Поскольку частные космические компании стремятся сделать космические полеты рутинными, верхние слои атмосферы Земли стали непреднамеренно испытательным полигоном. Каждый запуск демонстрирует человеческую мудрость, но за ним также скрывается формула, на которую никто не обращает внимания: выхлопные газы ракеты и остатки топлива вступают в реакцию с озоном, ослабляя этот барьер, защищающий жизнь на Земле. Эта проблема в настоящее время постепенно оценивается учеными, и ее влияние растет так же быстро, как и сама ракета.
В 1980-х годах мир был серьезно обеспокоен атмосферным кризисом, вызванным синтетическими химическими веществами хлорфторуглеродами (ХФУ). ХФУ широко используются в хладагентах и аэрозольных баллончиках, создавая дыры в озоновом слое и позволяя вредным ультрафиолетовым лучам проникать в больших количествах. Глобальная реакция была быстрой и единой: Монреальский протокол 1987 года запретил озоноразрушающие вещества и установил строгий график их поэтапного отказа. В результате выбросы ХФУ сократились на 99%, и к 2025 году спутниковые данные показали, что с момента восстановления озоновая дыра в Антарктике сократилась до одного из самых маленьких размеров в истории.
Но когда глава разрушения атмосферы подходит к концу, незаметно возникают новые скрытые опасности. Рост числа коммерческих запусков ракет, включая развертывание спутниковых сетей и космического туризма, ведет к тому, что ученые называют «новой эрой ракетной техники». С 2019 года количество ежегодных запусков удвоилось, причем каждый запуск оставляет уникальный химический след высоко в стратосфере.
При каждом полете в стратосферу выбрасываются выхлопные газы, хлорсодержащие вещества в твердом топливе, частицы металла из двигателей и сажа от сгорания топлива. Эти остатки не только вызывают парниковый эффект в верхних слоях атмосферы, но и запускают серию разрушающих озон химических реакций, затрагивая именно те места, где озоновый слой наиболее уязвим.
Сандро Ваттиони, исследователь из Федерального технологического института в Цюрихе (ETH Zurich), и его команда провели моделирование в 2024 году и отметили: «Рост числа глобальных запусков ракет может замедлить процесс восстановления ключевого озонового слоя». Команда Ваттиони заявила, что нынешнее воздействие ракет все еще ограничено, но озоновый слой все еще примерно на 2% тоньше, чем до кризиса ХФУ, что указывает на то, что, хотя восстановление продолжается, оно еще не завершено.
Команда из Кентерберийского университета (Лаура Ревелл) в Новой Зеландии дополнительно проанализировала несколько будущих путей роста глобальной индустрии запуска на основе модели Ваттиони. При средних предположениях (около 884 запусков в год) глобальный озон уменьшится примерно на 0,17% к 2030 году. Согласно сценарию высоких темпов роста, ежегодное количество запусков приближается к 2040 году, а глобальная потеря озона увеличится до 0,29%, достигнув почти 4% над Антарктидой.
Этот процент может показаться небольшим, но химический процесс образования озона не является линейным. Небольших изменений может быть достаточно, чтобы замедлить восстановление и разрушить десятилетия глобального сотрудничества. Оба исследования сходятся во мнении: без четкого перехода к двигательной технологии быстрое расширение индустрии запуска может свести на нет большую часть прогресса, достигнутого в рамках Монреальского протокола.
Ключом к научному предупреждению являются химические реакции, происходящие в выхлопах ракет.
Основными виновниками разрушения озонового слоя ракетами являются хлор и сажа. Хлор каталитически разрушает молекулы озона, а сажа нагревает среднюю атмосферу, усугубляя аналогичные реакции. Большинство видов топлива оставляют следы сажи, но хлор поступает в основном из твердотопливных ракетных двигателей. Ракеты, использующие низкотемпературные жидкие топлива, такие как кислород и водород, почти не оказывают воздействия на озон, но из-за сложной технологии на них в настоящее время приходится лишь около 6% от общего числа запусков.
И воздействие не прекращается на взлете. Модель Ваттиони останавливается на этапе запуска, и возвращение спутника в атмосферу может таить в себе большие риски. Низкоорбитальные спутники во время падений будут выделять оксиды азота и металлическую пыль. Оксиды азота могут непосредственно разрушать озон, а металлы могут стимулировать образование полярных стратосферных облаков или служить поверхностными ускорителями для реакций, разрушающих озон.
Такие эффекты повторного входа еще не получили систематического признания и по большей части не документированы существующими моделями. Поскольку число спутников продолжает увеличиваться, такие «горячие возвращения» будут становиться все более частыми, а общее воздействие на озон может быть намного выше, чем предполагается в настоящее время.
Выводы исследования рисуют будущее, которое зависит от скоординированной науки и политики. Чтобы избежать дальнейших потерь озона, мы должны продолжать отслеживать выбросы ракет, постепенно отказываться от топлива с высоким содержанием хлора и дыма, продвигать модернизацию экологически чистых технологий и внедрять процессы контроля запуска. Как показал озоновый кризис 1980-х годов, атмосферные изменения всегда происходят незаметно, однако катастрофы часто происходят неподготовленными.