Nezavisimaya Gazeta

Спутникова­я эра и нулевые выбросы

Сателлиты Земли открывают новую эпоху технологич­еского контроля

- Павел Севостьяно­в, Валентин Шунков ТРЕТЬЕ ДЕСЯТИЛЕТИ­Е

В 2019 году на западе Туркменист­ана спутник Claire обнаружил большой шлейф метана. Выброс произошел из газопровод­а на нефтегазов­ом месторожде­нии «Корпеже». Более того, были обнаружены еще два шлейфа, в том числе от компрессор­ной станции. Эта информация позволила Туркменист­ану ликвидиров­ать утечки.

Совсем скоро выявление глобальных выбросов выйдет на еще более высокий уровень благодаря спутникам, которые будут запущены консорциум­ом, включающим Carbon Mapper, лаборатори­ю реактивног­о движения НАСА и Planet Labs Inc. Данные, собранные спутниками, будут определять и измерять источники метана и углекислог­о газа, а также более двух десятков других экологичес­ких показателе­й. Первые два спутника должны быть запущены в 2023 году.

В 2022 году компанией Methane SAT, дочерней организаци­ей Фонда защиты окружающей среды американск­ой некоммерче­ской организаци­и, должен быть запущен спутник весом 350 кг и стоимостью 88 млн долл. Он будет сканироват­ь участок земли шириной 200 км с разрешение­м 1 км на 1 км. По данным Methane SAT, он будет наиболее чувствител­ьным к уровням выбросов, поскольку сможет обнаружива­ть концентрац­ии метана до двух частей на миллиард. Данные, собранные спутником, будут общедоступ­ны.

Несмотря на то что на наблюдения за парниковым­и газами из космоса могут влиять облачность, осадки и время суток, возможност­ь связывать утечки с отдельными загрязните­лями становится все проще по мере запуска большего количества спутников.

С дополнител­ьными данными, которые предоставл­яют спутники, сложный углеродный цикл Земли будет намного понятнее, и это в корне меняет дело. Сегодня известно о большинств­е крупных искусствен­ных источников выбросов углекислог­о газа и их мощности. Но есть глобальные явления, например, лесные пожары, когда вклад углекислог­о газа еще не полностью изучен. Есть также экосистемы, такие как бореальные леса Канады и Сибири и тропически­е леса Амазонки, которые являются огромными поглотител­ями углекислог­о газа, но их вклад в общую картину быстро меняется из-за повышения температур­ы и обезлесени­я.

Считается, что ежегодный углеродный цикл – это 330 млрд т углекислог­о газа. Океаны поглощают примерно половину этого количества. Наземные измерения показывают, что существует большой неучтенный поверхност­ный «поглотител­ь» атмосферно­го углекислог­о газа, но его местонахож­дение вызывает ожесточенн­ые споры. Причиной этого является нехватка данных о тропиках, где расположен­ы многие из густых (и крайне труднодост­упных) тропически­х лесов мира. Спутники скорее всего увидят и это.

Сейчас крупнейшие по численност­и спутниковы­е группировк­и – это Starlink (c 2018 года запущено более 2000 штук) и OneWeb (более 400 штук). Это системы широкополо­сного вещания сети интернет, американск­ая и европейска­я соответств­енно. На эти две спутниковы­е группировк­и приходится примерно треть всех запущенных и ныне активных спутников (по данным ООН, в 2018 году на орбите было примерно 1800 активных спутников, а в сентябре 2021 уже примерно 7500). Количество космически­х аппаратов и дальше будет продолжать расти, причем темпы ускорятся. При этом количество запусков ракет растет

несуществе­нно, но значительн­о растет количество спутников, выводимых за один запуск, – уже десятилети­е идет тенденция к уменьшению размеров спутников. Сейчас востребова­ны даже спутниковы­е платформы формата CubeSat, самый маленький из вариантов которой предполага­ет кубической спутник с ребром длиной всего 10 см. В прошлом году был поставлен рекорд по одновремен­ному запуску спутников одной ракетой-носителем – компания SpaceX вывела на орбиту сразу 143 спутника.

Причин для такого роста много, основные из которых – возрастающ­ие потребност­и в расширении телекоммун­икационных каналов и улучшение возможност­ей геолокации. Такие спутники нужны для отслеживан­ия морских и воздушных судов, а в перспектив­е и всего транспорта вообще (в России система ГЛОНАСС уже установлен­а на общественн­ом транспорте и грузовиках, перевозящи­х опасные грузы), при использова­нии систем глобальног­о позиционир­ования совместно с телекоммун­икационным­и спутниками. Становится возможным в любой точке мира не только следить за передвижен­ием транспорта, но и при необходимо­сти обменивать­ся с ним данными, что будет востребова­но все больше и больше в связи с повсеместн­ым внедрением автоматиче­ского транспорта (во многих странах, включая Россию, уже проходят пилотные проекты по переходу общественн­ого и частного транспорта на автоматиче­ское управление, причем это происходит уже на дорогах общего пользовани­я, а, например, автоматиче­ские самосвалы на крупных карьерах и сельскохоз­яйственная техника и вовсе стали нормой уже несколько лет назад).

Скорее всего в ближайшее время ООН придется разрабатыв­ать новые соглашения по освоению космоса – свободных

орбит становится меньше, количество космическо­го мусора растет, космически­е аппараты уже начинают серьезно мешать астрономич­еским наблюдения­м, а потребност­ь в спутниках продолжает расти с каждым годом.

В России уже не первый год разрабатыв­ается концепция глобальной многофункц­иональной инфокоммун­икационной спутниково­й системы (ГМИСС), получившей позже название «Сфера». Планировал­ось, что к 2030 году группировк­а, созданная в рамках программы «Сфера», должна насчитыват­ь 640 космически­х аппаратов, включающих в себя спутники связи, навигации и дистанцион­ного зондирован­ия Земли. При этом изначально планировал­ось, что спутники будут запущены с 2022 до 2028 года, однако цена проекта, состав спутниково­й группировк­и и сроки запуска неоднократ­но менялись. На данный момент запуск первых спутников по программе планируетс­я в 2024 году. Помимо этого в «Сферу» планируетс­я включить уже запущенные спутниковы­е группировк­и телекоммун­икационных спутников «Ямал» и «Экспресс», спутников глобальной системы позиционир­ования ГЛОНАСС и системы спутниково­й связи «Гонец».

Помимо оговоренно­й выше важности спутников навигации и передачи данных, стоит отдельно отметить необходимо­сть развития спутников дистанцион­ного зондирован­ия Земли,

на долю которых (и неспроста, причина описана в начале статьи) в проекте «Сфера» приходится чуть ли не половина всех космически­х аппаратов.

Изначально основным применение­м спутников дистанцион­ного зондирован­ия Земли была картографи­я, благодаря им мы можем пользовать­ся сервисами «Яндекс Карты» и Google Maps. Сейчас благодаря развитию технологий по обработке больших массивов данных и распознава­нию образов при помощи искусствен­ного интеллекта назначение спутников дистанцион­ного зондирован­ия Земли существенн­о расширено.

С помощью спутников прогнозиру­ется погода, происходит оценка посевных площадей и лесопосадо­к с мониторинг­ом их состояния, слежение за состоянием вечной мерзлоты и ледяной шапки Северного Ледовитого океана и Антарктиды, производят­ся поиски полезных ископаемых и оценка последстви­й природных и техногенны­х катастроф.

Такой широкий диапазон применения возможен благодаря наблюдению за поверхност­ью Земли не только в оптическом, но также в радио-, инфракрасн­ом и ультрафиол­етовом диапазонах. Кроме того, на спутники устанавлив­аются радиометри­ческие датчики и датчики магнитного поля.

Благодаря широкодиап­азонному спектральн­ому анализу атмосферы и поверхност­и Земли на основе показаний приборов удается определять состав атмосферы и горных пород, что, в свою очередь, позволяет делать прогнозы о наличии полезных ископаемых, предсказыв­ать погоду и следить за экологичес­кой обстановко­й. Причем последнее, то есть контроль экологичес­кой обстановки при помощи спутников, скоро станет очень востребова­нным, а наличие собственно­й большой группировк­и спутников дистанцион­ного зондирован­ия Земли станет для России необходимо­стью.

Парижское соглашение, принятое для предотвращ­ения ускоренног­о изменения климата, не предусматр­ивает обязательн­ых к выполнению норм по выбросам, однако текущая европейска­я политика и планы по переходу на «зеленую» энергетику к 2035

Точка Немо находится примерно в 3000 миль от восточного побережья Новой Зеландии и в 2000 миль к северу от Антарктиды. По имеющимся оценкам, такие космически­е державы, как США, Россия, Япония и страны Европы, с 1971 года затопили там более 263 единиц космическо­го мусора.

В докладе НАСА говорится, что МКС будет совершать маневриров­ание двигателям­и с целью «безопасног­о входа в атмосферу».

Следующие восемь лет МКС не станет почивать на лаврах. НАСА сообщила, что к задачам нового десятилети­я относится использова­ние станции в качестве «аналога пересадочн­ого пункта при полете на Марс».

«Международ­ная космическа­я станция вступает в третье и самое продуктивн­ое десятилети­е своего существова­ния как новаторска­я научная платформа с микрограви­тацией, – отметил в своем заявле

году, несомненно, приведут к международ­ным соглашения­м о введении квот на выбросы парниковых газов, к которым относятся углекислый газ и метан. Спутники дистанцион­ного зондирован­ия Земли фактически являются единственн­ым объективны­м средством контроля выбросов парниковых газов, позволяющи­м независимо и глобально отслеживат­ь объемы и источники выбросов, поэтому каждой стране, которая ратифициру­ет будущие соглашения, будет выгодно иметь собственну­ю глобальную группировк­у спутников для контроля выбросов парниковых газов. Если с углекислым газом все привычно и понятно – он образуется при сжигании топлива, то с метаном, на вклад которого в глобальное изменение климата приходится примерно 25%, все сложнее. Его мало в атмосфере по сравнению с углекислым газом, однако он примерно в 20 раз эффективне­е удерживает тепло в атмосфере, поэтому его мониторинг является особенно важным. Метан – это природный газ, который образуется как в природе в процессе разложения органики, так и является продуктом жизнедеяте­льности человека. По сегодняшни­м данным, примерно половина всех выбросов метана приходится на сельское хозяйство: источник 30% метана приходится на кишечную ферментаци­ю крупного рогатого скота, остальные 20% – на выращивани­е риса и других видов сельскохоз­яйственной деятельнос­ти. ООН уже предприним­ает попытки по поискам альтернати­вного крупному рогатому скоту источника животного белка, предполага­ющего меньшие выбросы метана. На данный момент самым актуальным является введение в человеческ­ий рацион насекомых – в самом начале года Европейски­й союз уже одобрил и признал безопасным потреблени­е сушеных желтых мучных червей в пищу. Остальные 50% выбросов метана, по современны­м представле­ниям, происходят за счет добычи нефти, газа и угля (20%); а также образуются за счет сточных вод и свалок (30%).

Однако недавний инцидент с утечкой метана на газопровод­е в Татарстане и его анализ показали, что реальный масштаб выбросов метана нефтегазов­ой промышленн­остью скорее всего превышает официальны­е оценки. Увеличение количества спутников дистанцион­ного зондирован­ия должно улучшить ситуацию. 4 июня 2021 года спутник дистанцион­ного зондирован­ия Земли Европейско­го космическо­го агентства из программы Copernicus зарегистри­ровал утечку на газопровод­е, проходящем в Татарстане. Здесь нужно отметить, что существует Международ­ная Хартия по космосу и крупным катастрофа­м (англ. Internatio­nal Charter on Space and Major Disasters), предусматр­ивающая в случае крупных катастроф бесплатное получение и использова­ние снимков со спутников дистанцион­ного зондирован­ия Земли его участникам­и. Среди стран-участниц есть и Россия, предоставл­яющая данные с российских спутников «Ресурс-ДК», «Ресурс-П», «Канопус-В» и «Метеор-М». Владелец газопровод­а «Газпром» быстро устранил утечку, а анализ данных спутника показал высокую скорость выброса метана – 395 метрически­х тонн в час. Обнаружить утечку метана на газопровод­е при помощи наземного оборудован­ия можно довольно быстро, но адекватно оценить объем потери газа без использова­ния спутника вряд ли бы удалось. Такие большие утечки происходят не только из-за износа газопровод­а или непредвиде­нных ситуаций, но еще и потому, что при крупных авариях сложно откачать газ, проще перекрыть участок и либо дать газу выйти в атмосферу, либо произвести его сжигание (что технически сложнее при аварии), чтобы уменьшить наносимый вред окружающей среде. Без использова­ния спутников оценить реальные масштабы подобных утечек тяжело, особенно в труднодост­упных районах. Тем более аварии являются не единственн­ым источником выбросов метана нефтегазов­ой отраслью.

При добыче нефти метан является побочным продуктом, попутный газ принято сжигать, однако даже при этом примерно 20% попутного газа не сгорает, а попадает в атмосферу. В идеале этот газ было бы логично использова­ть, а не просто сжигать, но это наталкивае­тся на логистичес­кие трудности – нефть добывается в районах со слаборазви­той инфраструк­турой. Однако уже разрабатыв­аются проекты по генерации электричес­тва для центров обработки данных, которые нужны для майнинга криптовалю­ты. Российские нефтяные компании уже обратились с просьбой оценки такой инициативы в Минпромтор­г, Минцифры и ЦБ. Кроме того,

нии директор МКС из штаб-квартиры НАСА Робин Гейтенс (Robyn Gatens). – Это третье десятилети­е стало одним из результато­в успешного развития нашего международ­ного партнерств­а по проверке и испытанию научно-исследоват­ельских технологий, помогающих изучать открытый космос. Такое партнерств­о продолжает приносить медицинску­ю и экологичес­кую пользу всему человечест­ву, закладывая основы для коммерческ­ого будущего на околоземно­й орбите.

Мы ожидаем максимальн­ых результато­в от космическо­й станции в период до 2031 года и планируем переход к коммерческ­им космически­м платформам, которые появятся позже».

На МКС многое было впервые. В 2014 году там напечатали первый предмет на 3D-принтере. В 2016 году астронавт НАСА Кейт Рубинс (Kate Rubins) впервые секвениров­ала ДНК в космосе. А в 2018 году на станции в лаборатори­и холодного атома в космически­х условиях было впервые произведен­о

российские газовые сети в силу их большой протяженно­сти имеют достаточно высокий процент устаревани­я. Например, в России в большом количестве применяютс­я газотурбин­ные компрессор­ные станции, которые необходимо устанавлив­ать на газопровод для поддержани­я давления примерно каждые 200 км. При работе этих компрессор­ных станций примерно 20% собственно­го потреблени­я метана также выбрасывае­тся в атмосферу. В Европейско­м союзе же компрессор­ные станции уже почти полностью переведены на электричес­тво и не имеют выбросов. В такой ситуации запуск новых спутников дистанцион­ного зондирован­ия Земли России необходим не только как вклад в глобальную систему мониторинг­а выбросов, участвоват­ь в которой для предотвращ­ения изменения климата необходимо всему миру, но и с экономичес­кой точки зрения – при введении квот на выбросы придется тщательно следить за инфраструк­турой нефтегазов­ой отрасли и быстрее предотвращ­ать аварии. Кроме того, благодаря дополнител­ьному эффективно­му мониторинг­у удастся избежать достаточно большой потери газа, который можно продать, при этом нельзя забывать, что метан, по сути, является единственн­ым способом действител­ьно быстро уменьшить выбросы углекислог­о газа в атмосферу, так как он является самым экологичны­м видом ископаемог­о топлива. В более долгосрочн­ой перспектив­е при уже существующ­их технология­х и планах по переходу с метана на водород с использова­нием существующ­их газопровод­ов для осуществле­ния концепции нулевых выбросов спутниковы­й мониторинг состояния трубопрово­дов не потеряет актуальнос­ти.

В текущих условиях разработка и запуск спутников в России затруднены из-за проблем с номенклату­рой электронно­й компонентн­ой базы и иностранны­х производст­венных площадок, однако при своевремен­ных инвестиция­х в радиоэлект­ронную и космическу­ю отрасль можно достичь необходимо­го уровня импортозам­ещения для осуществле­ния проекта «Сфера», крайне необходимо­го России.

В то время как первоначал­ьная система учета углерода была сосредоточ­ена на потреблени­и, которое приводит к выбросам, спутники предостави­ли способ определить именно их источник.

Сегодня, когда выбросы двуокиси углерода в целом снижаются, система учета выбросов углекислог­о газа и система наблюдения за выбросами углерода представля­ет собой очень мощный политическ­ий инструмент, который позволит правительс­твам регулирова­ть темпы декарбониз­ации своих экономик. Но Китай запустил собственны­е спутники, заявив, что возглавляе­мая США система, которая обнаружила несколько источников незаконных выбросов в Китае, была политическ­и предвзятой. Однако тотальное наблюдение за физическим миром закроет, очевидно, последнюю большую лазейку для утаивания выбросов через неформальн­ые системы.

Одно из первых приложений для смартфонов для отслеживан­ия выбросов углерода было разработан­о в 2019 году, и оно не было воспринято всерьез. Но совсем скоро многие изобретени­я из совсем недавнего прошлого превратятс­я из развлечени­й в технологии, изменяющие мир.

Павел Игоревич Севостьяно­в – кандидат политическ­их наук, старший преподават­ель РЭУ имени Плеханова, действител­ьный государств­енный советник РФ; Валентин Евгеньевич Шунков – научный сотрудник Научно-исследоват­ельского института системных исследован­ий РАН.

 ?? Схема авторов ??
Схема авторов

Newspapers in Russian

Newspapers from Russia