Rocket emissions representation in atmospheric air‐quality models: The short‐range atmospheric transport and reaction of gases released by solid propellant engines

Abstract

One risk associated with rocket‐launching activities is the inhalation of exhaust gases, which can occur either in the vicinity of the launch pad or, depending on the way these gases are transported and dispersed through the atmosphere, at locations far from the launch pad. Immediately after the ignition of the rocket motors, a large, hot cloud is formed near the ground, composed of carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO2), hydrogen chloride (HCl) and also particulate material composed of aluminium oxide (Al2O3) in the case of rockets driven by a solid propellant. The Weather Research and Forecasting Model (WRF), an atmospheric mesoscale model, was modified in the present study to simulate the transport, dispersion and chemistry mechanisms (with the addition of reactions involving HCl and other chlorinated compounds) of these gases released during a launch. Simulations of the dispersion of effluents were performed for different rainfall regimes (dry and rainy periods) as well as for atmospheric thermal stability (day‐ and night‐time conditions) for a specific rocket (the Veículo Lançador de Satélites, VLS) at Brazil's Alcântara Launch Center (Centro de Lançamento de Alcântara, CLA). The results show that the most critical levels of HCl and CO occurred on the launch pad (Setor de Preparação de Lançamento, SPL) from the time of the launch (t0) to 10 min. The village of Alcântara, which is 9 km from the launch pad, could be affected according to the wind direction. The concentration of HCl reached a level in the range of 2200–3800 ppmv for both dry and wet periods respectively, and these concentrations can be very hazardous to humans.

Aplicações da meteorologia nas operações de lançamento de foguetes: uma visão geral da estruturação do problema ao processo decisório

“…Por outro lado, apesar da capacidade dos modelos numéricos de previsão de tempo terem desenvolvido significativamente nos últimos anos, a aplicação de ferramentas de análise de decisão em condições de incerteza meteorológicas ainda é pouco explorada no setor aeroespacial. Além disso, de acordo com alguns trabalhos [3,15,17], ainda existem diversos outros fatores que não foram incorporados nos procedimentos operacionais de "go/no go" nos centros de lançamentos brasileiros, como exemplo a previsão numérica da dispersão dos gases dos foguetes ou o prognóstico de clima espacial (para lançamento de satélites).…”

“…A meteorologia e as condições ambientais são fundamentais para as operações de lançamentos de veículos aeroespaciais, como foguetes de sondagens e/ou lançadores de satélites [3,17]. Entretanto, a tomada de decisão em lançar (go) ou não lançar (no go) pode ser extremamente complexa, dependendo do objetivo da missão, das condições ambientais e da incerteza da informação meteorológica.…”

“…Com base na experiência em outros programas espaciais de diversos países tais como Estados Unidos da América, França, Índia, muito dos procedimentos operacionais para lançamento de foguetes já são rotineiros e contam com diversos documentos na literatura científica [12,13,19,20]. 66 Entretanto no Brasil, sistemas específicos na área de tomada de decisão sob risco no setor aeroespacial [14], em particular utilizando informação meteorológica [2,17], ainda estão em fase de desenvolvimento. Desta forma, este artigo tem como objetivo apresentar uma visão geral da estruturação de problema e do processo decisório nas operações de lançamento de foguetes em condições de incerteza meteorológica no contexto do Programa Espacial Brasileiro.…”