Введение
В предыдущей статье [1] мы обратили внимание читателей на то, что экономическая целесообразность многоразовых ракетных ступеней находится по большим вопросом. Более того, для России данная концепция вообще непригодна в силу объективных причин — отсутствия нормальной дорожной сети, гигантских расстояний от места запуска до завода изготовителя и, добавим в этот раз, сложного ландшафта (горы, овраги, леса, реки и т.д.). Теперь мы хотим обратить внимание на то, что существует и другая проблема, связанная с многоразовыми космическими кораблями, а именно проблема ухудшения экологии из-за их воздействия на ионосферу и озоносферу Земли.
Ионосфера и озоносфера — защитники живого на Земле.
Забудем на 1 минуту о ракетах и мысленно обратимся к нашей атмосфере. Земная атмосфера — очень сложная и динамичная структура. Она состоит из областей, которые очень сильно отличаются по своим физическим параметрам. Например, самый верхний её слой — это ионосфера. В ионосфере концентрация молекул газа очень мала, и, тем не менее, из-за воздействия солнечных лучей в ней очень много ионов. В чём её роль для нас? Во-первых, в ней происходит первичная фильтрация жёсткого ультрафиолетового излучения, которое губительно для всего живого на Земле. Во-вторых, наличие на больших высотах заметного количества ионов позволяет организовать связь на дальние расстояния с помощью длинных радиоволн. В-третьих, погода на Земле имеет 100%-ную корреляцию с состоянием ионосферы. Общаясь с коллегами ещё в 80-е годы, один из авторов узнал, что запуск тяжёлой ракеты-носителей гарантированно вызывает появление примерно 2-х мощных циклонов.
Что нужно ещё сказать об атмосфере? Конечно то, что в ней присутствует озоновый слой — область, в которой значительно повышена концентрация озона (соединение из трёх атомов кислорода, О3). Озоновый слой является выполняет вторичную фильтрацию жёсткого ультрафиолета, и после него он доходит до поверхности Земли в гомеопатических дозах (при разумном пребывании на свету, конечно, в районе средних широт на уровне моря).
Проблемы, порождаемые многоразовыми ракетами
Теперь можно вернуться к многоразовым ракетам. В настоящее время полностью многоразовых ракет не существует, они в лучшем случае частично многоразовые за счёт повторного использования первой ступени. Это имеет место в США. Заметим, что при работе первой ступени тратится основная масса топлива ракеты. Как эта ступень возвращается обратно? На рисунке ниже можно примерно понять, как это происходит.
Как видно из рисунка, многоразовой первой ступени приходится трижды включать двигатели — два раза основные и один раз вспомогательные. Значительная доля времени их работы приходится на верхние слои атмосферы — ионосферу, отработанное топливо распыляется основном в ней. Казалось бы, маленькая ракета и такая большая Земля, какое может быть заметное влияние на атмосферу? Тем не менее, тут нужно помнить о нескольких факторах.
Во-первых, пуски ракет — не единичное событие. Только с мыса Канаверал за 2020 г. было сделано 26 пусков, и каждый из них требует сотен тонн топлива. Если вспомнить, что ионосфера сильно разрежена — плотность атмосферы на уровне 60 км около 0,3 грамм на кубометр (примерно в 4000 раз меньше, чем у поверхности), начинаешь понимать, что незначительные тысячные процента вклада ракет в выбросы СО2 и прочих веществ за год, о которых пишут в других источниках, начинают превращаться в заметные величины. Ещё вспомним, что из-за низкой концентрации газа ионосфере скорость утилизации остатков топлива существенно, если не катастрофически, падает. Отметим справедливости ради, что нужно считать точно, но это тема для отдельного исследования. В качестве справки приведём пример Норильска — в нём разлилось 20 тыс тонн дизельного топлива — это сопоставимо с объёмом керосина, который заливается за год в 26 ракет. Кроме того, американские твердотопливные ускорители содержат соединения хлора и алюминия, которые до ракетных пусков практически отсутствовали в ионосфере.
Во-вторых, при запуске ракеты сильно разрушается озоновый слой. Это связано, опять же, с выбросами отработанного топлива, так как оно содержит вещества, которые прекрасно окисляются озоном — т.е. озон разрушается. Нужно ли напоминать вам о том, как долго на слуху была проблема «озоновых дыр»?
В-третьих, величина полезной нагрузки, выводимая в космос за год — величина примерно постоянная. И если за год нужно вывести спутники суммарной массой 100 тонн, то уменьшить эту величину нельзя, ведь спутники выводятся на орбиту для определенных целей и выполнения конкретных задач Так как запуск с возвращением первой ступени имеет меньшую на 30-40% полезную нагрузку, то, соответственно, этих запусков придется делать больше на эти самые 30-40 процентов, что увеличивает загрязнение ионосферы. Если при этом учесть, что характеристики ступени ухудшаются, то навскидку можно сказать, что возвращаемые ступени для вывода того же полезного груза на орбиту требуют в полтора раза больше пусков, и, следовательно, в итоге загрязняют ионосферу в полтора раза больше обычных ракет (см. во-первых и во-вторых). Тут мы ещё раз напомним вам о статистическом увеличении количества циклонов после пусков тяжёлых ракет (это, как раз частично многоразовый Falcon 9).
Заключение
После достаточно простого анализа экологичности многоразовых ракет, невольно начинаешь задаваться вопросом: почему же зелёные будто набрали воды в рот и «молчат в тряпочку»? Где их борьба за мир, экологию и всё прочее? Невыгодно? Или это другое?
Многоразовые ракеты не только могут быть невыгодными с экономической точки зрения (для России — точно), но и очень опасными с точки зрения экологии. И вопрос правомерности их использования нужно поднимать на международном уровне.
И еще один аспект. Кто может гарантировать, что при условии увеличения загрязнения ионосферы ракетными пусками и необходимости их сокращения по экологическим требованиям в первую очередь не будут запрещены пуски многоразовых носителей каким нибудь очередным Монреальским или Киотским протоколом?
«Как тебе такое, Илон Маск?»
[1] Многоразовые ракетные ступени — полная глупость…
П.С. Предлагаем вам вспомнить, что в январе-феврале 2021 г. США запустили в космос 4 тяжёлые ракеты. А теперь обратите внимание на погодные аномалии над Москвой и Европой. Комментарии излишни. Совпадение. Возможно. Но резкий рост количества пусков тяжёлых ракет с 2017 г. ещё очень неплохо коррелирует с аномальной засухой в Крыму.
П.П.С. Почтим память коровы, убитой на Кубе обломком американской ракетой в 1960 г.