След звездного корабля

Как освоение космоса влияет на окружающую среду и устойчивое развитие

Негативное воздействие

Топливные выбросы

Каждый пуск ракеты сопровождается выбросом большого объема продуктов сгорания ракетного топлива, в том числе оксидов азота и оксидов углерода. При пусках твердотопливных ракет-носителей дополнительно образуются хлороводород, хлор и оксид алюминия. И в то время, как продукты сгорания жидкого ракетного топлива содержат до 95% биологически нейтральных компонентов (вода, азот, водород, кислород, двуокись углерода и другие), продукты сгорания твердого топлива — только 15–25%. Поэтому, как утверждает главный научный сотрудник головного института «Роскосмоса» ЦНИИмаш Валерий Клюшников, ракеты-носители с твердотопливными и жидкостными двигателями оказывают разное воздействие на окружающую среду. Первые более безопасны во время хранения в заправленном состоянии, вторые — во время запуска. Твердотопливные ускорители применяются во многих ракетах США, Японии, Европейского космического агентства (European Space Agency, ESA). Жидкостные двигатели используются в двухступенчатой ракете-носителе SLS (Space Launch System) NASA, в ракетах-носителях Falcon Heavy, производимых компанией SpaceX, а также в некоторых ракетах, которые разрабатывает предприятие «Роскосмоса» НПО «Энергомаш».

Тем не менее, по словам Валерия Клюшникова, объем выбросов от космической отрасли, по сравнению с объемом выбросов промышленности, незначителен. Так, на долю выбросов оксида азота и углерода приходится около 0,000001% от выбросов промышленными предприятиями, а на долю хлора — до 0,001%. Во время работы ракетных двигателей в атмосферу в небольших количествах могут попадать и другие опасные вещества, включая атомарный водород, но и их воздействие на окружающую среду не сравнится с воздействием от других видов деятельности.

Загрязнение почвы и грунтовых вод

Горение твердого ракетного топлива сопровождается образованием газообразных и твердых веществ, основную массу которых составляют окись алюминия и соляная (хлористоводородная) кислота. Попадая в реки и другие водоемы, соляная кислота приводит к увеличению кислотности воды (уменьшению водородного показателя рН), что делает ее непригодной для жизни рыб и других животных. Соляная кислота также повышает кислотность почвы, что, как выяснили специалисты NASA, может стать причиной гибели растительности. Кроме того, при падении обломков ракетной техники происходит загрязнение окружающей среды твердыми частицами. В результате этого в почве повышается концентрация соединений алюминия и — в менее значительной степени — тяжелых металлов, включая медь, железо, цинк, свинец, марганец.

Космический мусор

В NASA низкую околоземную орбиту (расположена на расстоянии от 160 км до 2 тыс. км от поверхности Земли) называют самой большой свалкой в мире. По подсчетам ученых, там находится около 6 тыс. т крупных и мелких не сгоревших в атмосфере фрагментов ракет-носителей и спутников. Обломки развивают скорость до 28 тыс. км в час. Столкновение с ними может привести к повреждению конструкции космического корабля. Самый значительный вклад в загрязнение космического пространства вносят США, Россия и Китай: на их долю приходится более 93% «отходов». Специалисты опасаются, что в будущем объем космического мусора может достичь критической массы. Это может привести к невозможности освоения космического пространства.

Борьба с космическим мусором ведется как на национальном, так и на международном уровне. В Комитете ООН по использованию космического пространства в мирных целях разработали руководящие принципы для предотвращения образования космического мусора. Эксперты рекомендуют проектировать устойчивые к разрушениям космические аппараты. При эксплуатации подобных устройств должно образовываться минимальное количество мусора. Необходимо также отслеживать вероятность случайных столкновений на орбите и уводить оттуда космические аппараты, а также орбитальные ступени ракет-носителей, завершившие полетные операции.

Световое загрязнение

В начале 2015 года Илон Маск анонсировал проект Starlink, в рамках которого компания SpaceX планирует охватить всю Землю высокоскоростной спутниковой интернет-связью. Федеральная комиссия по связи США (Federal Communications Commission, FCC) одобрила заявки SpaceX на запуск 12 тыс. спутников. Компания уже запустила 180 аппаратов и к концу 2020 года намерена довести их количество до 1,4 тыс. Ожидается, что к 2027 году количество спутников может достичь 42 тыс. (вместо заявленных 12 тыс.) — почти в 20 раз больше, чем работает на орбите сегодня.

Чтобы обеспечить быстрое соединение даже в самых отдаленных районах планеты, SpaceX размещает спутники на околоземной орбите. Это вызывает беспокойство астрономов. По их словам, светящиеся двигающиеся точки являются причиной светового загрязнения, которое негативно влияет на биоритмы животных, вызывает проблемы со сном у людей, а также мешает проводить исследования. Исследователь из Университета Вандербильта Рамон Райан уверен, что, выдав разрешение на запуск спутников, FCC нарушила федеральное природоохранное законодательство и может быть привлечена к ответственности в судебном порядке. Он ссылается на закон о национальной политике в области окружающей среды (National Environmental Policy Act, NEPA), который был принят в 1970 году и обязывает федеральные структуры при принятии любых решений учитывать их возможное воздействие на окружающую среду. Кроме того, некоторые ученые считают, что спутники, обеспечивающие высокоскоростную связь, являются источником радиочастотного излучения. А оно представляет собой опасность для здоровья людей, флоры и фауны.

Космос и здоровье людей

В космосе человек находится в состоянии невесомости, что влияет на его пространственную ориентацию, координацию движений и может вызывать головокружение. Отсутствие физической активности приводит к потере мышечной массы. Космонавты также теряют костную массу — более 1% каждый месяц, — которая не восстанавливается после возвращения на Землю. В результате с возрастом у них может развиваться остеопороз, приводящий к увеличению хрупкости костей и, как следствие, частым переломам. У космонавтов могут образовываться камни в почках и развиваться проблемы со зрением: в условиях невесомости спинномозговая жидкость начинает накапливаться внутри черепа и давить на глаза.

В космосе у человека повышается уровень гормона стресса и ослабляется иммунитет, что повышает восприимчивость к различным заболеваниям. Кроме того, на космической станции космонавты получают дозу радиации в десять раз больше, чем человек на Земле. Это может привести к нарушениям в центральной нервной системе, в том числе к снижению когнитивной и двигательной функций. Радиационное излучение также обуславливает развитие лучевой болезни, для которой характерны такие симптомы, как тошнота, рвота, быстрая утомляемость. Специалисты NASA также выяснили, что космические полеты могут негативно влиять на генетику. Исследование Twin Study с участием генетически идентичных братьев-близнецов астронавтов Скотта и Марка Келли, показало, что за 340 дней пребывания на МКС у Скотта существенно укоротилась часть концевых участков хромосом (теломеров), которые считаются биомаркером старения.

Позитивное влияние

Продовольственная безопасность и сельское хозяйство

Космические технологии могут найти применение в сельскохозяйственной отрасли и способствовать развитию точного земледелия. С их помощью, например, можно определять наиболее подходящие для посевов участки и выбирать оптимальные для обработки почвы технологии. Космические технологии также позволяют прогнозировать погодные изменения и засухи и, как следствие, сокращать объемы продовольственных потерь. Так, созданная при участии Китайской академии наук облачная платформа CropWatch Cloud позволяет осуществлять мониторинг культур и получать актуальную информацию о состоянии сельскохозяйственной отрасли для обеспечения продовольственной безопасности. Спутниковые снимки также позволяют проводить мониторинг водных объектов и более эффективно налаживать систему водоснабжения.

Предотвращение гуманитарных кризисов

Спутниковые изображения в совокупности с высокотехнологичными приборами на Земле (включая станции для мониторинга качества воздуха и радары для наблюдения за животными) помогают прогнозировать стихийные бедствия, вызванные аномальными погодными явлениями. Так, точные прогнозы погоды и хорошая связь позволили организовать эвакуацию во время сезона ураганов в Атлантике в 2017 году. Спутниковые данные также можно использовать для прогнозирования извержения вулканов и землетрясений. Это особенно актуально для такой страны, как Индонезия, где находится один из самых активных вулканов Мерапи (остров Ява), который регулярно извергается и представляет собой угрозу для 1,1 млн человек. Для отслеживания смещений земной поверхности применяется метод радарной интерферометрии, суть которого заключается в сравнении снимков одного участка земной поверхности, полученных с двух близко расположенных орбит.

Мониторинг пластикового загрязнения

Ежегодно в Мировой океан попадает около 10 млн т пластика; 70% всех отходов опускается на дно, а 30% остается на поверхности воды. Оказываясь на береговых линиях, пластик может наносить ущерб как дикой природе, так и людям. Наблюдать за пластиковым мусором в океане с Земли довольно сложно, но спутниковые камеры с высоким разрешением упрощают эту задачу. С их помощью, например, можно разрабатывать карты океанических течений: это позволяет отслеживать траекторию перемещений отходов и прогнозировать, в какие части мира они в итоге попадут. Результаты исследований могут оказаться более точными, если в дополнение к спутникам использовать снимки с самолетов и дронов.

Исследования и разработки в области альтернативных источников энергии

Космическая энергетика предполагает использование энергии Солнца для выработки электричества на станциях, расположенных в космосе. Она развивается со времен энергетического кризиса в США в 1970-х годах. NASA совместно с компанией по производству авиационной и космической техники Boeing разработали проект по запуску в космос крупного спутника для выработки солнечной энергии SPS (Solar Power Satellite), но он так и не был реализован. Разработкой технологий в области космической энергетики занимались и такие компании, как Solaren и Solar Space Technologies, но им, как пишет издание Grist, не хватило капитала для реализации планов. В 2019 году Научно-исследовательская лаборатория Военно-воздушных сил США (Air Force Research Laboratory) заключила контракт на сумму $100 млн с компанией Northrop Grumman на разработку и поставку необходимого оборудования для генерации космической солнечной энергии.

Борьба с бедностью и здравоохранение

Спутниковые снимки и технологии машинного обучения могут использоваться для оценки уровня бедности. В том числе для определения доли городского населения, которое проживает в трущобах и неформальных поселениях, а также уровня доступа к основным услугам и инфраструктуре. Информацию, полученную с помощью дистанционного зондирования (наблюдение за поверхностью Земли с помощью наземных, воздушных и космических средств, оснащенных съемочной аппаратурой. — Прим. Plus-one.ru), исследователи могут применять для мониторинга распространения заболеваний. Так, в 2018 году данные со спутников NASA использовались для прогнозирования распространения холеры в Йемене.