Как загрязняют атмосферу ракеты SpaceX

Это шлейф от ракеты Falcon 9 на высоте 10, 30, 50 и 67 километров. Чем выше, тем плотность и давление окружающего воздуха меньше, поэтому хвост всё шире и эффектнее.

Кстати, не все знают, что, собственно, значит цифра 9 в названии этой ракеты. Это количество двигателей. Они называются Merlin и работают на керосине и кислороде в качестве окислителя (без него в космическом вакууме ничего гореть не будет).

Так вот, как недавно установили кипрские учёные, керосиновые двигатели ракет Илона Маска выбрасывают в атмосферу в том числе углекислый газ, водяной пар и оксиды азота. Всё это — газы парниковые. К слову, как просвещают на экскурсиях в Институте космических исследований, самый парниковый газ на свете — водяной пар.

Кроме того, выходит изрядное количество сажи. Частично она реагирует с окружающим воздухом — и образуется углекислый газ, но на высотах примерно от 55 километров уже в основном идёт в атмосферу как есть.

Через 70 секунд после старта "Фалькон" поднимается на десять километров, через 165 секунд он на 70-километровой высоте, это уже мезосфера — слой разреженного холодного воздуха, в котором сгорают метеоры и образуются светящиеся по ночам серебристые облака.

По подсчётам учёных, на этом уровне при пролёте каждого километра Falcon 9 выбрасывает столько всего, сколько содержится в 26 кубических километрах окружающего пространства. И выхлопы остаются там достаточно долго после каждого запуска.

А на малых высотах из-за более высоких температур образуется много оксидов азота. А если диоксид азота реагирует с атмосферной водой, то получается азотистая кислота. Отсюда смог, а иногда и кислотные дожди. Плюс разрушение озонового слоя, который находится примерно на 20-километровой высоте (у полюсов 15, ближе к экватору гораздо выше, километров 30–40). А в приземном воздухе, наоборот, образуется совершенно ненужный там озон. На высотах до десяти километров он считается загрязнителем. И всё это, по мнению исследователей, может оказать кумулятивное воздействие на климат. Кумулятивное — значит эффект будет накапливаться со временем.

Сложно сказать однозначно, почему именно на примере ракет SpaceX учёные из Университета Никосии оценили влияние космонавтики на климат. Почему, например, не обратили внимание на китайские ракеты "Чанчжэн", которые, между прочим, летают на гептиле (несимметричном диметилгидразине) и которых запускают гораздо больше, чем "Фальконов"?

К примеру, смотрим статистику за 2021 год: 145 ракетных пусков по всему миру, из них "Фальконов" три десятка, а "Чанчжэнов" целых 48 штук. Россия держится на третьей строчке по количеству запущенных ракет. В 2021-м их было 24, из них 22 — это керосиновые "Союзы" и ещё два — "Протоны". У "Протона" двигатели на гептиле. Это очень ядовитое вещество, так же как и используемый вместе с ним окислитель амил (тетраоксид азота).

Если, к примеру, ракета двухступенчатая, то ситуация выглядит так: первая ступень поднимается не настолько высоко, чтобы сгореть в атмосфере, — километров на 50. Там она отделяется и, собственно говоря, падает на землю. Куда она должна упасть, конечно, просчитывается заранее. К примеру, для ракет, запущенных с Байконура, есть порядка 40 районов падения.

Вторая ступень доделывает свою работу, то есть выводит в космос свою полезную нагрузку, потом какое-то время летает по околоземному пространству, снижается и в конце концов входит в плотные слои атмосферы, там распадается на части и либо полностью сгорает, либо почти полностью. То есть в принципе какие-нибудь обугленные фрагменты изредка могут "выпасть".

И, надо сказать, отработавшие своё ракетные ступени не пустые: в них обязательно есть остатки топлива, при этом во внушительных количествах, с запасом. Например, первая ступень "Союза" падает с тонной керосина и двумя тоннами жидкого кислорода, а первая ступень "Протона" — с без малого двумя тоннами гептила и тремя тоннами амила. То есть всё это в воздух не попадает, но, к сожалению, попадает в почву и водоёмы. Каждая рухнувшая ступень "Протона" отравляет 50 тысяч квадратных метров территории. Токсичность топлива — одна из причин постепенного отказа российской космонавтики от этого носителя.

Почва, как и вообще всё в природе, по мере сил самоочищается, но на избавление от керосина ей для этого нужно как минимум лет пять (при этом спокойных, то есть без новых загрязнений), а от гептила она будет очищаться уже лет 30–40. Люди пытаются с этим помочь, как могут: удаляют из почвы какую-то часть топлива, удаляют саму отравленную землю и на её место кладут чистую, помещают в неё и сорбенты, и вещества, которые разлагают горючее. Но, конечно, всё это не вполне спасает и в целом жить в окрестностях мест падения ракетных ступеней не полезно для здоровья.

Если оценивать воздействие космонавтики на экологию, так сказать, в абсолютных цифрах, то они могут показаться пугающими. Как подсчитал в 2007 году космонавт-испытатель и профессор Института истории естествознания и техники имени С.И. Вавилова Сергей Кричевский, на тот момент запуски с Байконура за всю свою историю выбросили в атмосферу 120 тысяч тонн вредных веществ, а строительство и работа станции "Мир" в общей сложности дали четыре миллиона тонн выхлопов.

Но если смотреть в процентном соотношении, то всё это оказывается не таким уж страшным: по данным исследования Московского авиационного института, участие космоса в общем объёме антропогенного загрязнения составляет тысячную долю процента.

Влияние космических полётов на экологию изучают и в NASA. Ещё во времена программы Space Shuttle американцы заметили, что после запусков челноков становилось больше тех самых мезосферных светящихся облаков. Были беспокойства по поводу накопления хлорида водорода в районе Космического центра Кеннеди, поскольку это вещество в сочетании с водой образует соляную кислоту, а космодром находится на территории заповедника.

Выяснилось, что в окрестных водоёмах гибнут мальки и хитрые птицы даже повадились прилетать туда после каждого старта и поедать их. Но ничего плохого после этого с пернатыми не происходило. Бывало, что кислоту разносило ветром по округе — и из-за неё с машин слезала краска. NASA стало выдавать автомобилистам специальные чехлы. Никаких озоновых дыр над мысом Канаверал не находили.