Обратимся к анализу влияния продуктов работы ракетных двигателей на нижнюю часть ОКП - страто-мезосферу. Среда здесь имеет сложный химический состав, одним из компонентов которого, наиболее значимых для всего живого на поверхности Земли, является озон. Поскольку именно озон является последней преградой на пути опасного ультрафиолетового излучения, основная часть которого поглощается на больших высотах, то содержание озона давно стало предметом пристального внимания и в настоящее время переросло в важную экологическую проблему сохранения озонового слоя.
Однако эта проблема существует не сама по себе, проблема сохранения озонового слоя органически связана с более общей проблемой сохранения верхней атмосферы. Несомненно, озон следует рассматривать как одну из составляющих верхней атмосферы, поведение которой прямо зависит от состояния среды в целом.
Известно несколько каталитических циклов гибели озона в стратосфере. Сравнение участников этих циклов с продуктами выбросов ракет "Протон" и "Шаттл" показывает, что в результате работы ракетных двигателей образуются практически все те вещества, которые обусловливают гибель озона в естественных условиях. Однако наиболее важными из них являются окись азота и хлор с его соединениями. Последние образуются только в результате работы твердотопливных двигателей.
В настоящее время отсутствуют сколько-нибудь надежные данные наблюдений изменений озонового слоя при запусках ракет, поэтому все оценки таких изменений строятся только на основе модельных расчетов. В таком случае особую важность приобретает точное знание, в каком количестве образуются в результате работы ракетных двигателей указанные выше агенты, разрушающие озон. Наибольшие трудности возникают при определении содержания окиси азота, поскольку для нее, оказываются существенными неравновесные процессы, в ходе которых содержание окиси азота может возрастать на шесть порядков. Дополнительное образование окиси азота может также иметь место при так называемом "дожигании" - взаимодействии выбрасываемого в больших количествах молекулярного азота с атомарным кислородом верхней атмосферы,
Модельные расчеты влияния полетов ракет на озоновый слой проводились для ракеты "Энергия" и "Шаттл", как наиболее мощных. Согласно этим расчетам в результате одиночного пуска ракеты "Энергия" максимальное уменьшение озона произойдет через 24 дня и составит 1,5—1,7% в пределах вертикального столба диаметром 550 км. В случае залпового пуска 12 ракет аналогичное уменьшение составит 6—6,6%. Глобальный эффект залпового пуска, например на широте 45°, согласно другим расчетам, состоит в переносе обеднения озонового слоя на более высокие широты пример за 130 дней, так что на широте 80° оно окажется примерно в 3 раза меньше максимально обеднения на широте пуска. Во всех случаях характер высотного распределения возмущения озонового слоя сохраняется — максимальное обеднение имеет место в области максимума озонового слоя; ниже максимума, в тропосфере, имеет место небольшое увеличен концентрации озона. Ежемесячные пуски ракет "Энергия" в течение 4 лет приведут к уменьшению содержания озона в Северном полушарии на 0,1% на средних широтах и 0,3—0,4% в высоких широтах. Общее уменьшение содержания озона над Северным полушарием через 15 лет при регулярных ежемесячных пусках ракет "Энергия" может достичь 2,5%. Согласно расчетам при ежемесячных пусках ракет "Шаттл" (это примерно соответствует существующему режиму) в течение 4 лет общее содержание озона снизится на 0,3% в средних широтах и на 0,4—0,6% в высоких широтах. Однако оценки (Ропег, 1981) для пусков "Шаттл" в год дают уменьшение концентрации озона в Северном полушарии на 0,2%, что сопоставимо с воздействием других антропогенных источников.
Существует также реальная опасность загрязнения территорий, непосредственно прилегающих к местам расположения ракетных пусковых установок, и земель, отторгнутых под зоны падения ступеней ракет. Имеются даже данные, указывающие на возможное изменение погодных условий и растительности в районах космодромов. Космические происшествия (аварии, катастрофы) в связи с техническими характеристиками космической техники, вызывают тяжелые последствия. Возникла и нарастает новая угроза, обусловленная возможным падением аварийных космических аппаратов на наземные объекты: населенные пункты, атомные электростанции, химические и другие потенциально опасные объекты. Подобное аварийное падение космической ракеты, запускаемой с семипалатинского полигона и произошло на территории одного из районов Казахстана в 1999 г., в результате чего был оценен материальный ущерб, а последующие плановые запуски ракет с семипалатинского полигона были надолго приостановлены.
Наиболее мощное воздействие на природную среду происходит на космодромах в процессе старта крупных ракет. Реализуемый в настоящее время мировой грузопоток в космос требует ежегодно около 100—120 пусков РН различной грузоподъемности.
Основными вредными факторами, влияющими на состояние окружающей среды при пусках РН, являются большие выбросы продуктов сгорания при старте в приземном слое атмосферы (тропосферы). К нежелательным локальным последствиям в районе старта ракет-носителей могут так же привести выбросы хлористого водорода и окислов алюминия, содержащиеся в продуктах сгорания некоторых носителей, в частности "Шаттла". Эти выбросы могут вызвать выпадение кислотных дождей, увеличение содержания в воздухе взвешенных частиц, токсическое загрязнение облачного покрова, изменение погодных условий на прилегающих к стартовой площадке территориях.
В ряде систем РКТ - до 80-90 % приходится на топливо Соответственно, совокупные "отходы производства", включающие в себя также элементы конструкции при запуске РКТ составляют 97—99 %. При старте объекта РКТ, когда масса ракетно-космической системы максимальна скорость полета мала, происходит мощный залповый выброс продуктов сгорания и тепловой энергии, возникают сильные акустические колебания (шумы и вибрации).
Многие из применяемых компонентов ракетного топлива (КРТ) являются высокотоксичными. Чем больше стартовая масса, тем больше выброс продуктов сгорания. Имеются также остатки КРТ на отделяемых ступенях РН. Чем больше масса РН, тем большие остатки топлива на отделяемых ступенях. Все это – факторы загрязняющие природную среду на территориях РТ.
К основным факторам негативного воздействия РКТ на окружающую среду в районах падения отработавших ступеней РН относятся:
загрязнение почвы, атмосферы, поверхностных и грунтовых вод высокотоксичными продуктами сгорания РКТ с возможностью отравления ими живой природы и человека;
засорение территорий металлоконструкциями;
механическое и химическое повреждение почвы и растительности.
Сравнительный анализ воздействия отечественных и зарубежных космодромов на окружающую среду показывает следующее. С главных наших космодромов "Байконур" и "Плесецк" осуществлялось в среднем за год от 65 до 75 пусков, и суммарная площадь территорий, подверженных их вредному воздействию составляет 18 млн. га. В отличие от отечественных космодромов, основные зарубежные расположены в прибрежной зоне, и их районы падения приходятся на акватории Атлантического и Тихого океанов. С обоих космодромов США (Восточный и Западный испытательные полигоны) осуществляется в среднем в год от 15 до 20 пусков. С французского полигона осуществляется в среднем в год не более 6-8 пусков.
Таким образом, если исходить только из соотношения числа пусков, то отечественные космодромы примерно в 3-4 раза сильнее воздействуют на среду, чем зарубежные. Однако на самом деле это соотношение следует увеличить на несколько порядков, во-первых, из-за того, что:
способность океана ассимилировать многие вредные загрязнения гораздо выше, чем аналогичные возможности суши, и,
во-вторых, большинство запускаемых с зарубежных полигонов ракет используют твердое топливо, которое не содержит высокотоксичных веществ, имеющихся в жидком топливе.
Проливы и выбросы значительного количества токсичных КРТ происходят в РП отработавших ступеней и при авариях (на старте, в полете, при транспортировке).
Существует высокий не менее 3 %, риск аварий при запуске объектов РКТ особенно для старта РН. При авариях РН, 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 РКТ и КРТ. Все вышесказанное свидетельств о невысокой экологичности РКТ и КРТ.
Так, только в 1996 г. в мире произошло 4 аварии РН при запусках (из них 2 в России). 15 января - катастрофа РН СZ-ЗВ (Китай) при старте с космодрома вследствие потери управляемости, со взрывом, падением фрагментов на населенный пункт, разрушено и повреждено большое количество домов. Погибло "не менее 6", ранено "более 100 человек". 4 июня авария РН "Ариан-5" (ЕКА) с четырьмя спутниками при пуске с космодрома Куру Французская Гвиана); на 40 с полета РН была аварийно подорвана для того, чтобы избежать падения на г. Куру. Большая часть обломков упала в радиусе 5 км, отдельные - до 17 км. Причинен материальный ущерб в сотни миллионов долларов, а также экологический ущерб природной среде. Люди, живущие в радиусе 25 км от космодрома, в течение 3-х суток жаловались на жжение в глазах, проблемы со зрением и слухом.