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
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
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»;