I fisici hanno scoperto come un lancio di Falcon 9 cambia l’atmosfera

Man mano che il costo del lancio di un razzo nello spazio diminuisce, diminuisce anche il numero di lanci di razzi. Nell’ultimo anno, governi e aziende di tutto il mondo hanno avuto successo ha lanciato 133 missili in orbita, battendo un record di 45 anni.

ma c’è un problema. Liberarsi dalla gravità terrestre richiede che un razzo rilasci un’enorme quantità di energia in un breve lasso di tempo. Quando un razzo lascia la Terra, esso Produce scarico caldo Cambia la fisica e la chimica dell’atmosfera mentre passa. A carta Pubblicato martedì sulla rivista fisica dei fluidiDue fisici hanno simulato il lancio di un razzo SpaceX Falcon 9 che esplode nello spazio.

Hanno trovato diversi motivi di preoccupazione.

L’impronta di carbonio non è il problema

I missili non sono responsabili di attribuire così tanta importanza Anidride carbonica nell’atmosfera. Un tipico lancio consuma all’incirca la stessa quantità di carburante di un volo commerciale di un giorno, ma produce sette volte più anidride carbonica.2 – tra 200 e 300 tonnellate – come aereo passeggeri. Questo è molto più carbonio rispetto alla persona media nati nella loro vitama è un errore di arrotondamento rispetto a 900 milioni di tonnellate di anidride carbonica2 L’industria aerea si muoveva ogni anno prima della pandemia.

Ma questa non è la storia completa. “Non ci interessa l’impronta di carbonio di un missile. Questo è irrilevante”, Il ricercatore Martin Ross dice. Per lui, sono le particelle nello scarico dei razzi – principalmente allumina e nerofumo – che contano davvero. Queste particelle disperdono e assorbono la luce solare. “Cambiano la temperatura e la rotazione della stratosfera”, dice Ross.

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Sfortunatamente, gli scienziati hanno solo una scarsa comprensione dell’impatto ambientale complessivo di un lancio di missili. “L’attuale livello di dati sulle emissioni di missili non fornisce ai ricercatori informazioni sufficienti per valutare appieno l’impatto dei lanci sull’ambiente globale”, dice Ross.

L’effetto delle alte emissioni di carbonio nell’atmosfera è incerto

I ricercatori dietro il nuovo studio stanno lavorando per evidenziare il problema in modo più acuto modellando lo scarico delle nove aperture di un razzo Falcon 9 mentre veniva lanciato nello spazio. Queste simulazioni includono dati sul razzo e sul propellente (RP-1) con equazioni che descrivono come si comportano i gas in condizioni diverse. Con una notevole potenza di calcolo, i ricercatori sono stati in grado di prevedere il comportamento dello scarico dopo l’uscita dalle prese d’aria, a circa 0,6 miglia (1 km) di altitudine.

I ricercatori hanno analizzato il rilascio confrontando il volume di gas di scarico rilasciato durante un chilometro di viaggio in salita attraverso uno specifico intervallo di atmosfera (ad esempio tra 2 km e 2,99 km) con le caratteristiche dell’atmosfera a quella particolare altitudine. Hanno dovuto adottare questo metodo alquanto confuso perché la composizione fisica e chimica dell’atmosfera varia a diverse altitudini.

Hanno riscontrato che la quantità di scarico totale è “trascurabile” rispetto all’aria circostante, anche ad alta quota. Questa è una sorpresa perché l’atmosfera è molto meno densa ad altitudini più elevate. Secondo i loro calcoli, la quantità di gas di scarico emessa da un Falcon 9 mentre viaggia tra 70 chilometri e 70,99 chilometri (circa 43 miglia) è un quarto della quantità di massa contenuta in un chilometro cubo (circa 0,25 miglia)3) dall’aria a questa quota. (Questo trasmette la linea blu nel grafico sottostante).

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Quanta massa è in un chilometro cubo di scarico rispetto all’aria circostante.

che cosa No È una quantità trascurabile di anidride carbonica2 Il Falcon 9 entra nei livelli più alti dell’atmosfera mentre passa (rappresentato dalla linea tratteggiata rossa nella figura sopra). Una volta che la sua altitudine supera i 43,5 km, il missile inizia a rilasciare più di un chilometro cubo di anidride carbonica.2 Per ogni chilometro percorso. Quando raggiunge i 70 km, il Falcon 9 emette più di 25 volte più anidride carbonica.2 Si trova in chilometri cubi d’aria a questa altitudine.

E lo scarico del missile contiene più carbonio

È più che anidride carbonica. “Forse la cosa più importante è quella [amount of] Monossido di carbonio (CO) e acqua (H2O) [in rocket exhaust] con una disposizione simile all’anidride carbonica”, scrivono gli autori. Questa è una preoccupazione perché non c’è quasi monossido di carbonio o acqua elevata nell’atmosfera. Pertanto, le emissioni di questi veicoli ad altitudini più elevate forniscono un contributo/altitudine più significativo alle tracce, se presenti, che sono già presenti”.

Il vapore acqueo si congela istantaneamente a questa altezza, ma i ricercatori non hanno idea di dove siano questi cristalli di ghiaccio. Il monossido di carbonio reagisce con l’idrossido (OH) per formare più anidride carbonica2. I ricercatori hanno anche scoperto che pericolose emissioni di gas di scarico chiamate ossidi di azoto termici (NOx) possono persistere a lungo nei fiumi caldi prima di diffondersi nell’atmosfera, specialmente a quote più basse.

Il futuro è incerto, ma ricercatori e autorità di regolamentazione ne stanno prendendo atto

Con poco più di 100 lanci all’anno, alcuni dicono che l’inquinamento dei missili non è un problema. “Uno degli argomenti che le persone hanno usato in passato è che non abbiamo davvero bisogno di preoccuparci dei razzi o dell’industria spaziale, o che l’industria spaziale è piccola e sarà sempre piccola”, dice Ross.

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non era d’accordo. “Penso che gli sviluppi a cui abbiamo assistito negli ultimi anni mostrino che … lo spazio sta entrando in una fase di crescita molto rapida come l’aviazione che aveva negli anni ’20 e ’30”.

Gli autori dietro il nuovo studio la pensano allo stesso modo. “Riteniamo che il problema dell’inquinamento atmosferico causato dai lanci di missili sia vitale e debba essere affrontato in modo appropriato perché si prevede che i voli spaziali commerciali, in particolare, aumenteranno in futuro”, hanno scritto.

Il problema dell’inquinamento da missili sta diventando via via sempre più evidente e viene preso sul serio in alto. Entro la fine dell’anno, l’Organizzazione meteorologica mondiale e il Programma delle Nazioni Unite per l’ambiente rilasceranno un nuovo rapporto che riassume come le emissioni dei razzi stanno esaurendo lo strato di ozono. Con un po’ di fortuna, questa attenzione farà sì che l’inquinamento atmosferico diventi un fattore importante design futuristico del missile.

Correzione: una versione precedente di questo articolo affermava erroneamente che il rilascio rilasciava all’incirca la stessa quantità di anidride carbonica2 Come una gita di un giorno intero. In effetti, un tipico lancio consuma la stessa quantità di carburante di un volo di un giorno, ma produce quasi sette volte più anidride carbonica.2 emissioni.

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