开飞机去“闻”火箭尾气：欧洲航天局是如何测量火箭排放的？

人类发射火箭已经超过半个世纪，但火箭升空时究竟在大气中留下了什么痕迹？这看似简单的问题，回答起来却并不容易。此前大多数研究都依赖计算机模型和模拟计算，在真实的实测数据上还存在空白。据机构 ESA Launchers 发布的消息，欧洲空间局（ESA）与德国航空太空中心（DLR）的大气物理研究所展开合作，在10月1日进行了一场很有意思的“追尾气”实测。这次行动属于 ESA 与 DLR 共同推出的“Firewall”新项目，旨在探索如何更好地监测和理解火箭在低层大气中的排放，为未来的可持续太空运输做准备。项目将 DLR 的 Mapheus-17 固体推进剂探测火箭发射作为首个测试案例，发射地点位于瑞典的埃斯兰奇（Esrange）发射场。Mapheus 是 DLR 的常规飞行系列，这次任务除了搭载材料与生命科学实验以及微重力技术测试，也承担了这次排放测量。

火箭升空后向上飞行了近300公里，在升空16分钟后落回地面，着陆点距离发射台约70公里。它的第一级由固体推进剂 Red Kite 发动机驱动，燃烧产物预计包括盐酸、水蒸气、冰、氧化铝、二氧化碳、氮气和烟黑。为了实地捕捉这些排放物，DLR 派出了配备气体与颗粒物测量仪器的 Falcon 20E 研究飞机。这架飞机在火箭发射前约20分钟起飞，随后飞入废气羽流漂移的区域，作业高度在2至6公里之间。由于火箭升空几分钟后烟羽就会迅速消散隐形，如何精准切入并完成测量是一大考验。与此同时，地面发射场附近也布置了装有科学测量系统阵列的定制集装箱，美国国家航空航天局（NASA）同样受邀参与并部署了地面的二氧化碳检测仪器，形成了地面与空中的协同监测。ESA 的 Firewall 技术官员 Valère Girardin 表示，这次行动是一次概念验证。

火箭发射不仅有漫长的倒计时，还伴随大范围的禁飞区，让科研飞机在火箭发射附近安全飞行并协调空管、机载仪器与操作团队，本身就极具挑战性。未来当卫星坠入大气层烧毁时，同样需要类似的测量来了解它们与高层大气的相互作用。ESA 清洁空间与循环经济办公室系统工程师 Lorenz Affentranger 也提到，这类测量能为未来发动机和卫星在设计、选材与运行上的可持续性提供关键数据。目前火箭已结束飞行，Falcon 20E 观测机在穿过火箭废气后也已安全着陆，ESA 与 DLR 的研究人员正在分析采集到的数据，评估整套系统是否达到预期效果。如果验证顺利，未来或许还会看到更多这种“嗅探火箭尾气”的科研飞行。从以往依赖计算机模拟，到如今真把飞机开进尾气里实测，这种把航天与大气科研结合起来的尝试，确实让人看到了探索绿色航天的硬核一面。