經(jīng)過幾十年的和維河太停滯，航空航天工業(yè)正在起飛。空競
在埃隆馬斯克(ElonMusk)的賽何SpaceX和中國快速發(fā)展的太空計(jì)劃的推動(dòng)下，2018年全球共進(jìn)行了114次軌道發(fā)射，藍(lán)色這是起大氣自1990年以來的首次三位數(shù)發(fā)射。今年，源及影響軌道發(fā)射次數(shù)預(yù)計(jì)將首次超過130次。和維河太70年代。空競這個(gè)數(shù)字不包括杰夫貝索斯的賽何藍(lán)色起源和理查德布蘭森最近的維珍銀河亞軌道之旅。
在NASA登月計(jì)劃、藍(lán)色SpaceX建造巨型互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星“巨人星座”、起大氣中國載人空間站和亞軌道公司將游客送上太空邊緣之間，源及影響發(fā)射可能很快成為常規(guī)。
但是新的太空繁榮會(huì)給地球帶來成本嗎？
英國諾丁漢特倫特大學(xué)空間物理學(xué)講師伊恩伊恩惠特克說：“雖然我們顯然需要太空發(fā)射和衛(wèi)星，但當(dāng)涉及到太空旅游和其他事情時(shí)，你會(huì)開始考慮對環(huán)境的影響。”
研究人員正在研究越來越多的火箭噴射出的二氧化碳、煤煙、氧化鋁和其他顆粒的混合物，以了解地球?qū)Ω酀L動(dòng)的火箭廢氣會(huì)有什么反應(yīng)。
到目前為止，羽翼未豐的航空航天業(yè)還沒有嚴(yán)重威脅環(huán)境，可能還有增長空間。然而，隨著新一輪太空競賽的加速，這種情況是否會(huì)改變，誰也說不準(zhǔn)。
航天公司的大氣科學(xué)家馬丁羅斯(MartinRoss)說：“我認(rèn)為目前我們對未來的了解還不夠。我們只是還沒有這些信息。”
對二氧化碳和氣候變化的影響。
隨著世界努力擺脫化石燃料，一個(gè)新行業(yè)——的興起，尤其是一個(gè)涉及從強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)噴出巨大云的行業(yè)，似乎令人不安。
大多數(shù)火箭確實(shí)比許多飛機(jī)排放更多的溫室氣體碳。根據(jù)惠特克的粗略計(jì)算，在維珍銀河的太空飛機(jī)上經(jīng)歷幾分鐘失重將產(chǎn)生與跨大西洋商務(wù)艙相當(dāng)?shù)奶甲阚E，而太空探索公司即將推出的完全可重復(fù)使用的星際飛船的一次軌道發(fā)射將排放與連續(xù)飛行約三年的飛機(jī)一樣多的二氧化碳。
一位維珍銀河發(fā)言人表示，該公司“正在研究抵消未來客戶航班碳排放的機(jī)會(huì)。”雖然SpaceX沒有直接對碳排放發(fā)表評論，但馬斯克支持碳稅政策。藍(lán)色起源說，它的新謝潑德火箭使用氫和氧等無碳燃料。
但商用飛機(jī)的飛行次數(shù)遠(yuǎn)多于航天發(fā)射——次，2018年分別為3900萬次和114次。即使在最雄心勃勃的情況下，航空航天工業(yè)也無法趕上。如今，火箭燃燒的燃料約占飛機(jī)總?cè)剂系?.1%。相比之下，他們的碳排放是一個(gè)舍入誤差。
然而，惠特克指出，這一計(jì)算忽略了太空發(fā)射中使用的大量燃料在生產(chǎn)、運(yùn)輸和冷卻過程中未知但可能相當(dāng)可觀的碳足跡。
“雖然它與航空不匹配，但它仍然是一個(gè)很大的附加產(chǎn)品，”他說。
為了實(shí)現(xiàn)碳中和，他希望行業(yè)能夠效仿BlueOrigin，使用無碳燃料，利用可再生能源就地生產(chǎn)燃料，實(shí)現(xiàn)綠色運(yùn)營。
大氣層中還剩下哪些火箭？
“如果二氧化碳不是作用，那就是粒子，”羅斯說，他花了幾十年時(shí)間研究發(fā)射對環(huán)境的影響。
火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的熾熱火焰表明，車輛的燃燒正在產(chǎn)生煙灰，技術(shù)上稱為“黑碳”。任何燃燒煤油或甲烷等碳基燃料的火箭都會(huì)將這些顆粒直接注入大氣層的上游，在那里它們可能會(huì)循環(huán)4到5年。
在那里，不斷增長的煙灰層就像一把精致的黑色雨傘。它吸收太陽輻射，有效地阻止陽光到達(dá)地球表面，就像一個(gè)旨在暫時(shí)冷卻地球的地球工程項(xiàng)目可能是有效的一樣。美國宇航局即將發(fā)射的航天發(fā)射系統(tǒng)使用的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和中國長征11號飛機(jī)發(fā)射的閃亮氧化鋁顆粒通過反射太陽光加劇了這一現(xiàn)象。
這個(gè)意想不到的實(shí)驗(yàn)的效果是未知的，除了它們可能是實(shí)質(zhì)性的。羅斯和一位同事在2014年進(jìn)行的一項(xiàng)簡單模擬發(fā)現(xiàn)，數(shù)十次火箭發(fā)射的主要冷卻效果已經(jīng)與數(shù)百萬次商業(yè)飛行釋放的二氧化碳的升溫效果相匹配。
這并不是說航空航天工業(yè)消除了飛行對環(huán)境的影響。羅斯說，向大氣中注入新粒子會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的影響。例如，他們的粗略模型發(fā)現(xiàn)，火箭發(fā)射使一些地區(qū)的溫度降低了0.5攝氏度，而北極地區(qū)的溫度升高了1攝氏度以上。而且模擬并不試圖包括副作用，例如排放物是否會(huì)產(chǎn)生或殺死云。羅斯說，更復(fù)雜的建模可以揭示排氣微粒最終會(huì)使變暖變得更糟。
其他排放和臭氧。
太空發(fā)射也讓一些研究人員感到擔(dān)憂，因?yàn)榛鸺龑U氣直接排放到平流層，而臭氧層是阻擋有害紫外線的保護(hù)臭氧層的位置。
大多數(shù)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)排放氧化鋁顆粒和氯氣，這將促進(jìn)臭氧分解為分子氧的化學(xué)反應(yīng)。SpaceX和藍(lán)色起源已經(jīng)轉(zhuǎn)向液體燃料。
燃料往往破壞性較小，但仍有副產(chǎn)品，包括水蒸氣和氮氧化物，它們在高層大氣中循環(huán)的幾年中會(huì)消耗臭氧。“它們并非無害，”倫敦大學(xué)學(xué)院的大氣研究員埃洛伊斯·馬賴斯(EloiseMarais)說。“它們確實(shí)對大氣產(chǎn)生了影響。”
Marais正在對當(dāng)前的火箭燃料組合如何在不久的將來使臭氧層變薄進(jìn)行預(yù)測。她研究了當(dāng)前發(fā)射的影響，以及太空旅游被證明足夠流行和可靠以支持每天幾次亞軌道發(fā)射和每周一次軌道發(fā)射的推測性場景的影響。
Marais說，這些計(jì)算需要在發(fā)布前進(jìn)行驗(yàn)證，但初步結(jié)果表明，雖然今天的發(fā)射對臭氧的影響很小，但蓬勃發(fā)展的太空旅游業(yè)可能會(huì)開始改變這種狀況。
“這是一個(gè)足夠大的影響，我認(rèn)為我們可能會(huì)擔(dān)心這個(gè)行業(yè)的增長是否超出了我們的推測，”她說。
這些公司未來多久推出一次仍不確定。維珍銀河表示，它希望最終每年運(yùn)營400次航班。SpaceX設(shè)想Starship在一個(gè)小時(shí)內(nèi)在主要城市之間穿梭乘客，與商業(yè)航空公司競爭。
平衡空間進(jìn)展與環(huán)境問題
進(jìn)入太空已經(jīng)徹底改變了天氣預(yù)報(bào)、通信技術(shù)和研究人員了解人類活動(dòng)如何改變地球氣候的能力。它還使國際空間站和一系列太空望遠(yuǎn)鏡等天基設(shè)施能夠開展變革性的基礎(chǔ)研究。
未來，蓬勃發(fā)展的航天工業(yè)可以開啟從清潔、基于太空的太陽能到小行星采礦的實(shí)際項(xiàng)目，并支持在太陽系中尋找生命和其他科學(xué)努力。
像羅斯這樣的研究人員不想阻止這一進(jìn)展。相反，他們希望通過提前識別潛在的環(huán)境問題來幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。今天的胚胎航天工業(yè)大多是無害的，羅斯建議環(huán)境研究計(jì)劃可以幫助它在成熟時(shí)保持這種狀態(tài)。
平流層飛機(jī)可以直接對火箭羽流進(jìn)行采樣，以準(zhǔn)確了解它們吐出的是什么，而衛(wèi)星和地面天文臺則可以觀察大氣層以了解發(fā)射的短期、中期和長期影響。還有一些不為人知的廢棄衛(wèi)星“燃燒”的影響，并將大量金屬顆粒傾倒到高層大氣中。超級計(jì)算機(jī)可以運(yùn)行綜合模擬，以確定可以安全地進(jìn)行哪些級別和類型的太空活動(dòng)。
“我們希望避免一個(gè)令人驚訝的未來，”羅斯說。“我們現(xiàn)在想說，航天工業(yè)可以以可持續(xù)的方式向前發(fā)展。”
