研究表明重返大气层对环境的影响

巨型星座承诺稳定的离轨碎片流。 天空能承受吗?

太空硬件脱离轨道可能会导致不可预见的环境和气候影响。 由于发射活动的规模和速度不断扩大,需要的是更好地监测情况,以及建立环境可持续航天工业的监管。

康沃尔埃克塞特大学地球观测副教授杰米·舒特勒 (Jamie Shutler) 提出了这一观点。

Shutler 及其同事在《自然地球科学》杂志 8 月号上撰写了研究论文“航天工业对大气的影响需要监督”。

卫星成本的降低导致了大型航天器星座的出现,从而在航天器死亡和更换时产生了不断的离轨碎片流。 该论文解释说:“这些碎片可能会使每年注入中间层的气溶胶颗粒质量增加一倍,”从而增加可以到达平流层的铝颗粒数量,从而促进臭氧损失。

“我们现在意识到进入太空的全部好处,但我们目前对这些活动对环境的影响的了解有限,”舒特勒告诉太空新闻。 “最大化这些好处,同时最小化对环境的影响可能对科学和工业变得越来越重要。”

向前迈进

至于需要进一步探索的研究重点,Shutler 强调了向前迈出的关键步骤。 一是航天工业在发射期间收集火箭排放数据并公开。

Shutler 表示,该行业还可以提供卫星的总含量,即现有航天器和卫星中尚未发射的每种矿物或物质的简单总和。

“这些数据将极大地帮助这一领域的研究,”舒特勒说。 “研究本身将是高度跨学科的,需要火箭设计师、大气科学家、数值建模师、卫星和轨道工程师、气候科学家等的投入。”

图片来源:航空航天公司

空气污染物

在 6 月发表在《地球的未来》杂志上的另一项研究中,来自伦敦大学学院 (UCL)、剑桥大学和麻省理工学院的研究人员评估了火箭发射和太空碎片对平流层臭氧和全球气候的影响。

研究合著者、伦敦大学学院自然地理学副教授 Eloise Marais 表示,需要更可持续的解决方案来处理空间碎片。 她说,即使再入火箭完全“燃烧殆尽”,它也会在高温下产生空气污染物一氧化氮 (NOx),从而导致平流层中臭氧的消耗,臭氧保护我们免受有害紫外线辐射太阳。

Marais 说,一项后续研究项目正在进行中,该项目估计 SpaceX 的 Starlink 和 Starship 计划的潜在排放量。

虽然这项研究正在进行中,但“我们的初步结果肯定表明,星链计划卫星发射的大幅增加和卫星的提前返回令人担忧,”Marais 说。

产业合作

将他们的观点添加到衡量卫星再入对地球大气层的环境和其他影响是美国政府问责制 Office. GAO 9 月向国会提交的报告“大型卫星星座:减轻环境和其他影响”指出,航天器在重返大气层期间进行火热坠落时会产生排放物。

GAO 解释说,截至 2022 年春季,在轨运行的卫星将近 5,500 颗,据估计,到 2030 年还将发射 58,000 颗。

GAO 研究援引专家的话称,在卫星重返大气层期间,可能会产生奇异物质排放。 这些特殊材料可能包括油漆、树脂、环氧树脂、有毒材料以及用于航天器部件(如电子设备和电池)的放射性材料。

“火箭发射和卫星重返大气层产生的颗粒和气体会影响大气温度并消耗臭氧层。 限制使用会产生某些有害排放物的火箭发动机可以减轻这种影响,”GAO 研究指出。 关于卫星重返高层大气的排放,GAO 发现“由于缺乏观测数据,人们对这些影响的规模和重要性知之甚少,目前尚不清楚是否有必要进行缓解。”

根据 2021 年 11 月与国家科学院协调召开的特别专家会议,GAO 评估表示,在航天器构成方面的行业合作将有助于增加对材料在再入过程中怎样反应的理解。

GAO 报告指出,卫星重返大气层的观测数据很少,“准确的建模数据也很有限,因为业界尚未发布卫星组成数据。”

这篇文章最初出现在 SpaceNews 杂志 2022 年 11 月号上。