Стремительное развитие космической отрасли очевидно, рост выбросов и других воздействий на природу – факт. А вот их последствия изучены недостаточно. Между тем, уже в ближайшем будущем ожидается рост числа запусков: активно идет приватизация космической отрасли, разрабатываются многоразовые проекты, планы мега-группировок спутников, космический туризм. Одновременно появляются конкретные научные оценки, которые помогут понять и уровень опасности, и наши перспективы.
Итак, выбросы химических веществ в атмосферу при космических полетах приводят к ежегодной потере озонового слоя Земли в количестве 85,6 мт (миллитонны), причем потери максимальны в Арктическом регионе. Чистое радиационное воздействие составляет 4,1 mW/m2 (миллиВатт на квадратный метр), его диапазон меняется в пределах 3,9-16,0 мW/m2, а основной вклад вносит «черный углерод» - частицы сажи. Также в этом деле играют роль оксиды алюминия. К такому выводу пришли физики из University of Delft (Нидерланды), изучившие воздействие полетов в космос и обратно на состояние уникального озонового экрана нашей планеты, защищающего все живое от жесткого космического излучения. Ранее было установлено, что снижение концентрации озона вызывают в основном оксиды азота (51%) и хлора (49%). Опасны также оксиды алюминия, которые образуются при входе в атмосферу на обратном пути к Земле. Выбросы водяного пара Н2О могут приводить к образованию радикалов HОx, которые служат катализаторами для разрушения озона, но этот эффект незначителен. Полная потеря озонового слоя наблюдалось в локальном масштабе при измерениях in situ в шлейфах ракет, но в течение часа защитный экран планеты приходил в норму.
Аэрокосмические инженеры вели расчеты по модели, где учтены выбросы космических кораблей за 2022 г. на разных высотах, ведь двигатели выбрасывают загрязняющие вещества во все слои атмосферы, а сгорание спутников и отработавших частей ракет приводит к загрязнениям и на больших высотах. Речь идет о 186 запущенных ракета и 472 объектах общей массой почти 5000 тонн, вошедших в атмосферу в 2022 г.
Оказалось, что большая часть (87,7%) разрушения озонового слоя вызвана выбросами оксидов азота (NOx) при входе в атмосферу на обратном пути из космоса.
Однако многое зависит от топлива: ученые утверждают, что учет химических процессов в шлейфе может снизить глобальные потери озонового экрана на 17,1%, а радиационное воздействие - на 29,1%. Наибольшее влияние оказывает твердое топливо: оно снижает мощность озонового слоя на 2,7 mDU (единица измерения толщины озонового слоя Dobson Unit) на 1 гигаграмм в год. Топливо PR-1 (Refined Petroleum-1, высокоочищенный авиационный керосин) вносит наибольший вклад в радиационное воздействие - 0,8 mW/m2 на 1 гигаграмм в год.
Напомним, ныне используют 4 основных типа ракетного топлива: керосин, сжиженный водород, двухкомпонентное жидкое самовоспламеняющееся топливо и твердое. Ожидается, что использование самовоспламеняющихся компонентов сократят из-за токсичности. Углеродный след у этих видов – различный. Химические реакции в шлейфе могут приводить к окислению С, N, СО, а также к превращению HCl в Cl или Cl2. Но эти обстоятельства при планировании запусков не учитываются.
Общее воздействие космических полетов на климат, скорее всего, можно снизить, считают аэрокосмические инженеры University of Delft, если использовать сжиженный водород, но он не подходит для использования на нижних ступенях ракет. Полеты на сжиженном метане могут снизить воздействие на климат: при его сжигании образуется меньше сажи, чем при сгорании керосина. А что будет с озоновым слоем? Взаимодействие химических веществ в шлейфе, аэрозоли – пока вопрос никем не изучен.