站长之家 - 业界 2022-06-16 21:45

科学家发现火箭废气污染地球大气层 进一步影响全球气候

像SpaceX和维珍银河这样的公司的商业太空飞行已经普及了使用可重复使用的太空技术来实现低成本的太空运输。然而,火箭的推进排放物在大气中造成相当大的加热和化学变化这一事实几乎不为人所知。

来自塞浦路斯尼科西亚大学的研究人员通过研究高达67公里的大气高度热量和质量传递以及燃烧副产品的快速混合,评估了火箭发射对大气污染的潜在影响。他们的研究结果于2022年5月17日发表在AIP出版的《流体物理学》上。

研究人员表示,改善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。他们通过高分辨率的计算流体动力学模拟得到的30公里处的火箭废气羽流。温度从680K(深黄色)到2400K(亮黄色)不等。

该小组对废气进行了建模,并沿着现今标准火箭的典型轨迹在几个高度上形成了烟羽。他们这样做是以两级火箭为原型,将人和有效载荷运送到地球轨道和其他地方。我们研究表明,不应低估来自火箭的污染,因为未来频繁的火箭发射可能对地球的气候产生重大的累积影响。

研究人员发现,热氧化氮(NOx)的产生,即燃烧废气的成分,在环境大气压力高于或甚至略低于喷嘴出口压力的高度,即低于大约10公里的高度,都可以保持高位。同时,当火箭在中间层(位于热层和平流层之间的大气区域,高度为30-50英里或50-80公里)爬升1公里高度时,排放的二氧化碳质量相当于同一高度的26立方公里大气中所包含的二氧化碳。

他们发现,在中间层局部和瞬间对大气的影响可能是巨大的。虽然气流会逐渐在整个大气层中运输和混合排出的二氧化碳,最终使二氧化碳回落到自然形成的水平,但这发生的时间尺度并不清楚。科学家们认为,可能仍然存在一定数量的火箭发射,随着时间的推移,中间层的二氧化碳可能会积累起来,从而增加自然发生的水平,影响我们的气候。

他们的结果表明,在最坏的情况下,在火箭到达10公里高度的时间里,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,氮氧化物的浓度将达到危害人类健康的水平。

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