为什么现在是研究火箭排放物如何改变大气的时候了

每次火箭发射时,它都会在尾流中产生一缕废气,在环境中留下痕迹。这些羽流充满了随着时间的推移可能在空气中聚集的物质,可能以危险的方式改变大气。这是一个尚未完全理解的现象,一些科学家说,我们需要在火箭发射数量显著增加之前,现在就开始研究这些排放物。...

每次火箭发射时,它都会在尾流中产生一缕废气,在环境中留下痕迹。这些羽流充满了随着时间的推移可能在空气中**的物质,可能以危险的方式改变大气。这是一个尚未完全理解的现象,一些科学家说,我们需要在火箭发射数量显著增加之前,现在就开始研究这些排放物。

最令人担忧的不是这些羽流中的气体。根据专家的说法,有些火箭确实会产生像二氧化碳这样的吸热温室气体,但这些排放量可以忽略不计。”研究火箭对大气影响的航空航天公司高级项目工程师马丁·罗斯(Martin Ross)告诉《边缘》(The Verge)杂志说:“火箭业务可以增长1000倍,二氧化碳和水蒸气的排放量与其他工业源相比仍然很小。”。

罗斯说,相反,我们需要注意的是在轨迹内部产生的微小颗粒。在火箭发射的尾迹中会产生小块烟尘和一种叫做氧化铝的化学物质。然后它们被注入平流层,平流层是地球大气层的一层,从6英里高开始,到32英里高结束。研究表明,随着时间的推移,这种物质可能在平流层中积累,并慢慢导致称为臭氧层的氧气层的消耗。臭氧就像一个大盾牌,保护地球免受太阳有害的紫外线辐射。然而,罗斯说,臭氧消耗的程度还不完全清楚。

这就是为什么他和航空航天公司的其他人呼吁进行更多的研究。航空航天公司是一家提供空间任务研究和指导的非营利组织。他们说,这一点现在尤其重要,因为私人航天行业正处于发射革命的早期阶段。目前,每年的发射数量相对较少,大约在80到90次之间,因此航空航天工业对大气的影响不太令人担忧。但在4月份发表的一篇新论文中,罗斯和他的同事吉姆·维达(Jim Vedda)认为,随着发射数量的增加,决策者最终会想知道这些车辆对环境造成了什么样的损害,以及是否需要监管。到时候,最好有尽可能多的数据来做出最佳决策。

航空航天公司的高级政策分析师维达告诉《边缘》杂志说:“我们需要在这一领域进行更多的研究,以确切了解我们向高层大气中投入了什么以及投入了多少。”因此,当辩论开始时,我们有好的硬数据说,‘这是一个定义良好的实际发生情况的模型。’”

到目前为止,我们对这些排放物的研究主要来自实验室实验、建模和对火箭羽流的一些直接探测。在世纪之交,几架装有传感器的高空飞机通过航天飞机和其他飞行器产生的羽流飞行,以查明其中的内容。

事实证明,所有类型的火箭都会产生这些排放物,但某些类型的车辆比其他类型的车辆产生更多。使用固体推进剂的火箭会产生更多的氧化铝颗粒,这是一种铝和氧的混合物,呈白色且具有反射性。如今,大多数轨道火箭都不使用固体推进剂,尽管一些发射公司如联合发射联盟(United launch Alliance)确实在运载工具上添加了固体火箭助推器,以增加其推力。同时,使用液体煤油(一种精炼油)的火箭会产生更多的黑烟颗粒,即所谓的黑碳。煤油被用作火箭的推进剂,如乌拉尔大学的阿特拉斯V和SpaceX公司的猎鹰9号。

罗斯说,火箭产生的氧化铝和炭黑可以在平流层中停留三到五年。当这些物质**在地球上空时,它们会对空气产生有趣的影响。黑碳形成一层薄薄的层,拦截并吸收撞击地球的阳光。”它就像一把薄的黑色雨伞,”罗斯说。这可能有助于保持低层大气的凉爽,但来自太阳的拦截能量并不会消失;它沉积到平流层,使其升温。这种变暖最终会引起化学反应,导致臭氧层的损耗。

反射氧化铝颗粒也会影响臭氧,但方式不同。煤烟就像一把黑色的伞,氧化铝就像一把白色的伞,将阳光反射回太空。然而,罗斯说,这些白色颗粒的表面会发生化学反应,进而破坏臭氧层。

事实上,科学家们已经提出,炭黑和氧化铝是可能的地球工程剂或工具,用于冷却我们日益变暖的气候。但是,虽然地球工程制剂可以使低层大气保持凉爽,但也可能有其他不必要的副作用。它们可能与急流相互作用,造成干旱或更多的热带风暴。这就是为什么许多科学家批评地球工程对抗气候变化的想法。

然而,无论发生什么,火箭都会将这些粒子送入空气中,而臭氧损失的副产品尤其令罗斯和维达担忧。随着臭氧层的减少,更多的太阳有害辐射可能到达地面。这些UVB射线可导致皮肤癌和白内障。”这就是我们需要了解的——臭氧消耗方面,因为保护臭氧层是一项国际义务,”罗斯说。例如,1987年《蒙特利尔议定书》是一项逐步淘汰消耗臭氧层物质的国际协定。

目前,罗斯估计,世界各地的火箭发射每年向大气中注入10千兆克(11000吨)的烟尘和氧化铝颗粒。但这个数字可能会上升。SpaceX已经发誓要每年增加发射次数,许多其他公司也将很快开始发射自己的飞行器。这将对大气产生何种影响尚不清楚。这就是为什么Ross和Vedda建议**和大学投资于一系列研究项目,在这些项目中,科学家从飞机和卫星上收集更多关于火箭粒子的数据。

韦达说:“随着这些大型卫星星座的部署以及越来越多的国家参与太空活动,我们预计发射数量将显著增加,所有这些都将影响到这一情景。”火箭排放物在排入大气的排放物中只占很小的一部分,但随着活动的加速,这种情况将发生变化。”

维达和罗斯认为,我们应该在污染问题产生更严重的后果之前提前解决它,就像我们应该处理空间碎片一样。在太空飞行的早期,没有人真正关心有多少航天器被送入太空。但很快,专家们认识到,这些空间碎片可能会随着时间的推移发生碰撞并堆积起来,使低地球轨道某天无法使用。因此,现在有了一些法规来防止问题进一步恶化,但已经造成了很大的损害。

研究人员希望对这些火箭排放物做更多的准备:现在尽可能多地研究,以便我们在未来做出最佳的政策决定。”在某个时刻,会有一个转折点,突然,每个人都说,‘等一下,我们需要更好地理解这一点,’”罗斯说我们希望在这一转折点出现之前采取主动。”

  • 发表于 2021-08-23 19:17
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