Многоразовые космические технологии привели к росту количества дешевого космического транспорта. Такие услуги стали популярным благодаря коммерческим космическим полетам таких компаний, как SpaceX и Virgin Galactic. Однако какой вред наносят экологии выбросы ракетных двигателей плохо изучено. Поэтому в публикации Physics of Fluids издательства AIP Publishing ученые из Университета Никосии на Кипре оценили потенциальное влияние запуска ракеты на загрязнение атмосферы, исследуя тепло- и массоперенос, а также быстрое смешивание побочных продуктов горения в атмосфере на высоте до 67 километров.
Команда смоделировала выхлопные газы и шлейф на нескольких высотах по типичной траектории полета стандартной современной ракеты. Прототипом выступила двухступенчатая ракета для доставки людей и полезных грузов на орбиту Земли и за ее пределы.
«Загрязнение от ракет не следует недооценивать, поскольку частые запуски в будущем могут иметь значительный кумулятивный эффект на климат Земли», — сказал соавтор исследования Иоаннис Коккинакис.
Исследователи обнаружили, что производство оксидов азота (NOx), составляющих отработанные газы, может сохраняться на больших высотах и даже там, где атмосферное давление окружающей среды выше или немного ниже давления на выходе из сопел, т. е. ниже высоты примерно 10 км.
В то же время масса выбрасываемого углекислого газа при наборе ракетой 1 километра высоты в мезосфере
Слой атмосферы на высотах от 40-50 до 80-90 км. эквивалентна массе, содержащейся в 26 кубических километрах атмосферного воздуха на той же высоте.
Исследователи считают, что локальное и мгновенное воздействие на мезосферу может быть значительным. Если воздушные потоки будут постепенно переносить и смешивать выбросы CO2 с атмосферным воздухов, в конечном итоге снижая содержание CO2 до его естественного уровня, как быстро это происходит неясно.
Ученые считают, что может существовать определенное количество запусков ракет, при превышении которых мезосферный углекислый газ может накапливаться и влиять на климат.
Результаты исследования показали, что при наихудшем сценарии за время, необходимое ракете для достижения высоты в 10 километров, может быть произведено достаточное количество NOx для загрязнения более 2 кубических километров атмосферного воздуха с концентрацией NOx, которая, согласно Всемирная организация здравоохранения, может быть опасной для людей.
«Мы надеемся, что такие коммерческие компании, такие как SpaceX, Virgin Galactic и New Shepard, а также связанные с ними производители двигателей, учтут эти эффекты в своих будущих проектах», — добавил другой соавтор научной работы Димитрис Дрикакис.
