Сажа от запусков ракет загрязняет верхние слои атмосферы Земли: новое исследование UCL

Запуски ракет оставляют заметный след не только на Земле, но и в верхних слоях атмосферы. Согласно новому исследованию учёных University College London (UCL), сажа, образующаяся при сгорании ракетного топлива, накапливается в стратосфере и мезосфере, что может иметь долгосрочные последствия для климата и озонового слоя. Проблема усугубляется по мере того, как космическая индустрия наращивает темпы запусков: в 2023 году их было рекордное количество, и тенденция сохраняется. Учёные предупреждают, что даже при текущем уровне активности концентрация чёрного углерода в верхних слоях атмосферы растёт, а с учётом планов SpaceX и других компаний ситуация может стать критической.

Сажа от ракет накапливается в верхней атмосфере

Учёные из UCL проанализировали состав выбросов от ракет-носителей, включая твёрдотопливные и жидкостные двигатели. Они обнаружили, что частицы сажи (чёрного углерода) не рассеиваются быстро, а задерживаются в верхних слоях атмосферы на месяцы и даже годы. В отличие от выбросов от самолётов, которые остаются в тропосфере и вымываются осадками, ракетная сажа попадает в стратосферу и мезосферу, где естественные механизмы очистки менее эффективны. Исследование, опубликованное в журнале Physics World, подчёркивает, что даже при нынешнем количестве запусков (около 100–150 в год) концентрация сажи в этих слоях растёт, а с учётом планов SpaceX, Blue Origin и других компаний по увеличению частоты запусков ситуация может стать критической.

Почему сажа от ракет опаснее для климата, чем от самолётов?

Главное отличие в том, что сажа от ракет попадает в стратосферу и выше, где она остаётся надолго. В тропосфере (нижнем слое атмосферы) сажа выпадает с осадками в течение нескольких дней или недель. В стратосфере же нет дождей, и частицы могут висеть годами, постепенно оседая. Кроме того, на высотах 20–50 километров сажа сильнее влияет на радиационный баланс: она поглощает солнечный свет и нагревает окружающий воздух, что может изменять циркуляцию атмосферы. По оценкам UCL, даже при текущем уровне запусков нагрев стратосферы от ракетной сажи может составлять до 0,1°C — небольшой, но значимый вклад в общее изменение климата. Для сравнения, сажа от авиации остаётся в нижних слоях и не вызывает такого долгосрочного эффекта.

Предыстория и контекст

Интерес к воздействию ракетных запусков на атмосферу возник не вчера. Ещё в 2010-х годах учёные обратили внимание на то, что выбросы от шаттлов и других ракет могут повреждать озоновый слой. Однако тогда основное внимание уделялось хлору и другим химическим соединениям. Новое исследование UCL впервые детально оценивает вклад именно сажи, которая поглощает солнечное излучение и нагревает атмосферу, а также может влиять на образование облаков в верхних слоях. Контекст текущего бума космических запусков делает эту работу особенно своевременной: по данным аналитиков, к 2030 году количество запусков может достичь 500–1000 в год, если реализуются планы по созданию мегасозвездий спутников. Уже сейчас компании вроде SpaceX запускают ракеты почти еженедельно, и каждый такой пуск добавляет тонны выбросов в верхние слои.

Технические подробности: состав и объёмы выбросов

Исследователи смоделировали выбросы от наиболее распространённых типов ракет: Falcon 9 (SpaceX), Atlas V (ULA), Ariane 5 (ESA), а также твёрдотопливных ускорителей. Оказалось, что наибольшее количество сажи на единицу массы выбрасывают твёрдотопливные ракеты — до 10 раз больше, чем жидкостные. Например, один запуск Falcon 9 выделяет около 10 кг сажи, в то время как твёрдотопливный ускоритель — до 100 кг. При этом высота выброса также важна: чем выше, тем дольше частицы остаются в атмосфере. Ракеты, выводящие полезную нагрузку на орбиту, сжигают топливо на высотах от 50 до 200 км, и именно эти выбросы наиболее проблемны. Учёные также отметили, что большинство современных ракет используют керосин (RP-1) или метан, которые горят с образованием сажи, тогда как водородные двигатели (как у Ariane 5) дают почти чистый водяной пар, но их доля невелика. Водородные ракеты, хотя и чище, всё же выделяют водяной пар, который на больших высотах может способствовать образованию облаков и парниковому эффекту.

Кого затронет и как

Проблема загрязнения верхней атмосферы сажей от ракет затрагивает всех жителей Земли, но особенно остро она может сказаться на авиации и спутниковой навигации. Нагревание стратосферы способно изменить погодные паттерны и ускорить разрушение озонового слоя, что увеличит уровень ультрафиолетового излучения на поверхности. Для космической индустрии это означает возможное ужесточение экологических норм: уже сейчас некоторые страны (например, Норвегия и Канада) вводят ограничения на выбросы при запусках с их территории. Разработчикам ракет придётся либо переходить на более чистые виды топлива (водород, электрические двигатели), либо внедрять системы улавливания сажи, что пока технически сложно и дорого. Российская и китайская космические программы также не останутся в стороне: «Роскосмос» использует керосин и гептил, а Китай — твёрдое топливо, что делает их значительными источниками сажи. Если нормы ужесточат, это может повлиять на стоимость запусков и конкурентоспособность разных стран.

Что будет дальше

UCL планирует продолжить исследования, уточнив модели распространения сажи и её взаимодействие с другими атмосферными компонентами. Параллельно экоактивисты и некоторые правительства уже призывают к созданию международного регламента выбросов для ракетных запусков, аналогичного стандартам для авиации. В ближайшие 5–10 лет, если число запусков вырастет в разы, проблема может стать предметом серьёзных международных переговоров. Возможно, мы увидим первые «зелёные» ракеты на водороде или метане с пониженным сажеобразованием, а также развитие суборбитальных туристических полётов с учётом экологических ограничений. Некоторые стартапы уже работают над многоразовыми ракетами с электрическими двигателями, но пока они не могут выводить тяжёлые грузы на орбиту.

Итог

Сажа от ракетных запусков — не просто локальная проблема, а глобальный вызов, который будет только расти с расширением космической деятельности. Исследование UCL впервые количественно оценило этот эффект и показало, что даже нынешние объёмы запусков оказывают измеримое влияние на верхние слои атмосферы. Игнорировать это нельзя: если не принять меры сейчас, через 20–30 лет последствия могут стать необратимыми. Читателям стоит следить за темой, поскольку решения, принятые сегодня, определят, насколько чистым будет небо завтра. Уже сейчас стоит задуматься о том, как баланс между освоением космоса и сохранением атмосферы будет найден в ближайшие десятилетия.