Er rumfarten grøn eller sort?

Det er svært at svare på, om rumfarten kan kaldes for grøn eller sort.

Ser vi på, hvordan rumfarten indtil nu har påvirket klimaet, så er det alt for lidt til, at man med rimelighed kan kalde rumfarten for en klimasynder. Men på den anden side er det bestemt ikke, fordi man har taget hensyn til klimaet.

Forklaringen er alene, at der indtil nu ikke har været så meget rumfart, at den har haft nogen stor indflydelse på klimaet.

Men med det stærkt stigende antal opsendelser bliver det på længere sigt nødvendigt at tænke grønt, både hvad angår raketter og satellitter. I denne artikel vil vi give rumfarten et klimaeftersyn.

Rumfarten er ved at ændre sig

Vi har haft rumfart siden Sputnik 1, der blev opsendt i 1957, altså i bare 67 år.

I næsten hele denne tid har der kun været få opsendelser hvert år, og klimaovervejelser har bestemt ikke spillet nogen rolle. Brugte rakettrin er faldet ned i havet eller i øde områder, også selvom de indeholdt rester af giftigt brændstof. Satellitter, der brændte op, var tilsvarende bare en flot oplevelse på himlen.

Men netop i disse år er rumfarten ved at ændre sig. Antallet af opsendelser og satellitter er i færd med at stige meget hurtigt, ikke mindst hjulpet af projekter som Starlink som nu omfatter mere end 6500 satellitter.

Tallene taler for sig selv. I 2021 var der 133 vellykkede satellit-opsendelser. Året efter var tallet steget til 180, og i 2023 blev der foretaget 211 vellykkede opsendelser. Alt tyder på, at tallet vil stige igen her i 2024.

Hver opsendelse påvirker klimaet på to måder.

Ved en opsendelse sender raketmotorerne partikler og gasser ind i den øverste del af atmosfæren, hvor de kan blive hængende i mange år. De fleste af de satellitter, der opsendes, kredser om Jorden nogle år, og ender så med at brænde op i atmosfærens øverste lag, som de så forurener – mere herom senere.

Denne udvikling sker så hurtigt, at det nu er blevet lidt af et hasteprojekt at skabe det, man med lidt god vilje kunne kalde for en grøn rumfart.

Sorte og grønne raketter

Når vi taler om klimaet og atmosfæren, så er det de lavere lag af atmosfæren, vi tænker på, måske op til en højde på 10-12 km, hvor stratosfæren begynder. Det er nemlig hernede, de fleste drivhusgasser findes, og her vi forurener med udledninger fra industri og den efterhånden omfattende flytrafik.

Højere oppe virker det hele mere rent og uberørt, men det er rumfarten ved at ændre på.

Når raketter sendes ud i rummet, så virker raketmotorerne for fuld kraft hele vejen op gennem stratosfæren, der rækker op til 50 km over Jorden og derefter mesosfæren 50 -80 km oppe. Og det betyder, at forureningen i disse øvre luftlag stiger, i takt med at der opsendes flere raketter.

Der er ingen tvivl om, at forurening i disse store højder kan blive et stort problem.

Heroppe regner det ikke, så stoffer vaskes ikke ud, men kan drive omkring i årevis. Indtil nu har det ikke været det store problem, men det kommer til at ændre sig mærkbart inden 2050, måske med konsekvenser som vi i dag ikke kan overskue.

De raketter, vi sender ud i rummet, kan opdeles i ’sorte’ og ’grønne’, afhængigt af hvor meget de forurener. Det var ikke noget, man bekymrede sig om ved rumfartens begyndelse, hvor et populært brændstof gik under navnet ’Djævelens Gift’.

Brændstoffet er UDMH eller 'usymmetrisk dimethyl hydrazin'. Det er noget giftigt stads, men har i mange år været brugt af den simple grund, at det kan opbevares ved stuetemperatur og altså ikke kræver en stærk nedkøling som flydende brint.

Brændstoffet var vigtigt under den kolde krig, hvor militæret ønskede at have optankede raketter stående parat til start med minutters varsel. Når man blander UDMH med det lige så giftige 'dinitrogen tetraoxid' (N₂O₄), går forbrændingen i gang helt af sig selv, og så har man er det et ret effektivt raketbrændstof.

Russerne har anvendt det i deres Proton-raket, amerikanere i deres Titan-raketter, Europa i tidlige udgaver af Ariane-raketter, og Kina i serien af Long March-raketter.

Den store russiske rumhavn Bajkonur ligger nu i Kasakhstan, og ved opsendelser herfra så falder de første rakettrin ned på stepperne i Centralasien, hvor rester af brændstof i tankene helt sikkert har skabt en forgiftning, som kan vare årtier – og det har ført til protester, som man kan læse om her.

Ikke alle typer brændstof er grønne

UDMH anvendes stadig, men er på vej til at blive udfaset – det er simpelthen for giftigt og alene af den grund vanskeligt at håndtere. De brændstoffer, man anvender i dag, er meget mere miljøvenlige, og dermed et stort skridt på vejen til en mere miljøvenlig rumfart.

De mest anvendte brændstoffer i dag er en slags petroleum ved navn RP-1, flydende brint, metan og forskellige faste brændstoffer, og alle påvirker klimaet, fordi de fører vanddamp, CO₂, sod og partikler af aluminium højt op i mesosfæren.

Det mest rene brændstof er flydende brint og ilt, for det forbrænder jo bare til vanddamp, men kommer der tilstrækkeligt meget af det, kan det øge skydannelsen i stratosfæren og mesosfæren.

Falcon 9-raketten fra SpaceX anvender eksempelvis RP-1.

RP-1 forbrændes til vanddamp og CO₂, men skaber desværre også sodpartikler, der absorberer infrarødt lys og dermed bidrager til opvarmningen. Det skønnes, at der nu sendes omkring 1000 ton sod op om året i de øverste lag af atmosfæren, men det tal vil jo helt sikkert stige i de kommende år.

Metan har den fordel, at der ikke produceres så meget sod under forbrændingen, men både CO₂ og vanddamp. Starship fra SpaceX anvender metan, og metan ser da også ud til at blive et af fremtidens vigtigste raketbrændstoffer.

I øjeblikket sender raketter omkring 1.000 ton sod om året til de ellers uberørte øvre lag af Jordens atmosfære, stratosfæren og mesosfæren.

Stiger dette tal voldsomt, kan det på længere sigt føre til en opvarmning af stratosfæren, og det kan få betydning for de såkaldte jetstrømme, der jo igen påvirker indiske og afrikanske sommermonsuner.

Den type brændstof, som nok forurener mest, er fast brændstof, hvor aluminium er en vigtig del – sammen med meget andet.

Ved forbrænding dannes partikler af aluminiumoxid (Al₂O₃), ligesom der frigives partikler af saltsyre (HCl).

Aluminiumoxid absorberer, ligesom sod absorberer, infrarød stråling, og kan dermed påvirke klimaet. Desuden kan både aluminium og klor ødelægge det ozonlag, som beskytter Jorden mod skadelig UV-stråling fra Solen. Men heldigvis opsendes der endnu så få, at skaden på ozonlaget er til overse.

Raketter med fast brændstof anvendes ofte til at give raketten et ekstra skub ved starten, og de afkastes normalt hurtigt – men dog ikke før efter stratosfæren er passeret. Den nye Ariane 6 og den kinesiske Log March 11 er to af de raketter, som anvender sådanne hjælpe raketter, og det er ikke godt for miljøet.

Hvad der sendes op kommer (normalt) også ned igen

NASA sender med mellemrum specialfly op over Alaska for at måle både stratosfærens indhold af partikler og den kemiske sammensætning af luften. Målingerne foretages i en højde på næsten 20 km, og resultaterne har været både overraskende og foruroligende.

Forskerne fandt nemlig spor af litium, aluminium, kobber og bly. De koncentrationer, der blev målt, var meget højere, end hvad der kunne forklares ved naturlige kilder som kosmisk støv og meteoritter. Faktisk afspejlede koncentrationerne af disse forurenende stoffer de materialer, der anvendes i satellitter.

Det er man nu for alvor blevet opmærksom på, og det europæiske rumagentur ESA har endda holdt en konference om dette emne i januar.

Her fremgik det, at 10 procent af partiklerne i stratosfæren indeholder aluminium og andre metaller, der stammer fra satellitter, men man er bange for, at dette tal kan stige til 50 procent i løbet af forholdsvis kort tid. Partiklerne kaldes ofte for aerosoler, fordi de er luftbårne.

Aerosoler spiller en vigtig rolle, både for nedbrydning af stratosfærens indhold af ozon samt for klimaet, da partiklerne både kan absorbere og sprede solstråling. Partiklerne virker også som kondensationskerner for skydråber og ispartikler til iskrystaller, så en ændring i antal og type af aerosolpartikler har konsekvenser for både klima og miljø.

Bortset fra rumsonder, der sendes langt ud i Solsystemet, vender langt de fleste af de satellitter, der opsendes, tilbage til atmosfæren for at brænde op. De sendes ofte tilbage med vilje, så der bliver plads til nye satellitter i det stadig mere overfyldte rum omkring Jorden.

Og her anvendes de mange tusinde satellitter fra Starlink ofte som eksempel, fordi det er den første af de mange såkaldte megakonstellationer af satellitter, der i løbet af de kommende 20 år kan bringe antallet af satellitter op på langt over 100.000.

Det giver dystre udsigter for klima og miljø her på Jorden. For bare 10 år siden var det mindre end 200 ton satellitter, der brændte op i atmosfæren hvert år. Nu er tallet steget til mindst 800 ton om året, og allerede nu brænder mindst en Starlink-satellit op i atmosfæren hver dag.

Nogle fremskrivninger forudser 16.000 ton om året om bare 10-20 år, hvor det fuldt udbyggede Starlink-system forventes at sende 29 ton satellitter ind i atmosfæren hver dag, hvilket svarer til, at en bil brænder op i atmosfæren hver time.

Disse satellitter er for det meste fremstillet af aluminium, som bliver til aluminiumoxid, når de brændes ved høje temperaturer.

Det skaber aluminiumsholdige partikler både i stratosfæren og mesosfæren. Det bekymrer forskere, fordi disse partikler både kan skade Jordens beskyttende ozonlag og ændre dens albedo - evnen til at reflektere sollys - hvilket kan resultere i ændringer i temperaturen i den øvre atmosfære.

Allerede i 2022 blev der tilført mesosfæren 17 ton aluminiumoxider, hvilket førte til, at indholdet af aluminium i mesosfæren steg med næsten 30 procent over det naturlige niveau. Inden for en overskuelig tid kan tilførslen af aluminiumoxid være steget til 360 ton om året, efterhånden som antallet af satellitter stiger.

Er satellitter af træ fremtiden?

Japan har netop opsendt en lille satellit, der måske viser en grøn vej fremad for rumfarten.

Det er verdens første satellit bygget af træ uden brug af lim og skruer. Inde i satellitten, som har form af en kasse, hvor siderne kun er 10 cm lange, er der dog en aluminiumskonstruktion, der rummer noget elektronik.

Når en satellit bygget af træ brænder op i atmosfæren, så kommer der næsten ikke nogen aluminiums-forurening – kun den smule, selve det elektroniske udstyr skaber. At undgå metal og elektronik helt kan man ikke, men hvis satellitten selv er bygget af træ, nedsætter det metalmængden meget betydeligt.

Opsendelsen af den kun 900 gram tunge satellit LignoSat fandt sted 5. november, og satellitten er nu ombord på det Japanske Kibo-modul på rumstationen ISS.

Om en måneds tid sendes Lignosat så ud i rummet fra ISS for derefter at klare sig på egen hånd. Klarer satellitten sig godt, kan det måske åbne en grøn sti for i hvert fald små satellitter.

Man har tidligere sendt prøver af forskellige træsorter til Den Internationale Rumstation (ISS), hvor de i næsten et år blev udsat for et ophold i rummet, før de blev bragt tilbage til Jorden.

De fleste prøver viste kun små tegn på skader, et fænomen som projektets leder Koji Murata tilskriver det faktum, at der ikke er ilt i rummet, som kan få træ til at brænde, og ingen levende væsner til at få det til at rådne.

Flere træsorter blev testet, herunder japansk kirsebær, hvor træ fra magnolietræer viste sig at være det mest robuste. Dette er nu blevet brugt til at bygge Kyotos træsatellit, som vil indeholde en række eksperimenter, der vil bestemme, hvor godt rumfartøjet klarer sig i kredsløb, som det lød fra projektleder Murata. Satellitten har navnet LignoSat, og den vejer kun 1 kg.

En af satellittens opgaver er at måle deformationen af ​​træstrukturen i rummet. Træ er holdbart og stabilt i den ene retning, men kan være tilbøjeligt til dimensionsændringer og revner i den anden retning, har Murata udtalt om satellitprojektet til The Observer.

Men helt grøn kan rumfarten næppe blive – i en overskuelig fremtid må vi være tilfredse med de store og små skridt, der tages. Det vigtigste er, at man nu er blevet klar over problemet og tager det alvorligt.