Dọn rác trên Vũ trụ bao la

RemoveDEBRIS (phải) tung lưới bắt vệ tinh đóng vai khối rác (trái)

“Con người càng thực hiện nhiều sứ mạng vào không gian, họ càng để lại nhiều rác ở đó” - Aswin Sekhar, nhà vật lý thiên văn hiện đang làm việc tại Trung tâm nghiên cứu động lực học của Trái đất thuộc Đại học Oslo (Na Uy), cho biết.

Rác vũ trụ là thuật ngữ chỉ các vật thể do con người đưa vào không gian và nằm lại trong quỹ đạo của Trái đất như vệ tinh cũ, tầng dưới của tên lửa, hay các mảnh vỡ từ các thiết bị này.

Economist ngày 4-1 dẫn số liệu mới nhất từ Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) cho biết có khoảng 7.500 tấn rác vũ trụ đủ loại, từ vệ tinh “hết date”, mảnh vỡ, ốc vít hay lớp sơn của các thiết bị... trong quỹ đạo của Trái đất.

Những con số này sẽ tiếp tục tăng thêm khi tính đến tháng 8-2017, Mạng lưới giám sát không gian Hoa Kỳ đã xác định được 18.747 vật thể (không phải rác) do con người đưa vào vũ trụ, trong đó 1.738 vệ tinh (viễn thông, truyền hình, thời tiết) vẫn còn hoạt động, theo NASA.

Tất cả những vật thể này đều là “nguồn” rác thải vũ trụ nếu bị hỏng hóc hay hoàn thành nhiệm vụ mà không quay về Trái đất.

Không lo rơi xuống đầu, nhưng...

Liệu rác vũ trụ có trở thành tai họa “từ trên trời rơi xuống” theo đúng nghĩa đen cho con người trên địa cầu? “Bạn sẽ ngạc nhiên nếu biết rác vũ trụ rơi xuống bầu trời thường xuyên như thế nào” - Popular Science giật dòng tít “đáng sợ” vào cuối tháng 11 năm ngoái.

Theo đó, mỗi năm có trung bình 200-400 vật thể rơi khỏi quỹ đạo của địa cầu nhưng đa số sẽ bị đốt cháy khi tiếp xúc với bầu khí quyển do di chuyển với tốc độ cực cao.

Theo Popular Science, dù chuyện các mảnh rác vũ trụ rơi xuống và bị đốt cháy ở khí quyển Trái đất “cứ vài ba ngày là lại xảy ra một lần”, xác suất để ai đó bị rác vũ trụ rơi trúng là cực nhỏ (1/1.000 tỉ, so với 1 phần 1,4 triệu xác suất bị sét đánh). Nếu không bị đốt cháy trong quá trình rơi thì những vật thể “từ trên trời rơi xuống đó” cũng “hạ cánh” xuống biển hay những khu vực không có người sinh sống, theo Quartz.

Vấn đề của rác vũ trụ không phải là các vật thể “từ trên trời rơi xuống” sẽ gây hại cho con người mà là chúng có thể ảnh hưởng các sứ mạng không gian tiếp theo của nhân loại. Nếu các mảnh vỡ hay xác vệ tinh có kích thước lớn có thể dễ dàng quan sát và theo dõi, thì những mẩu rác vũ trụ nhỏ hơn mới là cơn ác mộng của ngành du hành không gian.

Theo ESA, trong hàng triệu mẩu rác trong không gian, chỉ có 750.000 vật thể lớn hơn 1cm, và khoảng 166 triệu mảnh lớn hơn 1mm. Với vận tốc di chuyển trong quỹ đạo lên đến 28.000km/h, một lớp sơn tróc ra từ vỏ vệ tinh cũng đủ gây ra thảm họa nếu va vào trạm không gian ISS hay các vệ tinh đang hoạt động vì có sức “công phá” cực lớn.

Một viễn cảnh còn khủng khiếp hơn cho ngành hàng không vũ trụ là hiện tượng các mảnh vỡ va chạm dây chuyền trong không gian: những mảnh vỡ sinh ra từ vụ va chạm đầu sẽ tiếp tục va chạm với nhau, và cứ thế lặp lại đến vô tận. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng Kessler.

Hàng ngàn vệ tinh sẽ được phóng vào vũ trụ trong 10 năm tới và các nhà khoa học lo ngại khoảng không gian gần quỹ đạo Trái đất sẽ trở nên nguy hiểm hơn cho các vệ tinh, nhất là những thiết bị lớn và đắt tiền. Lo lắng này không thừa khi đã có hơn 290 vụ va chạm, vỡ và nổ trong không gian, theo Economist.

Minh họa cách “phóng lao” theo lý thuyết của RemoveDEBRIS (mũi tên đỏ thể hiện sau khi xiên trúng mục tiêu sẽ thu lao về)

Từ bắn vỡ đến “đánh lưới”, “xiên que”...

Từ giữa tháng 1, truyền thông quốc tế rầm rộ đưa tin về kế hoạch dùng tia laser để bắn các mẩu rác vũ trụ của các nhà nghiên cứu Đại học Kỹ thuật không quân Trung Quốc.

Trong bài viết đăng trên tạp chí International Journal for Light and Electron Optics, nhóm nghiên cứu công bố một mô hình giả lập và cho rằng tia laser là công cụ hữu hiệu để bắn vào các vật thể trong vũ trụ để biến chúng thành những mảnh nhỏ và ít gây hại hơn.

Các nhà khoa học này lập luận do khoảng cách từ mặt đất đến khí quyển là quá lớn, việc đặt “trạm bắn laser” trên Trái đất không khả thi bằng phương án đưa nó ra không gian dưới dạng tàu vũ trụ cỡ nhỏ.

Trang công nghệ Gizmodo ngày 16-1 cho biết ý tưởng của nhóm nghiên cứu đến từ đại lục thật ra không mới. Năm 2015 nhà nghiên cứu người Úc tên Manuel Schmitz và cộng sự đã công bố ý tưởng tương tự trên tạp chí Acta Astronautica và giải thích rõ tia laser không phá hủy các mảnh rác vũ trụ như cách báo chí ngày nay mô tả, mà nó chỉ “truyền năng lượng vào các mảnh rác lớn để chúng tự rơi khỏi quỹ đạo và bị đốt cháy ở tầng khí quyển, hoặc chệch ra khỏi đường bay của các tàu vũ trụ (để tránh va chạm)”.

Trong tháng 2, RemoveDEBRIS, một vệ tinh có kích thước bằng cái máy giặt do Hãng Surrey Satellite Technology (Anh) chế tạo, sẽ đi cùng một chuyến bay tiếp nhiên liệu cho trạm không gian ISS để tiến hành 4 thí nghiệm liên quan đến việc “dọn dẹp vũ trụ”.

Theo Trung tâm vũ trụ thuộc Đại học Surrey (Anh) - đơn vị tiến hành thí nghiệm, RemoveDEBRIS sẽ mang theo hai tiểu vệ tinh hình khối lập phương (mỗi cạnh 10cm) có tên CubeSat, đóng vai trò là khối rác trong hai thử nghiệm dọn rác táo bạo: quăng lưới trùm lên hoặc “phóng lao” (nghĩa đen) vào đối tượng, sau đó thu về, giống như đánh cá bằng lưới hay xiên bằng lao.

Trong thí nghiệm thứ ba, RemoveDEBRIS sẽ sử dụng camera và lidar (thiết bị viễn thám bằng tia laser) để chụp ảnh CubeSat và lập bản đồ 3D của nó. Nếu thành công, thí nghiệm này sẽ mở đường cho công nghệ nhận diện rác thải và có biện pháp xử lý tương ứng. Cuối cùng là thử nghiệm một bộ phận như chiếc dù để “lôi” vệ tinh ngược trở lại khí quyển.

Năm 2016 Trung Quốc cũng gửi vệ tinh thử nghiệm có tên Aolong-1 vào vũ trụ để gom rác bằng cánh tay robot, còn Hãng vệ tinh tư nhân Astroscale (Singapore) cũng đang thiết kế các vệ tinh có khả năng phát hiện rác vũ trụ và dùng nam châm để “gom rác”, dự kiến sẽ chạy thử vào cuối năm 2019.

Song song với dọn dẹp, tăng cường khả năng phát hiện và giám sát các vật thể trong vũ trụ cũng có vai trò quan trọng không kém. Bộ tư lệnh Không quân vũ trụ Hoa Kỳ dự kiến sẽ sớm kích hoạt rađa Hàng rào không gian (Space Fence), có khả năng giám sát và phân loại 200.000 vật thể với kích thước chỉ 10cm trong vũ trụ.

Nghề mới trong tương lai

Phải thừa nhận các giải pháp trên chỉ mới là ý tưởng và chưa biết có khả thi hay không. Dự án “bắn laser” của Trung Quốc cũng chỉ là công bố lý thuyết và cùng với Aolong-1, cả hai đều bị nghi là nhằm phục vụ mục đích quân sự hơn là “vì vũ trụ sạch đẹp”. Phương án căn cơ hơn vì thế chính là làm sao để các tàu vũ trụ, vệ tinh quay về Trái đất mà không để lại quá nhiều rác trong không gian. Theo Economist, đã có sẵn các quy chuẩn để hạn chế việc tích tụ rác trong vũ trụ.

Chẳng hạn vệ tinh ngưng hoạt động cần phải được tiêu hủy trong vòng 25 năm, bằng cách hoặc kéo về lại Trái đất hoặc đẩy đi đâu đó thay vì chọn quỹ đạo Trái đất làm “nơi an nghỉ”. Song như nhiều luật lệ khác, các quy định này không phải lúc nào cũng được tuân thủ và bằng chứng là rất nhiều mẩu rác lưu cữu từ rất lâu trong không gian.

Điều thú vị là dọn rác vũ trụ có thể được thương mại hóa và sớm trở thành một nghề mới trong tương lai, theo Guglielmo Aglietti - giám đốc Trung tâm vũ trụ Surrey Space Centre. “Điều này sẽ xảy ra nếu các chính phủ cùng thống nhất với nhau sẽ trả tiền để (ai đó) giữ cho vũ trụ sạch sẽ, để không làm hại các hoạt động hàng không vũ trụ của các nhà nước đó hay công dân của họ” - Aglietti nói với Economist.■