太空旅游火箭每乘客排放的CO₂量比航班多100倍

作者: Eloise Marais

来源: The Conversation

发布日期: 2021-07-11

太空旅游产业的发展带来了环境问题,特别是火箭发射产生的温室气体和空气污染物对大气的影响。尽管贝佐斯声称他的Blue Origin火箭比布兰森的VSS Unity更环保,但所有火箭推进剂的燃烧都会产生二氧化碳、烟灰和水蒸气等污染物。这些污染物对臭氧层和全球气候变化有负面影响。为了控制太空旅游产业的污染,科学家需要更深入地研究其对地球大气的影响。

商业太空旅游的竞争在维珍集团创始人理查德·布兰森和前亚马逊CEO杰夫·贝佐斯之间升温。7月11日,布兰森乘坐维珍银河的VSS Unity太空飞机升至80公里,到达太空边缘。贝佐斯的自主Blue Origin火箭计划于7月20日发射,这一天恰逢阿波罗11号登月纪念日。尽管贝佐斯在时间上落后于布兰森,但他将到达更高的海拔(约120公里)。这次发射将展示他对非常富有的游客的承诺:真正到达外太空的机会。

这两个旅游套餐都将为乘客提供短暂的十分钟零重力嬉戏和从太空看地球的景象。不甘示弱,埃隆·马斯克的SpaceX将在2021年晚些时候使用其Crew Dragon胶囊提供四到五天的轨道旅行。

太空旅游产业可能带来的环境后果是什么?贝佐斯声称他的Blue Origin火箭比布兰森的VSS Unity更环保。Blue Engine 3(BE-3)将使用液氢和液氧推进剂将贝佐斯、他的兄弟和两名客人送入太空。

VSS Unity使用了一种由固体碳基燃料羟基终止聚丁二烯(HTPB)和液体氧化剂一氧化二氮(笑气)组成的混合推进剂。SpaceX的Falcon系列可重复使用火箭将使用液态煤油和液态氧将Crew Dragon送入轨道。

燃烧这些推进剂提供了将火箭发射到太空所需的能量,同时也产生了温室气体和空气污染物。燃烧BE-3推进剂会产生大量水蒸气,而VSS Unity和Falcon燃料的燃烧会产生二氧化碳、烟灰和一些水蒸气。VSS Unity使用的氮基氧化剂还会产生氮氧化物,这些化合物有助于地球附近的空气污染。

大约三分之二的推进剂废气被释放到平流层(12公里-50公里)和中间层(50公里-85公里),在那里它可以持续至少两到三年。发射和再入(当返回航天器的保护热屏蔽燃烧时)期间的超高温度也会将空气中的稳定氮转化为活性氮氧化物。

这些气体和颗粒对大气有许多负面影响。在对流层中,氮氧化物和由水蒸气分解形成的化学物质将臭氧转化为氧气,消耗了保护地球生命免受有害紫外线辐射的臭氧层。水蒸气还会产生平流层云,为这种反应提供了一个表面,使其比其他情况下更快地发生。

太空旅游和气候变化

二氧化碳和烟灰的废气排放会捕获大气中的热量,导致全球变暖。大气的冷却也可能发生,因为由排放的水蒸气形成的云反射入射的阳光回到太空。一个耗尽的臭氧层也会吸收较少的入射阳光,因此对流层的热量会减少。

要弄清楚火箭发射对大气的总体影响将需要详细的建模,以考虑这些复杂的过程和这些污染物在上层大气中的持久性。同样重要的是要清楚地了解太空旅游产业将如何发展。

维珍银河预计每年将为少数能够负担得起的人提供400次太空飞行。Blue Origin和SpaceX尚未宣布他们的计划。但全球范围内,火箭发射不需要从目前的每年约100次增加太多,就能产生与其他来源(如消耗臭氧的氯氟烃(CFCs)和飞机的二氧化碳)竞争的有害影响。

在发射期间,火箭排放的氮氧化物可能是英国最大的热电厂Drax在同一时期排放的四到十倍。一次太空飞行中四名左右的游客的二氧化碳排放量将比长途飞行中每位乘客的一到三吨二氧化碳多50到100倍。

为了使国际监管机构能够跟上这个新兴产业并正确控制其污染,科学家需要更好地了解这些亿万富翁宇航员将对我们的地球大气产生的影响。

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