Comprendere la stampa a piè di Rocket lancia

I motori a rocchette sono indispensabili per l'esplorazione spaziale, la distribuzione satellitare e la scienza interplanearia. Tuttavia, un piccolo numero di lanci – circa 100 a 200 all'anno in tutto il mondo – producono emissioni che si accumulano nell'atmosfera superiore con effetti che differiscono significativamente da quelli delle fonti terrestri.

Strade e tempi di residenza chimica diretti

I gas di scarico sono costituiti da un gas di anidride carbonica (CO]2]), da un vapore acqueo (H]2O), da un ossido di azoto (NO]x), da nuclei di cloro, da particelle di alumina, da frammenti di carburante non bruciati.

Meccanismi di ozono di esaurimento specifici per lo scarico dei razzolini

Il foro di scarico più relativo è l'esaurimento dell'ozono. I booster di razzo solido, come quelli utilizzati sul Shuttle spaziale e alcuni lanciatori pesanti, rilasciano composti cloro direttamente nella stratosfera. Il programma Space Shuttle solo espulse circa 200 tonnellate di cloro per lancio. Anche con le restrizioni moderne sulle sostanze ozono-depleting sotto il Protocollo di Montreal, i rifiuti di razzo bypassano le normative internazionali perché non è classificato come un pozzo di emissione controllata.

Tipologia e commercio ambientale

Nessun singolo propellente è perfettamente pulito; ogni sistema comporta scambi tra prestazioni, costi e impatto ambientale. L'attuale generazione di veicoli di lancio utilizza una delle tre famiglie di propellenti di larghezza, ognuna con un profilo di emissione distinta.

Idrogeno liquido e ossigeno liquido (LH2/LOX)

Il prodotto di scarico primario è vapore acqueo, circa 2,5 tonnellate di H2O per tonnellata di propellante bruciato. La combustione idrogeno non produce soot o CO[-256]2], rendendolo l'opzione più bassa di carbonio tra i razzi chimici. Tuttavia, l'alta iniezione di vapore acque nella sua stratosfera e mesosphere ha

Kerosene (RP-1) e LOX

La sua combustione produce CO]2, vapore acqueo, soot e una varietà di composti organici volatili (VOC). La frazione di fuliggine è particolarmente problematica: a seconda del design del motore, 0.5–2% della massa di combustibile può essere emessa come una quantità di particelle di calore.

Propulsori solidi (APCP e HTPB)

Il percloro di ammonio è composto da un percloro di azoto solido[FLT], mentre il percloro di azoto solido[FLT] è un fattore di espansione [FLT], che è il fattore di esplosione di particelle solide[FLT], e che è il fattore di esplosione di particelle di alluminio solido[FLT].

Quantificare gli effetti globali e regionali

I tassi di lancio attuali sono abbastanza bassi che gli effetti globali-mea sono piccoli, ma i punti caldi regionali e gli scenari futuri garantiscono l'attenzione. I siti di lancio sono concentrati tra 28°N e 35°N l'altezza (Cape Canaveral, Baikonur, Kourou, Vandenberg, Wenchang).

Comparazione delle emissioni di razzo con altre modalità di trasporto

Per esempio, un Falcon 9 lancia emette circa 200 tonnellate di CO2 e 300 tonnellate di vapore acqueo per un carico utile di 22 tonnellate a bassa orbita terrestre. Questo è circa 15 kg di CO2[FLT:

Strategie per la riduzione delle emissioni

La comunità aerospaziale sta perseguendo molteplici approcci paralleli, che vanno dai cambiamenti operativi immediati alle revisioni del sistema di propulsione a lungo termine.

Sviluppo di Propellenti Verdi

Un altro propulsore chimico per il RP-1 e i propellenti solidi sono in fase di sviluppo. Il metano liquido (CH]4LT]]) bruciata con l'ossigeno produce principalmente il ciclo CO2 e il vapore dell'acqua, ma significativamente meno soot rispetto al kerosene.

Efficienza del motore e posttrattamento

I progressi nella progettazione delle camere di combustione, la pressione delle camere più elevate, i modelli di iniettore migliorati e la combustione in fase, possono ridurre la produzione di idrocarburi con fuliggine e non bruciati.

Affidabilità e Ottimizzazione della Cadence di Avvio

Le prime fasi riutilizzabili, pionieri di SpaceX, riducono il numero di fasi prodotte e il carbonio incorporato dalla produzione di hardware. Tuttavia, il riutilizzo da solo non abbassa direttamente le emissioni di fase di combustione per lancio; infatti, il combustibile aggiunto necessario per l'atterraggio può aumentare il consumo totale di propellente del 5-10%. Il vero vantaggio è economico: il basso costo per lancio consente il consolidamento dei carichi di pagamento su meno voli.

Tecnologie alternative di propulsione

Oltre ai razzi chimici, la propulsione elettrica (i propulsori a effetto Hall) è quasi priva di emissioni durante il funzionamento, ma produce una spinta estremamente bassa ed è inadatta per il lancio dalla superficie terrestre.

Iniziative regolamentari e industriali

Il Protocollo di Montreal riguarda le sostanze che riducono l'ozono, ma esenta "scarico di roccia" come un sottoprodotto non voluto. Nel 2019, il International Civil Aviation Organization (ICAO)] ha iniziato discussioni preliminari sull'estensione della sua certificazione di emissioni a diversi voli suborbitali, ma non sono emersi regole vincolanti.

Standard di settore volontario

Le aziende di NewSpace hanno iniziato a pubblicare report sulla sostenibilità. SpaceX, Blue Origin e Rocket Lab si sono impegnate a tracciare la portata 1 e la portata 2, ma la portata 3 (i carichi di consumo e la catena di fornitura) rimane opaca. Un consorzio di settore, il Space Sustainability Initiative], ha rilasciato un progetto di quadro nel 2023 per il lancio di rating di veicoli su una scala a quattro

Prospettive future: equilibrare la Esplorazione e la Stewardship

L’espansione dell’umanità nello spazio aumenterà inevitabilmente i tassi di lancio. Le Mega-constellazioni per l’accesso a Internet, le basi lunari e le missioni di Marte sono tutte prevedibili per abbassare i costi di lancio, che a sua volta guida una frequenza di lancio più alta. La comunità ambientale sta iniziando a trattare le emissioni di razzo come fattore non negativo nella chimica atmosferica.

Il ruolo di energia solare e produzione orbitale basata sullo spazio

Se le grandi strutture possono essere costruite da materiali estratti dalla Luna o da asteroidi, il flusso di massa terrestre-a-orbit – e le sue emissioni associate – potrebbero cadere drammaticamente.

Consapevolezza pubblica e pressione politica

Greenpeace e l’Unione degli scienziati interessati hanno pubblicato relazioni che chiedono una moratoria sulle nuove mega-constellazioni fino a quando non sarà completata una valutazione dell’impatto ambientale. Nel 2022, il Parlamento europeo ha approvato una risoluzione che esorta l’Agenzia spaziale europea ad adottare una politica “spazio verde”, compresi i limiti di emissione vincolanti sui veicoli di lancio utilizzati dai porti spaziali europei.

Conclusioni

Le emissioni dei motori a rovescio sono un piccolo ma crescente contributore al cambiamento atmosferico. La chimica unica dello scarico ad alta quota, in particolare il cloro di propellenti solidi e il soccorrimento dal cherosene, pone rischi allo strato di ozono e al sistema climatico che sono sproporzionati alla massa di gas di combustione propellante bruciato.