|
Исследование принципов и экологических аспектов создания системы
удаления радиоактивных отходов в Космос
Статья опубликована в сборнике "Космос, время, энергия. Сборник статей,
посвящённых 100-летию Д.Д.Иваненко". - М.:"Белка", 2004.- 415с.
Виктор Елисеевич Миненко
Доктор технических наук, Московский государственный технический
университет имени Н.Э.Баумана
Валентин Юрьевич Колосков
ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОТДЕЛ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ;
АКАДЕМИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОСТРАНСТВА. МОСКВА, 121002, ДЕНЕЖНЫЙ ПЕР, 12;
E-MAIL: info@KOCMOC.info
Атомная энергетика является практически
безальтернативным направлением удовлетворения растущих потребностей
человечества в электроэнергии в условиях ограниченности запасов
энергоносителей и необходимости сохранения экологии Земли.
Прогнозируемый Минэкономики уровень
электропотребления РФ может быть обеспечен 2-кратным повышением
мощности атомных электростанций (АЭС), тогда как общая мощность АЭС на
Земле может возрасти примерно в 1,7 раза.
Следствием эксплуатации АЭС является
ежегодное увеличение экологически опасных радиоактивных отходов (РАО):
10-12 тыс. тонн в год по странам мира и 0.9-1,2 тыс. тонн в год по СНГ;
накопленное к 2000 г. количество РАО (отработанное ядерное топливо)
составило около 300 тыс. тонн.
Наиболее острой проблемой, связанной с
функционированием ядерной энергетики, является накопление
высокоактивных отходов в виде продуктов деления и так называемых малых
актинидов (нептуний, америций, кюрий). Особо опасным для всего живого
на Земле является актинид йод-129.
В политике локализации радиоактивных
отходов (РАО), в особенности высокоактивных, принципиально могут быть 3
направления:
• захоронить их на период практически полного распада – превращения в
стабильные изотопы – в литосферу Земли,
• удалить их навечно, без возможности возврата, в космическое
пространство или на другие необитаемые космические тела,
• перевести радиоактивные изотопы, в первую очередь, долгоживущие, в
стабильные элементы или коротко живущие, т.е. провести процесс
трансмутации.
Основным вариантом локализации
радионуклидов является в настоящее время их захоронение в глубоко
залегающие подземные (для высокоактивных и некоторых среднеактивных
отходов) и приповерхностные (для среднеактивных и низкоактивных отходов)
могильники. Переработка и захоронение РАО не обеспечивает полной
экологической безопасности Земли: проникновение в биосферу практически
неперерабатываемых высокоактивных, долгоживущих (кюрий-96, америций-95)
и высокодиффузионных (йод-53, тсхнеций-43, нептуний-95) компонентов РАО
может привести к постепенному вырождению всего живого. Прирост особо
опасных РАО составляет 25-30 т/год в мире и 2,4-3 т/год в СНГ. Два
других варианта являются вспомогательными, так как могут быть
реализованы только для некоторых фракций высокоактивных отходов.
Однако, поскольку речь идёт о фракциях наиболее токсичных и
потенциально опасных для человека отходов, оба данных варианта могут
найти свою нишу среди методов удаления из биосферы большой номенклатуры
высокоактивных отходов.
Несколько замечаний об основных трудностях и недостатках обоих методов.
Для метода трансмутации требуются большие инвестиции в
научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы и
промышленность, кроме того, при этом имеет место образование
дополнительного количества мало- и среднеактивных отходов. Хотя
перспективность этого метода в части, например, сжигания в быстрых
реакторах, не вызывает сомнения.
Недостатками космического направления являются недостаточно
подтвержденная экспериментально безопасность при аварийных ситуациях с
экологически опасными последствиями и достаточно высокий уровень затрат.
Разработка метода космической изоляции РАО находится в начальной стадии.
Однако, неуклонное развитие космической техники позволяет предполагать,
что в близком будущем полеты в Космос станут практически безопасными и
массовыми. В этой связи является разумным и целесообразным использовать
"космические грузопотоки" для удаления с Земли некоторых долгоживущих
особо опасных радионуклидов. Их экологически безопасное захоронение в
земных условиях пока весьма проблематично, а "сжигание" при
трансмутации также не обеспечивает полного решения проблемы.
Среди глобальных проблем человечества радиационная опасность занимает
одно из важнейших мест. К настоящему времени в мире накоплено огромное
количество РАО атомных электростанций, и дальнейшее их накопление на
Земле становится опасным для человечества.
Из общего состава отходов целесообразно выделить особо опасные
долгоживущие, с периодом полураспада, измеряемым миллионами лёт,
радионуклиды, для которых традиционные способы захоронения в
геологических формациях являются неприемлемыми. В связи с этим поиск
дополнительных вариантов изоляции особо опасных РАО становится весьма
актуальным. Одним из таких вариантов и является изоляция РАО в
космическом пространстве.
Возможны следующие варианты изоляции РАО в космосе: 1) на
геоцентрической орбите; 2) на орбитах планет Солнечной системы; 3) на
гелиоцентрической орбите; 4) прямая транспортировка на Солнце; 5)
локализация на Луне, с теми или иными проектами разработки лунных баз;
6) транспортировка на одну из планет Солнечной системы; 7) распыление
РАО за пределы Солнечной системы.
Первый вариант представляется абсолютно неприемлемым по ряду причин.
Во-первых, сегодня мы не можем иметь данных, будет ли человечество
располагать средствами космической техники, необходимыми для решения
этой проблемы, через 300 лет, когда закончится гарантированный срок
безопасной локализации РАО на орбитах Земли. Во-вторых, близлежащие
орбиты легко достижимы и уязвимы по отношению к возможным действиям
конкурирующих стран и террористических группировок (речь идёт, повторяем,
о 300-летнем временном периоде).
Последняя из перечисленных альтернатив, помимо высоких затрат, потребует
радикального пересмотра современных знаний о Космосе и Вселенной на
основе создания качественно новой научной основы, в противном случае мы
будем иметь безответственный подход, когда РАО выводятся за пределы
досягаемости при полном отсутствии осознанного понимания последствий для
человека и окружающего мира.
Выработка такой научной основы и системы знаний, впрочем, необходима в
случае реализации других альтернатив локализации, и прежде всего на
планетах Солнечной системы и их орбитах, что было бы равносильно
бомбардированию планет ядерным оружием с непредсказуемыми последствиями.
Вместе с тем, получение таких знаний в настоящее время, в условиях
прямой рыночной зависимости научных разработок и низкого уровня
научных представлений, находящихся в зачаточной стадии, едва ли
представляется возможным. Скорее всего, можно получить лишь хорошо
проплаченные и кажущиеся весьма убедительными научные заключения, при
полном отсутствии их действительной адекватности и компетентности.
Варианты лунной локализации РАО также потребовали бы высоких затрат на
создание баз. Кроме того, вследствие близости Луны к нашей планете,
нельзя не принимать во внимание непосредственного влияния на Землю тех
процессов, которые происходят на Луне.
Четвёртый вариант, связанный с перемещением РАО в ближайшие окрестности
Солнца, особо чреват непредсказуемостью самых радикальных последствий,
при полной невозможности получения каких-либо достоверных
экспериментальных данных в этой области. Здесь из проведения одного или
нескольких экспериментов по воздействию на Солнце абсолютно не будет
следовать благоприятный исход или допустимость следующего эксперимента,
что полностью обессмысливает такого рода опыты. Так, если живой организм
в течение часа интенсивно облучать радиацией, и он по истечении этого
часа сохранит здоровый вид, отсюда не следует, что через десять дней он
останется жив.
Реакция же научных кругов наиболее промышленно
развитых стран и
имеющиеся разработки и публикации говорят о том, что они не располагают
достаточными знаниями и материалами о Космосе, в основном наивно следуя
пути, на который выводят экономические рыночные процессы, связанные с
взаимодействием финансовых потоков, в русле устоявшихся знаний, не
противоречащих общепринятым ограничительным, но лишённым обоснований
догмам, не адекватным времени.
Вариант с гелиоцентрической орбитой, хотя и требует также серьёзного и
всестороннего обоснования и достаточного уровня знаний о Космосе,
представляется сегодня наиболее приемлемым, как, вероятно, с позиций
экологической безопасности, так и, очевидно, с точки зрения требуемых
затрат.
Несмотря на то, что созданы мощные средства выведения полезных грузов в
космос, прежде чем реализовать данный вариант, необходимо провести
сложные комплексные исследования, решить крупные технические проблемы по
повышению надёжности и безопасности применения средств выведения,
подготовить и согласовать международные правовые документы, убедить
общественность в целесообразности применения данного способа.
Вместе с тем, проектные исследования, проведенные как у нас в стране,
так и за рубежом, обеспечивают возможность перехода к полномасштабной
опытно-конструкторской разработке ракетно-космического комплекса для
решения задачи космического захоронения особо опасных для биосферы
Земли отходов атомной промышленности.
АНАЛИЗ И ОЦЕНКА СХЕМ ВЫВЕДЕНИЯ РАО НА ОРБИТУ ИЗОЛЯЦИИ
Предлагается базовый вариант схемы выведения РАО в Космос, при котором
выведение контейнера с РАО осуществляется ракетой-носителем "Энергия-М"
или "Энергия", запускаемой с космодрома "Байконур". Выведение
контейнера с РАО производится на гелиоцентрическую круговую орбиту
радиусом 1,15 а. е.
Ракета-носитель (РН) выводит орбитальный блок (ОБ) в составе
двухступенчатого разгонного блока (РБ) и транспортного космического
аппарата (ТКА), полезным грузом которого является контейнер с РАО, на
промежуточную орбиту с параметрами Нп = – 20 км, На = 200 км, I = 51,6°.
В районе апогея включается двигательная установка разгонного блока, и ОБ
переводится на опорную орбиту с параметрами Нп=На=200 км. Наклонение при
этом не меняется. Далее РБ выдаёт импульс скорости в плоскости опорной
орбиты, и ОБ переводится на гиперболическую ор-биту относительно Земли.
Система покидает поле тяготения Земли и переходит на гелиоцентрическую
переходную орбиту с параметрами Rп=4,00 а.е. и Rа=1,15 а.е., лежащую в
плоскости эклиптики (Rп – радиус в перигелии, Rа – радиус в афелии). В
афелии полученной переходной орбиты (примерно через полгода полета) с
помощью второй ступени РБ, рассчитанной на длительное время
существования в условиях космического пространства (например, РБ на
твердом топливе), выдается второй разгонный импульс, и ОБ переводится
на круговую эклиптическую орбиту с радиусом 1,15 а.е. (см. рис. 1).
Рис.1. Схема выведения РАО на орбиты
изоляции в Космосе. Гелиоцентрические орбиты R=1,15 а.е.: стабильное
размещение млн. лет, на 10-12 млн. км от Земли; с возможностью контроля
состояния изолированных РАО.
Характеристические скорости на первом и
втором импульсах вычислялись с учётом гравитационных потерь и потерь на
аэродинамику и управление. По результатам расчета, V1= 3443 м/с и V2=
985 м/с. Характеристическая скорость, потребная для формирования
опорной орбиты, составляет Vо = 65 м/с. Кроме того, должна быть
предусмотрена коррекция переходной орбиты после проведения приземного
сеанса измерений на 5-6-м часах полёта на переходной орбите величиной 45
м/с. Суммарная энергетика, затрачиваемая на выведение РАО на целевую
орбиту (с момента выведения на промежуточную орбиту), составляет 4538
м/с
Однако, по нашему мнению, более предпочтительной является схема
выведения с отделением возвращаемой капсулы на радиационно-безопасной
орбите Земли (рис. 2). При этом значительно уменьшение массы за счёт
веса возвращаемой капсулы.
Основные параметры схемы выведения не изменятся, если рассматривать
выведение с других космодромов. При рассмотрении конкретных
ракетно-космических комплексов, формируемых на базе отработанных блоков,
схема выведения может несколько видоизменяться.
Рис.2. Схема выведения РАО с отделением
возвращаемой капсулы.
При ближайшем рассмотрении
массово-энергетических характеристик ракетно-космических комплексов
оказалось, что значительную долю массы полезной нагрузки при прямой
схеме выведения составляют конструкции и системы спасаемой капсулы,
необходимые лишь на тех этапах полёта, на которых в случае возникновения
нештатных ситуаций предусматривается возвращение контейнера с РАО на
Землю. Отделение этих масс на до-статочно раннем этапе полёта позволит
существенно увеличить массу РАО, удаляемых в Космос одним пуском РН.
Для вариантов схемы выведения с отделением возвращаемой капсулы на
возможно более раннем этапе полета принимаем в качестве
радиационно-безопасной орбиты (по достижении которой возвращение
контейнера с РАО на Землю ни в каких ситуациях уже не потребуется)
круговую геоцентрическую орбиту высотой Нкр.= 800 км. Наклонение орбиты
сохраняется исходное. Время существования на такой орбите достигает
нескольких сотен лет (до 300), и за это время могут быть приняты меры
по парированию любых нештатных ситуаций без использования возвращаемой
капсулы. Выведение на опорную орбиту высотой 800 км требует затраты
характеристической скорости на 167 м/с больше, чем на орбиту высотой 200
км.
После отделения возвращаемой капсулы в момент времени, выбираемый из
условия обеспечения коллинеарности вектора скорости на бесконечности
вектору скорости Земли, выдаётся импульс скорости, обеспечивающий
перевод системы на гелио-центрическую переходную орбиту с параметрами Rп=1,00
а.е. и Rа=1,15 а.е., лежащую в плоскости эклиптики. Далее полёт
продолжается аналогично прямой схеме выведения. Характеристические
скорости на первом и втором импульсах (для перевода на переходную орбиту
и круговую гелиоцентрическую орбиту соответственно) составляют VI=3276
м/с и V2=385 м/с. Как и при прямой схеме выведения, должна быть
предусмотрена коррекция переходной орбиты после проведения приземного
сеанса измерений на 5-м - 6-м часу полёта на переходной орбите
величиной 45 м/с. Для обеспечения схода с орбиты возвращаемой капсулы, в
том числе в аварийной ситуации с контейнером, загруженным РАО, требуется
запас характеристической скорости до 300 м/с.
Проведенные в последние годы исследования и проектные проработки
позволяют выделить в качестве средства перемещения перспективный
ядерный энергодвигательный блок (ЯЭДБ) мощностью до 150 кВт. ЯЭДБ в
составе ядерной энергетической установки (ЯЭУ) и электрореактивных
двигательных установок (ЭРДУ), показанный на рис.3, может использоваться
для решения в ближайшем Космосе следующих задач:
• Доставка тяжёлых космических аппаратов (связь, экологический
мониторинг) на геостационарные орбиты и после-дующего питания аппаратуры
кораблей при снижении мощности до 10-40 кВт в течение 5-10 лет;
• Доставка на орбиту функционирования и последующего энергопитания
радиолокаторов космического базирования различного назначения;
• Очистка орбит от отработавших космических аппаратов;
• Удаление в дальний Космос особо опасных РАО;
• Очистка Космоса на высотах 800-2000 км от мелких осколков космических
объектов;
• Обеспечение грузопотоков при развитии промышленности на Луне;
• Доставка к дальним планетам, астероидам и кометам исследовательских
космических аппаратов.
Рис.3. Перспективный ядерный
энергодвигательный блок (ЯЭДБ)
ВОЗМОЖНЫЕ НЕШТАТНЫЕ СИТУАЦИИ ПРИ ВЫВЕДЕНИИ
РАО В КОСМОС И ПУТИ ВЫХОДА ИЗ НИХ
Одним из основных условий задачи удаления РАО в Космос является полное
исключение возможности непосредственного контакта удаляемых
радионуклидов с земной биосферой как в штатном полёте, так и при любых
аварийных ситуациях.
Построение ракетно-космического комплекса должно обеспечивать
парирование аварийной ситуации с выполнением выше-указанного условия в
любой момент времени в процессе полёта, вплоть до выхода на целевую
орбиту захоронения РАО.
Наиболее критичными требованиями к конструкции космического аппарата,
обеспечивающего выведение РАО в Космос, являются требования по прочности
и термостойкости в следующих случаях:
• Взрыв РН или используемых в составе ракетно-космической системы (РКС)
ракетных блоков на старте и в полёте с после-дующим горением компонентов
топлива.
• Столкновение с объектами естественного или искусственного
происхождения на орбитальном околоземном участке полёта.
• Возвращение спасаемой капсулы в атмосферу Земли с большими углами
входа и скоростями, вплоть до второй космической.
• Падение аппарата о РАО на скальный или мёрзлый грунт со скоростью
соударения до 100 м/с и ударными нагрузками до 100-150 g.
• Попадание аппарата на водную поверхность, с обеспечением
гарантированной плавучести.
С учётом соображений безопасности, а также экономических,
представляется целесообразным использование возвращаемой капсулы по
схеме «несущий корпус», которая предпочтительна по сравнению с
вариантами «скользящего» и крылатого корпусов, поскольку одновременно
обеспечивает всепогодность посадки, точность посадки, точность
приведения на заданный полигон при аварии на участке выведения, а также
перспективу использования для решения других задач.
Рассматривались варианты программы подготовки к полёту, программы полёта
в штатных и нештатных ситуациях, анализ возможных нештатных ситуаций и
методы выхода из них; проведен анализ надёжности средств выведения,
предназначенных для удаления в Космос радиоактивных отходов, рассмотрены
пути её повышения.
ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ (В ТОМ ЧИСЛЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ) НА ВСЕХ
ЭТАПАХ ПОДГОТОВКИ И УДАЛЕНИЯ РАО В КОСМОС
Анализ специфических особенностей процесса космической изоляции РАО с
учетом требуемой частоты пусков РН и возможностей парирования аварийных
исходов позволяет выявить ряд проблемных вопросов, требующих решения для
обеспечения безопасности эксплуатации системы. Основные из них
следующие:
• локальное разрушение озонового слоя атмосферы Земли;
• увеличение концентрации паров воды и окислов углерода в атмосфере
Земли;
• концентрация особо опасных РАО в отдельных районах космического
пространства;
• сосредоточение РАО в местах, не приспособленных для их сбора и
хранения (космодромы);
• возможность попадания особо опасных РАО в биосферу Земли; повышение
допустимых норм радиоактивного облучения обслуживающего персонала или
населения;
• возможность аварии РН в полете и падение контейнера с РАО в населенных
районах.
Исходя из анализа потенциальных видов опасности и возможных последствий
от их воздействия на человека, предварительно можно отметить следующее.
Вода и водород являются естественными составляющими атмосферы и не
оказывают влияния на окружающую среду. К нежелательным локальным
последствиям в районе пусков ракет-носителей могут привести выбросы
хлористого водорода и окислов алюминия, содержащихся в продуктах
сгорания некоторых носителей, в частности "Ариан" и "Шаттла". Эти
выбросы могут вызывать выпадение кислотных дождей, увеличение
содержания в воздухе взвешенных частиц металла, токсичное заражение
атмосферы, изменение погодных условий на близлежащих территориях. Эти
эффекты носят кратковременный характер, поскольку турбулентные течения
в приземной атмосфере приводят к быстрому перемешиванию выброшенных
химических компонентов и снижению их концентрации до безопасного
уровня. Следует отметить, что эти составляющие выбросов образуются при
сгорании твердых ракетных топлив и не содержатся в продуктах сгорания
предполагаемых к использованию отечественных ракет-носителей.
Наибольшие опасения вызывают воздействия продуктов сгорания на
озоносферу Земли. Полученные при моделировании процесса взаимодействия
атмосферы с продуктами сгорания результаты показали, что в следе РН
диаметром несколько сотен метров озон разрушается полностью практически
мгновенно. Под влиянием макротурбулентной диффузии выброшенные вещества
перемешиваются в столбе газов диаметром несколько километров. Содержание
озона в зоне радиусом 5 км на высотах 16-20 км через 2 часа уменьшается
на 15-20%, на высоте 30 км через 2,5-3 часа - на 50%. Через несколько
часов после прохождения РН происходит затягивание озонового туннеля за
счёт перемешивания газов. Максимальный радиус зоны с 10%-м разрушением
озона составляет 4-5 км на высотах 15-24 км (через 3 часа после
старта). Через несколько суток после пуска РН продукты сгорания их
компонентов перемешиваются в области диаметром несколько сотен
километров. В свою очередь, эта область будет переноситься зональным
воздушным потоком, оставаясь примерно на одной широте. Максимальное
разрушение озона в области диаметром 550 км происходит на высотах 24-30
км примерно через 24 дня после старта. Для ракеты-носителя "Энергия-М"
оно составит около 3%. Затем происходит процесс восстановления
озонового слоя за счет естественных процессов образования озона.
Процессы взаимодействия озона с веществами, входящими в состав продуктов
сгорания весьма сложны и недостаточно изучены. Характер фотохимических
процессов в облаке выбросов продуктов сгорания ракетного топлива
определяется такими факторами, как химический состав загрязняющих
атмосферу веществ, их концентрация, условия освещенности атмосферы,
наличие фотодиссоициации. Поскольку малые газовые составляющие
атмосферы тесно связаны между собой фотохимически, приходится
рассматривать целую систему реагирующих друг с другом газов. Другой
группой процессов, определяющих изменение газового состава атмосферы,
являются динамические процессы. Будем считать, что динамика облака
ракетных выбросов определяется обычными процессами упорядоченного
переноса и турбулентной диффузии в атмосфере. Эти процессы будут, с
одной стороны, способствовать распространению химически активных веществ
вне начального следа, а с другой стороны, в результате действия этих
процессов будет деформироваться и заполняться озоновый туннель,
образующийся в следе ракеты-носителя. Приближенные расчеты показывают,
что при еженедельных пусках РН "Энергия" и "Энергия-М" (примерно
требуемая частота пусков) можно ожидать общей потери озона над Северным
полушарием в пределах 1,5-2,5%. Однако, необходимы специальные
исследования по уточнению этих оценок и определению предельно
допустимой интенсивности пусков РН различной грузоподъемности для
обеспечения сохранения равновесного состояния озонового слоя Земли.
Географическое положение нашей страны и полигонов запусков КА таково,
что выбрать трассу полета РН, при условии выполнения требований по
безопасности, является трудоемкой задачей. Особо остро стоит вопрос
выбора районов падения отработавших блоков ракет-носителей. Обычно
падение блоков первых ступеней сопровождается взрывами, пожарами и
разбрасыванием элементов конструкции и компонентов топлива в местах
приземления. Например, в баках блоков первой ступени РН "Энергия"
остается суммарно около 8 тонн топлива. При падении блоков топливные
баки взрываются и возникает пожар. Изучение участков почвы, загрязнённой
керосинами, показывает, что эффект загрязнения заключается в изменении
размера популяции и биомассы почвенной микросферы. Растительность этих
участков восстанавливается медленно, вследствие снижения проницаемости
и газообмена почвы.
Количественный прогноз объёма грузопотоков для решения задачи
космической изоляции РАО показывает, что для полного удаления годового
накопления подлежащих космическому захоронению РАО, выделяемых из ОЯТ
только из стран СНГ, потребуется до 45 пусков РН типа «Энергия-М» в год
при прямой схеме выведения и двухступенчатом РБ на химическом топливе
на гелиоцентрическую орбиту. При использовании схемы выведения с
отделением возвращаемой капсулы на радиационно-безопасной орбите эта
задача может быть решена за 19-20 пусков РН «Энергия-М» в год.
ВЫВОДЫ И УТВЕРЖДЕНИЯ, КОТОРЫЕ ПОЗВОЛЯЮТ СДЕЛАТЬ ПРОВЕДЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
• Основными кандидатами на удаление в космос являются: радиоизотопы йода
(йод-129) и технеция (технеций-99), имеющие большие периоды
полураспада; их активность за счет диффузии через среды захоронения в
условиях Земли интенсивно передается по водным и пищевым цепочкам в
организмы животных и человека, а также нептуний, обладающий
значительным нейтронным излучением, но относительно малым
тепловыделением, что позволяет отнести его к "холодным" радионуклидам;
актиниды америций и кюрий, - имеющие длительные периоды полураспада,
обладающие значительным нейтронным излучением, а также большим удельным
радиационным тепловыделением; а также осколочные радиоизотопы циркония.
В соответствии с рекомендациями Радиевого института, из числа
предлагаемых к удалению в космос РАО на первом этапе могут быть
исключены радионуклиды циркония, составляющие лишь 20% от общей массы
долгоживущих РАО (причём доля изотопа цирконий-93 с большим периодом
полураспада составляет лишь 20% от массы всех его изотопов), а также
"горячие" радионуклиды америций и кюрий. Годовое накопление особо
опасных долгоживущих РАО, предлагаемых для космической изоляции на
первом этапе (йод-129, технеций-99 нептуний-237), в химически связанном
состоянии оценивается для стран СНГ на уровне 3000 кг; для всех стран
мира - на уровне 30000 кг.
• Создание контейнера для размещения РАО, загружаемого на биохимическом
заводе и устанавливаемого в транспортный космический аппарат с
необходимыми прочностными и массовыми характеристиками и
обеспечивающего необходимую радиационную защиту, при условии тесного
взаимодействия специалистов по атомной и ракетно-космической технике, в
настоящее время является реально выполнимой задачей. В зависимости от
типа удаляемых РАО, отношение массы загружаемых РАО к массе
загруженного контейнера находиться в пределах 1:5 - 1:15.
• Для обеспечения требующихся для контейнера условий в процессе
выведения, возможности его спасения на всех этапах полёта в случае
возникновения нештатных ситуаций со средствами выведения, обязательным
составляющим элементом системы выведения является транспортный
космический аппарат. Наиболее полно требования по безопасности
выведения контейнера с РАО в космос реализуются в варианте использования
в составе ТКА возвращаемой маневрирующей капсулы, обеспечивающей
проведение манёвра с отклонением боковой дальности до 1000-1500 км и по
продольной дальности до 7000 км.
• По приемлемой массовой отдаче, по времени существования в Космосе, а
также по возможности последующего контроля за выведенными РАО
оптимальными характеристиками обладают гелиоцентрические орбиты с
радиусом Ккр.~ 1,15 а. е.
• Ракетно-космическим комплексом, создание которого возможно на базе
существующих научно-производственных достижений, может быть комплекс в
составе РН "Энергия-М", РБ типа "Ястреб", РБ с твердотопливной ДУ, ТКА с
возвращаемой маневрирующей капсулой. Одним пуском такого комплекса
может быть обеспечено удаление в космос около 650 кг "холодных" РАО
(йод, технеций, нептуний), при массе снаряженного контейнера 3300 кг.
Компоновочная схема космической головной части ракетного комплекса, для
варианта с отделением возвращаемой капсулы, показана на рисунке 4. Передача
контейнера полезного груза осуществляется с помощью телеуправляемого
манипулятора с организацией люка на бортовой поверхности капсулы по
типу люка воздушно-космического самолёта «Буран» или «Спейс-шаттл».
Рис.4. Компоновочная схема космической
головной части ракетного комплекса для варианта с отделением
возвращаемой капсулы (слева) и прямого варианта полёта (справа).
• При этом для выполнения минимальной программы удаления РАО,
вырабатываемых в СНГ, может потребоваться 4-5 пусков РН типа "Энергия-М"
в год.
• Предварительные оценки технико-экономических показателей показали,
что затраты на осуществление минимальной программы удаления РАО
отечественной наработки в космос могут достигать 220-400 млн. долл. США
в год, что должно быть признано приемлемым в связи с важностью задачи
очистки биосферы от особо опасных РАО. Предоставление услуг по решению
задачи космического захоронения РАО другим странам, исходя из мировых
цен на космические услуги, может быть целесообразным.
• Созданные в странах СНГ - в России, на Украине и в Казахстане
ракеты-носители, космические разгонные блоки, возвращаемые космические
аппараты, средства контроля и управления полетом, космодромы могут
являться базой для создания комплекса ракетно-космических средств,
способных обеспечить изоляцию особо опасных РАО в космосе.
• Вместе с решением основной проблемы - защиты экологии Земли, - работы
по созданию этих средств являются перспективным направлением развития
ракетно-космической отрасли и мо-гут способствовать экономическому
подъему стран СНГ.
• Международное значение и масштабность задачи космической изоляции
особо опасных РАО делает необходимым объединение усилий для ее решения
различных государственных и частных организаций, располагающих
необходимыми финансовыми и техническими возможностями.
• Концепция космической изоляции особо опасных РАО охватывает вопросы
их подготовки и транспортировки в Космос, облика ракетно-космических
средств, затрат на их создание и международной организации работ.
• Идея удаления особо опасных РАО за пределы Земли и их изоляция в
безопасных районах Солнечной системы привлекает все большее внимание
специалистов.
• Накопленный в странах СНГ и в мире огромный потенциал в области
создания ракетно-космической техники, который с сокращением
стратегических вооружений становится не востребованным, может и должен
быть направлен на решение общечеловеческих проблем, в частности, на
сохранение экологии Земли и удаление особо опасных РАО за ее пределы.
Сказанное выше позволяет сделать заключение, что рассматриваемый в этой
работе вариант решения проблемы удаления особо опасных РАО, видимо, не
имеет альтернативы в ближайшем будущем. Вместе с тем, поскольку
указанная проблема имеет в настоящее время первостепенное значение для
выживания и развития цивилизации, необходимость решения ряда
сопутствующих вопросов, связанных с проблемами экологической
безопасности, не вызывает сомнений.
Это приводит к постановке ряда насущных вопросов, на которые современная
наука не в состоянии дать ответа. Эти вопросы следующие.
• о возможном существовании органических и неорганических форм сознания
и жизни в космическом пространстве, в частности, на планетах Солнечной
системы, самом Солнце и межпланетном пространстве (с точки зрения их
реакции на какие-либо искусственные воздействия или изменения в
космическом пространстве).
• о взаимосвязи и взаимодействии процессов и явлений, происходящих на
отдельных планетах; о влиянии друг на друга удалённых планет и
массивных космических объектов.
• о воздействии Солнца и планет на процессы, происходящие на Земле и
других планетах. Не имея достоверного ответа на ряд вопросов, связанных
с этой проблемой, рассматривать варианты локализации РАО не
гелиоцентрических орбитах было бы проявлением недопустимой
безответственности.
• о понимании высших форм существования действительности и возможных
реальных механизмов их воздействия и взаимодействия с другими формами.
При
подготовке этой работы возникла интересная дискуссия авторов с
профессором И.С. Головниным, который независимо, будучи незнаком с
нашими идеями, указал нам на недопустимость решения каких-либо вопросов
о локализации атомных отходов в Космосе без соответствующей
фундаментальной базы знаний. По словам Игоря Стефановича, «Что такое
Космос, сегодня не знает никто, и вывоз радиоактивных отходов в
космическое пространство может иметь самые непредсказуемые последствия».
Результаты опытов в атомной сфере, которыми сегодня располагает
человечество, не дают оснований для той экстраполяции на происходящие в
звёздах процессы, которая проводится узкопрофильными теоретиками. С
целью адекватного описания процессов и явлений, происходящих внутри
звёзд и даже во внутренних сферах планет, необходимо учитывать многие
факторы, в том числе практически неизученное сегодня явление тяготения,
явления коллективного взаимодействия астрономически больших количеств
частиц, возможные отклонения размерности пространства и времени от
целочисленных значений в массивных звёздах, и многое другое.
Представляется, что физика звёзд, вероятно, на самом деле имеет
совершенно иной смысл, чем тот, каким его видела наука
XX
века. В статье И.С.Головнина рассказано о перспективах концепции
замкнутого цикла, то есть полной переработки с использованием продуктов
и отходов атомной индустрии, не требующей их локализации или
захоронения. В настоящее время такие технологии существуют и имеют
солидную экспериментальную базу, хотя, к сожалению, в связи с
экономическими проблемами работы в этом направлении остановлены.
• о зависимости научных теорий, представлений и выводов от явлений и
процессов, связанных с хозяйственно-экономической деятельностью, от
преобладающих в обществе естественно-научных взглядов и представлений и
от состояния окружающей среды.
• об адекватности описания методами теории вероятности сложных или
глобальных процессов, непосредственно связанных с жизнью коллективов
людей и создаваемых ими функциональных технических, хозяйственных и
экономических систем.
• о понимании, описании и прогнозировании законов и явлений окружающей
действительности, не предоставляющих возможности экспериментальной
проверки.
С одной
стороны, принцип экспериментальной проверки основан на теории
вероятности как базе статистической теории экспериментальной
достоверности. Однако, этот принцип легко может быть поставлен под
сомнение для тех процессов, в которых теория вероятности нарушается либо
неприменима в принципе.
С другой –
речь идёт о таких процессах и явлениях, которые не допускают
экспериментальной проверки, в то время как их теоретическое предсказание
или описание легко может оказаться ошибочным, несмотря на любой самый
высокий авторитет теоретиков.
Требования, предъявляемые к новым знаниям, должны значительно превышать
те требования, которым удовлетворяла классическая наука прошлого
столетия, основывавшаяся на сомнительных и не находящих строгого
обоснования постулатах, на ряде понятий, коллективно принимаемых на
веру, и строившая свои выводы исключительно при наличии благоприятных
условий многократно повторяемых экспериментальных проверок, имея
возможность отвергать любую постановку вопросов, не до-пускающих
эмпирической проверки, хотя и наиболее жизненно важных. Новая система
знаний должна также включать в себя моральные нормы, регулирующие не
только отношения между людьми, но и отношения человека с Природой.
Только такая наука, основанная на интегративных знаниях и более полных и
совершенных представлениях о различных видах и формах действительности,
которая нас окружает и оказывает непосредственное влияние на те процессы
и явления, которые происходят в мире, способна стать основой,
фундаментальной теоретической базой, необходимой для решения сложнейших
технических проблем, прежде всего связанных с экономикой.
Именно об этой науке мечтали лучшие умы человечества. По словам Главного
конструктора ракетно-космических систем Сергея Павловича Королёва,
«...увлекательные планы исследования Вселенной, это шаги в будущее. Это
будущее, хотя и не столь близкое, но реальное, поскольку оно опирается
на уже достигнутое. Каждый космический год – это новый шаг вперёд
отечественной науки по пути познания сокровенных тайн природы. Наш
великий соотечественник К.Э.Циолковский говорил: «Не-возможное сегодня,
становится возможным завтра». Вся история развития космонавтики
подтверждает правоту этих слов. То, что казалось несбыточным на
протяжении веков, что ещё вчера было лишь дерзновенной мечтой, сегодня
становится реальной задачей, а завтра – свершением. Нет преград
человеческой мысли!»
А сегодня, в годовщину 100-летнего юбилея выдающегося физика Дмитрия
Дмитриевича Иваненко, авторы настоящей статьи пользуются случаем особо
отметить тот вклад, который внёс профессор Иваненко в дело построения
той фундаментальной картины мира, о которой он всегда с таким
энтузиазмом говорил на своих семинарах и страницах научных работ. Целью
же настоящей статьи является показать, что сегодня потребность в такой
новой, фундаментальной науке с необходимостью обусловливается
глобальными и масштабными проблемами, которые стоят перед современной
цивилизацией. Проблемы эти настолько важны, что их решение является
вопросом жизни или смерти – вопросом сохранения всей жизни на нашей
планете.
Вместе с тем, проблема локализации РАО в Космосе, безусловно, требует
также проведения комплексных и фундаментальных исследований в сфере
экономики. Действительно, в условиях, когда научные разработки стали
проводиться исключительно на профессиональной основе, то есть
оплачиваемой, результаты исследований неизбежно оказываются зависимыми и
управляются финансовыми потоками.
В условиях отсутствия адекватных знаний, при решении эко-логических
проблем такая система организации науки неизбежно приводит к не
поддающейся контролю зависимости комплексов мер по обеспечению
экологической безопасности планеты от механизмов и сил, к обеспечению
реальной безопасности отношения не имеющих.
Вопросы должны решаться с привлечением людей, имеющих значительный опыт
активной и эффективной работы на финансовых рынках и в экономической
сфере. Кроме нескольких замечаний Дж. Сороса (который ввёл понятие
«Рыночного фундаментализма», указывая на необходимость принятия ряда
мер по усилению государственного регулирования с целью контроля
некоторыми неуправляемыми процессами рынка, представляющими
значительную угрозу как самой экономике, так и экосистеме в целом), в
настоящее время подобные исследования рынка, насколько нам известно, не
имеют чётко определённого места в мировой практике, где зачастую
проблемы решаются по классическому принципу, восходящему к Адаму Смиту
«The market is always right» («рынок всегда прав»). Возможно, рынок на
самом деле прав, хотя в ходе проводимых нами исследований, ответы на
многие вопросы ещё только предстоит получить. Но если бы эта поговорка
действительно была правильной, мы едва ли имели сегодня столько проблем,
связанных с экологическим кризисом такого масштаба, который имеет
место, по данным ООН, впервые за последние по крайней мере 65 миллионов
лет.
Мы же со своей стороны в заключение выскажем идею, к которой приводит
опыт исследований, уже проведенных в этой сфере. Проблемы, связанные с
экономикой, могли бы оказаться в значительно большей мере связаны с
вопросами об экологической безопасности, локализации РАО и
соответствующих требованиях к современной науке, чем обычно думают в
настоящее время.
Работа проводилась по инициативе и под руководством руководителя ЦНИИМАШ
Мозжорина Ю.А.
В проведенных исследованиях и разработках проблемы выведения РАО в
космос принимали участие специалисты РКК «Энергия» во взаимодействии с
ЦНИИМАШ, НПО «Радиевый институт им. В.Г.Хлопина», и другими
организациями атомной промышленности, в том числе Лакеев В.Н., Клиппа
В.П., Рогов А.В., Сорокин Л.Г., Дякин В.М., Маслов В.С., Щукин А.Н.,
Дитрих А.В., Синявский В.В., и другие.
|
