Анализ распределения фрагментов отделяющихся частей ракетоносителей «Протон» на территории Республики Алтай

4. Атлас Алтайского края. - М.; Барнаул, 1978. - Т. 1.

5. ГОСТ 19179-73. - Гидрология суши. Термины и определения. - М., 1975.

6. Географический энциклопедический словарь. Понятия и термины. - М., 1988.

7. Hutchinson, M.F. A new procedure for gridding elevation and stream line data with automatic removal of spurious pits / M.F. Hutchinson //

Journal of Hydrology. - 1989. - 106.

8. Hutchinson, M.F. Calculation of hydrologically sound digital elevation models / M.F. Hutchinson // Proc. of the Third International Symposium on Spatial Data Handling. - Sidney: IGU Columbus, 1988.

9. Справка ArcGIS 10.1 [Э/р]. - Р/д: http://resources.arcgis.com/ru/help

10. Черных, Д.В. Пространственная организация ландшафтов бассейна реки Барнаулки / Д.В. Черных, Д.В. Золотов. - Новосибирск, 2011.

11. Заславский, М.Н. Эрозиоведение. - М., 1983.

12. Кренке, А.Н. Отображение основных функциональных свойств ландшафтного покрова на основе дистанционной информации для

обеспечения начальных стадий проектирования освоения углеводородных и лесных ресурсов / А.Н. Кренке, Ю.Г. Пузаченко // Ланд-

шафтоведение: теория, методы, региональные исследования, практика: материалы XI Международной ландшафтной конф. -

М., 2006.

13. Барталев, С.А. Сравнительный анализ данных спутниковых систем Космос-1939, SPOT и Landsat-TM при изучении бореальных ле-

сов / С.А. Барталев, В.М. Жирин, Д.В. Ершов // Исследование Земли из космоса. - 1995. - № 1.

14. Литинский, П.Ю. Трехмерное моделирование структуры и динамики таежных ландшафтов. - Петрозаводск, 2007.

15. Лабутина, И.А. Дешифрирование аэрокосмических снимков: учеб. пособие для студентов вузов. - М., 2004.

Bibliography

1. Puzachenko, M.Yu. Muljtifunkcionaljnihyj landshaftnihyj analiz yugo-zapada valdayjskoyj vozvihshennosti: avtoref. diss. kand. geogr. nauk. -M., 2009.

2. Geoinformatika. - M., 2008.

3. Shovengerdt, R.A. Distancionnoe zondirovanie. Metodih i modeli obrabotki izobrazheniyj. - M., 2010.

4. Atlas Altayjskogo kraya. - M.; Barnaul, 1978. - T. 1.

5. GOST 19179-73. - Gidrologiya sushi. Terminih i opredeleniya. - M., 1975.

6. Geograficheskiyj ehnciklopedicheskiyj slovarj. Ponyatiya i terminih. - M., 1988.

7. Hutchinson, M.F. A new procedure for gridding elevation and stream line data with automatic removal of spurious pits / M.F. Hutchinson //

Journal of Hydrology. - 1989. - 106.

8. Hutchinson, M.F. Calculation of hydrologically sound digital elevation models / M.F. Hutchinson // Proc. of the Third International Symposium

on Spatial Data Handling. - Sidney: IGU Columbus, 1988.

9. Spravka ArcGIS 10.1 [Eh/r]. - R/d: http://resources.arcgis.com/ru/help

10. Chernihkh, D.V. Prostranstvennaya organizaciya landshaftov basseyjna reki Barnaulki / D.V. Chernihkh, D.V. Zolotov. - Novosibirsk, 2011.

11. Zaslavskiyj, M.N. Ehroziovedenie. - M., 1983.

12. Krenke, A.N. Otobrazhenie osnovnihkh funkcionaljnihkh svoyjstv landshaftnogo pokrova na osnove distancionnoyj informacii dlya obespecheniya nachaljnihkh stadiyj proektirovaniya osvoeniya uglevodorodnihkh i lesnihkh resursov / A.N. Krenke, Yu.G. Puzachenko // Landshaftovedenie: teoriya, metodih, regionaljnihe issledovaniya, praktika: materialih XI Mezhdunarodnoyj landshaftnoyj konf. - M., 2006.

13. Bartalev, S.A. Sravniteljnihyj analiz dannihkh sputnikovihkh sistem Kosmos-1939, SPOT i Landsat-TM pri izuchenii borealjnihkh lesov / S.A. Bartalev, V.M. Zhirin, D.V. Ershov // Issledovanie Zemli iz kosmosa. - 1995. - № 1.

14. Litinskiyj, P.Yu. Trekhmernoe modelirovanie strukturih i dinamiki taezhnihkh landshaftov. - Petrozavodsk, 2007.

15. Labutina, I.A. Deshifrirovanie aehrokosmicheskikh snimkov: ucheb. posobie dlya studentov vuzov. - M., 2004.

Статья поступила в редакцию 24.03.13

УДК 502.36

Robertus Y. V, Puzanov A. V, Lyubimov R. V, Arkhipov I.A., Gorbachev I. V. ANALYSIS OF FRAGMENTS SEPARATED PARTS OF CARRIER ROCKETS «PROTON» IN ALTAI REPUBLIC. The paper presents the results of many years of studying the characteristics of the spatial distribution of fragments of separating parts of carrier rockets «Proton» in the Republic Altai. It is shown that the integrated area of placement of fragments separated parts of launch vehicles is four times larger than the calculated area of impact areas. Preset percentage and features of the spatial distribution of the fragments outside the settlement contours impact areas.

Key words: carrier rockets «Proton», impact areas, fragments of separating parts, environmental impacts, analysis of the spatial distribution.

Ю.В. Робертус, канд. геолого-минерал. наук, в.н.с. Института водных и экологических проблем

СО РАН г. Барнаул; А.В. Пузанов, д-р биол. наук, зам. директора ИВЭП СО РАН; Р.В. Любимов, канд.

геолого-минерал. наук, н.с. ИВЭП СО РАН; И.А. Архипов, канд. географ. наук, с.н.с. ИВЭП СО РАН;

И.В. Горбачев, н.с. ИВЭП СО РАН, г. Барнаул, E-mail: puzanov@iwep.ru

АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ФРАГМЕНТОВ ОТДЕЛЯЮЩИХСЯ ЧАСТЕЙ РАКЕТОНОСИТЕЛЕЙ «ПРОТОН» НА ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ АЛТАЙ

Приводятся результаты многолетнего изучения особенностей пространственного распределения фрагментов отделяющихся частей ракетоносителей «Протон» на территории Республики Алтай. Показано, что их интегральная площадь в четыре раза больше, чем расчетная. Предварительно установлены доля и особенности пространственного распределения фрагментов, находящихся вне расчетных контуров районов падения.

Ключевые слова: ракетоносители «Протон», районы падения, фрагменты отделяющихся частей, экологические последствия, анализ пространственного распределения.

За последние сорок лет районы падения (РП) вторых ступеней ракетоносителей (РН) «Протон» № 310, 326, 327 целиком или частично расположенные на территории Республики Алтай (РА) использовались по официальным данным 279 раз. Среди отделяющихся частей (ОЧ) ракетоносителей фиксируется не

только вторые ступени, но и головные обтекатели и др. фрагменты (таблица 1).

Имеющиеся данные свидетельствуют о разноплановом (акустическом, механическом, тепловом, химическом) воздействии фрагментов отделяющихся частей РН (ОЧ РН) на окружающую

Данные работ 1996-2012 гг. по оценке экологических последствий пусков на территории РА и сопредельных регионов свидетельствуют о том, что часть из них сопровождалась вылетом фрагментов ОЧ РН за пределы расчетных РП (до 30-50 км). Примерная доля таких фрагментов варьирует для разных пусков в пределах 0-10%.

Зафиксированные в последнее десятилетие более полусотни случаев вылета фрагментов ОЧ РН за пределы расчетных контуров РП № 310 и 327 составляют, по-видимому, лишь небольшую часть от их числа (менее 10% с учетом труднодос-тупности горной местности для их выявления). Часть из вылетевших фрагментов приземлилась

Таблица 2

Последствия воздействия фрагментов ОЧ РН «Протон» на окружающую среду РА

Таблица 1

Характеристика районов падения ОЧ РН «Протон» на территории Республики Алтай

№ РП Зона Площадь, км2 Запуск РН

общая в РА

начало, г. число

310 Ю-30 2512 52 1972 37

326 Ю-32 5181 3056 1974 164

327 Ю-31 2198 2198 1970 78

Примечание: данные на конец 2012 г.

Факторы воздействия Виды воздействия Среды-реципиенты воздействия Основные последствия воздействия

Ударные волны акустическое приземная атмосфера сейсмоколебания

Раскаленные ОЧ РН тепловое растительный покров лесные пожары

Тяжелые фрагменты ОЧРН механическое почвы, грунты, древостой деформация, разрушение, замусоривание ландшафтов

Содержащие КРТ фрагменты ОЧ РН химическое почвы, поверхностные воды, растения химическое загрязнение природных сред

Рис. 1. Схема площадей размещения фрагментов ОЧ РН «Протон» на территории РА:

1 - расчетные контуры районов падения и их номера; 2 - выявленные фрагменты;

3 - фактические контуры площадей размещения фрагментов, 4 - проекция трассы пусков РН

среду региона (таблица 2). В частности, взрывной ударной волной производятся заметные колебания приземной атмосферы и земной поверхности (до 3 баллов по шкале Рихтера). Тепловое воздействие части фрагментов инициирует лесные пожары, а падение тяжелых фрагментов - деформацию почвогрунтов и нарушения растительного покрова. Химический фактор заключается во вторичном загрязнении природных сред токсичными компонентами ракетных топлив (КРТ), сорбированными на поверхности части фрагментов ОЧ РН [1-2].

Общая масса фрагментов ОЧ РН, размещенных за все время пусков на территории республики, составляет около 2000 т, а их количество - многие десятки тысяч единиц, которыми замусорено примерно 23,5 тыс. км2, или 25 % территории РА [3]. Проведенная в 1995-2012 гг каталогизация фрагментов ОЧ РН (более 500 ед.) в пределах районов падения и на смежной с ними территории Республики Алтай показала, что расчетные РП и фактические поля падения имеют форму сопряженных между собой эллипсов рассеивания. Длина осей фактических полей падения примерно в два раза больше (площадь - в 4 раза больше), чем у расчетных контуров РП. При этом для РП № 326 и № 327 характерен общий контур, имеющий форму восьмерки (рис. 1).

Естественно, что фактические поля являются интегральными площадями размещения ОЧ РН за многолетний период пусков, в течение которого проводились неоднократные коррекции положения расчетных РП. Зафиксированы многочисленные вылеты фрагментов за их пределы, что обусловлено в основном особенностями разрушения отработанных ступеней РН и местными метеоусловиями, а также нештатными и аварийными ситуациями.

в местах проживания, рекреации и хозяйственной деятельности населения, что явилось источником стресса и угрозой возникновения ЧС техногенного характера.

Установлено, что период заметного нарастания числа вылетов фрагментов ОЧ РН за расчетный контур РП № 310, а затем и РП № 327 совпадает с началом эксплуатации космического ракетного комплекса «Протон-М». Можно предполагать, что в результате примененного во второй ступени РН «Протон-М» принудительного выброса гарантийных остатков КРТ в верхних слоях атмосферы изменилась баллистика ее приземления и характер разрушения.

Проведенный в 2008 г. по заказу ГКНПЦ им. М.В. Хруничева анализ мест нахождения более 150 фрагментов ОЧ рН «Протон» (К, М), выявленных на сопредельной с РП № 310 территории РА, позволил сделать следующие предварительные заключения:

- наибольшее удаление от РП (до 50-70 км) характерно для фрагментов головного обтекателя (ГО);

- до половины из выявленных фрагментов представлены мелкими частями двигательной установки (ДУ), по 25% - фрагментами ГО и топливных баков;

- вылет более тяжелых фрагментов ДУ происходит чаще вдоль проекции оси пролета РН в восточном направлении, а более крупных парусных ОЧ РН (фрагменты топливных баков, обшивки корпуса и пр.) - на северо-восток, что вероятно, обусловлено преобладающим юго-западным и южным направлениями геострофических ветров;

- число выявленных фрагментов заметно уменьшается по мере удаления от расчетного контура РП № 310, при этом под-

П, %

50 -40 -30 -20 -10 -0 -

удаление, км

10 20 30 40 50 60

Рис. 2. Распределение фрагментов ОЧ РН «Протон» по удалению от РП № 310

трассовая зона пусков является областью повышенной концентрации фрагментов ОЧ РН.

Следует особо подчеркнуть, что данные визуальных наблюдений последнего десятилетия за характером падения, разрушения второй ступени РН «Протон» и приземлением ее фрагментов говорят об их заметных различиях при отдельных пусках. С долей условности можно считать, что многие пуски Рн «Протон» характеризуются индивидуальными особенностями разрушения и разлета фрагментов ОЧ РН.

Предварительно установлено, что почти половина вылетевших фрагментов находится на удалении до 10 км, а три четверти

- до 20 км от расчетного контура РП № 310 (рис. 2). Согласно этой зависимости, аппроксимируемой в простейшем виде уравнением типа п =к/х2 (где п - частота встречаемости, х - расстояние от РП), минимум 5 % от всех фрагментов, образующихся при разрушении второй ступени (при условии их равной массы), приземляется за пределами расчетного контура используемого РП.

Намеченные особенности пространственного распределения фрагментов ОЧ РН позволяют в первом приближении представить картину их площадного размещения на территории РА, смежной с РП № 310 и 327. Эта схематическая модель носит прогнозно-вероятностный (идеализированный) характер и отражает генерализованное распределение совокупности фрагментов ОЧ РН, вылетевших в северо-восточном, восточном и юговосточном направлениях за пределы РП за все время пусков РН «Протон».

Проведенная реконструкция общей совокупности фрагментов ОЧ РН на территории РА, прилегающей к Рп 310 и 327, при всей своей схематичности дает представление о масштабах и интенсивности загрязнения этой площади фрагментами ОЧ РН «Протон». В частности, она позволяет в общем виде оценить плотность размещения фрагментов ОЧ РН на территории РА, смежной с характеризуемыми районами падения. Так для района падения № 310 этот показатель варьирует в широких пределах: от 3,5 ед./км2 (на периферии РП) до менее 0,05 ед./км2 (на удалении 25-60 км от него).

Установлено, что среднестатистическая масса выявленных фрагментов ОЧ РН «Протон» составляет порядка 10-15 кг при

вариациях от десятых долей кг до 2-2,5 т. (блок топливных баков). Можно предполагать, что при разрушении второй ступени РН образуется порядка 600-1000 фрагментов, 40-60 из которых вылетает за пределы расчетного контура РП. Из них местными жителями выявляется (без проведения специализированных поисков) в среднем не более 2-3 фрагментов, или 5% от их числа.

На выявление фрагментов ОЧ РН на территории РА, прилегающей к районам их падения, влияет главным образом близость к местам проживания и хозяйственной деятельности местного населения. Так 37 % от всех фрагментов обнаружены в населенных пунктах и на удалении до 1 км от них, а 67 % - до 3 км (рис. 3).

Населенные пункты Республики Алтай, расположенные в долине р. Чарыш, находятся в областях максимальной (Вла-димировка, Усть-Кумир, Талица) и повышенной (Коргон, Сана-ровка, Тюдрала) плотности размещения фрагментов ОЧ РН -1-3 ед./км2, в связи с чем их можно считать зонами высокого и повышенного риска. К зоне повышенного риска по причине нахождения под трассой пусков в РП № 326 и 327 относится также с. Балыкча, а также ряд туристских баз на южном побережье Телецкого озера.

Вышеизложенное позволяет сделать предварительный вывод о том, что вылет фрагментов ОЧ РН «Протон-М» за расчетные контуры РП № 310 и 327 носит системный характер, обусловленный неполно учитываемыми в баллистических расчетах изменениями траектории приземления и особенностями разрушения 2-й ступени РН, возникающими из-за выброса гарантийных остатков КРТ.

Проблема вылетов фрагментов ОЧ РН частично может быть решена коррекцией точек прицеливания для конкретных пусков, что скажется на положении и размерах районов их падения. Необходимо также внесение конструктивных изменений, направленных на уменьшение числа фрагментов при разрушении второй ступени РН и на увеличение кучности их приземления.

Представляется актуальной разработка моделей разрушения ОЧ РН «Протон-М» и приземления их фрагментов на территории РА и сопредельных регионов. Эти эмпирически скоррек-

П, %

40 30 -20 -10 -0 -

37

30

18

9

--- 5

расстояние от сел, км

1 3 5 10 >10

Рис. 3. Удаление выявленных фрагментов относительно населенных пунктов РА

тированные модели дадут представление о потенциальных рисках ЧС при пусках РН. С целью уточнения этих моделей необходимо организовать наблюдения в РП и на смежных территориях путем применения современных технических средств дистанци-

Библиографический список

онного выявления, сопровождения и обнаружения фрагментов. Для эффективного поиска крупных фрагментов ОЧ РН текущих пусков (топливные баки, ГО и др.) предлагается оснастить их средствами локации (радиомаяки и пр.).

1. Робертус, Ю.В. Факторы воздействия и экологические последствия ракетно-космической деятельности на территории Республики Алтай / Ю.В. Робертус, РВ. Любимов // Двойные технологии. - 2001. - № 3.

2. Робертус, Ю.В. Физические аспекты влияния ракетно-космической деятельности на окружающую среду Алтае-Санского региона / Ю.В. Робертус, А.В. Пузанов // Обеспечение экологической безопасности ракетно-космической деятельности: матер. науч.-практ. конф. - М., 2011.

3. Робертус, Ю.В. Влияние фрагментов ракетно-космической техники на экологическую ситуацию в Алтае-Саянском регионе // Проблемные вопросы методологии утилизации смесевых твердых ракетных топлив, отходов и остатков жидких ракетных топлив в элементах ракетно-космической техники. - Бийск, 2000.

Bibliography

1. Robertus, Yu.V. Faktorih vozdeyjstviya i ehkologicheskie posledstviya raketno-kosmicheskoyj deyateljnosti na territorii Respubliki Altayj I Yu.V. Robertus, R.V. Lyubimov II Dvoyjnihe tekhnologii. - 2001. - № 3.

2. Robertus, Yu.V. Fizicheskie aspektih vliyaniya raketno-kosmicheskoyj deyateljnosti na okruzhayuthuyu sredu Altae-Sanskogo regiona I Yu.V. Robertus, A.V. Puzanov II Obespechenie ehkologicheskoyj bezopasnosti raketno-kosmicheskoyj deyateljnosti: mater. nauch.-prakt. konf. - M., 2011.

3. Robertus, Yu.V. Vliyanie fragmentov raketno-kosmicheskoyj tekhniki na ehkologicheskuyu situaciyu v Altae-Sayanskom regione II Problemnihe voprosih metodologii utilizacii smesevihkh tverdihkh raketnihkh topliv, otkhodov i ostatkov zhidkikh raketnihkh topliv v ehlementakh raketno-kosmicheskoyj tekhniki. - Biyjsk, 2000.

Статья поступила в редакцию 24.03.13

УДК 51-7:502.175

Semchukov A.N. THE NOVOSIBIRSK RESERVOIR WATER QUALITY MODELLING. PART 1: MODEL DESCRIBTION. Basing on field measurement for Novosibirsk reservoir the eutrophication unit of the WASP water quality model was calibrated. It describes the dynamics of phytoplankton and dissolved oxygen concentrations, nutrient cycle and self-purification of water body against organic pollution. The ways of farther development of the Novosibirsk reservoir water quality modeling were highlighted. The description of the model is given in the first part of the article. Key words: water quality, mathematical modeling, Novosibirsk reservoir.

А.Н. Семчуков. канд. физ.-мат. наук, н.с. Института водных и экологических проблем СО РАН,

E-mail: sasha@iwep.nsc.ru

МОДЕЛИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ НОВОСИБИРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА. ЧАСТЬ 1. ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ

По результатам натурных наблюдений на Новосибирском водохранилище выполнена калибровка эвтрофи-кационного блока модели качества воды WASP, описывающего изменение концентрации фитопланктона и растворенного кислорода, круговорот биогенных веществ и самоочищение водоема от органического загрязнения. Намечены пути дальнейшего развития моделирования качества воды Новосибирского водохранилища. В первой части статьи приведено описание использовавшейся модели.

Ключевые слова: качество воды, математическое моделирование, Новосибирское водохранилище.

Проведена калибровка эвтрофикационного блока модели качества воды WASP5 [1] по параметрам, полученным в ходе исследований Новосибирского водохранилища в 1981 г. Для этого года имеются наиболее подробные данные о гидрохимическом и гидробиологическом режиме водохранилища. В первой части статьи приведено описание использовавшейся модели. С целью калибровки модель с небольшими изменениями была численно реализована в объемной (нульмерной) постановке, т.е. водохранилище рассматривалось как единое целое и его пространственная однородность не учитывалась, что позволило значительно снизить объем вычислений. Одновременно с расчетом качества воды выполнялся расчет водного баланса и ле-дотермического режима водоема.

Впоследствии эту модель предполагается включить в качестве блока в плановую (двухмерную горизонтальную) модель течений и ледотермического режима водоема. Это позволит выполнить анализ распределения концентрации примесей по акватории водохранилища, которое как известно, имеет значительную пространственную неоднородность, включая в себя участки с существенно различной интенсивностью биохимических процессов такие, как проточная русловая часть и застойные мелководные зоны, характеризующиеся интенсивным цветением воды.

Модель WASP разработана под эгидой Американского агентства по охране окружающей среды и широко используется для

расчета качества воды в водоемах и водотоках. Эвтрофикаци-онный блок этой модели описывает процесс самоочищения воды от органического загрязнения, динамику концентрации фитопланктона и растворенного кислорода, круговорот биогенных веществ и продуктов жизнедеятельности живых организмов, а также процессы массообмена с донными отложениями.

Фитопланктон является основным источником первичной продукции органического вещества в большинстве водоемов и водотоков и оказывает существенное влияние не только непосредственно на концентрацию органики, но и растворенного кислорода, что является одним из важнейших показателей качества воды и определяет скорость разложения органического загрязнения. Учет жизнедеятельности фитопланктона также необходим для моделирования концентрации определяющих биогенных веществ (аммонийный, нитратный, нитритный азот, минеральный фосфор), относящихся к приоритетным загрязнителям. Кроме того, избыточный рост фитопланктона (цветение воды) существенно снижает рекреационные качества рек и водоемов.

Данная модель позволяет предсказывать влияние поступления биогенных веществ и органического загрязнения с городских очистных сооружений и крупных животноводческих комплексов, промышленных предприятий, городских и сельскохозяйственных территорий на качество воды в водоемах и водотоках. При этом учитывается не только разложение органического