SpaceX, Blue Origin и множество других частных компаний помогли сделать 2021 год годом с наибольшим количеством космических запусков в истории, но ученые говорят, что этот безумный рывок в космос может нанести дополнительный ущерб нашей атмосфере.
Количество попыток запуска удвоилось за последнее десятилетие. И после подсчета всех запланированных запусков на 2022 год кажется, что текущий год превзойдет прошлогодний рекорд. Но запуски ракет сопровождаются большими выбросами, влияние которых на атмосферу до конца не изучено.
Теперь два ученых добавили к растущему объему знаний предположение, что гонка космических компаний может нанести вред нашей планете и нашему здоровью. Исследователи сослались на веб-трансляцию, чтобы детально смоделировать запуск SpaceX. Их моделирование показало, что выхлопные газы ракеты выбрасывают огромное количество углекислых газов, влияющих на климат, а также вредных оксидов азота на разных уровнях атмосферы.
«Загрязнение от ракет не следует недооценивать, поскольку частые запуски ракет в будущем могут оказать значительное кумулятивное воздействие на климат», — пишут исследователи в своей статье, опубликованной в журнале Physics of Fluids. Они также упомянули о том, что запуски ракет могут стать угрозой для здоровья человека в будущем.
«В настоящее время риск невелик, поскольку происходит небольшое количество запусков», — объяснил в электронном письме Gizmodo Димитрис Дрикакис, физик и инженер из Университета Никосии на Кипре и соавтор нового исследования. «Проблема может стать серьезной, когда происходят частые запуски».
Дрикакис и его коллега из Университета Никосии Иоаннис Коккинакис специально изучили выбросы выхлопных газов созданной ими компьютерной модели, которая должна была точно соответствовать запуску Thaicom-8 в 2016 году ракеты SpaceX Falcon 9, которая получала энергию от топлива RP-1 или Rocket Propellant-1, похожее на реактивное топливо. Исследователи учитывали роль тепла, давления, смешивания газов, моделей рассеивания и других факторов для оценки выбросов ракет на различных высотах и до максимальной высоты 41,6 миль (67 километров) над поверхностью.
Атмосфера Земли имеет несколько уровней в зависимости от высоты, каждый из которых имеет свой уникальный набор условий. Дрикакис и Коккинакис проследили за смоделированным запуском ракеты из околоземной тропосферы в стратосферу и в мезосферу.
Основываясь на своих моделях, исследователи подсчитали, что одна ракета Falcon 9 произвела около 116 метрических тонн углекислого газа за первые 165 секунд полета. «Это количество эквивалентно выбросу примерно 69 автомобилей в течение всего года [в Соединенном Королевстве]», — написал Дрикакис Gizmodo. Повторюсь: 69 автомобилей в течении года против 165 секунд полета ракеты.
Углекислый газ накапливается в нижних слоях атмосферы, когда мы сжигаем ископаемое топливо, и является парниковым газом, в значительной степени ответственным за изменение климата, вызванное деятельностью человека. Но большая часть выбросов, произведенных в модельном исследовании, появилась в мезосфере на больших высотах, где влияние CO2 на климат менее изучено, чем ближе к Земле. На каждый километр, пройденный ракетой на самых больших исследованных высотах, смоделированный Falcon 9 выбрасывал массу углекислого газа, в 26 раз превышающую количество, уже присутствующее в одном кубическом километре мезосферы.
В то же время ракета также выбросила такое же количество угарного газа и водяного пара, которые обычно присутствуют в мезосфере только в следовых количествах. Теперь это добавляет к списку плохо изученных атмосферных изменений, которые могут быть вызваны запуском ракеты.
Кроме того, необходимо учитывать оксиды азота (NOx). Помимо того, что эти газы плохо вдыхаются, они могут вызывать респираторные заболевания, они также разрушают критический озоновый слой нашей атмосферы. По словам Дрикакиса, за первые 70 секунд исследуемого запуска ракета SpaceX произвела примерно одну метрическую тонну NOx, что эквивалентно выбросам примерно 1400 автомобилей в год. Оксиды азота лучше всего образуются при высокой температуре, поэтому большая часть этого выброса произошла в нижних слоях атмосферы, особенно на высотах ниже 6,2 миль (10 км).
«CO2 и другие виды парниковых газов, выбрасываемые в мезосферу, могут влиять на климат, если выбрасываются в достаточном количестве», — сказал Эрик Ларсон, геолог из Гарвардского университета, который не участвовал в новом исследовании, в электронном письме Gizmodo. Но он добавил, что в этой статье фактически не оценивается воздействие запуска ракеты на климат.
Вместо этого Ларсон сказал, что ценность исследования заключается в оценках количества выбросов. Исследование «заполняет некоторые пробелы», пояснил он. В частности, Ларсон считает, что наиболее «важный вклад» нового исследования связан с производством оксида азота и потенциальным риском озонового слоя, в отличие от оценок прямого воздействия на качество воздуха. «Это разрушает полезный озоновый слой», — сказал он. «Я думаю, что важным глобальным воздействием выбросов NOx ракет, скорее всего, будет разрушение стратосферного озона, а не качество воздуха».
Озоновый слой защищает поверхность нашей планеты от самых разрушительных солнечных лучей. Без него большая часть жизни на Земле погибла бы. И однажды чуть не потеряли его из-за химических выбросов. После того, как вредные соединения были запрещены, озоновый слой восстановился, но с тех пор он остается постоянной проблемой.
В отчете ООН за 2018 год сделан вывод о том, что запуски ракет оказывают крошечное (менее 0,1%) воздействие на озоновый слой. Но потеря озона из-за запусков ракет может быть более чем в 10 раз выше, чем предполагалось ранее, из-за отсутствия исследований по этой теме, согласно новому исследованию. И, опять же, сейчас в космос отправляется гораздо больше ракет, чем даже четыре года назад.
Важно повторить, что новое исследование зависит от оценок и моделей, а это означает, что оно имеет серьезные ограничения. «Атмосфера — очень сложная система, — сказал Дрикакис. Он указал, что его команде пришлось считаться с большой неопределенностью при получении этих результатов из-за отсутствия четкой информации о физических и химических процессах, происходящих на больших высотах атмосферы.
В дополнение к устранению этих неопределенностей ученые планируют продолжить изучение связи между истощением озонового слоя и космическими запусками в будущих исследованиях. Они также надеются, что дополнительные исследования изучат влияние изменений мезосферы на климат Земли.
Но на данный момент, даже зная все вышеперечисленное, Дрикакис и Коккинакис по-прежнему выступают за исследование космоса. «Мы энтузиасты ракет и считаем, что коммерческий сектор добился поразительного прогресса в этой области», — сказал мне Дрикакис. «Мы находимся в начале фантастического пути», который мы должны продолжать», — добавил он.
Он надеется, что их исследования и исследования, подобные этим, помогут развивающейся космической отрасли «конструкторские решения, которые улучшат конструкцию ракет и снизят воздействие выхлопных газов». Ради всего святого, давайте надеяться, что инновации появятся с ракетной скоростью.
