Смотреть страницы статьи в формате PDF.

 Введение

Проблема экологизации сферы аэрокосмической деятельности – одной из лидирующих технологических сфер – и перехода к экологичным аэрокосмическим технологиям является сложной, междисциплинарной и актуальной для России и мирового сообщества. Для ее решения необходимы анализ и прогнозирование эволюции аэрокосмических технологий, техники и проектов, а также переосмысление истории, современного состояния и перспектив на основе новых подходов и методов.

Экологичные технологии и проекты – соответствующие экологическим нормам или опережающие их. Они снижают до минимума негативное воздействие на окружающую среду, жизнь и здоровье людей и обладают свойствами рационального потребления природных ресурсов (варианты этого и других определений по теме опубликованы в [1, 2]).

Общее количество всех выданных патентов в мире приближается к 80 млн (оценка автора на основе доступной информации, - см. [2, c. 13]), но неизвестно, сколько из них относится к экологичным во всех сферах деятельности, а также конкретно в аэрокосмической сфере. Причем в мире из всех заявок патенты получают примерно 50%, реализуется < 10% всех патентов. Кроме того, многие новые технологии не патентуются и используются в режимах коммерческой тайны и лицензирования.

Существует значительный потенциал экологизации за счет перехода к экологичным (чистым, «зеленым») технологиям, однако он используется крайне неэффективно из-за устаревших правил игры и недостаточных стимулов.

Важно отметить, что до сих пор не созданы специализированные базы данных и знаний по экологичным аэрокосмическим технологиям и проектам.

Ситуация усложняется следующими обстоятельствами:

1) имеется большое и быстро растущее количество аэрокосмических технологий и проектов;

2) представления об экологичности, соответствующие требования и критерии со временем значительно меняются, ужесточаются;

3) в настоящее время отсутствуют устоявшаяся терминология и адекватные критерии оценки экологичности, чистоты и «зелености» технологий и проектов.

В 2017 году в России принята новая стратегия экологической безопасности , где указана важная роль экологически чистых технологий и обоснована необходимость перехода к ним. В связи с этим данная тема актуальна для науки, образования и практики в контексте безопасности, устойчивого развития и сохранения окружающей среды нашей страны.

1.  Методология
   1. Сущность проблемы перехода к экологичным технологиям и проектам. Речь идет о двух взаимосвязанных блоках: (1) познании, систематизации существующих и перспективных технологий, проектов и (2) управлении процессом их эволюции путем модификации «старого» и/или замены его «новым».
   2. Основные методы и подходы: системный подход; сравнительный анализ; моделирование; обучение на примерах; автоматизированный поиск, обработка, анализ информации, включая big data и др.; экспертные методы.
   3.  Приоритет: выявление и анализ важных артефактов, примеров из истории аэрокосмической техники и деятельности.
   4. Особенности и ограничения: 1) большой массив информации об изобретениях, патентах, проектах; 2) сложность автоматизации процесса выявления, анализа экологичных технологий и проектов; 3) отсутствие устоявшихся понятий и критериев (в т. ч. чистоты, «зелености»); 4) малый опыт исследований в России и мире по данной теме.
   5. Источниковая база и изученность. Для исследований используются следующие источники информации: литература (выявлено и включено в работу более 300 публикаций); архивные источники; изобретения, патенты; нормативная база (стандарты и др.); электронные базы данных, Интернет; консультации со специалистами, экспертами.

1.6.      Периодизация истории экологичных аэрокосмических технологий и проектов (в практике). Выделены три взаимосвязанных периода, дополняющие предыдущие периоды по охвату объектов и аспектов экологизации.

В аэронавтике (воздухоплавании и авиации):

1. Защита персонала и пассажиров  с 10-20-х гг. XX в.
2. Защита населения  с 50-60-х гг. XX в.
3. Защита окружающей среды (ОС)  с 70-80-х гг. XX в.

В космонавтике (космической деятельности):

I. Защита персонала  с 50-х гг. XX в.

II. Защита населения  с 60-70-х гг. XX в.

III. Защита ОС с 80-90-х гг. XX в.

Причем, как правило, в практике сначала возникали экологические проблемы, затем, с опозданием, их осознавали и начинали решать, что продолжается и в настоящее время.

1. Классификации и модели. В 2013-2016 г. автором разработаны классификации и модели для формализации и анализа процесса эволюции технологий, техники, технологических укладов (ТУ), используемые для исследования экологичных аэрокосмических технологий:

 1) классификация технологий («черные», «коричневые», «зеленые», «белые»);

 2) модель оценки экологичности технологий, техники, отраслей с учетом аспектов наилучших доступных технологий, «зеленых» и др.;

3) новая модель эволюции технологий, ТУ (о соответствующих публикациях автора см. ).

2. Краткая история. Примеры экологичных аэрокосмических технологий и проектов XX-XXI в.

Выделим и рассмотрим ряд важных примеров XX-XXI вв., охватывающих различные аспекты экологичности технологий и проектов.

1.  Ф.А. Цандер (1887-1933), ученый, инженер-конструктор, изобретатель, Россия / СССР. В 1909 г. (по другим данным – в 1911) предложил идею сжигания в полете в качестве топлива элементов конструкции летательного аппарата, ставших ненужными.

Рис.1. Цандер Фридрих Артурович (1887-1933), ученый, инженер. [http://www.arran.ru/data/exposition/14/143.jpg]

Разработал проект межпланетного корабля с использованием этой технологии, сделал описание, заявку на изобретение (1923-1924) . Проект не реализован. Имеет особенности: возможно загрязнение ОС при сжигании металлов и т. п. (подробнее см. [5, c. 80]).

Рис. 2. Модель межпланетного корабля Ф.А. Цандера (1923). Из «Описания межпланетного корабля системы Ф.А. Цандера» в виде материалов патентной заявки (цит. по: [4, с. 179]).

2. Г. Поточник (Г. Ноордунг) (1892-1929), инженер, Австрия. В 1928 г. предложил «Колесо жизни» - проект орбитальной станции с искусственной гравитацией (жилой модуль - вращающийся тороид) . Проект не реализован.

 Рис. 3. Герман Поточник (Г. Ноордунг) (1892-1929), инженер, Австрия.

[https://4.bp.blogspot.com/-IXcaMYyb5M4/Umgj91woWVI/AAAAAAAABes/5rdWbSo9wdQ/s1600/3394555_1-700.jpg]

Рис.4. «Колесо жизни» - проект орбитальной станции (жилой модуль - вращающийся тороид) с искусственной гравитацией. Г. Ноордунг,1928

цит. по: Ноордунг Г. Проблема преодоления космического пространства – ракетный двигатель, 1928). [https://republic.ru/posts/62877]

3. В.П. Бурдаков (1934-2014), Россия. Нанотопливо – топливо для перспективных ракетных двигателей (в топливных микрокапсулах, затем - в топливных микрогранулах). Предложено в 1995 г., запатентовано в России в 1999 г., проект не реализован [7, 8].
4. Ю.Л. Кузнецов (род. в 1951 г.), Россия. Многоразовый крылатый ускоритель первой ступени ракеты-носителя (РН). Предложен в 1994 г. Патент России в 1999 г. .

Проект «Байкал» не реализован: его макет демонстрировался на различных выставках , но процесс осуществления проекта был остановлен. Возможно возобновление проекта.

Рис. 5. Многоразовый крылатый ускоритель первой ступени РН - МРУ «Байкал» (проект)

5. В.С. Леонов (род. в 1949 г.), Россия. Квантовый двигатель для космического корабля. Предложен в 1996 г. Получен патент России в 2001 г. .

 Рис. 6. Проект квантового двигателя В.С. Леонова (2001)

 [http://www.freepatent.ru/patents/2185526]

 Проект не реализован. Имеет особенности: основан на принципиально новой теории физики и принципиально новых технологиях, предложенных автором. Теория и технологии до сих пор не верифицированы и являются спорными.

6. В.С. Кузнецов (род. в 1937 г.), А.Г. Мунин (род. в 1927 г.), В.Ф. Самохин (род. в 1947 г.), Россия. Проект «Зеленый самолет», с минимизацией уровня шума за счет активного управления (подавления), опубликован в 2009 г. . Проект не реализован.

 Рис. 7 Проект «Зеленый самолет». Активное снижение уровня шума (2009)

 (из: ). http://www.nkj.ru/archive/articles/15474/).

7. А. Боршберг (род. в 1952 г.), инженер, и Б. Пиккар (род. в 1958 г.), аэронавт, Швейцария. Электрический самолет Solar Impulse на солнечных батареях (2009), первый полет в 2009 г., кругосветный перелет Solar Impulse 2 в 2015-2016 гг. .

Рис. 8. Электрический самолет - самолет на солнечных батареях Solar Impulse 2 (Швейцария) (2015). [http://today.kz/static/uploads/media/pages/ob/1438130980qbbrm.jpg]

8. И. Маск (род. в 1971 г.), бизнесмен, корпорация SpaceX, США. Многоразовая возвращаемая первая ступень ракеты-носителя Falcon 9. Первая успешная посадка ступени (2015), первое успешное повторное применение (2017) .

Рис. 9. Илон Маск, инженер, предприниматель и мечтатель.

[https://opt-940319.ssl.1c-bitrix-cdn.ru/upload/medialibrary/845/musk-3.jpg?144111192954079]

Рис. 10. Изображение конструкции посадочного устройства первой ступени ракеты-носителя Falcon 9 в процессе посадки.

[http://www.press.lv/wp-content/uploads/2016/04/screenshot.png]

Приведенные примеры показывают роль ученых, изобретателей, практиков в создании и внедрении экологичных технологий, проектов, а также важный вклад и потенциал нашей страны в сфере аэрокосмической деятельности. Однако большинство выдающихся идей, технологий, проектов в России и мире не внедрены в практику.

3. Перспективы

3.1. Принципиально новые и перспективные экологичные аэрокосмические технологии и проекты. Общий систематизированный список таких технологий и проектов, открытый для дополнений, был ранее предложен и опубликован автором (см.: [2, с. 13-14]). Целесообразно рассматривать два взаимосвязанных множества: множество технологий и множество проектов, причем крупные проекты (особенно мегапроекты, сверхглобальные проекты) охватывают большие множества технологий.

3.2. Организационный аспект проблемы перехода к экологичным технологиям и проектам. Процесс перехода к экологичным технологиям должен базироваться на классификации технологий по критериям экологичности и активном управлении процессом экологизации.

Рис. 11. Clean Space (Чистый космос) ESA [Clean Space // ESA. URL: http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Engineering_Technology/Clean_Space . Скриншот. (дата обращения: 10.07.2018)

Необходимы специальные мегапроекты для управления переходом аэрокосмической отрасли к чистым, «зеленым» технологиям. Пример: инициатива «Чистый космос» в Европейском космическом агентстве (ESA), ЕС, реализуемая с 2012-2013 гг. В ее структуре есть дорожные карты, инфографика и др.

 Рис. 12. Clean Space infographic [Clean Space // ESA. URL: http://blogs.esa.int/cleanspace/wp-content/blogs.dir/39/files/clean-space-infographic/Updated-infographic_ESA-logo.jpg ].

(дата обращения: 10.07.2018).

Заключение

Результаты:

1. Разработана и апробирована методика исследований, создана источниковая база и исследована изученность темы.
2. Предложена периодизация истории экологичных аэрокосмических технологий и проектов на основе анализа практики.
3. Рассмотрены важные примеры экологичных аэрокосмических технологий и проектов XX-XXI веков.

Основные выводы:

1. Исследования истории экологичных аэрокосмических технологий и проектов - новое направление, актуальное для науки и практики.
2. Общее количество экологичных аэрокосмических технологий XX-XXI вв. неизвестно, в первом приближении их около тысячи (оценка автора на основе предварительного анализа информации о патентах).
3. Есть большие резервы экологизации и повышения эффективности сферы аэрокосмической деятельности за счет внедрения уже существующих и принципиально новых перспективных технологий и проектов.
4. Необходим переход от традиционного экологобезопасностного подхода к новому, основанному на анализе и оценке экологичности технологий и проектов по критериям экологической чистоты, с использованием новых классификаций и моделей, с учетом эколого-экономических и других аспектов.

Рекомендации:

1. Целесообразно продолжить исследования, в том числе конкретных примеров, а также информации обо всех технологиях и проектах с применением новых методов и технологий цифровизации, включая big data, data science и др. для анализа экологичных аэрокосмических технологий и проектов в России и мире.
2. В ходе дальнейших исследований предстоит выявить комплекс факторов, препятствующих экологизации аэрокосмической деятельности и разработать конкретные меры для стимулирования перехода к экологичным технологиям и проектам.

            Литература

1. Кричевский С.В. Методика и результаты исследований истории экологичных (чистых, «зеленых») аэрокосмических технологий и проектов // ИИЕТ им. С.И. Вавилова. Годичная научная конференция, посвященная 85-летию ИИЕТ РАН (2017). М.: Янус-К, 2017. С. 606-611.
2. Кричевский С.В. Перспективы космической эры: сверхглобальные проекты и экологичные технологии // Воздушно-космическая сфера. 2018. № 1. С. 6-15.
3. Указ Президента Российской Федерации от 19 апреля 2017 г. № 176 «О Стратегии экологической безопасности Российской Федерации на период до 2025 г.» [Электронный ресурс]. URL: http://www.kremlin.ru/acts/bank/41879 (дата обращения: 10.07.2018).
4. Цандер Ф.А. Проблемы межпланетных полетов. М.: Наука, 1988. 232 с.
5. Михайлов В.П. Ракетные и космические загрязнения: история происхождения / Пред. и ред. В.С. Авдуевский. М.: ИИЕТ РАН, 1999. 238 с.
6. Ноордунг Г. Проблема преодоления космического пространства – ракетный двигатель, 1928). [https://republic.ru/posts/62877] (дата обращения: 10.07.2018).
7. Пат. 2128684 РФ, МПК C10L1/00. Топливо / Заявитель и патентообладатель: предприятие «Комплексные исследования в инженерии (КИВИ)»; заявл. 15.10.1996 ; опубл. 10.04.1999. Бюл. № 10. 4 с.
8. Бурдаков В.П. Моно? Нано! // Российский космос. 2010. № 10. С.24-27.
9. Пат. 2148536 РФ, МПК B64G1/14. Многоразовый ускоритель первой ступени ракеты-носителя / Киселев А.И., Кузнецов Ю.Л., Медведев А.А. и др.; заявители и патентообладатели: ГКНТЦ им. М.В. Хруничева, ОАО НПО «Молния»; заявл. 26.10.1999; опубл. 10.05.2000. Бюл. № 13. 17 с.
10. Максимовский В.В. «Ангара» - «Байкал» // Крылья Родины. 2002. № 4. С.17-18 [Электронный ресурс]. URL: http://www.airwar.ru/other/kr/kr2002_04/art_08/art_08.html (дата обращения: 10.07.2018).
11. Кузнецов В., Мунин А., Самохин В. «Зеленый» самолет // Наука и жизнь. 2009. № 3. С.22-26.
12. Пат. 2185526 РФ, МПК F03H5/00. Способ создания тяги в вакууме и полевой двигатель для космического корабля (варианты) / Леонов В.С.; заявители и патентообладатели: Леонов В.С., Пилкин В.Е.; заявл. 21.05.2001 ; опубл. 20.07.2002. Бюл. № 20. 31 с.
13. Сайт корпорации SpaceX (США) [Электронный ресурс]. URL: http://www.spacex.com/ (дата обращения: 10.07.2018).
14. Самолет на солнечной энергии Solar Impulse 2 завершил кругосветный перелет // Ведомости. 26 июля 2016 г.
15. Clean Space // ESA. URL: http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Engineering_Technology/Clean_Space (дата обращения: 10.07.2018).

References

1. Krichevsky S.V. Metodika i rezultaty issledovaniy istorii ekologichnyh (chistyh, «zelyonyh») aerokosmicheskih tekhnologiy i proektov // IIET im. S.I. Vavilova.

Godichnaya nauch. konferenciya, posvyashchennaya 85-letiyu IIET RAN (2017). M.: YAnus-K, 2017 S. 606-611.

2. Krichevsky S.V. Perspektivy kosmicheskoy ery: sverhglobalniye proekty i ekologichniye tekhnologii // Vozdushno-kosmicheskaya sfera. 2018 № 1 S. 6-15.

3. Ukaz Prezidenta Rossiyskoy Federacii ot 19 aprelya 2017 g. № 176 «O Strategii ekologicheskoy bezopasnosti Rossiyskoy Federacii na period do 2025 goda». URL: http://www.kremlin.ru/acts/bank/41879 (Retrieval date: 10.07.2018).

4. Cander F.A. Problemy mezhplanetnyh poletov. M.: Nauka, 1988 232 s.

5. Mihaylov V.P. Raketniye i kosmicheskiye zagryazneniya: istoriya proiskhozhdeniya / Pred. i red.- V.S. Avduevskiy. M.: IIET RAN, 1999 238 s.

6.  Noordung G. Problema preodoleniya kosmicheskogo prostranstva – raketniy dvigatel. 1928. [https://republic.ru/posts/62877]. (Retrieval date: 10.07.2018).

7. Pat. 2128684 RF, MPK C10L1/00. Toplivo / Zayavitel i patentoobladatel – Predpriyatiye «Kompleksniye issledovaniya v inzhenerii (KIVI)»; zayavl. 15.10.1996 ; opubl.10.04.1999. Byul. № 10 4 s.

8. Burdakov V.P. Mono? Nano! // Rossiyskiy kosmos. 2010 № 10 S.24-27.

9. Pat. 2148536 RF, MPK B64G1/14. Mnogorazoviy uskoritel pervoy stupeni rakety-nositelya / Kiselev A.I., Kuznetsov Yu.L., Medvedev A.A. i dr.; zayaviteli i

patentoobladateli: GKNTC im. M.V. Hrunicheva, OAO NPO «Molniya»; zayavl. 26.10.1999 ; opubl. 10.05.2000. Byul. № 13 17 s.

10. Maksimovskiy V.V. «Angara» - «Baykal» // Krylya Rodiny. 2002 № 4 S. 17-18.

11. Kuznetsov V., Munin A., Samokhin V. «Zeleniy» samolet // Nauka i zhizn. 2009 № 3 S. 22-26.

12. Pat. 2185526 RF, MPK F03H5/00. Sposob sozdaniya tyagi v vakuume i polevoy dvigatel dlya kosmicheskogo korablya (varianty) / Leonov V.S.; zayaviteli i patentoobladateli:Leonov V.S., Pilkin V.E.; zayavl. 21.05.2001 ; opubl. 20.07.2002. Byul. № 20 31 s.

13. SpaceX (USA). URL: http://www.spacex.com/ (Retrieval date: 10.07.2018).

14. Samolet na solnechnoy energii Solar Impulse 2 zavershil krugosvetniy perelet //Vedomosti. 26 iyulya 2016 g.

15. Clean http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Engineering_Technology/Clean_Space

(Retrieval date: 10.07.2018).

 (С) Кричевский С.В., 2018.

История статьи:

Поступила в редакцию: 16.07.2018

Принята к публикации: 02.08.2018

Модератор: Гесс Л.А.

Конфликт интересов: отсутствует

Для цитирования:

Кричевский С.В. Экологичные аэрокосмические технологии и проекты: методология, история, перспективы// Воздушно-космическая сфера. 2018. № 3. С. 78-85.