蓝色的起源以及SpaceX和维珍银河太空竞赛如何影响大气�

经过几十年的停滞，航空航天工业正在起飞。

在埃隆马斯克(ElonMusk)的SpaceX和中国快速发展的太空计划的推动下，2018年全球共进行了114次轨道发射，这是自1990年以来的首次三位数发射。今年，轨道发射次数预计将首次超过130次。70年代。这个数字不包括杰夫贝索斯的蓝色起源和理查德布兰森最近的维珍银河亚轨道之旅。

在NASA登月计划、SpaceX建造巨型互联网卫星“巨人星座”、中国载人空间站和亚轨道公司将游客送上太空边缘之间，发射可能很快成为常规。

但是新的太空繁荣会给地球带来成本吗？

英国诺丁汉特伦特大学空间物理学讲师伊恩伊恩惠特克说：“虽然我们显然需要太空发射和卫星，但当涉及到太空旅游和其他事情时，你会开始考虑对环境的影响。”

研究人员正在研究越来越多的火箭喷射出的二氧化碳、煤烟、氧化铝和其他颗粒的混合物，以了解地球对更多滚动的火箭废气会有什么反应。

到目前为止，羽翼未丰的航空航天业还没有严重威胁环境，可能还有增长空间。然而，随着新一轮太空竞赛的加速，这种情况是否会改变，谁也说不准。

航天公司的大气科学家马丁罗斯(MartinRoss)说：“我认为目前我们对未来的了解还不够。我们只是还没有这些信息。”

对二氧化碳和气候变化的影响。

随着世界努力摆脱化石燃料，一个新行业——的兴起，尤其是一个涉及从强大的发动机喷出巨大云的行业，似乎令人不安。

大多数火箭确实比许多飞机排放更多的温室气体碳。根据惠特克的粗略计算，在维珍银河的太空飞机上经历几分钟失重将产生与跨大西洋商务舱相当的碳足迹，而太空探索公司即将推出的完全可重复使用的星际飞船的一次轨道发射将排放与连续飞行约三年的飞机一样多的二氧化碳。

一位维珍银河发言人表示，该公司“正在研究抵消未来客户航班碳排放的机会。”虽然SpaceX没有直接对碳排放发表评论，但马斯克支持碳税政策。蓝色起源说，它的新谢泼德火箭使用氢和氧等无碳燃料。

但商用飞机的飞行次数远多于航天发射——次，2018年分别为3900万次和114次。即使在最雄心勃勃的情况下，航空航天工业也无法赶上。如今，火箭燃烧的燃料约占飞机总燃料的0.1%。相比之下，他们的碳排放是一个舍入误差。

然而，惠特克指出，这一计算忽略了太空发射中使用的大量燃料在生产、运输和冷却过程中未知但可能相当可观的碳足迹。

“虽然它与航空不匹配，但它仍然是一个很大的附加产品，”他说。

为了实现碳中和，他希望行业能够效仿BlueOrigin，使用无碳燃料，利用可再生能源就地生产燃料，实现绿色运营。

大气层中还剩下哪些火箭？

“如果二氧化碳不是作用，那就是粒子，”罗斯说，他花了几十年时间研究发射对环境的影响。

火箭发动机喷出的炽热火焰表明，车辆的燃烧正在产生烟灰，技术上称为“黑碳”。任何燃烧煤油或甲烷等碳基燃料的火箭都会将这些颗粒直接注入大气层的上游，在那里它们可能会循环4到5年。

在那里，不断增长的烟灰层就像一把精致的黑色雨伞。它吸收太阳辐射，有效地阻止阳光到达地球表面，就像一个旨在暂时冷却地球的地球工程项目可能是有效的一样。美国宇航局即将发射的航天发射系统使用的固体火箭发动机和中国长征11号飞机发射的闪亮氧化铝颗粒通过反射太阳光加剧了这一现象。

这个意想不到的实验的效果是未知的，除了它们可能是实质性的。罗斯和一位同事在2014年进行的一项简单模拟发现，数十次火箭发射的主要冷却效果已经与数百万次商业飞行释放的二氧化碳的升温效果相匹配。

这并不是说航空航天工业消除了飞行对环境的影响。罗斯说，向大气中注入新粒子会产生复杂的影响。例如，他们的粗略模型发现，火箭发射使一些地区的温度降低了0.5摄氏度，而北极地区的温度升高了1摄氏度以上。而且模拟并不试图包括副作用，例如排放物是否会产生或杀死云。罗斯说，更复杂的建模可以揭示排气微粒最终会使变暖变得更糟。

其他排放和臭氧。

太空发射也让一些研究人员感到担忧，因为火箭将废气直接排放到平流层，而臭氧层是阻挡有害紫外线的保护臭氧层的位置。

大多数固体火箭发动机会排放氧化铝颗粒和氯气，这将促进臭氧分解为分子氧的化学反应。SpaceX和蓝色起源已经转向液体燃料。

“它们并非无害，”伦敦大学学院的大气研究员埃洛伊斯·马赖斯(EloiseMarais)说。“它们确实对大气产生了影响。”

Marais正在对当前的火箭燃料组合如何在不久的将来使臭氧层变薄进行预测。她研究了当前发射的影响，以及太空旅游被证明足够流行和可靠以支持每天几次亚轨道发射和每周一次轨道发射的推测性场景的影响。

Marais说，这些计算需要在发布前进行验证，但初步结果表明，虽然今天的发射对臭氧的影响很小，但蓬勃发展的太空旅游业可能会开始改变这种状况。

“这是一个足够大的影响，我认为我们可能会担心这个行业的增长是否超出了我们的推测，”她说。

这些公司未来多久推出一次仍不确定。维珍银河表示，它希望最终每年运营400次航班。SpaceX设想Starship在一个小时内在主要城市之间穿梭乘客，与商业航空公司竞争。

平衡空间进展与环境问题

进入太空已经彻底改变了天气预报、通信技术和研究人员了解人类活动如何改变地球气候的能力。它还使国际空间站和一系列太空望远镜等天基设施能够开展变革性的基础研究。

未来，蓬勃发展的航天工业可以开启从清洁、基于太空的太阳能到小行星采矿的实际项目，并支持在太阳系中寻找生命和其他科学努力。

像罗斯这样的研究人员不想阻止这一进展。相反，他们希望通过提前识别潜在的环境问题来帮助实现这一目标。今天的胚胎航天工业大多是无害的，罗斯建议环境研究计划可以帮助它在成熟时保持这种状态。

平流层飞机可以直接对火箭羽流进行采样，以准确了解它们吐出的是什么，而卫星和地面天文台则可以观察大气层以了解发射的短期、中期和长期影响。还有一些不为人知的废弃卫星“燃烧”的影响，并将大量金属颗粒倾倒到高层大气中。超级计算机可以运行综合模拟，以确定可以安全地进行哪些级别和类型的太空活动。

“我们希望避免一个令人惊讶的未来，”罗斯说。“我们现在想说，航天工业可以以可持续的方式向前发展。”

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