Để tạm biệt rác thải vũ trụ

Không gian ngày càng… bẩn

Năm 2021, một vụ va chạm với rác thải vũ trụ đã khiến cánh tay robot Canadianarm2 của Trạm Vũ trụ quốc tế (ISS) bị thủng, tạo một lỗ nhỏ có đường kính 5mm.

Năm 2022, mảnh vỡ khoang tàu Dragon của SpaceX đã rơi xuống một nông trại ở Australia.

Tháng 3/2024, một vật thể nặng 700 gram đã rơi trúng nhà dân tại bang Florida, làm thủng một lỗ trên mái nhà. Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) sau đó xác nhận đây là một phần của kiện hàng chứa pin đã qua sử dụng và được ISS thải ra vào năm 2021. Thay vì bị đốt cháy hoàn toàn, một phần của kiện hàng vẫn còn nguyên trong quá trình đi qua tầng khí quyển, sau đó rơi xuống đất.

Vệ tinh của Nga có tên RESURS-P1 bị vỡ vào ngày 26/6 vừa qua đã khiến hơn 100 mảnh vụn rơi vãi vào quỹ đạo thấp của Trái Đất. Trước khi vỡ, vệ tinh nặng gần 5 tấn và đang di chuyển ở độ cao 312km  so với Trái Đất. Một vụ va chạm với ISS hoàn toàn có nguy cơ gây ra thiệt hại thảm khốc.

Hàng triệu mảnh rác vũ trụ, từ tàn dư của chương trình Apollo cho đến chất thải từ ISS, các tầng tên lửa đã qua sử dụng, các vệ tinh ngừng hoạt động, nhiên liệu đông lạnh... ngày càng tích tụ trên quỹ đạo Trái Đất trong hơn 7 thập kỷ qua, kể từ khi vệ tinh đầu tiên được phóng vào năm 1957. Để loại bỏ rác này, các nhà khoa học thường mất nhiều năm để tìm ra những cách an toàn để đưa những thứ như vệ tinh không hoạt động trở lại Trái Đất, từ việc làm cho chúng tự cháy trong bầu khí quyển hoặc rơi trở lại đại dương. Tuy nhiên, mọi chuyện không phải lúc nào cũng đi theo kế hoạch.

Các hoạt động không gian những năm gần đây ngày càng trở nên dày đặc khi nhiều quốc gia tăng tốc chương trình thám hiểm và chinh phục lĩnh vực còn nhiều không gian khai phá này. Cùng với đó là thực tế cho thấy số lượng mảnh vỡ quỹ đạo ngày càng tăng có nguy cơ làm tổn thương các vệ tinh trên quỹ đạo, cũng như rủi ro tiềm tàng mà các phi hành gia phải đối mặt trong quá trình đi bộ hoặc làm việc ngoài không gian, khi có hàng chục ngàn vật thể siêu nhỏ di chuyển trong không gian gần Trái Đất với vận tốc ước tính hơn 27.000 km/h.

Theo ước tính của NASA, khoảng 120 triệu mảnh vụn trôi nổi trong không gian, với hàng trăm nghìn vật thể cực nhỏ, với kích thước khoảng hơn 1cm quay trở lại bầu khí quyển và rơi xuống Trái Đất. Thống kê của các nhà khoa học chỉ ra rằng mỗi tuần có tới khoảng 1 tấn mảnh vụn không gian đi vào bầu khí quyển. Tất nhiên, vật thể xâm nhập bầu khí quyển không có nghĩa là nó sẽ đâm vào bề mặt Trái Đất. Cơ sở dữ liệu về mảnh vỡ của Aerospace ước tính có tới 60% rác vũ trụ bốc cháy hoàn toàn trong quá trình trở lại khí quyển, và hầu hết các vật thể vượt qua bầu khí quyển văng xuống đại dương, cách xa các khu vực đông dân cư.    

Ngoài vấn đề từ rủi ro va chạm, bầu khí quyển của Trái Đất đối mặt nguy cơ bị ngập tràn trong rác vũ trụ, để lại nhiều hậu quả khôn lường cho môi trường. Nhiều chất gây ô nhiễm, đặc biệt là các hợp chất hóa học loãng, đã được phát hiện trong lớp không khí mỏng ở tầng bình lưu, cách Trái Đất khoảng 50 km. Các nhà khoa học cho rằng việc đốt cháy rác vũ trụ tại bầu khí quyển Trái Đất chính là một trong những nguyên nhân gây nên tình trạng ô nhiễm không khí bởi nồng độ hóa chất thải ra cao hơn nhiều so với những gì gây ra bởi các nguồn tự nhiên, như sự bốc hơi của bụi vũ trụ hay thiên thạch khi chúng tiếp xúc với khí quyển. Phân tích các chất gây ô nhiễm này, người ta thu về lithium, nhôm, đồng và chì – những chất dùng làm vật liệu tàu vũ trụ, tên lửa, tàu thăm dò... – từng được phóng lên bầu khí quyển, và sót lại sau quá trình tiêu hủy khi trong quá trình trở lại Trái Đất. Điều đáng nói là trong đó có cả những hợp chất đặc biệt nguy hiểm như oxit nhôm có thể phá hủy tầng ozone.

Những lỗ thủng ở tầng ozone là nguy cơ khiến mức độ bức xạ UV gây tổn hại cho con người nghiêm trọng hơn. Nồng độ oxit nhôm quá cao trong tầng bình lưu cũng có thể dẫn đến sự thay đổi nhiệt độ của tầng này, dẫn đến những hậu quả khó lường đối với khí hậu Trái Đất; thay đổi tần suất và khả năng phản xạ ánh sáng của Trái Đất.

Nếu tiếp tục thả lỏng những nguy cơ này, hệ quả đối với khí hậu toàn cầu chắc chắn sẽ còn tồi tệ hơn, trong bối cảnh cả cộng đồng quốc tế vẫn đang chật vật dò dẫm các bước đi trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu hiện nay.

Tiềm năng của một không gian “không mảnh vụn”

Nhiều quốc gia đã tích cực phát triển các chương trình dọn rác thải vũ trụ. Năm 2018, Anh từng phóng thành công vệ tinh dọn rác có tên RemoveDebris, một “tấm lưới” đặc biệt để vớt các mảnh rác và gom lại xử lý.

Đầu năm nay, Công ty Astroscale của Nhật Bản đã phóng thành công vệ tinh ADRAS-J để thăm dò trạng thái của một phần tên lửa H2A được phóng vào quỹ đạo không gian trước đó, bước đầu tiên trong quá trình phát triển công nghệ dọn rác vũ trụ. ADRAS-J, có chiều dài và rộng 80 cm, cao 1,2 m và nặng khoảng 150 kg, được phóng đi vào trung tuần tháng 2 nhờ tên lửa của công ty Rocket Lab (Mỹ), sau đó tiếp cận tầng 2 của tên lửa H2A để theo dõi và chụp ảnh phần này trong quỹ đạo, theo dõi chuyển động và mức độ hư hại cũng như xuống cấp của tên lửa. Trong các bước kế tiếp của chương trình, Astroscale có kế hoạch thu gom rác thải vũ trụ bằng cách sử dụng cánh tay robot được trang bị trên vệ tinh và đốt rác thải trong khí quyển.

Những dự án như của Astroscale tiềm năng và cũng đem lại nhiều hy vọng cho công cuộc “dọn dẹp” vũ trụ, song “phòng” vẫn hơn “chống”. Một kế hoạch tham vọng khác đang được Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) thúc đẩy để hoàn thành cam kết về phát triển các vệ tinh “không mảnh vụn”, “không rác thải”, hay nói đơn giản, những vệ tinh “sạch”, không để lại rác sau khi sử dụng vào năm 2030. Tất nhiên, tham vọng này đòi hỏi sự phát triển đồng bộ từ khâu thiết kế, chế tạo và cần những hỗ trợ đặc biệt mạnh mẽ trong quá trình chuyển đổi công nghệ đầy thách thức này.

Hạ tuần tháng 6/2024, 3 công ty lớn trong ngành vũ trụ của châu Âu là Airbus Defense, Space, OHB và Thales Alenia Space đã ký hợp đồng với ESA để phát triển các nền tảng vệ tinh quy mô phù hợp để vận hành quỹ đạo Trái Đất tầm thấp (LEO) tuân thủ tiêu chuẩn “không rác thải”.

Airbus Defense and Space, OHB và Thales Alenia Space sẽ thiết kế và phát triển nền tảng không mảnh vụn cho các vệ tinh quỹ đạo Trái Đất tầm thấp (LEO) làm bước đầu hướng tới xây dựng dây chuyền sản xuất không mảnh vụn.

Mục tiêu táo bạo của ESA là hạn chế đáng kể sự gia tăng của các mảnh vỡ trên quỹ đạo Trái Đất và Mặt Trăng vào năm 2030 cho tất cả các sứ mệnh, chương trình và hoạt động không gian trong tương lai. Tham vọng này thúc đẩy ESA xây dựng bộ quy chuẩn về giảm thiểu mảnh vụn không gian và ban hành vào năm 2023. Khoảng 12 quốc gia và hơn 100 công ty, cơ quan, tổ chức đã cam kết ký Hiến chương Không có mảnh vụn do ESA xây dựng.

Tất nhiên, những nỗ lực này không thể chỉ bắt nguồn từ ngành vũ trụ châu Âu, mà còn có thể được mở rộng ra toàn thế giới để ngăn Trái Đất bị bủa vây trong rác thải không gian. Những nỗ lực đòi hỏi phạm vi phát triển trên nhiều lĩnh vực, và động lực sẽ càng mạnh mẽ hơn khi những mối đe dọa trở nên cụ thể hơn.

Đặt nền móng

Theo chính sách của ESA, một ban đánh giá được thành lập để tư vấn cho ban giám đốc cơ quan này và chịu trách nhiệm xây dựng đề án nhằm thích ứng và mở rộng các tiêu chuẩn hiện có cho phù hợp với bối cảnh và các bước phát triển mới.

Quy chuẩn về giảm thiểu rác thải không gian của ESA thực chất được xây dựng dựa trên khuôn khổ châu Âu đã có hiệu lực từ năm 2014 với một số điều chỉnh bổ sung đáng chú ý. Một số đó có thể kể đến như yêu cầu thời gian của giai đoạn xử lý trên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp đã giảm từ 25 năm xuống tối đa là 5 năm; xác suất xử lý thành công phải lớn hơn 90%, với các yêu cầu nghiêm ngặt hơn đối với các cụm “rác” lớn; các vật thể không gian hoạt động trong các vùng quỹ đạo được bảo vệ - không được xếp vào diện “rủi ro thấp”, phải được trang bị các tính năng và điều kiện để đảm bảo quy trình tiêu hủy và loại bỏ phù hợp trong trường hợp chúng bị hỏng trên quỹ đạo. Quy chuẩn mới cũng bổ sung các yêu cầu liên quan đến tránh va chạm và điều phối giao thông không gian – căn cứ theo các nghiên cứu và thử nghiệm; cải thiện thời gian thời gian phản hồi trong trường hợp có cảnh báo va chạm…

Bước đầu từ các tiêu chuẩn được định vị cho một chiến lược dài hơi, các cam kết mới với Airbus Defense and Space, OHB và Thales Alenia Space là chìa khóa để ESA phát triển nền tảng vệ tinh sẵn sàng cho mục tiêu “không mảnh vụn”. Mỗi nhà thầu chính sẽ phát triển một nền tảng vệ tinh quỹ đạo Trái đất tầm thấp được tiêu chuẩn hóa và có thể được điều chỉnh để đáp ứng các mục tiêu sứ mệnh cụ thể của nó.

Giai đoạn 1, nhằm lên các phương án kỹ thuật và thiết kế cơ sở. Giai đoạn sẽ kết thúc với phiên Đánh giá yêu cầu hệ thống (SRR) và ước tính kéo dài 18 tháng từ tháng 6-2024. Trong Giai đoạn 2, các nhà thầu chính sẽ hợp tác với các nhà cung cấp công nghệ khác để tích hợp các giải pháp mới và đánh giá, thử nghiệm các khía cạnh thực tế khác nhau phục vụ đánh giá thiết kế sơ bộ (PDR).