Fizycy odkryli, jak start Falcona 9 zmienia atmosferę

Wraz ze spadkiem kosztów wystrzelenia rakiety w kosmos spada liczba wystrzeliwanych rakiet. W ubiegłym roku rządy i firmy na całym świecie odniosły sukces wystrzelił 133 pociski na orbitę, bijąc rekord 45 lat.

ale jest problem. Uwolnienie się od ziemskiej grawitacji wymaga, aby rakieta uwolniła ogromną ilość energii w krótkim czasie. Kiedy rakieta opuszcza Ziemię, to Wytwarza gorące spaliny Zmienia fizykę i chemię atmosfery w miarę jej przechodzenia. w papier Opublikowano we wtorek w czasopiśmie fizyka płynówDwóch fizyków symulowało start rakiety SpaceX Falcon 9 eksplodującej w kosmos.

Znaleźli kilka powodów do niepokoju.

Ślad węglowy to nie problem

Pociski nie są odpowiedzialne za przywiązywanie tak dużej wagi Dwutlenek węgla w atmosferze. Typowy start spala mniej więcej taką samą ilość paliwa jak jednodniowy lot komercyjny, ale wytwarza siedmiokrotnie więcej dwutlenku węgla.2 – od 200 do 300 ton – jako samolot pasażerski. To o wiele więcej węgla niż przeciętny człowiek urodzony w swoim życiuale jest to błąd zaokrąglenia w porównaniu z 900 milionów ton dwutlenku węgla2 Branża lotnicza miotała się co roku przed pandemią.

Ale to nie jest cała historia. „Nie obchodzi nas ślad węglowy pocisku. To nieistotne” Badacz Martin Ross mówi. Dla niego naprawdę liczą się cząsteczki w spalinach rakietowych – głównie tlenek glinu i sadza. Cząsteczki te rozpraszają i pochłaniają światło słoneczne. „Zmieniają temperaturę i rotację stratosfery” – mówi Ross.

Niestety, naukowcy mają jedynie słabą wiedzę na temat ogólnego wpływu wystrzelenia pocisku na środowisko. „Obecny poziom danych na temat emisji rakiet nie zapewnia naukowcom wystarczających informacji, aby w pełni ocenić wpływ wystrzeliwania rakiet na globalne środowisko” Ross mówi.

Wpływ wysokiej emisji dwutlenku węgla do atmosfery jest niepewny

Naukowcy stojący za nowymi badaniami pracują nad dokładniejszym podkreśleniem problemu, modelując spaliny z dziewięciu otworów rakiety Falcon 9, która wystrzeliła w kosmos. Symulacje te obejmują dane dotyczące rakiety i paliwa (RP-1) wraz z równaniami opisującymi zachowanie gazów w różnych warunkach. Dzięki dużej mocy obliczeniowej naukowcy byli w stanie przewidzieć zachowanie spalin po opuszczeniu otworów wentylacyjnych na wysokości około 0,6 mili (1 km).

READ  NASA publikuje oszałamiający obraz Hubble'a przedstawiający dwie galaktyki uwięzione w tańcu

Naukowcy przeanalizowali uwalnianie, porównując objętość spalin uwalnianych podczas jednego kilometra podróży pod górę przez określony zakres atmosfery (np. od 2 km do 2,99 km) z charakterystyką atmosfery na tej konkretnej wysokości. Musieli przyjąć tę nieco mylącą metodę, ponieważ fizyczny i chemiczny skład atmosfery zmienia się na różnych wysokościach.

Stwierdzili, że całkowita ilość spalin jest „nieistotna” w porównaniu z otaczającym powietrzem, nawet na dużych wysokościach. To niespodzianka, ponieważ atmosfera na większych wysokościach jest znacznie mniej gęsta. Według ich obliczeń ilość spalin emitowanych przez Falcon 9 podczas podróży od 70 do 70,99 km (około 43 mil) to jedna czwarta masy zawartej w jednym kilometrze sześciennym (około 0,25 mil).3) z powietrza na tej wysokości. (To przedstawia niebieską linię na poniższym wykresie).

Ile masy znajduje się w kilometrze sześciennym spalin w porównaniu z otaczającym powietrzem.

Co nie To znikoma ilość dwutlenku węgla2 Falcon 9 wchodzi na wyższe poziomy atmosfery podczas przechodzenia (reprezentowane przez czerwoną przerywaną linię na powyższym rysunku). Gdy jego wysokość przekroczy 27 mil (43,5 km), pocisk zaczyna uwalniać więcej niż jeden kilometr sześcienny dwutlenku węgla.2 Za każdy przebyty kilometr. Do czasu osiągnięcia 43,5 mil (70 km) Falcon 9 emituje ponad 25 razy więcej dwutlenku węgla.2 Występuje w kilometrach sześciennych powietrza na tej wysokości.

A wydech pocisku zawiera więcej węgla

To więcej niż dwutlenek węgla. „Być może najważniejsze jest to, że [amount of] Tlenek węgla (CO) i woda (H2O) [in rocket exhaust] z podobnym układem do dwutlenku węgla” – piszą autorzy. Jest to niepokojące, ponieważ w atmosferze prawie nie ma podwyższonego tlenku węgla ani wody. Dlatego emisje tych pojazdów na większych wysokościach zapewniają bardziej znaczący wkład/wysokość do ilości śladowych, jeśli takie istnieją, które już są obecne.”

Para wodna zamarza natychmiast na tej wysokości, ale naukowcy nie mają pojęcia, gdzie znajdują się te kryształki lodu. Tlenek węgla reaguje z wodorotlenkiem (OH), tworząc więcej dwutlenku węgla2. Naukowcy odkryli również, że niebezpieczne emisje spalin zwane termicznymi tlenkami azotu (NOx) mogą utrzymywać się przez długi czas w gorących rzekach, zanim rozprzestrzenią się w atmosferze, zwłaszcza na niższych wysokościach.

READ  Wspaniale! Łazik Perseverance nagrywa niesamowity film z zaćmienia Słońca na Marsie

Przyszłość jest niepewna, ale badacze i regulatorzy to zauważają

Niektórzy twierdzą, że przy nieco ponad 100 odpaleniach rakiet rocznie, zanieczyszczenie z pocisków nie stanowi problemu. „Jednym z argumentów, których ludzie używali w przeszłości, jest to, że tak naprawdę nie musimy przejmować się rakietami ani przemysłem kosmicznym, albo że przemysł kosmiczny jest mały i zawsze będzie mały”. Ross mówi.

nie zgodził się. „Myślę, że rozwój, który obserwujemy w ciągu ostatnich kilku lat, pokazuje, że … przestrzeń kosmiczna wchodzi w fazę bardzo szybkiego wzrostu, podobnie jak lotnictwo, które miała w latach 20. i 30. XX wieku”.

Autorzy nowego badania czują się tak samo. „Uważamy, że problem zanieczyszczenia atmosfery spowodowanego wystrzeliwaniem rakiet jest niezbędny i należy go odpowiednio rozwiązać, ponieważ w szczególności oczekuje się nasilenia komercyjnych lotów kosmicznych w przyszłości” – napisali.

Problem zanieczyszczenia przez rakiety staje się coraz bardziej oczywisty i na wysokich stanowiskach jest traktowany poważnie. Jeszcze w tym roku Światowa Organizacja Meteorologiczna i Program Narodów Zjednoczonych ds. Ochrony Środowiska opublikują nowy raport podsumowujący, w jaki sposób emisje rakiet niszczą warstwę ozonową. Przy odrobinie szczęścia ta uwaga spowoduje, że zanieczyszczenie powietrza stanie się głównym czynnikiem w futurystyczny projekt rakiety.

Poprawka: we wcześniejszej wersji tego artykułu błędnie stwierdzono, że uwolnienie uwolniło mniej więcej taką samą ilość dwutlenku węgla2 Jako całodniowa wycieczka. W rzeczywistości typowy start spala taką samą ilość paliwa jak lot w ciągu jednego dnia, ale wytwarza prawie siedmiokrotnie więcej dwutlenku węgla.2 emisje.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.