Безопасность в техносфере, 2017, № 1 (64)

№ 1 (64)/2017 
январь–февраль

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ И ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЖУРНАЛ
SCIENTIFIC, METHODICAL AND INFORMATION MAGAZINE

В номере 
In this issue

Контроль и мониторинг
Control and Monitoring

В.А. Алексеев, В.П. Усольцев, С.И. Юран
V. A. Alekseev, V. P. Usoltsev, S. I. Yuran
Контроль загрязнений сточных вод с использованием 
двухчастотного лазерного зондирования  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 3
Wastewaters Pollution Control Using Two-Frequency  
Laser Sounding

ЭКология техносферы
teChnosphere eCology

А.Л. Суздалева
A. L. Suzdaleva
Биотехносфера и околоземное космическое пространство  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 10
Bio-Techno-Sphere and Near-Earth Space

О.В. Швецова
O. V. Shvetsova
Отходы строительства как геоэкологический резерв для озеленения 
городских территорий  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 19
Construction Waste as Geo-Ecological Reserve for Urban  
Areas Landscaping

Н.С. Шулаев, В.В. Пряничникова, Р.Р. Кадыров, Н.Н. Фанакова
N.S. Shulaev, V.V. Pryanichnikova, R.R. Kadyrov, N.N. Fanakova
Фиторемедиация нефтепромысловых почв  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 25
Phytoremediation of Oilfield Soils

ЭКологичесКая безопасность

eCologiCal safety

И.В. Румянцев, А.М. Дунаев, А.Н. Сивухин,  
Д.С. Марков, В.И. Гриневич
I.V. Rumyantsev, A.M. Dunayev, A.N. Sivukhin,  
D.S. Markov, V.I. Grinevich
Эколого-гигиеническая оценка качества почв Ивановской области  .  .  .  .  .  . 31
Ecological and Hygienic Assessment of Ivanovo Region’s Soils Quality

Г.В. Лаврентьева, М.Н. Каткова, Р.А. Сергулёв, Л.В. Астахова
G.V. Lavrentyeva, M.N. Katkova, R.A. Sergulev, L.V. Astakhova
Радиационный риск для населения в зоне влияния хранилища 
радиоактивных отходов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 38
Radiation Risk for the Public in a Radioactive Waste Repository’s Zone  
of Influence

Свидетельство Роскомнадзора

ПИ № ФС77-44004
Издается с 2006 года
Учредитель:
Коллектив редакции журнала
Издается: 
при поддержке МГТУ им. Н.Э. Баумана, 
Федерального учебно-методического объединения 
в системе высшего образования по укрупненной 
группе специальностей и направлений подготовки 
20.00.00 «Техносферная безопасность и природообустройство»
Главный редактор 
Владимир Девисилов
Издатель:
ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
Отдел предпечатной подготовки 
Белла Руссо
Выпускающий редактор 
Дарья Склянкина 
Тел. (495) 280-15-96 (доб. 501) 
e-mail: 501@infra-m.ru
Отдел подписки 
Маргарита Назарова 
Тел.: (495) 280-15-96 (доб. 249) 
e-mail: podpiska@infra-m.ru

Присланные рукописи не возвращаются.

Точка зрения редакции может не совпадать  
с мнением авторов публикуемых материалов.

Редакция оставляет за собой право самостоятельно  
подбирать к авторским материалам иллюстрации, менять 
заголовки, сокращать тексты и вносить в рукописи необходимую стилистическую правку без согласования с авторами. 
Поступившие в редакцию материалы будут свидетельствовать о согласии авторов принять требования редакции.

Перепечатка материалов допускается  
с письменного разрешения редакции.

При цитировании ссылка на журнал «Безопасность 
в техносфере» обязательна.
Письма и материалы для публикации  
высылать по адресу:  
127282, Россия, Москва, ул. Полярная,  
д. 31в, стр. 1, журнал «БвТ»  
Тел.: (495) 280-15-96 (доб. 501) 
Факс: (495) 280-36-29 
e-mail: magbvt@list.ru, mag12@infra-m.ru,  
bvt@magbvt.ru 
Сайты журнала:  
http://www.magbvt.ru, http://www. naukaru.ru

© ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М», 
2017

Формат 60×84/8.  Бумага офсетная № 1. 
Тираж 1000 экз.
Подписные индексы:  
в каталоге агентства «Роспечать» —  
18316, объединенном каталоге  
«Пресса России» — 11237

DOI 10 .12737/issn .1998-071X

методы и средства обеспечения безопасности

Methods and Means of safety

Е.С. Антонова
E. S. Antonova
Моделирование процесса очистки сточных вод во флотационной 
установке с эжекционной системой аэрации с диспергатором   .  .  .  .  . 43
Modeling of Wastewater Treatment Process in a Flotation Setup  
with Ejection Aeration System Having a Disperser

Л.Н. Григорьев, О.А. Шанова, Л.Г. Веренцова, А.А. Родионова
L.N. Grigoriev, O.A. Shanova, L.G. Verentsova, A.A. Rodionova
Очистка сточных вод от левомицетина адсорбционным методом  .  .  .  . 51
Wastewater Treatment from Laevomycetin by Adsorption Method 

Энерго- и ресурсосбережение

energy and resourCe saving

Р.З. Тумашев, Н.Л. Щеголев, К.И. Назаревич
R. Z. Tumashev, N. L. Schegolev, K. I. Nazarevich
Энергосберегающие технологии очистки сточных вод  
с применением утилизационных газотурбинных установок   .  .  .  .  .  . 58
Energy Saving Technologies for Wastewaters Treatment with Application  
of Utilization Gas-Turbine Units

образование

eduCation

В.А. Девисилов, Е.Н. Симакова
V.A. Devisilov, E.N. Simakova
Актуализация образовательных стандартов  по направлению 
«Техносферная безопасность»: проекты стандартов и проблемы  
их реализации . Часть I — бакалавриат    .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 66
Updating of Federal State Educational Standards of Higher Education  
in the Direction of “Technosphere security”: Draft Standards and Their  
Implementation. Part 1 — Bachelor’s Degree Program

И.Г. Галямина
I. G. Galyamina
Разработка профессиональных компетенций  
на основе анализа профессиональных стандартов  
в области природообустройства  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 80
Development of Professional Competences Based on Analysis  
of Professional Standards in Environmental Engineering 

В.А. Девисилов
V.A. Devisilov
Сетевой университет в сфере промышленной, ядерной и 
энергетической безопасности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Network University in the Field of Industrial, Nuclear and Energy Safety

Журнал «Безопасность в техносфере» включен в перечень 
ведущих научных журналов, в которых по рекомендациям 
ВАК РФ должны быть опубли кованы научные результаты 
диссертаций на соискание ученых степеней доктора  
и кандидата наук, а также в американскую базу периодических 
и продолжающихся изданий Ulrich’s и базу лучших российских 
научных журналов, размещенную на платформе Web of Science 
в виде Russian Science Citation Index (RSCI) .

РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
Александров Анатолий Александрович (Председатель совета),
ректор МГТУ им. Н.Э. Баумана, зав. кафедрой, д-р техн. наук, 
профессор
Алёшин Николай Павлович, 
зав. кафедрой МГТУ им. Н.Э. Баумана, академик РАН,  
д-р техн. наук, профессор
Аткиссон Алан (Alan AtKisson) — Швеция (Sweden),
президент Atkisson Group, советник Комиссии ООН по 
устойчивому развитию, член Комиссии по науке и технологическому развитию при Президенте Еврокомиссии (EU Commission 
President’s Council of Advisors on Science and Technology)
Бабешко Владимир Андреевич,
зав. кафедрой Кубанского государственного университета, 
директор НЦ прогнозирования и предупреждения 
геоэкологических и техногенных катастроф, академик РАН,  
д-р физ.-мат. наук, профессор
Бухтияров Игорь Валентинович
директор НИИ медицины труда РАМН, чл.-кор. РАН, д-р мед. наук, 
профессор
Гарелик Хемда (Hemda Garelick) — Великобритания (United Kingdom), 
Professor of Environmental Science and Public Health Education, 
School of Health and Social Sciences (HSSC) Middlesex University,
Programme Leader for Doctorate in Professional Studies Environment and Risk (HSSC), PhD.
Касимов Николай Сергеевич, 
Президент географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, 
вице-президент Русского географического общества,  
зав. кафедрой, академик РАН, д-р геогр. наук, профессор
Махутов Николай Андреевич, 
главный научный сотрудник Института машиноведения  
им. А.А. Благонравова РАН, руководитель рабочей группы  
при Президиуме РАН по проблемам безопасности, чл.-кор. РАН,  
д-р техн. наук, профессор
Мейер Нильс И . (Niels I . Meer) — Дания (Denmark), 
профессор Датского технического университета (дат. Danmarks 
Tekniske Universitet, DTU, англ. Technical University of Denmark)
Соломенцев Юрий Михайлович, 
президент МГТУ «Станкин», зав. кафедрой, чл.-кор. РАН, 
д-р техн. наук, профессор
Тарасова Наталия Павловна,
директор института  проблем устойчивого развития, 
заведующая кафедрой РХТУ им. Д.И. Менделеева,  
чл.-кор. РАН, д-р хим. наук

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
Васильев Андрей Витальевич,
зав. кафедрой Самарского государственного технического 
университета, д-р техн. наук, профессор
Вараксин Алексей Юрьевич, 
заведующий отделением Объединенного института высоких 
температур РАН, чл.-кор. РАН, д-р физ.-мат. наук, профессор
Девисилов Владимир Аркадьевич,
доцент кафедры МГТУ им. Н.Э. Баумана, канд. техн. наук
Дыганова Роза Яхиевна,
зав. кафедрой Казанского государственного энергетического 
университета, д-р биол. наук, профессор
Дьяченко Владимир Викторович,
заместитель директора по научной и учебной работе 
Новороссийского политехнического института (филиала) КубГТУ, 
профессор, канд. сел.-хоз. наук, д-р геогр. наук
Егоров Александр Федорович,
зав. кафедрой РХТУ им. Д.И. Менделеева, д-р техн. наук, профессор
Кручинина Наталия Евгеньевна,
декан инженерного экологического факультета, зав. кафедрой 
РХТУ им. Д.И. Менделеева, канд. хим. наук, д-р техн. наук, профессор
Майстренко Валерий Николаевич,
зав. кафедрой Башкирского государственного университета,  
чл.-кор. АН Республики Башкортостан, д-р хим. наук, профессор
Никулин Валерий Александрович,
исполнительный вице-президент Российской инженерной 
академии, ректор Камского института гуманитарных  
и инженерных технологий,  д-р техн. наук, профессор
Павлихин Геннадий Петрович,
д-р техн. наук, профессор МГТУ им. Н.Э. Баумана
Петров Борис Германович,
руководитель Приволжского Управления Ростехнадзора,  
канд. техн. наук, профессор
Пушенко Сергей Леонардович,
директор ИИЭС Ростовского государственного строительного 
университета, канд. техн. наук, профессор
Рахманов Борис Николаевич,
профессор Московского государственного университета путей 
сообщения, д-р техн. наук
Реветрио Роберто ( Roberto Revetrio)
д-р наук (PhD), профессор Университета Генуи, Италия
Рубцова Нина Борисовна,
заведующая научным координационно-информационным 
отделом ГУ НИИ медицины труда РАМН, д-р биол. наук
Севастьянов Борис Владимирович,
зав. кафедрой «Безопасность жизнедеятельности»  
Ижевского государственного технического университета,  
канд. пед. наук, д-р техн. наук, профессор
Сущев Сергей Петрович, 
генеральный директор ООО «Центр исследований 
экстремальных ситуаций», д-р техн. наук, профессор
Трофименко Юрий Васильевич,
зав. кафедрой Московского автомобильно-дорожного института 
(государственного технического университета),  
д-р техн. наук, профессор
Федорец Александр Григорьевич,
директор Автономной некоммерческой организации  
«Институт безопасности труда», канд. техн. наук, доцент

Контроль и мониторинг
Control and Monitoring

Безопасность в техносфере, №1 (январь–февраль), 2017
3

УДК 504.064+681.785 
DOI: 10.12737/article_5901928bac1f44.76816878
Контроль загрязнения сточных вод с использованием 
двухчастотного лазерного зондирования

В. А. Алексеев, ученый секретарь, профессор, д-р техн. наук,
В. П. Усольцев, ведущий инженер-электронщик, канд. техн. наук,
С. И. Юран, профессор, д-р техн. наук

ФГБОУ ВО «Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова», г. Ижевск

email: alekseevv@istu.ru, vpusoltcev@mail.ru, yuran-49@yandex.ru

Рассмотрены оптические методы анализа неоднородных жидких сред, исследованы 
корреляционно-функциональные связи между оптической плотностью и параметрами, характеризующими вид, содержание и уровень загрязнения промышленных сточных вод. Показаны основные тенденции в развитии технологии и аппаратуры оптоэлектронного контроля загрязнения сточных вод промышленных предприятий. 
Аппроксимация спектров излучения и поглощения источника и приемника оптического излучения с использованием известной функции Лапласа позволяет провести 
расчеты по выбору согласованных параметров оптических пар для двухчастотного 
оптического контроля и в результате повысить достоверность идентификации 
вида и степени загрязнения сточных вод и промышленных стоков по сравнению 
с использованием одного источника излучения. Способ двухчастотного лазерного 
зондирования загрязнений отличается улучшенными характеристиками контроля 
по сравнению с предложенными в патентах и научно-технической литературе.

Ключевые слова:  
контроль загрязнений,  
лазерное зондирование,  
сточные воды.

1 . Введение
Степень вредности сточных вод зависит от токсичности загрязняющих их веществ. Чтобы определить состав сточных вод, проводится множество 
различных анализов, как химических, так и санитарно-бактериологических [1, 2]. Широкое распространение получили оптические методы анализа 
неоднородных жидких сред, основанные на измерении пропускания, поглощения или рассеяния света 
анализируемыми веществами в области ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных волн [3]. Данные 
методы различаются в зависимости от характера 
взаимодействия анализируемого вещества со световой энергией, способа ее измерения и спектральных 
характеристик используемой оптоэлектронной измерительной аппаратуры. В основе рассмотренных 
методов контроля лежит способность подавляющего большинства органических веществ различных 
классов поглощать ультрафиолетовое излучение 
в области 0,25–0,28 мкм. В этой области интенсивно 
поглощают излучение ненасыщенные соединения 

и соединения ароматического ряда с различными 
группировками атомов, в том числе протеины, фенолы, гуминовые, лигносульфоновые кислоты и другие 
сложные соединения. Спектр поглощения органических и минеральных масел в диапазоне 0,25–0,70 мкм 
является результатом электронного поглощения.
Создание автоматизированных систем управления аварийными сбросами сточных вод промышленных предприятий в реальном масштабе времени с применением известных методик, технологий 
и приборов анализа, работающих в ультрафиолетовой области спектра, из-за технических трудностей 
встраивания аппаратуры контроля в технологические 
процессы функционирования очистных сооружений 
и конструкции систем канализации не применяется. 
В результате возникает необходимость взятия проб 
с определенным регламентом, их хранения и последующего анализа. В процессе контроля происходит разрушение загрязнителей сточных вод из-за нарушения 
углеводородных связей под действием ультрафиолетового излучения. Спектральные характеристики основ

Контроль и мониторинг
Control and Monitoring

4

ных компонентов, в частности воды, не позволяют использовать ультрафиолетовое излучение для анализа 
загрязнений по всему объему сточных вод. Указанные 
проблемы выдвигают актуальную задачу повышения 
эффективности контроля сточных вод. Цель настоящей работы —  разработка и исследование метода 
аналитического контроля вида и степени аварийных 
залповых загрязнений сточных вод и залповых сбросов в технологическом процессе промышленного производства на основе анализа динамики изменения зональной оптической плотности, оптимального выбора 
оптического частотного диапазона с использованием 
двухчастотного лазерного зондирования.
Существование корреляционных связей между 
оптической плотностью и другими параметрами, характеризующими содержание загрязнения, позволяет 
проводить достоверный оперативный анализ загрязнения водных сред с целью дальнейшего принятия 
решений о проведении тех или иных защитных мероприятий. Для больших промышленных предприятий 
предлагаемый подход чрезвычайно перспективен. 
В этом случае контроль оптической плотности, функционально связанной с видом и содержанием загрязнений, позволяет в режиме реального времени фиксировать и устранять аварийные сбросы, оперативно 
производить очистку сточных вод и обеспечивать 
заданный ритм промышленного производства. Автоматизация устранения аварийных сбросов в реальном 
масштабе времени с применением оптических методов контроля свойств жидких сред имеет перспективу 
в связи с развитием современных средств оптоэлектроники и лазерных технологий [4, 5].

2 . Теоретический анализ
Чтобы аппаратура контроля подтвердила факт наличия загрязнения сточных вод и их виды, параметры зарегистрированных процессов (изменение оптической плотности водной среды при определенной 
длине волны излучения) должны соответствовать 
истинным параметрам загрязнений (их виду и степени). Введем следующие обозначения: Rj —  параметры 
загрязнения (вид, уровень и т. д.), Di —  идентификационные параметры изменения оптической плотности, зарегистрированные аппаратурой контроля, 
j —  количество параметров загрязнения, i —  количество идентификационных параметров изменения оптической плотности, f —  функция корреляции. Тогда 
должно выполняться соотношение:

 
Rj = f (Di). 
(1)

Если это соотношение выполняется, то можно 
с определенной доверительной вероятностью утверждать, что загрязнение установленного вида и степени 

действительно произошло. Реально для системы распознавания нужно выбрать наиболее существенные 
критерии идентификации с точки зрения увеличения 
вероятности правильного решения. Для определения 
параметров загрязнения (которые неизвестны) необходимо установить степень их влияния на результаты 
анализа.
При однопараметрическом загрязнении выражение (1) преобразуется к виду:

 
R = f (D). 
(2)

При поступлении сброса абсолютная оптическая 
плотность, зарегистрированная аппаратурой контроля, изменится на ΔD, а абсолютная величина параметра загрязнения изменится на ΔR:

 
R + ΔR = f (D + ΔD). 
(3)

Разделив почленно выражение (3) на выражение 
(2), получим выражение для расчета относительного 
изменения параметра загрязнения:

 
γR = f(D+ D)

f(D)

∆
−1 . 
(4)

Оптическая плотность D —  мера ослабления света прозрачными объектами —  вычисляется как десятичный логарифм отношения потока излучения, 
падающего на объект, Фin, к потоку излучения, прошедшего через него, Фout [6].

 
D =
=
in

out

in
out
lg
lg
lg
Φ
Φ
Φ
Φ
−
. 
(5)

Во многих случаях полезно использовать такую 
величину, как спектральная плотность потока излучения [7]. В случае использования длин волн для 
спектральной плотности потока λ соответствующая 
ей спектральная плотность потока излучения функция Фλ(λ), показывающая распределение энергии 
по спектру излучения, определяется как отношение 
величины dФ(λ), приходящейся на малый спектральный интервал, заключённый между λ и λ +dλ, к ширине этого интервала:

 
Φ
Φ

λ λ
λ
λ
( ) = d ( )

d

. 
(6)

В известных случаях аппаратура контроля загрязнения сточных вод использует одну рабочую частоту. 
Значительно расширить функциональные возможности, повысить достоверность и оперативность кон

Контроль и мониторинг
Control and Monitoring

Безопасность в техносфере, №1 (январь–февраль), 2017
5

троля позволяет анализ зональной оптической плотности при двухчастотном лазерном зондировании.

 

D =

( )
( )d

( ) ( )d

=
(
i

» m

i

i

n

m

n
m

n
lg
lg
1

1

1

1

1

1
Φ

Φ

Φ

1λ

λ

λ
λ

λ
λ
λ

λ
λ τ
λ
λ

λ τ λ
λ

λ
∫

∫
∫
)
( )d

( ) ( )d

i

»

i

m

n

τ
λ
λ

λ τ λ
λ
λ
λ

1

lg

−

− ∫ Φ
,

 (7)

где: Di —  зональная оптическая плотность;
τ1i(λ) —  спектральная характеристика оптической 
защиты источника излучения от влияния водной 
среды в оптическом тракте аппаратуры контроля, 
например стекло;
Φ1λ(λ) —  спектральная плотность светового потока источника излучения;
λ1n, λ1m —  пределы интегрирования (границы зон 
спектра источника);
τi(λ) —  спектральная характеристика оптической 
защиты приемника излучения от влияния водной 
среды, например стекло;
Φλ(λ) —  спектральная плотность светового потока, поступившего на приемник излучения;
λn, λm —  пределы интегрирования (границы зон 
спектра фотоприемника).
Приняв, что оптическая защита источника и приемника излучения не изменяет их спектральные характеристики, значением τ λ
i( )  можно пренебречь.
Спектральная характеристика лазера приведена 
на рис. 1, где Pu —  мощность излучения лазера, λ — 
длина волны. Ширина спектра излучения лазера Δλ 
оценивается на уровне –3 дБ от максимальной мощности (Pmax
2
/
).
Учитывая вероятностный характер квантовых 
процессов, определяющих работу лазера и фотоприемника, можно аппроксимировать спектральную 
плотность потока излучения лазера и спектральную 

чувствительность фотодиода хорошо исследованной 
параметрической функцией:

 
Φ( ) =

(
)

λ
σ
π

λ
λ

σ
σ
1

2

exp
2

cp
2

2
[
]
−
−

, 
(8)

где: Ф(λ) —  спектральная плотность светового потока;
λ —  длина волны;
λср —  длина волны при максимальной мощности 
(определяет центр, которому соответствует максимальная высота на графике);
σ2 —  дисперсия, характеризующая размах вариации, т. е. «размазанность» данных или остроконечность графика.
При увеличении параметра σ2 кривая функции 
растекается вдоль оси λ; при стремлении σ2 к нулю — 
сжимается вокруг λср, т. е. параметр σ2 характеризует 
разброс или рассеяние. При изменении λср кривая сдвигается вдоль оси λ. Варьируя параметры λ и σ2, можно 
получить выражения для аппроксимации энергетических характеристик разнообразных моделей источников и приемников оптического излучения.
Для наглядности применения предложенной для 
аппроксимации функции использован график стандартизованной функции при λср равной нулю, стандартном отклонении σ равным 1 (рис. 2).
Учитывая, что определенный интеграл есть площадь между графиком функции и осью абсцисс 
в пределах интегрирования, т. е. площадь криволинейной трапеции

 
S
f x
x
f x dx
i
i m
i

n
n

m

=
→

=∑
∫
(
)
( )

λ

λ

λ

∆
, 
(9)

используя известную функцию Лапласа, значения 
которой рассчитаны и приводятся в соответствующих таблицах [8], получим:

Рис . 1 . Спектральная характеристика лазера

Δλ
λ

Pu

Pmax

Рис . 2 . Стандартное распределение с областями, содержащими 
68 % и 95 % аппроксимируемых значений функции

0,40

0,35

0,30

0,25

0,20

0,15

0,10

0,05

0

–0,05
–4
–3
–2
–1
0

68%

95%

1
2
3
4
σ

Ф

Контроль и мониторинг
Control and Monitoring

6

Φ
Φ
1

1
1

1

1

λ
λ

λ
λ
λ
λ
λ

σ

λ
λ

σ
m

n
d
F
F

n
m
∫
=
−
−
−
( )
*(
)
(
)
cp
cp

cp, (10)

где: F*(x) —  функция Лапласа; Фср —  средняя плотность светового потока, равная

 
Φ
Φ
cp =
−
∫
1

1
λ
λ
λ
λ
λ

max
min

( )d
. 
(11)

Аргументы функции F* в выражении (10) имеют 
простой смысл: (
)/
λ
λ
σ
1n −
cp
 есть расстояние от правого конца участка λ1n до центра рассеивания, выраженное в стандартных отклонениях; (
)/
λ
λ
σ
1m −
cp
– 
такое же расстояние для левого конца участка, причем это расстояние считается положительным, если 
конец расположен справа от центра рассеивания, 
и отрицательным, если слева.
Используя правило «трех сигм», можно ориентировочно определить σ как (λmax —  λср)/3. С учетом 
рис. 1 конкретное стандартное отклонение можно 
с небольшой погрешностью принять равным половине ширины спектра излучения или поглощения 
источника и фотоприемника (см. рис. 2).

3 . Примеры реализации
Учитывая спектр поглощения воды [9] и спектры 
поглощения нефти и нефтепродуктов [10], можно 
сказать, что для оптоэлектронного контроля неоднородности водных сред в наибольшей степени 
подходит рабочий диапазон в области частот менее 
0,5 мкм, где поглощение оптического излучения примесями намного выше, чем в более длинноволновой 
части спектра. Для проведения расчетов по выражениям (1)–(10) можно из справочных данных выбрать 
согласованные источник и приемник излучения, 
а также диапазоны изменения параметров.
Для проверки корректности использования предложенной методики первоначально проведен анализ 
одночастотного зондирования, в качестве источника 
излучения выбран полупроводниковый лазер со следующими параметрами: длина волны λср = 0,445 мкм, 
спектральная ширина (λmax —  λmin) = 0,001–0,003 мкм, 
σ = 0,0005 мкм, средняя мощность излучения 1,0 мВт. 
В результате использования известной методики перевода мощности лазера, равной 1 мВт, выраженной в радиометрических единицах, в фотометрические единицы получено значение светового потока, равное 0,16 лм.
На основании определенной по индивидуальным 
параметрам выбранного лазера плотности светового потока по выражению (11) рассчитана средняя 
плотность светового потока источника излучения, 

которая оказалась равной Фср = 1,44 · 105 лм /м2. Подставив полученное значение Фср в выражение (10), 
с использованием выражений (8), (9) рассчитана 
средняя спектральная плотность светового потока 
источника излучения Φ1 = 1,02 · 105 лм/м2.
Приемником излучения выбран фотодиод со следующими параметрами: спектральная область чувствительности 0,3–0,95 мкм, длина волны максимальной чувствительности λср = 0,85 мкм, σ = 0,1 мкм, 
ширина спектра 0,65 мкм. При расчетах учитывается 
максимальная чувствительность относительно центра спектральной области чувствительности. В результате поступления аварийного залпового загрязнения спектральная плотность светового потока, 
поступившего на приемник излучения, будет равна 
Φλ = 0,5 · 105 лм /м2. Рассчитанная по выражению (7) 
зональная оптическая плотность D = 0,301.
Из-за недостатка репрезентативных статистических данных об отказах, ошибках и технических 
неполадках в технологическом процессе, авариях 
на объектах-аналогах, уникальности производственных циклов, отсутствия исчерпывающих исходных 
данных о производстве, условиях размещения и эксплуатации оборудования, специфичности технологического оборудования определение функции 
корреляции в выражении (1) лучше проводить экспериментально. Для этого использована лабораторная 
установка [11], разработанная на основе имитационной модели поступления загрязнения сточных вод 
и промышленных стоков на очистные сооружения 
[12]. Установка позволяет имитировать любое из известных загрязнений, время их устранения, вид, содержание и концентрацию загрязнений, влияние 
факторов, снижающих достоверность контроля, 
и экспериментально обосновать выбор признаков загрязнения сточных вод и идентификационных параметров изменения оптической плотности.
При использовании двухчастотного зондирования выбран второй источник излучения —  полупроводниковый лазер —  со следующими параметрами: 
длина волны λср = 0,405 мкм, спектральная ширина 
0,001–0,003 мкм, σ = 0,0005 мкм, средняя мощность 
излучения 1,0 мВт, световой поток 0,16 лм. Проведя 
аналогичные расчеты для второго источника излучения по выражениям (7)–(11), рассчитана оптическая плотность для второго источника излучения, 
равная D = 0,341. Рассчитанное по выражению (4) 
относительное изменение оптической плотности составило 13 %. На графиках изменения оптической 
плотности (рис. 3–6), полученных на виртуальной 
панели управления экспериментальной установки 
[11], наглядно видно, что, задавая режимы работы 
регистрирующей аппаратуры, можно фиксировать 

Контроль и мониторинг
Control and Monitoring

Безопасность в техносфере, №1 (январь–февраль), 2017
7

изменение величины параметров загрязнения на 67–
92 % при изменении оптической плотности на 5–15 % 
(см. выражение (2)). Расчеты показывают, что двухчастотное зондирование позволяет повысить точность 
идентификации вида и степени загрязнений на 20–
50 % по сравнению с одночастотным зондированием.

4 . Результаты и их обсуждение
В настоящей работе мы исходили из предположения, что загрязнение сточных вод и промышленных 
стоков сопровождается изменением оптической 
плотности водной среды. Чтобы повысить эффективность оптоэлектронного контроля загрязнения 
сточных вод, увеличить достоверность, объективность, оперативность, снизить длительность процедуры контроля, исключить влияние методики 
и аппаратуры контроля на санитарно-бактериологические свойства контролируемых проб, предложено 
использовать регистрирующую аппаратуру, работающую в более высокочастотном оптическом диапазоне. В результате анализа спектров поглощения 
воды как основного компонента сточных вод и загрязнителей в виде нефти и нефтепродуктов выбран 
рабочий диапазон частот от 0,25 до 0,50 мкм. В этом 
диапазоне вода достаточно прозрачна, что позволяет 
оптическому излучению проникать на большую глубину, а следы загрязнений, даже небольшого размера, 
хорошо различимы.
Предложен оригинальный подход аппроксимации 
спектров излучения и поглощения источника и приемника излучения хорошо исследованной параметрической функцией, которая через элементарные функ
ции не выражается, но довольно точно описывается 
с использованием известной функции Лапласа, значения которой рассчитаны и приводятся в соответствующих таблицах. Такой подход позволяет выполнить 
расчеты для одно- и двухчастотного оптического 
контроля и сравнить их результаты. Проведение натурных испытаний на специализированной экспериментальной установке, разработанной на основе имитационной модели поступления загрязнений сточных 
вод на очистные сооружения, позволило экспериментально обосновать выбор идентификационных признаков загрязнений сточных вод и параметров изменения оптической плотности водной среды.
Из-за недостатка репрезентативных статистических данных об отказах, ошибках и технических 
неполадках в технологическом процессе, авариях 
на объектах-аналогах, уникальности производственных циклов, отсутствия исчерпывающих исходных 
данных о производстве, условиях размещения и эксплуатации оборудования, специфичности технологического оборудования определение функции 
корреляции в выражении (1) получено в результате натурных экспериментов (см. рис. 3–6). Первоначально в оптическом тракте между источником 
и приемником оптического излучения пропускалась 
чистая вода (рис. 3). В диапазонах 1 и 3 графика изменения оптической плотности возникают граничные 
эффекты, связанные с газонаполнением, а в диапазоне 2 протекает чистая вода. При наличии загрязнения в виде масла (рис. 4) при тех же режимах, что 
и на рис. 3, оптическая плотность жидкой среды возросла, сигнал на фотоприемнике уменьшился, что 

Рис . 3 . Оптическая плотность при протекании очищенной воды
Рис . 5 . Оптическая плотность при появлении загрязнения в виде 
сырой нефти

Рис . 6 . Оптическая плотность при окончании загрязнения в виде 
сырой нефти
Рис . 4 . Оптическая плотность при протекании загрязнения в виде 
масла

Контроль и мониторинг
Control and Monitoring

8

видно на графике. Аналогично, в диапазонах 1 и 3 
(см. рис. 4) возникают граничные эффекты, в диапазоне 2 пропускается загрязненная вода. График 
изменения оптической плотности сдвинут вверх, 
чтобы весь сигнал поместился на экране. Таким же 
способом получены графики изменения оптической 
плотности при наличии и отсутствии загрязнения 
в виде сырой нефти (рис. 5 и 6). Из рисунков видно, 
что по графикам изменения оптической плотности 
можно с заданной достоверностью идентифицировать вид загрязнения. С использованием разработанной методики на установке проведены эксперименты 
поступления загрязнения сточных вод различной 
концентрации —  от 0 до 100 %. По результатам экспериментов может быть составлена база данных, 
использование которой позволяет выбрать корреляционную функцию (1) для каждого конкретного 
случая. Проведенные исследования показывают, что 
оптоэлектронный контроль загрязнения сточных вод 
и промышленных стоков чрезвычайно перспективен, 
а использование двухчастотного лазерного зондирования выводит его на новый уровень.

5 . Заключение
Полученные аналитические выражения для определения параметров загрязнения, степени их влияния 
на результаты анализа, позволяют оценить эффективность технологий оптоэлектронного контроля 
загрязнения сточных вод. Использование предложенного двухчастотного оптического контроля при 
разработке и внедрении эффективной технологии 
анализа состава сточных вод и промышленных стоков 
на содержание в них нефтепродуктов и углеводородных загрязнений может существенно снизить вероятность попадания неконтролируемых загрязнений 
в природные водоемы, что повышает экологическую 
безопасность водной среды. Предложенная методика 
универсальна и может найти применение в различных 
областях промышленного производства.

Обозначения
Rj — параметры загрязнения (вид, уровень и т. д.);
Di — идентификационные параметры изменения оптической плотности, зарегистрированные аппаратурой 
контроля;
j — количество параметров загрязнения;
i — количество идентификационных параметров изменения оптической плотности;
f — функция корреляции;
D — оптическая плотность;
Фin —  поток излучения, падающий на объект;
Фout —  поток излучения, прошедший через объект;
Фλ(λ) —  спектральная плотность потока излучения;
Di —  зональная оптическая плотность;
τ1i(λ) —  спектральная характеристика оптической защиты источника излучения от влияния водной среды 
в оптическом тракте аппаратуры контроля, например, стекло;
Ф1λ(λ) —  спектральная плотность светового потока источника излучения;
λ1n, λ1m —  пределы интегрирования (границы зоны спектра источника);
τi(λ) —  спектральная характеристика оптической защиты приемника излучения от влияния водной среды, 
например, стекло;
Фλ(λ) —  спектральная плотность светового потока, поступившего на приемник излучения;
λn, λm —  пределы интегрирования (границы зоны спектра фотоприемника);
Pu —  мощность излучения лазера;
Ф(λ) —  спектральная плотность светового потока;
λ —  длина волны светового потока, лазера;
λср —  средняя длина волны при максимальной мощности, она определяет центр, которому соответствует 
максимальная высота графика;
σ2 —  дисперсия, характеризующая размах вариации, 
т. е. «размазанность» данных или остроконечность 
графика;
F*(x) —  функция Лапласа,
Фср —  средняя плотность светового потока.

Литература
1. Воронов Ю. В., Яковлев С. В. Водоотведение и очистка сточных вод / Учебник для вузов. —  М.: АСВ, 2006. — 704 с.
2. Яковлев С. В., Губий И. Г., Павлинова И. И. Комплексное 
использование водных ресурсов / Учебное пособие. — 
М.: Высшая школа, 2008. —383 c.
3. Оптико-электронные системы экологического мониторинга природной среды: Учеб. пособие для вузов / В. И. Козинцев, В. М. Орлов, М. Л. Белов и др. / Под ред. В. Н. Рождествина. —  М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. — 528 с.
4. Идентификация вида и степени загрязнений сточных 
вод в технологическом процессе промышленного производства / В. А. Алексеев, В. П. Усольцев, С. И. Юран 

и др. // Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика. 2015. № 4. С. 107–121. DOI10.15593/2409-5125.04.08
5. Патент № 153362 на полезную модель. МПК G01N15/06. 
Устройство устранения аварийного выброса / Алексеев В. А., Девятов Н.А, Юран С. И., Усольцев В. П. —  Заявка на полезную модель 2014141487. Дата подачи заявки: 14.10.2014. Опубликовано: 20.07.2015. Бюл. № 20.
6. Справочник технолога-оптика / М. А. Окатов, Э. А. Антонов, А. Байгожин и др. / Под ред. М. А. Окатова. — 
СПб.: Политехника, 2004. — 679 с.
7. Моделирование распространения светового импульса в случайно-неоднородной среде / В. Л. Кузьмин, 

Контроль и мониторинг
Control and Monitoring

Безопасность в техносфере, №1 (январь–февраль), 2017
9

В. П. Романов, С. В. Кожевников и др. // Оптика и спектроскопия. 2006. Т. 100, № 5. C. 833–841.
8. Вентцель Е. С., Овчаров Л. А. Теория вероятностей 
и ее инженерные приложения. Учеб. пособие для втузов. —2-е изд., стер. —  M.: Высшая школа, 2000. — 480 с.
9. Niemz M. H. Laser —  Tissue Interactions: Fundamentals 
and Applications. —  Berlin: Springer, 1996. — 302 p.
10. Евдокимов И. Н., Лосев А. П. Применение УФ-видимой 
абсорбционной спектроскопии для описания природных нефтей // Нефтегазовое дело. Электронный научный журнал. 2007. № 1. URL: http://ogbus.ru/

11. Алексеев В. А., Усольцев В. П., Юран С. И. Автоматизированное управление аварийными сбросами в системах 
очистки сточных вод // Интеллектуальные системы 
в производстве. 2015. № 1(25). —  Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2015. С. 133–139.
12. Алексеев В. А., Усольцев В. П., Юран С. И. Обобщенная 
вероятностная математическая модель поступления 
сточных вод на очистные сооружения при залповых 
сбросах // Интеллектуальные системы в производстве. 
2014. № 1(23). Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2014. С. 108–113.

References
1. Voronov Yu.V., Yakovlev S. V. Vodootvedenie i ochistka 
stochnykh vod [Waste water treatment and treatment]. 
Moscow, ASV Publ., 2006. 704 p. (in Russian)
2. Yakovlev S. V., Gubiy I. G., Pavlinova I. I. Kompleksnoe ispol’zovanie vodnykh resursov [Integrated use of water resources]. 
Moscow, Vysshaya shkola Publ., 2008. 383 p. (in Russian)
3. Kozintsev V. I., Orlov V. M., Belov M. L. Optiko­elektronnye 
sistemy ekologicheskogo monitoringa prirodnoy sredy 
[Optoelectronic systems for environmental monitoring 
of the natural environment]. Moscow, MGTU im. 
N. E. Baumana Publ., 2002. 528 p. (in Russian)
4. Alekseev V. A., Usol’tsev V.P., Yuran S. I. Identifikatsiya vida 
i stepeni zagryazneniy stochnykh vod v tekhnologicheskom 
protsesse promyshlennogo proizvodstva [Identification 
of the type and degree of contamination of sewage in the 
technological process of industrial production]. Vestnik 
PNIPU. Prikladnaya ekologiya. Urbanistika [Herald of the 
PNIPU. Applied ecology. Urbanistics]. 2015, I. 4, pp.107–121. 
DOI10.15593/2409-5125.04.08 (in Russian)
5. Alekseev V. A., Devyatov N.A, Yuran S. I., Usol’tsev V. P.
Patent № 153362 na poleznuyu model’. MPK G01N15/06. 
Ustroystvo ustraneniya avariynogo vybrosa [Patent No. 
153362 for utility model. IPC G01N15/06. Device for elimination of emergency emissions]. 2015, I. 20.
6. Okatov M. A., Antonov E. A., Baygozhin A. Spravochnik 
tekhnologa­optika [Handbook of the technologist-optics]. 
St. Petersburg, Politekhnika Publ., 2004. 679 p. (in Russian)
7. Kuz’min V.L., Romanov V. P., Kozhevnikov S. V. Mode lirovanie rasprostraneniya svetovogo impul’sa v sluchayno-neodnorodnoy srede [Modeling the propagation of a light 

pulse in a randomly inhomogeneous medium]. Optika 
i spektroskopiya [Optics and spectroscopy]. 2006, V. 100, I. 5, 
pp. 833–841. (in Russian)
8. Venttsel’ E.S., Ovcharov L. A. Teoriya veroyatnostey i ee inzhenernye prilozheniya [Theory of probability and its engineering applications]. Moscow, Vyssh. shk. Publ., 2000. 480 p. (in 
Russian)
9. Niemz M. H. Laser —  Tissue Interactions: Fundamentals 
and Applications. —  Berlin: Springer, 1996. — 302 p.
10. Evdokimov I. N., Losev A. P. Primenenie UF-vidimoy 
absorbtsionnoy spektroskopii dlya opisaniya prirodnykh 
neftey [Visible Absorption Spectroscopy for Descriptions 
of Natural Oils]. Neftegazovoe delo. Elektronnyy nauchnyy 
zhurnal [Oil and Gas. Electronic scientific journal]. 2007, I. 
1. Available at: http://ogbus.ru/ (in Russian)
11. Alekseev V. A., Usol’tsev V.P., Yuran S. I. Avtomati zirovannoe 
upravlenie avariynymi sbrosami v sistemakh ochistki stochnykh vod [Automated management of emergency discharges 
in wastewater treatment systems]. Intellektual’nye sistemy v 
proizvodstve [Intellectual systems in production]. 2015, I. 1(25). 
Izhevsk: IzhGTU Publ., 2015, pp. 133–139. (in Russian)
12. Alekseev V. A., Usol’tsev V.P., Yuran S. I. Obobshchennaya 
veroyatnostnaya matematicheskaya model’ postupleniya 
stochnykh vod na ochistnye sooruzheniya pri zalpovykh 
sbrosakh [Generalized probabilistic mathematical model 
of sewage water supply to sewage treatment plants at 
volley discharges]. Intellektual’nye sistemy v proizvodstve 
[Intellectual systems in production]. 2014, I. 1(23). Izhevsk: 
IzhGTU Publ., 2014, pp. 108–113. (in Russian)

Wastewaters Pollution Control Using Two-Frequency Laser Sounding

V . A . Alekseev, Doctor of Engineering, Professor, Scientific Secretary, FSBEI HE Izhevsk State Technical University named after 
M. T. Kalashnikov, Izhevsk
V . P . Usoltsev, Ph.D. of Engineering, Leading Electronics Engineer, FSBEI HE Izhevsk State Technical University named after 
M. T. Kalashnikov, Izhevsk
S . I . Yuran, Doctor of Engineering, Professor, FSBEI HE Izhevsk State Technical University named after M. T. Kalashnikov, Izhevsk

Optical methods for analysis of non-uniform liquid mediums have been considered, correlational and functional connections between 
the optical density and parameters characterizing industrial wastewaters’ type, content and pollution level have been investigated. 
Have been demonstrated main tendencies related to development of technology and equipment for optoelectronic control of 
industrial wastewaters’ pollution. Approximation of emission and absorption spectra for optical radiation’s emitter and receiver using 
the known Laplace function allows carry out calculations for a choice of optical couples’ coordinated parameters for two-frequency 
optical control, and as a result to increase reliability of identification for a type and degree of pollution for wastewaters and industrial 
effluents in comparison with use of one emission source. The method of pollution two-frequency laser sounding differs in improved 
control characteristics compared with the ones offered in patents, as well as in scientific and technical literature.

Keywords: pollution control, laser sounding, wastewaters.

Экология техносферы
Technosphere Ecology

10

УДК  629.786.2; 573.5 
DOI: 10.12737/article_590194a1020cd9.87195209
Биотехносфера и околоземное космическое  
пространство

А. Л. Суздалева, докт. биол. наук, профессор

Московский энергетический институт (Национальный исследовательский университет МЭИ)

email: SuzdalevaAL@yandex.ru

Интенсивное освоение околоземного космического пространства сопровождается 
его микробиологическим загрязнением. Жизнеспособные бактерии уже обнаружены 
на внешних конструкциях Международной космической станции. Вокруг обитаемого 
космического аппарата формируется тонкая газовая оболочка и образуется слой 
органических осадков. Они могут служить субстратом для развития некоторых 
форм микроорганизмов. В результате в космосе возникает простейшая природнотехническая система. Биологические объекты могут поступать в нее из атмосферы Земли или при утечке газов из обитаемых космических аппаратов. В ближайшее 
время количество орбитальных космических станций многократно возрастет. 
Часть из них будет создана частными фирмами с целью развития космического туризма. Между орбитальными станциями и Землей будет осуществляться постоянная перевозка большого количества людей и грузов. Вместе с ними в обоих направлениях будут перемещаться микроскопические биологические объекты. В результате 
природно-технические системы космических аппаратов войдут в состав глобальной природно-технической системы —  биотехносферы. В космосе могут возникнуть 
новые штаммы микроорганизмов, представляющие опасность для человека. Эксплуатация в космическом пространстве большого количества обитаемых станций 
гипотетически создает условия для проникновения на Землю инопланетных форм 
жизни. Для своевременной идентификации подобных угроз предложено создать 
междисциплинарный комплекс научных исследований. Его цель —  мониторинг появления новых микроорганизмов на всех этапах их перемещения из космоса на Землю. 
Отдельное внимание должно быть уделено изучению биологических объектов, обнаруженных на Земле в местах, малопригодных для земных микроорганизмов, например в различных технологических средах или скоплениях токсичных отходов.

Ключевые слова:  
микробиологическое загрязнение  
космоса,  
космическая станция,  
космический туризм,  
панспермия,  
техногенная биологическая инвазия.

1 . Введение в проблему
В научной литературе термин биотехносфера 
используется для обозначения современной биосферы, трансформированной под воздействием технической деятельности человека [1]. Таким образом, 
биотехносфера в отличие от биосферы представляет собой природно-техническую систему (ПТС), т. е. 
совокупность природных, природно-техногенных 
и техногенных объектов, состояние и функционирование которых взаимосвязаны и взаимозависимы. 
В настоящее время от своевременного исследования 
тенденций в развитии биотехносферы и в разработке 

методов управления ими зависит сохранение среды, 
пригодной для существования человека и других 
форм земной жизни.
Несмотря на постоянно усиливающуюся техногенную трансформацию, биотехносфера сохраняет 
свою целостность как единая система, обладающая 
динамично развивающейся структурно-функциональной организацией, которая включает комплекс 
материальных тел (структурных элементов), связанных в единое целое вещественными и энергетическими потоками (функциональными связями) [2]. В состав структурных элементов биотехносферы входят 

Экология техносферы
Technosphere Ecology

Безопасность в техносфере, №1 (январь–февраль), 2017
11

все ранее существовавшие элементы биосферы, к которым добавляются различные техногенные объекты и образования (побочные продукты человеческой 
деятельности, например скопления отходов).
Техногенез биосферы сопровождается не только перестройкой структурно-функциональной организации, но и изменением ее пространственных 
границ. Согласно учению В. И. Вернадского, верхняя 
граница биосферы совпадает с границей преобразованной жизнедеятельностью организмов газовой 
оболочки планеты —  атмосферы. Но биотехносфера начинает распространяться и за пределы газовой 
оболочки Земли. Это происходит благодаря сочетанию двух явлений: выноса в околоземное космическое пространство микроорганизмов, сохраняющих 
жизнеспособность, и присутствия в этом пространстве техногенных объектов, пригодных для их аккумулирования и развития.
Существование данного процесса нашло фактическое подтверждение в результатах исследований, 
проведенных в последние годы. На поверхности 
Международной космической станции (МКС) зафиксировано присутствие жизнеспособных земных 
микроорганизмов [3–4]. Среда, в которой они обнаружены, по своим свойствам существенно отличается от условий на поверхности естественных космических тел. Вокруг длительное время эксплуатируемых 
орбитальных комплексов формируются небольшие 
скопления газов, получившие название «собственные внешние атмосферы» (СВА). Их состав принципиально отличен от атмосферы Земли. Например, 
СВА МКС формируется из продуктов сгорания топлива собственных двигателей ориентации и коррекции, а также двигателей транспортных космических 
аппаратов, доставляющих грузы; из газообразных 
и пылевых выбросов, возникающих при стыковке 
аппаратов и выходе в открытый космос членов экипажа; путем сорбции и аккумуляции вещества, рассеянного в космическом пространстве. Часть компонентов СВА осаждается на внешней поверхности 
конструкций. Образующийся слой осадков включает 
органические вещества, что способствует адсорбции 
микроорганизмов на данном субстрате. Можно также допустить, что хотя бы на непродолжительные 
периоды в некоторых элементах конструкции космических аппаратов возникают условия для активной жизнедеятельности микроорганизмов. Необходимый для этого уровень температуры среды может 
обеспечиваться солнечным нагревом или рассеянием теплоты при работе технических устройств. Слой 
осадков, выпадающих из СВА, гипотетически может 
использоваться микроорганизмами как питатель
ный субстрат. В этом случае космические аппараты, 
обладающие СВА, осемененной микроорганизмами, 
представляют собой простейшие ПТС. Их размеры 
и степень пригодности для обитания микроорганизмов зависят от масштабов, конструктивных и эксплуатационных особенностей объектов космической 
техники.

2 . Естественные механизмы проникновения 
микроорганизмов в околоземное космическое 
пространство
Все обнаруженные на МКС микроорганизмы относятся к видам, ранее уже описанным при проведении микробиологических исследований на Земле [3–
4]. В качестве возможных источников присутствия 
микроорганизмов на внешней поверхности космической станции, помимо их попадания сюда 
из внутренних отсеков МКС, указываются вынос 
атмосферных аэрозолей в околоземное космическое 
пространство и их оседание на внешней поверхности различных конструкций. Данное предположение не лишено оснований, так как часть аэрозолей, 
попадающих в атмосферу и способных достигать ее 
верхних слоев, либо представлены биоаэрозолями, 
либо содержат биоаэрозольные агломераты (микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности) [5].
Поступление подобных частиц в околоземное 
космическое пространство может происходить 
в процессе диссипации атмосферы, т. е. рассеивания 
элементов внешней газовой оболочки планеты, содержащей частицы аэрозолей. Эти частицы, покидая 
пределы атмосферы, становятся частью космической 
пыли. Возможность существования такого механизма микробиологического загрязнения космической 
техники подтверждается результатами специальных 
исследований. Жизнеспособные микроорганизмы 
обнаружены в самых верхних слоях атмосферы [6–7]. 
Кроме того, установлено, что некоторые земные микроорганизмы, попадая в космическое пространство, 
длительное время сохраняют жизнеспособность [8–9].
Существует и другая гипотеза, обосновывающая 
возможность выноса микроорганизмов за пределы 
атмосферы работой глобальной электрической цепи. 
Глобальная электрическая цепь —  это система электрических токов, возникающая в атмосфере и пронизывающая нижнюю атмосферу, ионо- и магнитосферу. (В упрощенном виде ее можно уподобить 
электрическому конденсатору, обкладками которого 
являются поверхность Земли и ее ионосфера, граничащая с околоземным космическим пространством.) 
Элементы глобальной электрической цепи разделены 
слоями атмосферы с низкой проводимостью, но на

Экология техносферы
Technosphere Ecology

12

ходятся во взаимодействии, проявляющемся не только в потоках энергии, но и в вертикальном перемещении частиц вещества. В связи с этим высказывается 
предположение о возможности переноса клеток морского бактериопланктона по восходящей ветви глобальной электрической цепи до орбиты МКС, где они 
были обнаружены [10].
Вероятно, одновременно существуют оба описанных механизма выноса биоаэрозолей за пределы 
атмосферы. Их результаты принципиально не различаются — это рассеивание микроорганизмов 
в околоземном космическом пространстве, потому 
в целом это явление можно обозначить обобщающим 
термином «планетарная диссипация биологических 
объектов» (от лат. dissipatio —  рассеивание). Обсуждая проблему планетарной диссипации земных организмов, следует помнить, что процессы глобального 
техногенеза привели к значительному увеличению 
в атмосфере количества взвешенных частиц [11]. Это 
существенно повышает вероятность проникновения микроорганизмов в околоземное космическое 
пространство. Таким образом, планетарная диссипация биологических объектов может представлять 
собой как природный, так и природно- техногенный  
процесс.

3 . Формирование сообществ микроорганизмов 
в околоземном космическом пространстве
Можно предположить, что диссипированные микроорганизмы будут обнаружены и на других объектах космической техники, вокруг которых могут 
сформироваться СВА, а поверхность покрыться тонким слоем выпадающих из них осадков. В этом случае обитаемые орбитальные космические станции 
и некоторые искусственные спутники Земли способны превратиться в островки существования особых 
микробных сообществ, которые можно назвать космическими экзоценозами (космоэкзоценозами) в отличие от космических эндоценозов (космоэндоценозов), 
состоящих из комплекса микроорганизмов, приспособившихся к жизни внутри обитаемых космических аппаратов [12]. Между этими средами обитания 
микроорганизмов возможен обмен биологическим 
материалом.
Значимым фактором развития космоэкзоценозов станет увеличение в околоземном космическом 
пространстве количества обитаемых космических 
аппаратов, внутри которых содержится необходимая для жизни человека воздушная среда. Какая-то 
ее часть в результате различных утечек неизбежно 
будет попадать в космическое пространство. В ходе 
дальнейшего освоения околоземного космического 

пространства суммарный объем подобных утечек 
может достичь уровня, при котором этот процесс 
может рассматриваться как техногенная диссипация 
земной атмосферы. Пусть даже небольшие по объему, но многочисленные и происходящие в различных 
точках околоземного космического пространства 
утечки воздуха будут сопровождаться поступлением 
в него микроорганизмов. Часть из них длительное 
время сохраняет жизнеспособность и способна заселять СВА космической техники. Данный процесс 
можно обозначить термином «техноспермия». Таким 
образом, возможны три механизма выноса биологических объектов за пределы атмосферы:
• природная диссипация микроорганизмов 
в результате естественного процесса диссипации атмосферы вместе с содержащимися в ней 
биоаэрозолями и под воздействием работы глобальной электрической цепи;
• природно-техногенная диссипация микроорганизмов, отличающаяся тем, что частицы, 
выносимые из атмосферы в ходе естественных 
процессов, имеют техногенное происхождение;
• техногенная диссипация микроорганизмов, 
являющаяся результатом техноспермии.
Значение последнего пути микробиологического 
загрязнения околоземного космического пространства в будущем, вероятно, возрастет. В ближайшее 
время возникнет развитая околоземная инфраструктура, состоящая из объектов космической техники 
различного назначения [13]. Ее существенную часть 
составят пилотируемые человеком летательные аппараты многоразового пользования, а также космические станции для длительного пребывания 
в них людей. Подобные проекты разрабатываются 
в странах ЕС, в Китае, Индии, Японии и США. Кроме того, предусматривается участие в этой деятельности частных компаний. В ряде стран (прежде 
всего в США) таким фирмам оказывается финансовая и административная поддержка. Они получают 
лицензии на строительство и запуск пилотируемых 
космических аппаратов, им предоставляются площадки и поля падения ступеней, т. е. по сути, условия 
для развития частных космодромов. Причем, если 
раньше планировалось передать этим компаниям 
сегмент строительства и эксплуатации сверхлегких коммерческих носителей грузоподъемностью 
до 500 кг, то сейчас некоторые из них (Virgin Galactic, 
Bigelow Aerospace, Xcor Aerospace) заявляют о готовности создавать орбитальные обитаемые модули для 
научной и туристической деятельности [14]. Они 
планируют отправлять людей в космос в массовом 
масштабе и при относительно низкой стоимости по