随着火箭发射升空，排放问题也引发担忧——《华尔街日报》

根据一家追踪机构的数据，去年火箭发射次数增长了近三分之一，达到180次。图片来源：patrick t. fallon/法新社/盖蒂图片社全球在从气象监测到通信服务再到GPS等各个方面对卫星日益增长的依赖，以及蓬勃发展的太空旅游业，意味着火箭发射正在迅速增加。

与此同时，人们也越来越担心这些发射可能对大气层产生的影响。研究人员表示，虽然航空航天活动的排放量与航空和其他行业相比仍然相对较小，但释放的一些污染物有可能加剧全球变暖并破坏臭氧层。

考虑到这一点，越来越多的初创企业和研究实验室开始探索新型火箭燃料，如果成功，这些燃料可以减少或消除其中一些环境问题。

“现在是投资研究的时候了，以确保我们未来能够以可持续的方式发展，”航空航天公司的大气科学家马丁·N·罗斯说。该公司是一个非营利性的联邦资助研发中心，为美国政府、民用和商业太空计划服务。

高层大气

根据哈佛-史密森尼天体物理中心的天体物理学家乔纳森·麦克道尔收集的数据，去年大约有180次成功的火箭发射，高于2021年的136次。麦克道尔博士预计未来几年这一数字还会上升。“需求在那里，能力在那里，参与者的数量也在增加，”他说。

航天工业常被与航空业相提并论——根据最新研究，航空业约占全球二氧化碳排放量的2.5%。虽然两者都会造成大气污染，但这两个行业在大气不同层燃烧不同燃料。大多数民航航班活动在对流层（大气最底层），而火箭会在更高层的中气层和平流层燃烧燃料，成为这些区域唯一的人为直接排放源。

研究人员说法，该大气层的污染物可能造成更严重危害，其中炭黑烟尘尤为令人担忧。卡车柴油发动机或商业航班产生的炭黑颗粒通常会在数日内消散，但罗斯博士指出，火箭排放的炭黑颗粒在平流层可存续长达四到五年。

“我们对平流层中这些颗粒物的认知还很有限，“他表示。

科学家指出，太空旅游业虽刚起步，但若实现规模化发展，其对环境的影响可能十分显著。伦敦大学学院副教授、近期一项太空旅游环境影响研究的合著者埃洛伊丝·马莱斯表示，每位太空游客单次飞行产生的排放量是长途商业航班的50至100倍。该研究发现，若太空旅游实现每日运营，仅三年后火箭发射对气候的影响就可能增长逾一倍。

马拉伊斯博士指出，大多数火箭燃料中含有的化合物会破坏臭氧层——这是平流层中吸收太阳紫外线辐射的部分。目前绝大多数火箭发射集中在北半球，虽然该地区尚未遭受与南半球同等程度的臭氧损耗。但研究人员表示，由于全球大部分人口居住在北半球，需要更多研究来评估火箭发射对该区域臭氧层的潜在影响。

清洁燃料

当前用于将有效载荷送入轨道的燃料种类多样，主要包括煤油、液态氢、肼类燃料和固体燃料。甲烷目前使用较少，但未来可能成为重要燃料。这些燃料均不可再生，且无论在外太空还是生产过程中都存在不同的排放问题。转向更环保燃料面临的主要挑战是，火箭公司可能需要重新设计发动机——这些发动机本已承担着将数千磅尖端技术送入太空的艰巨任务。

美国宇航局使用液态氢作为推进剂已有数十年历史。液态氢难以维持适宜温度且操作复杂，但燃烧时仅释放水蒸气，相比煤烟污染问题较小。不过马拉伊斯博士表示，在高层干燥大气中增加水分可能对气候产生影响。

目前使用的液态氢大多通过高碳排放工艺生产，因此不被视为清洁燃料。一种解决方案是利用可再生能源从水分子中分离氢气，这一过程可生产"绿色氢能”。

目前，绿色氢在美国氢能产量中占比不足1%，但国际能源署指出，可再生能源成本下降可能改变这一现状。一家名为"绿色氢能国际"的初创企业正计划在德克萨斯州南部新建设施，为火箭公司提供绿色氢燃料。

与此同时，其他科学家正致力于开发新型航空航天燃料，这些燃料不仅能减少排放，还能提供比现有燃料更强的动力。劳伦斯伯克利国家实验室的科学家埃里克·桑德斯特罗姆表示，研究人员正在利用实验室培育的链霉菌开发新型燃料，其体积能量密度可能比煤油高40%至50%。通过精确控制细菌生长方式，科学家能将碳键排列得更紧密，从而创造出能量更高、密度更大的新型燃料。

“在典型火箭中，燃料和燃料罐的重量占绝大部分，“桑德斯特罗姆博士指出，“若能缩小这部分体积，就意味着能搭载更多有效载荷，进一步降低发射成本。”

其他燃料项目正从脱碳行业的实践中汲取灵感。加州大学河滨分校的研究人员发表论文研究氨硼烷——这种目前用于电动汽车燃料电池储氢的化合物。该研究合著者潘卡吉·吉尔迪亚尔表示，燃烧氨硼烷只会释放水和氧化硼化合物，是现有火箭化石燃料的无碳替代方案。

“这种化学物质之所以引人关注，是因为它重量轻、能在小体积内储存大量氢气，并且性质非常稳定，”吉利迪亚尔博士表示。

虽然大多数正在研究的潜在燃料仍处于实验室阶段，但其他一些已取得更大进展。总部位于苏格兰的太空公司Skyrora正在研发一种名为Ecosene的燃料，该燃料通过热解技术将塑料废弃物转化为合成煤油。该公司表示已用该燃料测试了小型发动机原型，并计划今年晚些时候进行更多试验。

Skyrora业务运营经理德里克·哈里斯称，Ecosene的生产工艺可减少煤油生产过程中约70%的碳足迹。这种燃料的硫和硫氧化物含量也更低，而这些物质在其他火箭燃料中属于温室气体。

与此同时，部分航空航天投资者正采取不同的可持续性策略——他们专注于可重复使用火箭而非替代燃料。早期太空风险投资基金Space Capital创始人兼管理合伙人查德·安德森指出，从零开始建造火箭是碳密集度极高的产业。

“很难将燃料视为最亟待解决的问题，”他表示。不过，“我们已意识到这个问题并有众多研究者投身其中，这本身就是积极信号。”

本文作者斯诺是驻洛杉矶作家，联系方式：[email protected]。