической, авиационной и другой техники и деятельности, при решении конверсионных и прочих задач, а также для экологического образования профессионалов.

— По экономическим основаниям и экологическим ограничениям массовое расселение людей в космос и жизнь вне Земли при существующей РКТ невозможны. Необходим переход к новой технике на базе принципиально новых технологий и экологизации аэрокосмической техники.

— Предлагается ввести международный мораторий на сжигание в атмосфере Земли и затопление в Мировом океане крупных космических объектов и их фрагментов, разработать и ввести в действие законодательные акты для стимулирования внедрения эколого-безопасных технологий на полном жизненном цикле существования крупных космических объектов, подобных орбитальному комплексу "Мир" и Международной космической станции.

По моему убеждению, ужесточение экологических требований к пилотируемым полетам, экологизация ракетно-космической техники могут и должны дать новый мощный импульс развитию космонавтики. Без этого неизбежен технологический, экономический, экологический и социальный тупик на космическом пути.

В качестве важного исторического и технологического примера приведу идеи Ф.А. Цандера, который еще в начале XX в. предложил использовать в полете в качестве ракетного топлива (горючего) части "космолета", ставшие ненужными (сжигать их). Это можно было бы сделать и с конструкцией "Мира": пристыковывать к ней новые модули, что-то возвращать на Землю, остальное измельчать, расплавлять и сжигать для поддержания на орбите. При этом существенно сэкономили бы на доставке сверхдорогого ракетного топлива грузовыми кораблями с Земли, что, в свою очередь, сократило бы количество пусков ракет и объем загрязнений. Это вполне возможно и для МКС, что весьма актуально в связи с ее колоссальной стоимостью в 100 млрд. долларов.

Зачем же нам продолжать тупиковое развитие космонавтики, создавая крупные объекты, а затем превращать их в мусор, сжигать в атмосфере и топить в океане, загрязняя Землю? Давно пора космические объекты, материалы, энергию и средства, потраченные на создание и выведение их на орбиту (а это не менее 10 тыс. долларов/кг), использовать для самих космических полетов. Будет двойная выгода: экологическая и экономическая.

Но для этого необходима адекватная экологическая политика в сфере космической деятельности, а не тупая коммерциализация, которая осуществляется с грубым нарушением экологического законодательства в России, США и во всех других космических державах. Увы, но космонавтика уже значительно отстала в экологизации от воздушного и автомобильного транспорта, от многих других земных отраслей.

У нас есть не только большие достижения и богатый опыт космических полетов, но и огромные резервы для экологизации космической деятельности. Орбитальный комплекс "Мир", его экологическая история и уроки — это хороший пример для анализа, дискуссий и реализации экотехнологий на пути в космос.