富豪流行太空旅行，造成的巨型污染谁买单？

1961年，原苏联宇航员加加林搭乘东方一号飞船登上太空，由此拉开了人类太空之旅的壮丽篇章。而到了最近几年，商业太空旅行取得了里程碑式的成就，越来越多的平民宇航员被送上太空。然而，在振奋人心的消息之外，也有人敲响了警钟：太空旅行蓬勃发展的同时，它带来的污染也在以惊人的速度发展。

神舟十三号载人飞船与长征二号F遥十三运载火箭组合体

图片来源：新华社

4月8日，SpaceX公司使用猎鹰９运载火箭成功发射 “载人龙” 飞船。在与国际空间站成功对接后，4位平民宇航员终于抵达了旅行终点。而为了这次旅行，每位乘客支付了5500万美金以购买“天价船票”。这项任务名为Axiom-1，是美国宇航局计划将国际空间站扩展为商业用途的一次重要尝试。事实上，自21世纪以来，以美国为首的世界航天强国均在有意识地促进发展商业航天。他们希望借助商业航天的发展带动整个航天领域进步。美国的《国家航天政策》明文提出 “美国政府将致力于鼓励并推动美国商业航天的发展，满足美国自身的需要、形成全球竞争力，加强美国在新兴市场和创新驱动型企业中的领导地位”。

在政策支持下，商业钜子们纷纷“下海”。如杰夫·贝索斯创立的蓝色起源(Blue Origin)、埃隆·马斯克创立的太空探索技术公司(SpaceX)、理查德·布兰森创立的维珍银河公司(SPCE) 等。可以说，商业太空旅行成为了新一个资本风向标。CNN在报道中评论道：“今年（2021年）的太空之旅，更像是一场太空竞赛，几位亿万富翁赛跑，看谁能先摆出公关噱头。” 良好的政策环境与资本信号催动了载人航天的蓬勃发展。而可重复使用航天器的研发与改进，使得太空旅行的成本快速下降。

载人龙飞船

图片来源：NASA

据悉，2021年全球共实施146次发射任务。就载人航天领域而言，我国全年载人航天工程实施了6次发射任务，包括发射两艘天舟货运飞船、两艘神舟载人飞船以及问天实验舱和梦天实验舱。而国外载人航天领域共开展16次发射任务，其中包括6次载人飞船发射任务、8次货运飞船发射任务、 2次空间站舱段发射任务。美国“载人龙”(Crew Dragon)飞船开展3次载人任务，“货运龙”(Cargo Dragon)飞船开展3次货运任务，“天鹅座”(Cygnus)飞船开展2次货运任务；俄罗斯“联盟 MS”(Soyuz MS)飞船执行3次载人任务，“进步MS”(Progress MS)飞船执行3次货运任务，“进步M－UM”执行1次空间站舱段运送任务，质子－M(Proton－M)运载火箭执行1次空间站舱段发射任务。另外，太空船二号(SpaceShipTwo)、“新谢泼德”(New Shepard)系统在2021 年执行亚轨道飞行任务5次。

大量成功执行的发射任务无疑体现了载人航天的巨大发展。但是，也有人看到了事情的消极一面，即太空污染正接踵而来。近日，塞浦路斯尼科西亚大学的研究人员评估了火箭发射对大气污染的潜在影响。他们针对火箭废气进入大气层的流体动力学过程进行建模，模拟了废气排放及其羽流。研究发现，火箭在大气中层每上升一千米所排放的二氧化碳量，相当于同一高度26立方千米的大气所含的总二氧化碳量。研究人员警告称，火箭发射造成的污染不应被低估，未来频繁的太空旅行可能会对地球气候产生重大影响。

最近这次全部由平民宇航员参与的Axiom-1任务使用的是猎鹰9号Block5火箭，机组人员位于“载人龙”航天器的顶点。火箭由二级构成：一级为可重复使用的助推器，它储存了大部分（约五分之四）燃料，并可回收使用。而二级火箭则不可回收。助推器在在发射达到140千米左右的高度时落回地面并被回收。两级火箭均采用梅林发动机，其能量来源为液氧和“航空级”煤油(RP-1)发生的燃烧反应。

转运中的猎鹰9号

图片来源：NASA

航空煤油由多种烃类化合物组成，因而燃烧会产生二氧化碳、水分子等温室气体，以及一氧化碳、碳颗粒等污染物。二氧化碳和水分子都属于强效温室气体，而黑色的烟尘颗粒也会大量吸收辐射传递的热量。这使得火箭发射造成的温室效应会相对严重得多。此外，发动机燃烧造成的高温还会生成氮氧化合物 (NOx) 。甚至当火箭的可复用部件返回地球时，NOx也会产生，因为隔热罩在大气中层时摩擦大气时产生的高温会促成该反应。而氮氧化合物在与臭氧层（平流层中）接触时，它们会将臭氧转化为氧气，从而导致臭氧层被破坏。

航天器产生的污染将贯穿整个大气层。而在中层和高层大气中排放的污染，与在地表附近排放的同等污染物相比，环境自我净化恢复的时间要长得多。地表上数周即可“代谢”掉的污染，中高层大气可能需要数年。不仅如此，排放到中高层大气中的烟尘，由于没有云层或气溶胶的竞争，其造成的温室效应将比其在地表造成的扩大500倍。若将Axiom-1任务中的每位乘客产生的碳排量与同里程飞机乘客的碳排量相比较，则前者为后者的100倍以上。

当然，这些污染仍然更多地属于大气污染范畴，而非人们所谈论的常规意义上的太空污染。而像漂浮在地球外层空间的太空碎片、太空垃圾，则更接近于人们对太空污染的理解。但是，将这些污染的预防治理提炼为一种理念，则会对人类社会的未来发展大有裨益。既然工业革命的技术爆发已经带来了全球性的环境危机，那么人们在进军太空，开发丰饶而宝贵的太空资源时，则应当反思，避免重蹈掠夺式发展的覆辙。

参考文献：

https://phys.org/news/2022-05-rocket-exhaust-pollution-high-earth.html