Fizikçiler, bir Falcon 9 fırlatmasının atmosferi nasıl değiştirdiğini keşfetti

Uzaya roket fırlatmanın maliyeti düştükçe fırlatılan roket sayısı da düşüyor. Geçen yıl, dünyanın dört bir yanındaki hükümetler ve şirketler başarılı oldu 133 füze ateşledi yörüngeye girerek 45 yıllık rekor kırdı.

ama bir problem var. Dünya’nın yerçekiminden kurtulmak, kısa sürede büyük miktarda enerji salmak için bir roket gerektirir. Bir roket Dünya’dan ayrıldığında, Sıcak egzoz üretir Geçerken atmosferin fiziğini ve kimyasını değiştirir. de kağıt Salı günü dergide yayınlandı akışkan fiziğiİki fizikçi, uzaya patlayan bir SpaceX Falcon 9 roketinin fırlatılmasını simüle etti.

Endişelenmek için birkaç neden buldular.

Sorun karbon ayak izi değil

Füzeler bu kadar önem vermekten sorumlu değil Atmosferdeki karbondioksit. Tipik bir fırlatma, bir günlük ticari uçuşla kabaca aynı miktarda yakıt yakar, ancak yedi kat daha fazla karbondioksit üretir.₂ – 200 ile 300 ton arası – yolcu uçağı olarak. Bu, ortalama bir insanın yaptığından çok daha fazla karbon hayatlarında doğmuşancak buna kıyasla bir yuvarlama hatasıdır. 900 milyon ton karbondioksit^₂ Havayolu endüstrisi pandemiden önce her yıl ortalıkta dolaşıyordu.

Ama bu hikayenin tamamı değil. “Bir füzenin karbon ayak izini umursamıyoruz. Bu alakasız” Araştırmacı Martin Ross diyor ki. Onun için asıl önemli olan roket egzozundaki parçacıklar – özellikle alümina ve karbon siyahı -. Bu parçacıklar saçılır ve güneş ışığını emer. Ross, “Stratosferin sıcaklığını ve dönüşünü değiştiriyorlar” diyor.

Ne yazık ki, bilim adamları bir füze fırlatmasının genel çevresel etkisine dair yalnızca zayıf bir anlayışa sahipler. “Füze emisyonlarına ilişkin mevcut veri seviyesi, araştırmacılara fırlatmaların küresel çevre üzerindeki etkisini tam olarak değerlendirmek için yeterli bilgi sağlamıyor.” Ross diyor ki.

Atmosferdeki yüksek karbon emisyonlarının etkisi belirsizdir

Yeni çalışmanın arkasındaki araştırmacılar, uzaya fırlatılan bir Falcon 9 roketinin dokuz açıklığından çıkan egzozu modelleyerek sorunu daha keskin bir şekilde vurgulamak için çalışıyorlar. Bu simülasyonlar, gazların farklı koşullar altında nasıl davrandığını açıklayan denklemlerle roket ve itici (RP-1) hakkındaki verileri içerir. Araştırmacılar, ciddi bir hesaplama gücüyle, havalandırmalardan çıktıktan sonra egzozun davranışını yaklaşık 1 km yükseklikte yaklaşık 0,6 mil (1 km) yükseklikte tahmin edebildiler.

Araştırmacılar, belirli bir atmosfer aralığında (örneğin 2 km ile 2.99 km arasında) yokuş yukarı bir kilometrelik yolculuk sırasında salınan egzoz hacmini, o belirli yükseklikteki atmosferin özellikleriyle karşılaştırarak analiz ettiler. Atmosferin fiziksel ve kimyasal bileşimi farklı irtifalarda değiştiğinden, bu biraz kafa karıştırıcı yöntemi benimsemek zorunda kaldılar.

Yüksek irtifalarda bile toplam egzoz miktarını çevreleyen havaya kıyasla “ihmal edilebilir” buldular. Bu bir sürpriz çünkü atmosfer yüksek irtifalarda çok daha az yoğun. Hesaplamalarına göre, bir Falcon 9’un 70 kilometre ile 70,99 kilometre (yaklaşık 43 mil) arasında seyahat ederken yaydığı egzoz miktarı, bir kilometre küpün (yaklaşık 0,25 mil) içerdiği kütle miktarının dörtte biri kadardır.³) bu yükseklikte havadan. (Bu, aşağıdaki grafikteki mavi çizgiyi ifade eder).

ne hayır İhmal edilebilir miktarda karbondioksit₂ Falcon 9, geçerken atmosferin daha yüksek seviyelerine girer (yukarıdaki şekilde kırmızı noktalı çizgi ile temsil edilir). Rakımı 27 mili (43,5 km) aştığında, füze bir kilometre küpten fazla karbondioksit salmaya başlar.₂ Tırmanılan her kilometre için. 43,5 mil (70 km) ulaştığında, Falcon 9 25 kat daha fazla karbondioksit yayar.₂ Bu yükseklikte havanın metreküpünde bulunur.

Ve füze egzozu daha fazla karbon içeriyor

Karbondioksitten daha fazlasıdır. “Belki de en önemli şey, [amount of] Karbon monoksit (CO) ve su (H2O) [in rocket exhaust] karbon dioksite benzer bir düzenleme ile” diye yazıyor yazarlar. Bu endişe verici çünkü atmosferde neredeyse hiç karbon monoksit veya su yükselmiyor. Dolayısıyla bu araçların daha yüksek irtifalardaki emisyonları, halihazırda mevcut olan eser miktarlara varsa daha önemli katkı/irtifa sağlıyor.”

Su buharı bu yükseklikte anında donuyor, ancak araştırmacıların bu buz kristallerinin nerede olduğu konusunda hiçbir fikirleri yok. Karbon monoksit, daha fazla karbon dioksit oluşturmak için hidroksit (OH) ile reaksiyona girer₂. Araştırmacılar ayrıca, termal nitrojen oksitler (NOx) adı verilen tehlikeli egzoz emisyonlarının, özellikle daha düşük irtifalarda, atmosfere yayılmadan önce sıcak nehirlerde uzun süre kalabileceğini keşfettiler.

Gelecek belirsiz, ancak araştırmacılar ve düzenleyiciler not alıyor

Yılda 100’den fazla fırlatma ile bazıları füzelerden kaynaklanan kirliliğin bir sorun olmadığını söylüyor. “İnsanların geçmişte kullandıkları argümanlardan biri, roketler veya uzay endüstrisi ile gerçekten ilgilenmemize gerek olmadığı veya uzay endüstrisinin küçük olduğu ve her zaman küçük kalacağıdır.” Ross diyor ki.

katılmadı. “Sanırım son birkaç yılda gördüğümüz gelişmeler, uzayın 1920’lerde ve 1930’larda sahip olduğu havacılık gibi çok hızlı bir büyüme aşamasına girdiğini gösteriyor.”

Yeni çalışmanın arkasındaki yazarlar da aynı şekilde hissediyor. “Füze fırlatmalarından kaynaklanan atmosfer kirliliği sorununun hayati olduğuna ve uygun şekilde ele alınması gerektiğine inanıyoruz, çünkü özellikle ticari uzay uçuşlarının gelecekte artması bekleniyor” diye yazdılar.

Füzelerden kaynaklanan kirlilik sorunu giderek daha belirgin hale geliyor ve yüksek yerlerde ciddiye alınıyor. Bu yılın ilerleyen saatlerinde, Dünya Meteoroloji Örgütü ve Birleşmiş Milletler Çevre Programı, roket emisyonlarının ozon tabakasını nasıl tükettiğini özetleyen yeni bir rapor yayınlayacak. Herhangi bir şansla, bu dikkat atmosferik kirliliğin önemli bir faktör haline gelmesine neden olacaktır. fütüristik füze tasarımı.

Düzeltme: Bu makalenin önceki bir sürümü, salınımın kabaca aynı miktarda karbondioksit saldığını yanlış bir şekilde belirtti.₂ Tam günlük bir gezi olarak. Aslında, tipik bir fırlatma, bir günlük uçuşla aynı miktarda yakıt yakar, ancak yaklaşık yedi kat daha fazla karbondioksit üretir.₂ emisyonlar.