随着SpaceX和维珍银河(Virgin Galactic)等公司的商业太空飞行普及,可重复使用的太空技术以更低的成本推动了太空运输的增长。然而,人们知之甚少的是,火箭的推进排放物在大气中产生了显著的加热和成分变化。
在流体物理学塞浦路斯尼科西亚大学(University of Nicosia)的研究人员评估了火箭发射对大气污染的潜在影响,他们研究了高达67公里高空的热量和质量传递以及燃烧副产品的快速混合。
“提高对火箭排放的理解需要对火箭废气进入大气的流体动力学进行建模和模拟,”合著者迪米特里斯·德里卡基斯说。
该团队沿着当今标准火箭的典型轨迹,在几个高度模拟了废气和发展中的羽流。他们将其作为两级火箭的原型,将人员和有效载荷运送到地球轨道或更远的地方。
“我们表明,火箭造成的污染不应被低估,因为未来频繁的火箭发射可能对地球气候产生重大的累积影响,”合著者约阿尼斯·科基纳基斯说。
研究人员发现,燃烧废气的成分——热氮氧化物(NOx)的产生,可以保持在高于或略低于喷嘴出口压力的高度,即低于大约10公里的高度。
与此同时,火箭在上升到1公里高度的中间层时所排放的二氧化碳的质量相当于在同一高度26立方公里的大气中所含的二氧化碳。
他们发现,对大气层局部和中间层的短暂影响可能是显著的。而气流会逐渐输送和混合废气中的CO2穿过大气层,最终带来CO2回到自然发生的水平,这种情况发生的时间尺度尚不清楚。
科学家们认为,一定数量的火箭发射可能仍然存在,随着时间的推移,中间层的二氧化碳可能会积聚,从而增加自然发生的水平,影响我们的气候。
他们的研究结果表明,在最坏的情况下,在火箭到达10公里高度的时间内,可能会产生足够的氮氧化物,污染超过2立方公里的大气,根据世界卫生组织的说法,氮氧化物浓度将达到对人类健康有害的水平。
德里卡基斯说:“我们希望SpaceX、维珍银河和New Shepard等商业飞行公司及其相关的发动机制造商在未来的设计中考虑到这些影响。”
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