Вадим Романов - Мусор преграждает путь в космос

• Название: Мусор преграждает путь в космос
• Автор: Вадим Романов
• Жанр: Науки о космосе
• Год: 2012

Количество мусора — природного и техногенного, связанного с деятельностью человека, — на околоземных орбитах постоянно увеличивается. В перспективе орбитальный мусор угрожает самой возможности не только освоения Космоса человеком, но и выхода в околоземное космическое пространство (ОКП). Между тем, жизнь современного человека немыслима без спутников, навигационных систем и космических станций в ОКП. Невозможным будет информационная и хозяйственная жизнь цивилизации, её развитие и процветание, освоение ближнего и дальнего Космоса.

Неожиданным препятствием амбициозным планам человечества стала проблема мусорных объектов — в первую очередь вышедших из строя спутников, их разрушенных фрагментов и обломков космической орбитальной техники. Они в буквальном смысле закрывают дорогу в Космос, препятствуя выведению космической техники, блокируют и захламляют воздушные пути, через которые должны подниматься полезные грузы.

Пока надёжных работающих технологий избавления от мусорных орбитальных объектов нет. Появятся ли они в будущем и какими видятся разработчикам ракетно-космической техники? Эти вопросы и многие другие вопросы правильного определения и принадлежности объектов в околоземном космическом пространстве к категориям отходов, отбросов или мусора обсуждаются в этой книге.

Книга написана простым доходчивым языком и рассчитана на читателя, интересующегося современным состоянием космонавтики, её проблемами и перспективами развития. Большое количество иллюстраций помогает понять изложенный материал. Для студентов, научных сотрудников, учащихся и просто любознательных людей.

---

Влажность определяется как отношение массы воды, находящейся в данный момент в материале, к массе (реже к объёму) материала в сухом состоянии и выражается в процентах. При этом массу материала берут в естественном влажном, а не в насыщенном водой состоянии.

Вычисляют массовую влажность Wm и объёмную W0 по формулам (%):

Wm=((m2-m1)/m1) × 100;

W0=((m2-m1)/V) × 100,

где

m1 и m2 — масса материала соответственно в сухом и насыщенном водой состоянии, [г];

V— объём материала в сухом состоянии, [см3].

Понятие условнотвёрдого тела можно конкретизировать применительно к мусору, произведённому человеком — антропогенному мусору, и возникающему в природе — естественно-природному мусору или сокращённо природному мусору. Подробно эти вопросы рассмотрены в разделах 2.1.3. и 2.2.2. нашей книги [1].

Антропогенный мусор, как правило, имеет сложный состав, то есть является гетерогенной смесью. Он состоит в основном из твёрдых веществ с некоторыми количествами жидкостей и газов. Они представлены в объёме выброса в разных долях и комбинациях. Природный мусор часто однороден и может моделироваться гомогенным выбросом.

В природные среды отходы, отбросы и мусор попадают, как правило, в виде выбросов, в которых загрязняющие вещества представляют собой смесь твёрдых тел, жидкостей и газов. Характеристикой, определяющей принадлежность выброса к объектам мусора, является, очевидно, степень его «твёрдости», то есть доля твёрдого вещества в нём. Опишем эту характеристику математически [1].

В общем случае масса М компактного объёма разнофазной смеси загрязняющих веществ выброса может быть записана в следующем виде:

М = Мт + Мж + Мг, (1)

где

Мт, Мж, Мг — соответственно, масса твёрдой, жидкой и газообразной его составляющих.

Вводя массовые концентрации отдельных фракций выброса с помощью выражений:

α = Мт/М;

β = Мж/М;

γ = Мг/М,

можно формулу (1) представить так:

1 = α + β + γ.

Откуда выражение для доли твёрдой фазы в выбросе записывается в следующем окончательном виде:

α=1-β-γ. (2).

При получении этих соотношений предполагалось, что выброс представляет собой компактный объём с примерно равномерным распределением в нём различных компонентов, а его газовая составляющая γ — это смесь воздуха с газами, выделяющимися из твёрдой и жидкой фаз.

Соотношения параметрова, β и γ в каждом конкретном выбросе загрязняющих веществ определяют его плотность («твёрдость») и следовательно принадлежность к одной из трёх категорий мусорных отходов: твёрдым, жидким или полужидким. Причём, объект является мусорным при

α ≥ α*,

где

α* — критическое значение массовой плотности загрязняющего выброса, задаваемое из физических или технологических соображений.

Необходимо отметить, что из-за слабой разработанности экскретной тематики в нашей стране эти термины нельзя считать устоявшимися и имеющими конкретные числовые значения. Для примера можно рассмотреть состояние этого вопроса в одной из наиболее «продвинутых в мусорном отношении» стран — в США, где традиционно используется классификация мусора на основе различных числовых значений записанных выше параметров.

При рассмотрении выбросов загрязняющих веществ в виде смесей твёрдых тел и жидкостей "твёрдыми отходамиАзоИй waste\ в США считаются «материалы, содержащие менее 70 % воды» [31], то есть со значением коэффициента

β < 0,7 (α* = 0,3).

При учёте формулы (2) и значения = 0,3 приходим к соотношению, определяющему твёрдость выброса, то есть принадлежность его к мусорному объекту. Оно записывается так:

α + γ ≥ 0,3. (3)

Из соотношения (3) следует, что при массовом содержании твёрдого вещества и газов в выбросе, превосходящем 30 %, его следует причислить к «твёрдым отходам» (в России — ТБО).

Если пренебречь газовой составляющей γ (на практике почти всегда присутствие газа в твёрдофазных и жидкостных выбросах носит «следовый» характер), то есть считать, что α < 1 то, приходим к приближённой оценке «твёрдости» мусорных отходов:

α ≥ 0,3. (4)

Таблица № 1.2.

Содержания воды в физических телах при влажности окружающего воздуха 80 % [119]и соответствующие значения параметра α

«Жидкими отходами» \liquid waste\ признаются отходы, содержащие менее 1 % твёрдого вещества, то есть при

α <0,01 (β + γ > 0,9). (5)

Существуют также «полужидкие отбросы»\sludge\, содержащие от 3 % до 25 % твёрдых материалов:

0,25 ≤ а ≥ 0,03. (6)

(Неопределенность числовых значений этого параметра в диапазонах концентраций от 1 % до 3 % и от 25 % до 30 % — на совести авторов публикации [8]). Области определения параметра а представлены на рисунке 1.3.

Природный мусор универсальный и носит неизменный характер независимо от географических, метеорологических или временных характеристик исходных объектов. В отличие от него антропогенный мусор многолик, неоднозначен и носит индивидуальный характер. То, что является мусором для одного предприятия или человека, может представлять потребительский интерес для других объектов. Кроме того, такой мусор по-разному может пониматься и восприниматься в различных географических местах, в разных социальных группах и в различные исторические времена. Таким образом, строго говоря, понятие антропогенного мусора является весьма неопределённым и расплывчатым и трактуется применительно к конкретной обстановке.

Рис. 1.3. Области определения параметра «твёрдости» выброса загрязняющих веществ: I— жидкие отходы; II-полужидкие отбросы; III— твёрдые отходы (мусор).

Отбросы

Ещё одним элементом экскретологии — экскретом является понятие отброса (отбросов). Рассмотрим его содержание.

Например, в словаре-справочнике [4, 9] написано:

Отбросы: 1). Несъедобные или по другим причинам непригодные для дальнейшего использования пищевые продукты и предметы быта, выбрасываемые на свалку;

2). неутилизируемые бытовые и с.-х. компоненты (говорят об отбросах животноводства);

3). неиспользуемые в настоящее время отходы. Правильнее говорить о бытовых отбросах, промышленных и с.-х. отходах, включая в это понятие и отходы строительства.

Приведённое выше определение отбросов получилось громоздкое, противоречивое и трудно понимаемое. Почему неутилизируемые бытовые и с.-х. компоненты — считают отбросами, а утилизируемые разве не отбросы?

Кроме того, из приведённого выше определения довольно трудно уловить общее у картофельных очисток в мусорном ведре, отбросов животноводства (например, навоза) с битым кирпичом на стройке или металлической стружкой от токарного станка. Общее у них только то, что от них хотят избавиться!

Целесообразно было бы оставить только часть формулировки работ [4, 9] об отбросах как о выбрасываемых биологических объектах. Тогда можно провести непротиворечивую классификацию мусорных объектов, обоснованно и разумно организовать их раздельный сбор и утилизацию…

Предложим понятие отбросов в широком смысле слова, а не только применительно к человеческой деятельности, учитывая наработки других литературных источников.

Отброс — «всё, что откинуто, отброшено куда по негодности» [10], негодный остаток чего-нибудь [11]. Отбросами являются, в первую очередь, продукты жизнедеятельности живых организмов. В общем случае к отбросам можно отнести:

— отходы продуктов питания при приготовлении пищи и несъедобная пища;

— отходы жизнедеятельности человека и других живых существ (кал, моча, слёзы, слизи, слюни, сопли, серные образования в ушах, выделения желез внутренней секреции, кишечные газы, выдыхаемый воздух и т. п.);

— отмершие или выпавшие роговые, хитиновые или костные образования (выпавшие зубы, волосы, перхоть, ногти, рога, копыта…);

сменяемые кожные покровы или их части (куколки при линьке насекомых, кожа при линьке пресмыкающихся, фрагменты кожи (болячки) при заживлении ран у млекопитающих;

— опадающие листья, увядшие соцветия, обломившиеся опавшие веточки и другие естественно сменяемые объекты флоры;

— погибшие естественной смертью объекты флоры и фауны (за исключением утрат).

Отбросы объектов флоры и фауны необходимы для нормального функционирования биоценозов — совокупности животных, растений и микроорганизмов, населяющих различные участки среды их обитания с примерно однородными условиями жизни. Поэтому отбросы живых организмов в среде их проживания не мусор, а важная составная часть биоценоза, вне среды их обитания отбросы на бытовом уровне рассматриваются как мусор.