Сандро Ваттиони утверждает, что быстрое увеличение количества запусков ракет может замедлить восстановление жизненно важного озонового слоя. Эта проблема недооценивается, но её можно смягчить благодаря дальновидным и скоординированным действиям.
В последние годы ночное небо заполнили спутники из быстрорастущих созвездий на низкой околоземной орбите, что обусловлено бумом в космической индустрии. Хотя эти разработки открывают захватывающие возможности, они также вызывают новые экологические проблемы.
Выбросы от ракет и космического мусора
Запуски ракет и возвращение космического мусора в атмосферу приводят к выбросу загрязняющих веществ в средние слои атмосферы, где они могут повредить озоновый слой, защищающий жизнь на Земле от вредного ультрафиолетового излучения. Это растущая проблема, которую учёные только начинают понимать.
Исследования воздействия выбросов от ракет на озоновый слой начались более 30 лет назад, но долгое время эти эффекты считались незначительными. Однако по мере ускорения активности запусков это представление начинает меняться. В 2019 году в мире было всего 97 орбитальных космических запусков, а к 2024 году их число выросло до 258 и продолжает стремительно расти.
В средних и верхних слоях атмосферы выбросы от ракет и возвращающегося космического мусора могут сохраняться в 100 раз дольше, чем выбросы из наземных источников, из-за отсутствия таких процессов удаления, как вымывание облаками. Хотя большинство запусков происходит в Северном полушарии, атмосферная циркуляция распространяет эти загрязнители по всему миру.
Международное исследование
Чтобы лучше понять долгосрочное воздействие растущих выбросов от ракет, мы сотрудничали с международной исследовательской группой под руководством Лауры Ревелл из Университета Кентербери. Используя модель химического климата, разработанную в ETH Zurich и Физико-метеорологической обсерватории в Давосе (PMOD/WRC), мы смоделировали, как прогнозируемые выбросы от ракет повлияют на озоновый слой к 2030 году. Исследование опубликовано в журнале npj Climate and Atmospheric Science.
Предполагая сценарий роста с 2040 запусками в год в 2030 году — примерно в восемь раз больше показателя 2024 года — средняя глобальная толщина озонового слоя снизится почти на 0,3%, с сезонными сокращениями до 4% над Антарктидой, где каждую весну всё ещё образуется озоновая дыра.
Хотя эти цифры на первый взгляд могут показаться скромными, важно помнить, что озоновый слой всё ещё восстанавливается после нанесённого в прошлом ущерба, вызванного долгоживущими хлорфторуглеродами (ХФУ), которые были успешно запрещены Монреальским протоколом в 1989 году. Однако сегодня толщина глобального озонового слоя примерно на 2% ниже доиндустриального уровня, и полное восстановление ожидается не раньше 2066 года.
Наши выводы указывают на то, что выбросы от ракет — в настоящее время нерегулируемые — могут задержать это восстановление на годы или десятилетия, в зависимости от роста ракетной промышленности.
Основные факторы, способствующие истощению озонового слоя
Основными факторами, способствующими истощению озонового слоя из-за выбросов от ракет, являются газообразный хлор и частицы сажи. Хлор каталитически разрушает молекулы озона, а частицы сажи нагревают средние слои атмосферы, ускоряя химические реакции, разрушающие озоновый слой.
Хотя большинство ракетных топлив выделяют сажу, выбросы хлора в основном происходят из твёрдых ракетных двигателей. В настоящее время единственные двигательные системы, которые оказывают незначительное влияние на озоновый слой, — это те, которые используют криогенные топлива, такие как жидкий кислород и водород. Однако из-за технологической сложности работы с криогенными топливами только около 6% космических запусков в настоящее время используют эту технологию.
Мы хотели бы упомянуть, что наше исследование учитывало только выбросы, выпущенные ракетами во время подъёма в космос. Но это только часть картины. Большинство спутников на низкой околоземной орбите возвращаются в атмосферу в конце своего срока службы, сгорая при этом.
Этот процесс генерирует дополнительные загрязнители, включая различные металлические частицы и оксиды азота, из-за сильного нагрева при входе в атмосферу. Хотя оксиды азота, как известно, каталитически разрушают озон, металлические частицы могут способствовать образованию полярных стратосферных облаков или сами служить поверхностями реакций, что может усилить потерю озона.
Эти эффекты возвращения на орбиту всё ещё плохо изучены и ещё не включены в большинство атмосферных моделей. С нашей точки зрения, ясно, что с увеличением количества спутниковых созвездий выбросы при возвращении будут происходить чаще, и общее воздействие на озоновый слой, вероятно, будет даже выше, чем текущие оценки. Наука призвана восполнить эти пробелы в нашем понимании.
Но этого будет недостаточно. Хорошая новость: мы считаем, что индустрия запусков, которая избегает воздействия на озоновый слой, вполне возможна. Мониторинг ракетных выбросов, минимизация использования хлористых и сажеобразующих топлив, продвижение альтернативных двигательных систем и внедрение необходимых и соответствующих правил — всё это ключ к тому, чтобы озоновый слой продолжал восстанавливаться. Это потребует скоординированных усилий учёных, политиков и промышленности.
Монреальский протокол успешно продемонстрировал, что даже экологические угрозы планетарного масштаба можно решить с помощью глобального сотрудничества. Вступая в новую эру космической деятельности, нам потребуется такое же предвидение и международная координация, чтобы избежать вредного воздействия на озоновый слой — один из самых важных природных щитов Земли.