1 Einführung

Weltraumaktivitäten erfordern erhebliche Investitionen für ihre Entwicklung. Die Budgets der nationalen Raumfahrtbehörden und Raumfahrtunternehmen sind in ihrer Größe mit dem jährlichen Bruttoinlandsprodukt einer Reihe europäischer Länder vergleichbar. Sowohl der Staat als auch ausländische Investoren haben große Mengen an Finanzmitteln in den Sektor investiert. Gleichzeitig steht die Entwicklung der heimischen Raketen- und Raumfahrtindustrie vor einer Reihe ernster Probleme, unter denen das Thema Ökologie einen besonderen Platz einnimmt.

Da die Wissenschaft der Ökologie relativ jung ist, wurden ihre wichtigsten Postulate in Haeckels Arbeit (2016) formuliert, in der er die Wechselwirkung verschiedener biologischer Objekte untersuchte. Später begannen Umweltwissenschaftler mehr Aufmerksamkeit auf die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf die Umwelt zu richten (Camp, 2002). Bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts war klar geworden, dass Umweltprobleme globaler Natur waren und einer speziellen Behandlung bedurften, um sie zu lösen (Pelton, 2017).

Das Problem, Lösungen zur Gewährleistung der Umweltsicherheit von Weltraumaktivitäten zu finden, ist angesichts der Intensivierung der Erforschung des erdnahen Weltraums nicht nur durch die Industrieländer, sondern auch durch die Entwicklungsländer von besonderer Bedeutung

Gegenwärtig werden Umweltprobleme in den meisten Fällen auf den Schutz der Biosphäre vor den Auswirkungen menschlicher Wirtschaftstätigkeiten reduziert, was nicht vollständig mit den Zielen und Zielen dieses wissenschaftlichen Bereichs vereinbar ist. Es ist notwendig, nicht nur die Auswirkungen der Unternehmen auf die Umwelt zu berücksichtigen, sondern auch die Auswirkungen auf menschliche Tätigkeiten. Angesichts dieses Problemverständnisses ist es notwendig, sowohl die Auswirkungen der Weltraum- und Raketenindustrie auf die Umwelt als auch die Auswirkungen des Weltraums (Strahlung, Meteoriten usw.) auf menschliche Aktivitäten, lebende Organismen und technische Objekte zu untersuchen.

2 Materialien und Methoden

Der Artikel verwendet eine ökonomische Analysemethode, die die Umweltrisiken und Gefahren für die Umwelt durch Weltraumaktivitäten untersucht, auf deren Grundlage Ansätze entwickelt werden, um Umweltschäden zu bewerten und zu kompensieren. Der Autor geht davon aus, dass die Stärkung der Umweltkontrolle wird die Arbeit auf die Erhöhung der technischen Ebene der Rakete und Weltraumtechnik und die Verringerung der Risiken der negativen Auswirkungen auf die Umwelt zu stimulieren.

3 Ergebnisse

3.1 Auswirkungen von Weltraumaktivitäten auf die natürliche Umwelt

Weltraumaktivitäten umfassen wissenschaftliche Forschung für die Erforschung und Erforschung des Weltraums, die Entwicklung und den Betrieb von Raumfahrttechnik für die Kommunikation, Rundfunk und Überwachung der Erdoberfläche, Umsetzung von Verteidigungsprogrammen und vieles mehr. Die Auswirkungen der Weltraumaktivitäten auf die Umwelt können in spezifische und unspezifische Faktoren unterteilt werden. Zu den spezifischen Faktoren gehören:

— Absturz der Trägerraketen und Teile auf den Boden;

— Emissionen von Treibstoffbestandteilen und deren Verbrennungsprodukten;

— Mechanische Umweltverschmutzung durch Raketenstarts;

— Verschmutzung des erdnahen Weltraums durch Tanks mit abgebrannten Brennelementen, Antriebssysteme, PKI-Strukturen und defekte Raumfahrzeuge;

— Abbau der Ozonschicht und Störung der atmosphärischen Chemie während des Starts einer Rakete.

Die schädlichen Auswirkungen der Weltraumtechnologie nehmen mit der Zunahme der Zahl der unbeabsichtigten Raketenstarts zu (Abbildung 1).

Abbildung 1 Fehler beim Start des Weltraums

Unspezifische Faktoren hängen mit dem Betrieb der Raketen- und Raumfahrtindustrie und der Weltrauminfrastruktur zusammen — Weltraumbahnhof, Ortungsstationen, Kontrollzentren und andere. In unmittelbarer Nähe dieser Anlagen kann es zu einem erhöhten elektromagnetischen Hintergrund, Emissionen von Schadstoffen in die Atmosphäre, einem erhöhten Verbrauch von sauberem Wasser, Energie und dergleichen kommen. Beim Start der Raketen gibt es starke akustische Auswirkungen auf die Umwelt, die sich negativ auf die Biosphäre des Startgebiets auswirken können.

Ein charakteristisches Merkmal der Weltraumtätigkeit ist der Umstand, dass die Umweltbedrohungen in fast allen Phasen des Lebenszyklus der Entwicklung von Raketen- und Raumfahrttechnik manifestiert — von Forschung und Entwicklung bis hin zu Betrieb und Entsorgung. Während der Tests von Raketentriebwerken werden an den Ständen große Mengen an Treibstoffprodukten aus ihnen geworfen, die die Umwelt schädigen (Yang, 2010).

Eine der effizientesten Arten von Kraftstoff, die weit verbreitet in der russischen «Proton», American «Titan», Französisch «Ariane», Chinesisch «Great Campaign», etc. ist ein Unsymmetrisches Dimethylhydrazin — UDMH (Meda, 2007). Diese Art von Raketentreibstoff ist eine der energieeffizientesten, aber es ist sehr schädlich für die Umwelt. UDMH ist der giftigste Brennstoff, der Menschen, Pflanzen und Tiere infiziert (Kubato, 2002).

Der Einsatz von Atomreaktoren in Raumschiffen mit hoher Umlaufbahn stellte eine weitere Bedrohung für die Umwelt dar. Im Falle eines Unfalls während des Starts des Raumfahrttechnik oder des Starts eines Raumfahrzeugs könnten Fragmente von Kernreaktoren, die Brennstoffreste enthalten, in die Umlaufbahn fallen, was zu einer radioaktiven Kontamination der Atmosphäre und der Erdoberfläche führen könnte.

3.2 Auswirkungen des Weltraums auf menschliche Aktivitäten und die Biosphäre

Der Weltraum stellt eine ernsthafte Bedrohung für bemannte und automatisierte Flüge dar. Weltraumstrahlung verursacht den Zusammenbruch von elektronischen Geräten und Geräten, und eine Kollision mit einem Mikrometeoriten oder anderen Objekten kann zur teilweisen oder sogar vollständigen Zerstörung des Raumfahrzeugs führen.

Am anfälligsten sind Sonnenkollektoren, die nicht durch den Schiffsrumpf geschützt werden können. Versuche, Batterien mit einer zusätzlichen Schicht aus Quarzglas und speziellen Legierungen zu schützen, führen zu einer reduzierten Batterieeffizienz und einem erhöhten Batteriegewicht.

Weltraumstrahlung ist eine Gefahr für Computer, elektronische Geräte und andere Geräte von Raumfahrzeugen, die durch Kollisionen mit hochenergetischen Elementarteilchen beschädigt und deaktiviert werden können.

Die biologischen Wirkungen kosmischer Strahlung auf den Menschen sind gefährlich durch die Ionisation lebender Gewebe, was zur Zerstörung zellulärer Strukturen führt.

Das Problem des sogenannten Weltraumschrotts ist in letzter Zeit für die Weltraumtätigkeit besonders relevant geworden. Kosmischer Müll bedeutet normalerweise alle künstlichen Objekte und ihre Fragmente im Weltraum, die nicht mehr funktionieren und keinen sinnvollen Zweck mehr erfüllen können, aber eine Gefahr für Weltraummissionen und die Erde darstellen, wenn sie außer Kontrolle geraten (Chen, 2011). Überschneiden sich die Umlaufbahnen von Weltraumschrott-Objekten mit dem Raumschiff, besteht die Gefahr einer Kollision, die nicht nur zur Zerstörung des vorhandenen Raumschiffs, sondern auch zur Entstehung von Massenschutt führen kann, was eine noch größere Bedrohung für die Weltraumaktivitäten darstellt. Zum Beispiel führte die Kollision des Satelliten «Cosmos-2251» und des amerikanischen Kommunikationssatelliten Iridium im Jahr 2009 zu etwa 600 Fragmenten, die eine Bedrohung für andere Raumfahrzeuge darstellen.

Besonders besorgniserregend sind kinetische Waffentests im erdnahen Weltraum.

Seit 1960 entwickeln und testen Länder Waffen, die den Weltraum verschmutzen.

Am 9. Juli 1962 sprengten die USA auf einer Höhe von 400 km die thermonukleare Rakete «Tor» mit einer Kapazität von 1,4 Megatonnen.

Am 1. November 1968 zerstörte der sowjetische Abfangsatellit «Kosmos-249» den Satelliten «Kosmos-248», der am Vortag in der Erdumlaufbahn platziert wurde.

Am 12. Januar 2007 zerstörte China im Orbit seinen eigenen meteorologischen Satelliten FY-1C mit einer ballistischen Rakete. Der ca. 750 kg schwere Satellit umkreiste die Erde in einer Polarumlaufbahn auf einer Höhe von ca. 865 km. Die Explosion erzeugte mehrere tausend Trümmer

Seit 1980 haben die Vereinigten Staaten regelmäßig Flugabwehrraketen getestet. Am 20. Februar 2008 zerstörten die USA mit der SM-3 ihren eigenen Satelliten «USA-193».

Am 26. März 2019 schoss Indien sein eigenes Raumschiff in einer niedrigen Erdumlaufbahn (in einer Höhe von 300 km) mit einer ballistischen Rakete ab. Etwa 400 Teile des Weltraumschrotts verbleiben nach der Prüfung im Orbit.

Am 15. November 2021 zerstörte Russland seinen Satelliten mit einer Rakete, was zu einer Wolke von Fragmenten führte, die über 400 km umkreisten.

Fragmente kollidierender Teile von Satelliten und Raketentrümmern könnten den erdnahen Weltraum für Raumflüge dauerhaft verschließen.Die Satelliten werden mit zunehmender Geschwindigkeit gestartet, und mit fast derselben Geschwindigkeit kollabieren sie und fügen 4 Prozent der jährlichen Trümmerpopulation hinzu. Die Kollision der Trümmer mit einander führt zur Bildung einer ganzen Wolke von Partikeln namens Kessler-Syndrom (Adilov, 2018), die den Weltraum nach und nach für bemannte und automatische Raumschiffe unbrauchbar macht.

Das Problem der Weltraumschrott könnte in Zukunft deutlich schlimmer werden. Eine Reihe von Unternehmen, wie OneWeb oder SpaceX, haben vorgeschlagen, riesige Flottillen (Konstellationen) von Satelliten mit mehreren hundert bis mehreren tausend Satelliten in den Weltraum zu starten. Wie Sie sich vorstellen können, erhöht sich das Risiko einer Kollision mit dem Start so vieler Satelliten dramatisch. Diese Unternehmen und ihre jeweiligen Raumfahrtagenturen müssen beweisen, dass sie Lösungen für das Problem der Weltraumschrott haben. Sie werden überzeugende Beweise liefern müssen, dass die Satelliten, die sie starten, die Technologie haben, sich selbst loszuwerden, sowie eine Lösung, um die defekten Satelliten zu entfernen (Slavyanov, 2018).

4 Diskussion

Das Problem der Verschmutzung des erdnahen Weltraums ist mittlerweile zu einer Priorität für Weltraumaktivitäten geworden und wurde auf der Juni 2007 Sitzung des Ausschusses der Vereinten Nationen für die friedliche Nutzung des Weltraums «Space Debris Mitigation Guidelines» angenommen, die umfassen:

— Begrenzung der Schuttbildung im Regelbetrieb;

— Minimierung der Folgen von Störungen bei Missionen;

— Verringerung der Wahrscheinlichkeit einer zufälligen Kollision im Orbit;

Vermeidung vorsätzlicher Zerstörung und anderer schädlicher Handlungen;

— Minimierung der Möglichkeit der Zerstörung nach dem Ende der Mission;

— Begrenzung der langfristigen Existenz von Raumschiffen und PH-Orbita-Stadien in erdnahen und geosynchronen Umlaufbahnen nach dem Ende ihrer Mission.

Die Auswirkungen bestimmter Faktoren auf die Umwelt könnten durch die Umstellung auf neue, sauberere Kraftstoffe auf der Grundlage von Kerosin oder Wasserstoff verringert werden, was den Weg für die Mehrfachnutzung von Trägerfahrzeugen ebnen würde. So ist es möglich, den Einfluss von drei Faktoren der Umweltverschmutzung auszuschließen: giftige Kraftstoffverbrennungsprodukte, Verschmutzung des erdnahen Weltraums und unkontrolliertes Fallen von Trägerteilen. Die Entfernung von Weltraummüll wird von Experten auf etwa 100 Jahre geschätzt, und die Kosten für Projekte können die Entwicklung anderer wirtschaftlicher Aktivitäten und Sozialprogramme in den Bereichen Gesundheit und Bildung erheblich verlangsamen. In der aktuellen Phase der wissenschaftlichen und technologischen Entwicklung sind die effektivsten Systeme die Erkennung und Warnung von Raumfahrzeugen, die Weltraummüll und andere Objekte transportieren. Mit eigenen Motoren kann ein Raumschiff seine Umlaufbahn leicht verändern und Kollisionen vermeiden. Satelliten, die am Ende ihrer Lebenszeit sind, sollten über eine Brennstoffreserve verfügen, um eine kontrollierte Flucht aus der Umlaufbahn zu gewährleisten.

Um den durch Weltraumaktivitäten an Dritte verursachten Schaden zu kompensieren, ist es sinnvoll, eine Haftpflichtversicherung in die Aufwendungen von Weltraumunternehmen einzubeziehen.

Daher können Verbesserungen in der Raketen- und Weltraumtechnologie zu einer geringeren Umweltbelastung führen. Die nationalen Weltraumorganisationen, die technische Probleme nicht allein lösen können, müssen die Kosten für die Neutralisierung der Folgen von Unfällen ausgleichen und höhere Beiträge zum internationalen Umweltfonds zahlen. Der Fonds wird für Forschung und Entwicklung im Bereich der Umwelt der Weltraumaktivitäten gewidmet werden.

5 Schlussfolgerung

Unter Berücksichtigung der Schäden, die der natürlichen Umwelt zugefügt werden können, ist es notwendig, die Umweltkontrolle und die Haftung der nationalen Weltraumbehörden und der PSC-Unternehmen für Verstöße gegen die Umweltvorschriften zu stärken.

Auf internationaler Ebene sollte ein Sonderfonds eingerichtet werden, dessen Einnahmen aus Ländern stammen, die im Weltraum tätig sind. Die Beiträge sollten im Verhältnis zur Anzahl der Raumfahrzeuge in niedriger Erdumlaufbahn und zur Anzahl der Trägerraketen stehen. Der Fonds sollte für internationale wissenschaftliche Forschung zur Verringerung der Weltraumverschmutzung eingesetzt werden.

Um Schäden an der Umwelt und an Dritten (betroffene Haushalte, Unternehmen, Privatpersonen) schnell auszugleichen, sollten die Kosten der Haftpflichtversicherung in die Kosten der Raketen- und Raumfahrtindustrie einbezogen werden. Die Höhe der Versicherungsprämie sollte vom Stand der eingesetzten Technologie und der Anzahl der Notfälle und Zwischenfälle im Zusammenhang mit der Weltraumtechnologie abhängen.

In naher Zukunft ist es notwendig, die Arten von Raketentreibstoff, die für die natürliche Umwelt schädlich sind, deutlich zu reduzieren und schließlich vollständig zu beseitigen. Zu diesem Zweck müssen die Mittel für Forschung und Entwicklung für die Entwicklung neuer Raketentriebwerke mit grünem Kraftstoff aufgestockt werden.

Diese Vorschläge werden die Qualität der Raketen- und Weltraumtechnologie verbessern und die Risiken negativer Auswirkungen auf die Umwelt verringern.

Acknowledgments

The reported study was funded by RFBR, project № 20-010-00350.

Статья подготовлена при финансовой поддержке РФФИ, проект № 20-010-00350