Цель курса:

1. Приобретение знаний о состоянии окружающей среды в целом, о роли развития космонавтики и ракетно-космической деятельности в жизни современного человека и цене, масштабах этого развития с точки зрения обеспечения экологической безопасности.

2. Ознакомление учеников с инженерными, правовыми, экономическими и международными подходами обеспечения экологической безопасности в области ракетно-космической деятельности.

Задачи курса:

1. Ознакомление учеников с целями и задачами космонавтики, основными терминами ракетно-космической деятельности, использующимися в экологии.

2. Ознакомление с основными видами ракет-носителей современности, космодромов, трасс пусков и районов падения, а также основных проблем экологии, связанных с ракетно-космической деятельностью.

3. Рассмотрение основных направлений обеспечения безопасности в области ракетно-космической деятельности.

Ключевые слова: ракетно-космическая деятельность (РКД), ракетно-космическая техника (РКТ), окружающая среда (ОС), ракета-носитель (РН), компоненты ракетного топлива (КРТ), предельно-допустимая концентрация (ПДК), продукты сгорания (ПС), космические средства выведения (КСВ), околоземное космическое пространство (ОКП).

Общее содержание курса (по лекциям):

1. Ракетно-космическая деятельность. Введение.

Цели и основные задачи космонавтики: развитие народного хозяйства (экономики) (передача информации, космическая связь, навигация, геодезия; изучение природных ресурсов из космоса; контроль и прогноз погоды, контроль загрязнения и охрана окружающей среды; спасение экипажей, судов и  самолетов, терпящих бедствие; организация технологических процессов в космосе); укрепление обороно-способности страны (контроль за соблюдением международных договоров и соглашений в области вооружения; предупреждение о ракетно-ядерном нападении противника; обеспечение информацией, связью и управлением видов Вооруженных сил; Топогеодезическое, навигационное и метеорологическое обеспечение видов Вооруженных сил); развитие фундаментальных наук (изучение и освоение околоземного космического пространства и Земли; исследование Луны и планет Солнечной системы; исследование Солнца и солнечно-земных связей; исследование комет, астероидов и межпланетного пространства; астрономические исследования в космосе; медико-биологические исследования в космосе); развитие ракетно-космической техники и вклад в прогресс других отраслей (создание ракет-носителей и разгонных блоков; создание многоразовых транспортно-космических систем; создание автоматических космических аппаратов; создание пилотируемых кораблей и орбитальных станций; создание обеспечивающих систем и средств (старты, комплексы управления, двигательные установки, системы управления и др.); развитие международного сотрудничества (выбор рациональных форм и программ сотрудничества; проведение совместных работ, обмен информацией; работы в области космонавтики на коммерческой основе).

Краткая история развития ракетостроения: пороховые ракеты в Китае, Индии и арабских странах; отечественные основоположники развития ракетных аппаратов (Кибальчич Н.И., Циолковский К.Э., Цандер Ф.А., Кондратюк Ю.В., Тихомиров Н.И., Клейменов И.Т, Лангемак Г.Э., Глушко В.П., Королев С.П.), зарубежные (американец Годдард, немец Оберт и др.).

Ракета, двигательная установка, система управления космическим летательным аппаратом.

Реактивные двигатели, ракетные двигатели (схема, краткое описание, понятие тяги). Виды топлива.

Ведущие предприятия страны: Исследовательский центр им. М. В. Келдыша, Научно-производственное объединение (НПО) "Энергомаш" им. академика В.П. Глушко, Конструкторское бюро химического машиностроения имени А.М. Исаева, Конструкторское бюро химической автоматики, ГКНПЦ им. М.В. Хруничева.

Виды ракет-носителей: для переноса полезного груза по земле (Земля-Земля), для доставки груза на орбиту (Земля-Космос), для поражения воздушных целей (Земля-воздух, вода-воздух, воздух-воздух), для поражения с воздуха целей (Воздух-земля, воздух-вода). Боевые ракеты, геофизические ракеты, межконтинентальные баллистические ракеты,).

Строение ракет-носителей (РН) (количество ступеней, схема и картинка; строение ступени: двигатели, разгонный блок, космический аппарат и т.д.).

Полет, разделение ступеней.

Средства выведения России (картинки и краткое описание): ракеты-носители 6 шт: Циклон, Молния, Космос, Союз, Зенит и Протон), конверсионные РН (5 шт.: Старт, Старт-1, Стрела, Рокот, Днепр), разгонные блоки (5 шт.: ДМ, Икар, Фрегат, Бриз-М, Бриз-КМ). Существующие ранее: РН Восток, РН Восход, РН Энергия, РН Зенит, РН Ангара.

Виды орбит и их характеристики. Схемы выведения спутников на орбиты.

Хроника запусков РН в мире 1993-2006.

Фактические и прогнозируемые коммерческие пуски в мире2007-2016 гг.

2. Космическая инфраструктура.

Россия: Байконур, Плесецк, Свободный, Капустин Яр;

США: 2 ракетно-космических полигона минестерства обороны, подчиненных ВВС ( ЗИП-западный испытательный полигон и ВИП-восточный испытательный полигон), 2 ракетно-космических полигона НАСА (космический центр имени Дж. Кеннеди, исследовательский центр на острове Уоллопс);

Европейское космическое агентство (Бельгия, Германия, Италия, Голландия, Англия, Австрия): космодром Куру на территории Французской Гвианы.

Япония: о. Тагенашима - стартовые комплексы Осаки, Такесаки, Ешиноби.

Китай: Цзюцюань, Сичан (действующие); Тайюань,  

Федеральное космическое агентство (Роскомос), Национальное агентство по аэронавтике и космосу (NASA) США.

Федеральная космическая программа: определение, архитектура космической программы (объект, орбиты, полезный груз космического аппарата, космическая платформа, космический ракетный комплекс, наземный комплекс управления, комплекс средств приема и обработки информации, средства связи). Фазы разработки и реализации космической программы.

Космическая система наблюдения.

3. Воздействие РКД на окружающую среду.

Виды РКД: проектирование; производство, наземная отработка и испытания; транспортировка и хранение составных частей и компонентов ракетного топлива; летные испытания и штатная эксплуатация космических средств выведения; аварии в процессе РКД; утилизация; рекультивация земель.

Компоненты природы, подверженные воздействию РКД: поверхность Земли (почвы и грунты, поверхностные и грунтовые воды, биосфера, включая человека, растительный и животный мир), атмосфера (приземный слой, озоновый слой, верхняя атмосфера), околоземное космическое прпостранство (низкие и средние орбиты, область геостационароных орбит, отлетные траектории, планеты, межпланетные тела).

Основные факторы воздействия РКТ на ОС: работа ракетных двигателей; полет РН в атмосфере; отделение фрагментов конструкции (отделяющейся части) РН; отчуждение земельных площадей под районы падения (посадки) отделяющихся частей РН; проливы КРТ; испарение токсичных КРТ; горение КРТ; взрыв КРТ; горение материалов конструкции; тушение пожара; разрушение конструкции изделия; падение аварийного изделия или его фрагментов; работа радиоэлектронных средств. Примеры.

Физико-географические факторы. Схема технологического процесса и факторов воздействия РН при подготовке к пуску и в полете.

Влияние космической деятельности на ОС.

Проблемы обеспечения экологической безопасности космической деятельности в России.

Виды воздействия на окружающую среду при заруске РН.

4. Воздействие ракетно-космической деятельности на приземные слои атмосферы, тропосферу и нижнюю стратосферу.

Строение атмосферы. Главные загрязители (поллютанты) атмосферы.

Химическое загрязнение от РКД: образование облака продуктов сгорания ракетного топлива (рассказать про программу АСТРА); испарение проливов компонентов ракетного топлива; выбросы жидких ракетных топлив в атмосфере.

Электромагнитное воздействие. Тепловое воздействие. Акустические шумы. Коротко

Воздействие космической техники на озоновый слой: разогрев воздуха в факеле ракетного двигателя; влияние озоноактивных компонентов в продуктах сгорания (вклад разрушителей озона, ежегодные выбросы, источники аэрозольных частиц).

Безопасные расстояния между пусковым устройством с РН и объектами космодрома.

ПДК токсичных топлив. Загрязнение продуктами сгорания атмосферы.

Последствия: истощение стратосферного озона; кислотные дожди; токсичные выбросы; парниковый эффект; изменение состава верхней атмосферы.

5. Воздействие РКТ на околоземное пространство.

Проблема космического мусора в околоземной среде: состав, количество, на каких орбитах.

Последствия: опасность столкновения космических аппаратов с ними, возможность столкновения объектов друг с другом с образованием лавинообразного загрязнения.

Пути предотвращения загрязнения космического пространства.

6. Воздействие ракетно-космической техники на поверхность Земли.

Химическое загрязнение почвы: оседание ПС, проливы остатков топлива.

Поведение КРТ в почвенно-растительных покровах: Гидразиновые горючие, азотносоержащие окислители; углеводородные горючие.

Загрязнение поверхностных и грунтовых вод: гидразиновые горючие; азотносодержащие окислители; углеводородные горючие.

Механическое загрязнение почвы: падение отработавших частей.

Массы остатков компонентов ракетных топлив в отечественных РН.

7. Воздействие электромагнитного (ЭМИ) и теплового излучения

Электромагнитное излучение. Воздействие на человека. Расчет плотности потока мощности СВЧ-излучения.

Тепловое воздействие РКТ на ОС.

Акустическое воздействие РКТ: физиологическое воздействие акустического шума, экспериментальные характеристистики шума РКТ.

8. Критерии выбора рациональных вариантов перспективных КСВ с учетом экологических факторов.

Критерии:потребное количество площадей районов падения отделяющихся частей, уровень токсичности топлива; масса остатков топлива; уровень засорения околоземного пространства; вероятность поражения объекта или человека по трассе пуска в случае аварии; веротность падения КСВ и их фрагментов на иностранные территории, населенные пунткы и т.д.

Сокращение количества и размеров районов падения отработавших частей РН: исследование возможности управляемого возвращения и многоразового использования ступеней РН и их дорогостоящих агрегатов, технические средства спасения.

Сокращение остатков КРТ в отработавших ступенях.

9. Экологический мониторинг и основные направления обеспечения безопасности РКД.

Постановка задачи.

Состав методического, программного и информационного обеспечения информационно-аналитической системы.

Наблюдаемые параметры мониторинга (для подстилающей поверхности, для нижней атмосферы, для свободной атмосферы, для ОКП)

Система экологического мониторинга и контроля.

Основные направления программы Экос-РФ.

10. Экономические аспекты обеспечения экологической безопасности РКТ.

Основные определения: прямой ущерб, косвенный ущерб, полный ущерб, общий ущерб, вред природной среде, ущерб, убытки. Плата за использование земельных участков, затраты на компенсацию, плата за сверхлимитное загрязнение, затраты по обеспечению безопасности, затраты на меропрития по обеспечению охраны ОС.

Плата за загрязнение ОС и захоронение отходов при эксплуатации РКТ. Затраты на районы падения.

Методики расчета платы за загрязнение ОС: выброс в атмосферу, сброс в водные объекты; размещение отходов; др. виды. Суммарные затраты. Затраты на оплату землепользования: ежегодные, эпизодическое отчуждение, временное пользование. Затраты на возмещение ущерба.

Аварийные ситуации: оплата, страхование.

11. Международное обеспечение экологической безопасности в области РКД.

Объекты охраны окружающей среды. Национальные (внутригосударственные):  земля, воды, недра, дикие животные и др.. Международные (общемировые): в пределах международных пространств (Космос, атмосферный воздух, Мировой океан, Антарктида), перемещающиеся по территории различных государств (мигрирующие виды животных).

Основные принципы международного экологического сотрудничества: по атмосфере (Конвенция ЕЭК ООН о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния 1979 г., Венская конвенция об охране атмосферного воздуха 1985 г., Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой 1987 г., Рамочная конвенция ООН об изменении климата (РКИК) 1992 г., Киотский протокол к РКИК 1997 г.); по воде, по биоресурсам, по экологической безопасности в области РКД.

Международнын организации по охране окружающей среды, международная эко-правовая ответственность.

Теоретический материал  чередуется с практическими занятиями.

Типовые задания к практическим работам:

1. Доклады об известных аварийных ситуациях на космодромах / в Космосе и их последствиях.

2. Прогнозы о состоянии окружающей среды в будущем и возможные методы предотвращения "Конца света" (доклад-сочинение).

3. Расчеты экономических показателей в обеспечении безопасности РКД.