4.3. Влияние ракетных пусков на грозовую активность Горного Алтая

Общеизвестный факт воздействия запусков космических аппаратов на газоплазменные оболочки Земли особое значение имеет для исследуемой территории, поскольку основной веер тангажных плоскостей проходит через Алтайский регион. Учитывая оценки (Экологические проблемы..., 2000), электризация тел в потоке водного аэрозоля может существенно влиять на атмосферные перетоки и распределение атмосферного электрического поля. И как следствие этого электрического перераспределения - на грозовую активность (Дмитриев, Шитов, 2004).

Следует также отметить, что по верхнему полупространству Алтая проложены тангажные плоскости ракетных пусков с космодрома Байконур, кроме того, на территории Горного Алтая расположены районы падения вторых степеней (РП-315, 316, 326, 327). Не исключено, что в миграцию очагов грозовой активности, за время регистрации гроз, вмешалась энергоемкая деятельность людей в газоплазменных оболочках данного региона (Кочеева, 2000 (а); Дмитриев, Кочеева, Шитов, 2002). Воздействие ракетных пусков на грозовую активность изучалась и раньше, в частности, установлено, что процессы запуска космических аппаратов стимулируют грозы (Качурин, 1990; Дмитриев, Шитов, 2003). Для выявления грозовой чувствительности Горного Алтая были учтены дни пуска высокотоннажных ракетоносителей "Протон" и "Союз" с космодрома Байконур. В связи с тем, что изучаемые пуски, в основном, разделяются по используемому типу топлива, то для анализа воздействия на грозовую активность Горного Алтая на раздельно анализировали ракетоносители "Союз" и "Протон" (Дмитриев, Шитов, 2003).

В качестве задачи и рабочего предположения были взяты утверждения о нарастании числа гроз в день ракетных пусков и гипотеза о том, что в день пуска грозы должны "высыпаться" по коридору ионосферной турбулентности, возникающей после проработки канала пуска двигательным топливом. Это предположение является очевидным, кроме того, оно поддерживается и выявленным эффектом регионального реагирования геомагнитного поля на пуски ракетоносителей (Дмитриев, Робертус, Шитов, 2002). Остановимся подробнее на этом важном геоэкологическом факте.

Чтобы более значительно представить геофизическую эффективность пусков ракетоносителей (на примере РН "Протон"), рассмотрим имеющиеся количественные оценки ионосферного отклика на доставку продуктов сгорания в верхнюю атмосферу (Экологическая..., 1995; Власов, Кричевский, 1999; Экологические проблемы..., 2000). Выявлено, что РН "Протон" на высоту более 100 км за один пуск выбрасывает:

воды - 36,7 т (что составляет 17% воды природной концентрации на указанных высотах);
азота - 48,6 т (или 17% от общего его природного количества на указанной высоте.

Отметим также, что "азотный" цикл гашения озона представляет собой один из значительных механизмов техногенного подавления концентрации озона;

углекислого газа - 43,7 т (1,5% от его общего количества на указанных высотах).

Далее, рассматривая вклад пусков РН в загрязнение природного электрического состояния ионосферы, приведем следующие количественные оценки. На высоте 100-150 км (согласно циклограмме работы 2-й ступени) объем продуктов сгорания составляет 740 кг/с, а соответствующая этому процессу энергия, составляет 3,6∙1015 эрг. Энергия, выделяемая за счет процесса горения ракетного топлива, на высоте 100-130 км в объеме 1 см3 составляет от 15 до 30 эрг, что в (1,5-3∙107) раз больше максимального притока солнечного ультрафиолета (Экологическая..., 1995; Власов, Кричевский, 1999; Экологические проблемы..., 2000).

Приведенные характеристики свидетельствуют о том, что в течение 60-70 минут над территорией Горного Алтая (а также Хакасии и Тывы) господствует полностью техногенные физико-химические характеристики. Это господство сильно модифицирует естественный режим ионосферных процессов и сказывается на характере геомагнитных процессов, что и подтверждалось прямыми регистрациями падения напряженности вертикальной магнитной составляющей в послепусковой период на территории Горного Алтая (Дмитриев, Робертус, Шитов, 2002). На рисунке 26 показан характер снижения Z-составляющей, а в таблице 14 приведены количественные данные этого явления. Известно, что региональное изменение метеопараметров порождает мощные потоки ветра, инициирующего, в свою очередь, гравитационные и акустические волны из тропосферы в ионосферу. При этом, фиксируются изменения напряженности магнитного поля на 3-6 нТ. При увеличении индекса завихренности, магнитные возмущения достигают сотни нанотесла. Зафиксировано также, что возмущение в тропосфере может быть достаточным, для того, чтобы изменить направление солнечного магнитного поля (Ружин, Скамаровский, 1979; Дмитриев, Шитов, 2004).


Рис.26. Вариации магнитного поля в районе г.Горно-Алтайска при пусках ракет-носителей
02.10, 17.10 и 22.10.2000 г., 24.01. и 27.02.2001 г. (КП "Майма", время местное)

Таблица 14

Характеристики локального снижения Z компоненты в постпусковой период РН Протона

Дата запуска Время от старта, часы Max. Z-значений, нТл Данные Кр Число солнечных пятен, W Примечания
20.10.2000 9 -20 278 211  
17.10.2000 12 -82 321 130  
22.10.2000 15 -200 001 117 Min Kp*
16.11.2000 13 -90 110 142  
24.01.2001 14 -36 193 128  
26.02.2001 15 -40 220 99  
07.04.2001 12 -19 443 153 Max Kp*
28.04.2001 15 -23 153 173  

* - Отметим, что min значению Кр соответствует максимальное снижение Z-компоненты и max Кр соответствует минимальное отклонение Z-компоненты

По возможности полный учет грозовой активности территории республики Алтай в день пуска ракет осуществлялся, согласно штатным предписаниям, всеми гидрометеостанциями. Таким образом, достигалась необходимая объективность опроса территории на реагирование фонового режима электричества в тропосфере на ракетные пуски, вызывающие ионосферные турбулентности, стадийное затухание которых в некоторых случаях происходило в течение суток (Израэль и др., 1970; Новиков, 1986; Власов, 1992).

Как было установлено, характеристика погодового распределения грозовой активности в день запуска показывает существенное увеличение грозовой активности после запуска, при этом отмечается высокий уровень грозовой активности в годы активного освоения космоса (рис.27).


Рис.27. Количество гроз на территории Горного Алтая в день запуска
космических аппаратов (ракетоносители "Протон" и "Союз")

Для изучения реагирования грозовой активности на различные типы ракетоносителей, нами была также произведена выборка количества гроз в дни запусков. В связи с тем, что существующие тангажные плоскости запусков различаются не только качеством геолого-геофизической среды, но и по типам ракетоносителей (РН), то мы выделили дни с грозой при запуске по тангажной плоскости РН "Союз" и РН "Протон" (рис.23). С целью ликвидации региональных особенностей грозовой активности по ГМС, нами была произведена нормировка, заключающаяся в делении количества гроз в дни запусков, на среднегодовой количество гроз по ГМС. Полученный в результате коэффициент реагирования грозовой активности сети ГМС на воздействие запуска РН изображен на рисунке 28. В результате была выделена максимизация гроз по тем ГМС, которые располагаются в районах грозовых очагов (Усть-Кокса, Онгудай, Шебалино, Кызыл-Озек), т.е. оказалось, что техночувствительность гроз совпадала с расположением грозовых очагов. Отметим также, что ракетоносители типа "Союз", отделяемые вторые ступени которых падают на РП-315, 316 более существенно влияют на интенсивность грозовой активности, чем ракетоносители "Протон", отделяемые части которых падают на РП-326, 327. Подобная же закономерность была прослежена и при анализе дней с грозовой активностью до запуска и после. Топливо второй ступени ракетоносителя "Союз" вызывает боле существенное количество гроз в день пуска (200 гроз), чем топливо ракетоносителя "Протон" (150), при фоновом значении 125 и 110 гроз в день.


Рис.28. Коэффициент реагирования грозовой активности на запуски различных ракетоносителей

По (Качурин, 1990)] потенциальная энергия термической неустойчивости, которая может быть превращена в кинетическую при образовании облаков:

F 1014 Дж ≈ 1021 эрг.

При характерном времени разрешения неустойчивости τ =1 час мощность, развиваемая облаком

W 1010 Вт.

Космические аппараты (КА) при запусках сильно заряжаются в атмосфере. Потенциал может достигать 106 В (Качурин, 1990). При этом, создаются условия для провокации молниевых разрядов и повышения грозовой активности. КА в этом случае являются генераторами электромагнитного излучения, создавая в окружающем пространстве радиопомехи. По оценкам специалистов мощность КА, как генератора электростатических помех может достигать 102 - 103 кВт. Так, при запуске в КА "Апполон-12" ударила молния, им же спровоцированная.

Космические аппараты оказывают влияние на слои атмосферы не только при запусках, но и при сгорании в плотных слоях атмосферы. При этом, производится активизация участка атмосферы в трассе падения (электризация), с нарушением внутренней динамики слоев. Наиболее сильным примером могут служить случаи падения орбитальных станций "Скайлэб" и "Салют", энерговыделение которых достигает десятка килотонн тринитротолуола.

В трассе пролета космического аппарата изменяется турбулентность атмосферы и происходит электризация водного аэрозоля. Дополнительный энергетический взнос космического аппарата может в некоторых случаях гасить ураганы, а некоторых - усиливать. Результат при этом может зависеть от: радиуса конденсации в облаке, массовой доли водяного пара, вертикальной протяженности зоны конденсации, вертикальной скорости в облаке. Также будет оказывать влияние тип ракетоносителя и топлива.

Итак, в постановке задачи об отклике грозовой активности на ракетные пуски, решение оказывается удовлетворительным и подтверждающим более ранние результаты о стимуляции грозовой активности ракетными пусками. Физика, физикохимия этого эффекта, видимо, еще связана с качеством геолого-геофизической среды территории и с режимом магнитосферных процессов. Далее следует сделать экологоориентированный вывод о том, что наряду с общим нарастанием грозовой активности эффективность "ракетного вклада" в энергию и частоту встречаемости гроз будет лавинно нарастать.

Таким образом, нет сомнения в том, что запуски оказывают существенное влияние на метеоусловия на больших территориях и часто катастрофичны. Изменяются макротурбулентности верхней и нижней атмосферы, атмосферные перетоки, их динамика, влияющая на большое количество метеорологических и геофизических параметров.