Космический туризм
Летом 2021 года в США развернулась гонка нового масштаба. Частные космические компании боролись за право называться первопроходцами в сфере космического туризма. Казалось, за ними наблюдал весь мир: что может быть более вдохновляющим, чем потенциальный выход всего человечества на новую ступень освоения межпланетного, межзвездного и межгалактического пространства? На деле все оказалось куда прозаичнее — туристические ракеты пока долетают лишь до условной границы с атмосферой, билеты стоят космических денег и доступны разве что самим владельцам этих компаний, а выбросы от одного 11-ти минутного полета превышают углеродный след, который некоторые жители планеты производят за всю жизнь.
Главные участники гонки — SpaceX Илона Маска, Blue Origin Джеффа Безоса и Virgin Galactic Ричарда Брэнсона — боролись не только за первенство по времени. Каждая из компаний (по крайней мере на словах) была озабочена и тем, насколько сильно их летательные аппараты загрязняют окружающую среду. Однако, об углеродном следе таких космических полетов почти ничего не сообщается. Это затрудняет подсчеты общего влияния запусков ракет на атмосферу, особенно когда такие компании, как Virgin Galactic, планируют запускать по 400 туристических ракет в год.
Представители компании Virgin Galactic заявляли, что количество выбросов от одного полета примерно сопоставимо с тем, что выбрасывается при полете в бизнес-классе на трансатлантическом рейсе туда и обратно. Однако, не все так прозрачно: за некоторое время до первых запусков представители Федерального авиационного управления США провели экологическую оценку запуска и возвращения в атмосферу космических кораблей Virgin Galactic и выяснили, что одно лишь возвращение аппарата на Землю приводит к выбросу около 30 тонн углекислого газа, или около пяти тонн на одного пассажира. Это примерно в пять раз больше углеродного следа от полета из Сингапура в Лондон.
Влияние космического туризма на окружающую среду заинтересовало и другие группы исследователей. Их общие выводы неутешительны: несмотря на то, что компании используют разное топливо для запуска космических кораблей, сам процесс запуска одинаков. Зажигание и сгорание топлива приводит к образованию парниковых газов, водяного пара и тепла, а выбросы в пересчете на одного пассажира во много раз превышают выбросы от трансатлантических перелетов.
Насколько космические запуски опасны для планеты?
Назвать звездный туризм цельной и развитой сферой пока что нельзя — частным космическим перевозчикам предстоит проделать много работы, прежде чем количество их ежегодных запусков сравнится с уровнем государственных космических программ. Тем не менее в 2021 году мир поставил новый рекорд по количеству запущенных ракет и других летательных аппаратов: официальных отчетов по таким вопросам не существует, но несколько онлайн-ресурсов предоставляют сборник данных, включающий попытки орбитальных запусков, как успешные, так и неудачные. Исходя из их подсчетов, в 2021 году было предпринято в общей сложности 144 попытки орбитальных запусков, из которых 133 были успешными.
Процесс запуска любого космического аппарата примерно одинаков: груз устанавливают на ракету, в ступени которую заправляют десятками тонн топлива. Сгорая, это топливо придает ракете достаточно ускорения для отрыва от поверхности Земли. Важную роль играет вес и размер аппарата: чем эти два показателя выше, тем больше и тяжелее должна быть ракета-носитель, и тем больше нужно топлива для того, чтобы преодолеть земную гравитацию. Про экологический след от таких запусков говорят нечасто: все дело в том, что человечество использует ракеты гораздо реже, чем самолеты, автомобили или поезда, а значит, несмотря на то, что выброс углекислого газа от одного запуска ракеты выше, другие виды транспорта сильнее вредят нашей планете исключительно из-за частоты использования.
Есть несколько видов ракетного топлива, и каждое из них по-своему опасно для окружающей среды. Самое распространенное — так называемое «твердое» топливо. Именно оно используется для запуска тяжеловесных носителей. Наиболее известные твердотопливные ракетные ускорители космических челноков NASA сжигали смесь алюминия и нитрата аммония, что неблагоприятно сказывалось на окружающей среде.
После запуска космических челноков фиксировались довольно странные явления. Массивное облако, которое образуется во время взлета ракеты на таком топливе, содержит реактивные химические вещества — соляную кислоту и оксид алюминия. При первых запусках эти вещества смешивались с водой из системы орошения, которая охлаждала стартовую площадку и ракету. Затем смесь распространялась по всей окружающей среде, влияя на качество почвы и воды и повреждая близлежащую природу — в водоемах находили мертвую рыбу, а часть деревьев и травы попросту вымирала. Помимо этого, оксид алюминия из выхлопных газов также образует частицы, которые отражают тепло с Земли, тем самым усиливая эффект глобального потепления. За десятилетия, прошедшие с начала использования твердого топлива, ученым удалось уменьшить эффект выбросов на окружающую среду, однако проблему с частицами решить так и не смогли.
Другой вид топлива — керосин. В космической индустрии он считается наиболее надежным горючим: редко приводит к взрывам при запуске и стабильно ведет себя при комнатной температуре. Именно на топливе РП-1 (так официально называется космический керосин) запускали первые ступени знаменитой ракеты-носителя NASA Saturn V эпохи «Аполлон». Сегодня на нем стартует ракета Falcon 9 SpaceX.
Основная проблема двигателей на керосине — большое количество сажи, которая выделяется при запуске. Соединяясь с кислородом, она образует дымку из диоксида серы и оксиды азота, которые могут смешиваться с атмосферной влагой и стать причиной для кислотных осадков. Из-за них страдает качество воды, истощаются питательные вещества в почве, реках и лесах и меняется экологический баланс целых регионов. Керосин при сжигании также выбрасывает большое количество углекислого газа, однако пока что это не сильно волнует ученых и экологов — ракеты на керосине запускают относительно редко.
Новая и довольно многообещающая технология — ракетное топливо на основе метана. Несмотря на то, что метан сам по себе является парниковым газом, он очень эффективен для запусков — не требует больших хранилищ в самой ракете, уменьшает стартовый вес летательного аппарата, а значит экономит и само количество требуемого топлива. Его главная опасность заключается в высокой вероятности утечки при транспортировке в форме газа — метан в 80 раз сильнее влияет на глобальное потепление, чем углекислый газ. Сегодня жидкий метан используют для запуска сверхтяжелой ракеты Starship от SpaceX и для экспериментального двигателя Prometheus, который разрабатывает Европейское космическое агентство.
Самое экологичное топливо делают на основе жидкого водорода или жидкого кислорода. Его выброс почти полностью состоит из водяного пара, который, будучи гораздо менее вредным для атмосферы, тем не менее повышает влажность воздуха и усиливает глобального потепление. Однако, такое топливо малоэффективно — чтобы поднять ракету с земли, используя только жидкий кислород или водород, потребуются огромные баки. Именно поэтому при запуске тяжелых ракет Ariane 5 и SLS NASA дополнительно используют ускорители на «твердом» топливе, чтобы успешно преодолеть первоначальное притяжение Земли. Более легкие ракеты, например суборбитальная New Shepard компании Blue Origin, могут работать исключительно на экологичном топливе.
Не одним топливом единым: последствия падений ступеней в океаны
После того, как ракета преодолевает первичное притяжение Земли, от нее начинают отделяться ступени, в которых хранилось топливо. Чаще всего эти ступени сделаны из металла и пластика и не успевают сгореть в атмосфере, в отличие от спутников, которые после завершения срока службы могут разогнаться и сгореть до соприкосновения с поверхностью Земли. Такие падения ступеней опасны по двум причинам: материалы, из которых они сделаны, попадают в океаны и вмешиваются в привычную среду обитания многих живых существ, а топливо, которое обычно остается внутри, отравляет воду и убивает питательные элементы.
Сегодня с решением этой проблемы лучше всех справляется SpaceX Илона Маска. Шатлы, которые использовали и до него, также могли возвращаться на стартовую площадку, однако именно Маску удалось ближе всего приблизиться к полной многоразовости: ракета семейства Falcon обладает и многоразовыми боковыми ускорителями, и внутренним топливным баком, который не сгорает в атмосфере. В 2015 году Falcon 9 успешно вывела на орбиту полезный груз, а затем благополучно и в полной сохранности вернулась на свою стартовую площадку. Для Маска это стало в первую очередь экономическим успехом, однако экологические преимущества такой технологии очевидны: ступени не падают обратно на Землю, а ракету можно использовать в течение многих лет после первого запуска. Так удается не только экономить деньги, но и не тратить полезные ископаемые на новые ракеты и уменьшать выбросы от самого процесса производства.
Помимо этого, перед человечеством стоит не менее важная проблема: космический мусор, который в основном состоит из крупных обломков земных спутников и ступеней ракет-носителей. Такие обломки бесконтрольно вращаются по орбите Земли, постоянно угрожают столкновением с МКС и затрудняют работу астрономов.
Как будет развиваться космическая индустрия?
С одной стороны, топливо, которое сейчас используют для запуска абсолютного большинства ракет, сильно вредит окружающей среде, а ступени, падающие в океан, отравляют жизнь морским обитателям, что сказывается и на нас.
С другой — за последние годы разработали несколько экологичных видов топлива, которые уже начинают использовать для запусков частных летательных аппаратов, а также появились новые технологии, позволяющие избежать сильного загрязнения.
Помимо этого, во время космической гонки прошлого века, изобретателям удалось создать много новых технологий, которые прочно вошли и в нашу повседневную жизнь — от тонких одеял, которыми пользуются экстренные службы, до солнечных батарей. Кто знает, возможно технологии, которые возникнут во время нового витка развития космической индустрии помогут человечеству избежать климатической катастрофы?
При этом развитие космического туризма, определенно, создаст множество проблем для экологии. И если исследования космоса и запуски ракет с целью изучения космического пространства приносят человечеству пользу, туризм существует исключительно для развлечения. Стоит ли оно того?
Космический мусор: кто уберется на орбите?
