Tái chế rác thải vũ trụ, tưởng không thể mà có thể!

  • 784

Theo thống kê mới nhất của Cơ quan Hàng không Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA), hiện có khoảng 22.000 vật thể nhân tạo đang quay quanh Trái đất, bao gồm các vệ tinh đang hoạt động cũng như đã hỏng hóc, ngừng hoạt động, và vô số mảnh vỡ của các tên lửa cũ đã từng được sử dụng trong những chuyến thám hiểm không gian suốt hơn nửa thế kỷ qua của con người. Như vậy không chỉ xả rác ra môi trường thiên nhiên dưới mặt đất, chúng ta còn để lại đầy rẫy “dấu ấn của thế giới văn minh” bên ngoài vũ trụ. Và nếu việc thu gom, phân loại, và tái chế rác dưới mặt đất vốn đã không hề đơn giản, thì việc tái chế rác thải vũ trụ còn kho khăn hơn gấp bội, nhưng không phải là hoàn toàn bất khả thi.

Rác thải vũ trụ trôi nổi ngày một dày đặc trong Quỹ đạo Trái đất.
Rác thải vũ trụ trôi nổi ngày một dày đặc trong Quỹ đạo Trái đất.

Tại sao cần thu gom và tái chế rác thải vũ trụ?

Theo các nhà khoa học, con số 22.000 vật thể nêu trên là quá thấp so với thực trạng phát triển của ngành “công nghiệp” vũ trụ hiện nay. Bên cạnh đó, rác vũ trụ dày đặc cùng với việc số vụ phóng tên lửa lên Quỹ đạo trái đất ngày càng gia tăng đã làm trầm trọng thêm những lo ngại về các vụ va chạm đáng tiếc xảy ra bên ngoài không gian giữa tàu vũ trụ và những vật thể trôi nổi này - không chỉ gây thiệt hại về tiền của, mà còn tạo thêm nhiều mảnh vỡ trôi nổi trong không gian, đe dọa nghiêm trọng đến sự an toàn của các tàu vũ trụ và vệ tinh khác đang làm nhiệm vụ.

Một nghiên cứu được thực hiện bởi NASA đã lập luận rằng 99% trong số các vệ tinh đang làm việc trong không gian cần phải được đưa ra khỏi Quỹ đạo Trái đất trong vòng tối đa 5 năm để đảm bảo nguy cơ xảy ra va chạm trong không gian thấp luôn được giữ ở mức an toàn. Tuy nhiên vấn đề lớn hơn nằm ở chỗ nếu không thể liên lạc với vệ tinh, sẽ rất khó để điều khiển và đưa vệ tinh đó ra khỏi Quỹ đạo Trái đất.

Lượng rác thải dày đặc trong Quỹ đạo Trái đất sau hơn 50 năm con người khám phá không gian.
Lượng rác thải dày đặc trong Quỹ đạo Trái đất sau hơn 50 năm con người khám phá không
gian.

Nghiêm trọng hơn, rác không gian trong Quỹ đạo Trái đất quá dày đặc sẽ làm giảm hiệu quả của các vệ tinh dự báo thời tiết, gây ra những xáo trộn không đáng có với ngành khí tượng thủy văn. Bên cạnh đó, ánh sáng phản chiếu từ những vật thể này có thể ảnh hưởng đến tầm quan sát cũng như những bức ảnh chụp của kính viễn vọng. Các nhà thiên văn vô tuyến cũng nghi ngại rằng tần số phát sóng mà các vệ tinh này hoạt động có thể vượt qua tần số mà họ đang sử dụng để nghiên cứu các vật thể ở xa trong không gian.

Rõ ràng ở đây, việc đưa ra một giải pháp làm sạch không gian lâu dài và bền vững là điều vô cùng cần thiết và cấp thiết. Từ ý tưởng đó, nhóm phát triển Gateway Earth - một đội ngũ các học giả tới từ nhiều trường đại học uy tín trên thế giới - đã đề xuất biến mối hiểm họa tiềm tàng này thành một nguồn tài nguyên tuyệt vời thông qua dự án xây dựng trạm vũ trụ nhằm thu thập và tái chế rác không gian. Theo dự kiến đến đến năm 2050, Gateway Earth - trạm vũ trụ chuyên tái chế rác không gian sẽ chính thức đi vào hoạt động, và nhiệm vụ chính của nó không gì khác ngoài tái chế các vệ tinh cũ và mảnh vỡ trôi nổi thành những vật phẩm có thể sử dụng được.

Thực trạng tình hình rác thải trong Quỹ đạo Trái đất

Có hai tầng Quỹ đạo chính mà các vệ tinh thường hoạt động:

  • Quỹ đạo Trái đất tầm thấp (low Earth orbit - LEO) cách mặt đất khoảng 200 km đến 1.000 km và là nơi Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) đang làm nhiệm vụ, cùng với đó là hàng ngàn vệ tinh khác. Hầu hết các vật thể nhân tạo đang hoạt động ngoài vũ trụ của chúng ta đều ở nằm ở tầng quỹ đạo này.
  • Lên tới độ cao 36.000 km so với mặt đất, các lực tác động lên vệ tinh khiến chúng ở cùng một vị trí trong quỹ đạo của mình. Đây được gọi là Quỹ đạo địa tĩnh (Geostationary Earth Orbit - GEO). Vệ tinh ở đây đứng yên trên một điểm duy nhất so với Trái đất, do đó các ăng ten có thể hướng tới chúng theo một phương cố định mà vẫn duy trì được kết nối với vệ tinh, đặc điểm này khiến chúng đặc biệt phù hợp và hữu ích cho các hoạt động dự báo thời tiết và thông tin liên lạc. GEO là quỹ đạo được những công ty khai thác hoạt động của vệ tinh nhân tạo đặc biệt ưa thích (bao gồm các vệ tinh viễn thông và truyền hình). Vị trí vệ tinh chỉ có thể khác nhau theo kinh độ.

Mô phỏng Quỹ đạo Trái đất tầm thấp và Quỹ đạo địa tĩnh
Mô phỏng Quỹ đạo Trái đất tầm thấp và Quỹ đạo địa tĩnh.

Như đã nói, LEO hiện rất đông đúc với sự góp mặt của hàng ngàn vệ tinh đang hoạt động (sau khi dự án Starlink của tỷ phú Elon Musk toàn tất, sẽ có thêm 12.000 vệ tinh góp mặt trong tầng Quỹ đạo này). Mọi tình huống va chạm ở đây đều có thể tạo ra một cơn mưa mảnh vỡ rộng đến mức những mảnh vỡ này có thể tiếp tục va chạm với các vệ tinh khác như hiệu ứng domino, từ đó tạo ra ngày càng nhiều mảnh vỡ như một phản ứng dây chuyền nguy hiểm và cực kỳ khó kiểm soát.

Cuối cùng, toàn bộ Quỹ đạo trái đất có thể trở thành một mớ hổ lốn đầy những mảnh vụn không thể sử dụng hay phân hủy được. Những mảnh vỡ này đã, đang, và sẽ biến LEO thành một bãi rác khổng lồ. Bây giờ chính là lúc không thể thích hợp hơn để phát triển cũng như thử nghiệm các công nghệ nhằm loại bỏ loại rác thải khó chịu này trước khi quá muộn.

Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) đang làm nhiệm vụ ở Quỹ đạo Trái đất tầm thấp.
Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) đang làm nhiệm vụ ở Quỹ đạo Trái đất tầm thấp.

Thế nhưng lên đến GEO, mọi chuyện còn trở nên khó khăn hơn gấp bội. Ở tầng khí quyển này, khi một vệ tinh đi đến cuối vòng đời, đơn vị sở hữu sẽ cố gắng đưa nó vào “Quỹ đạo nghĩa trang” ở tầm cao hơn. Tại đây, các vệ tinh hết tác dụng này có thể trôi dạt cách xa khoảng 300km đến 400km tính từ khu vực bảo vệ theo thỏa thuận quốc tế. Tuy nhiên chỉ có khoảng vệ tinh 80% hoạt động trong GEO có thể thực sự đã đi đến Quỹ đạo nghĩa địa sau khi ngừng hoạt động. Như vậy, 20% sẽ trở thành rác thải vũ trụ nguy hiểm, đe dọa trực tiếp đến sự an toàn của các vệ tinh khác. Chúng cần được lý như một vấn đề cấp bách - và đó là lúc mà một cơ sở tái chế rác không gian sẽ phát huy tác dụng.

Tái chế rác thải trong không gian

Quỹ đạo nghĩa địa có thể được coi là một bãi rác bỏ hoang không người trông coi. Những tia sáng chói lóa thường được nhìn thấy ở “vùng đất chết này”, và các nhà khoa học tin rằng đó là do vệ tinh đang va chạm hoặc tự phát nổ bởi nguồn nhiên liệu không sử dụng hoặc do pin hỏng. Tuy nhiên vấn đề đáng nói là những mảnh vỡ này hoàn toàn có khả năng rơi trở lại GEO và đe dọa các vệ tinh đang hoạt động ở tầng Quỹ đạo này.

Các đạo luật quốc tế về sử dụng, khai thác không gian vũ trụ hiện không (chưa) hướng tới một giải pháp trung lập đối với vấn đề rác không gian cùng sự đồng thuận cao của các quốc gia, dẫn đến việc các giải pháp đồng bộ và xuyên suốt khó có thể được đưa ra. Ngay cả khi một vệ tinh ngoài tầm kiểm soát đang đe dọa trực tiếp đến một vệ tinh hiện đại khác đang hoạt động có trị giá hàng tỷ đô la, các thỏa thuận quốc tế hiện hành vẫn có thể trở thành rào cản đối với kế hoạch loại bỏ vệ tinh nguy hiểm kia mà không có sự cho phép của chủ sở hữu, ngay cả khi một máy bay không gian có thể can thiệp và đưa nó lên Quỹ đạo nghĩa địa. Nói cách khác, sự chồng chéo trong các quy định hiện hành về khai thác không gian vũ trụ khiến những tình huống nguy hiểm dù được báo trước nhưng vẫn không thể ngăn chặn.

Loại vật liệu này có thể giúp chế tạo tàu vũ trụ hoặc xây dựng thêm nhiều “tiền đồn thám hiểm” trong tương lai
Loại vật liệu này có thể giúp chế tạo tàu vũ trụ hoặc xây dựng thêm nhiều “tiền đồn thám hiểm” trong tương lai

Bằng cách sửa chữa, tái sử dụng hoặc tái chế các vệ tinh và rác không gian rác trực tiếp tại một cơ sở trên Quỹ đạo Trái đất, loại vật liệu này có thể giúp chế tạo tàu vũ trụ hoặc xây dựng thêm nhiều “tiền đồn thám hiểm” trong tương lai, giống như một căn cứ trên mặt trăng. Không chỉ giúp làm giảm rác không gian, giữ an toàn cho các thiết bị đang hoạt động, kế hoạch này còn giúp tiết kiệm hàng tỷ đô la tiền đầu tư sản xuất mới vật liệu vũ trụ mỗi năm, cũng giống như việc bạn phá ngôi nhà cũ đi và tận dụng những viên gạch còn lành lặn để xây ngôi nhà mới - một sự tiết kiệm tuyệt vời.

Việc tái chế các vệ tinh, mảnh vỡ trôi nổi trong vũ trụ có thể tạo ra nguồn cung cấp không chỉ nguyên liệu thô để xây dựng nhiều hơn các cơ sở nghiên cứu trong không gian, mà còn là nguồn thu nhập để duy trì chương trình làm sạch vũ trụ này. Một nghiên cứu mới được thực hiện gần đây đã cho thấy khi hoạt động ở một tầm cao phù hợp, Gateway Earth sẽ có thể tiếp cận với hầu hết các vật thể trong GEO, bao gồm cả các vệ tinh đang hoạt động cũng như đã chết. Từ đó, toàn bộ các vệ tinh có thể được “lai dắt” bằng máy bay không gian vào trung tâm tái chế để xử lý nếu cần.

Theo ước tính, dịch vụ tái chế và sửa chữa vật thể bay ngoài không gian có thể mang lại nguồn thu hơn 8 tỷ USD mỗi năm. Tuy nhiên như đã nói, để dự án này có thể đi vào hoạt động, các đạo luật không gian hiện hành sẽ cần phải được sửa đổi, và điều này cũng không hề đơn giản chút nào bởi nó có liên quan đến lợi ích của từng quốc gia. Chắc chắn sẽ phải là những cuộc đàm phán căng thẳng và dài hơi. May mắn thay, đây là điều mà Liên Hợp Quốc đang cố gắng triển khai, đồng thời các thành viên của Gateway Earth cũng đang làm việc tích cực với các cơ quan hàng không vũ trụ của từng quốc gia liên quan để dần tháo gỡ mọi rào cản.

Đối với các vệ tinh không còn có thể bảo trì và tái sử dụng được nữa, các nhà khoa học sẽ tháo lấy linh kiện và vỏ của chúng để sử dụng cho nhiều mục đích khác. Một số vật liệu tái chế từ rác vũ trụ có thể được nghiền nát và sử dụng để che chắn bức xạ cho trạm Gateway Earth. Nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng hiệu quả của các tấm pin mặt trời tái chế từ những vệ tinh không sử dụng chỉ giảm xuống còn khoảng 24% sau 15 năm, do đó chúng có thể được thu thập và tái sử dụng để làm nguồn cung cấp năng lượng hiệu quả cho trạm.

Có thể bạn không biết nhưng những chiếc máy ảnh “đỉnh” nhất thế giới hiên đang trôi nổi trong không gian sau một thời gian dài làm nhiệm vụ, đây là một sự lãng phí khổng lồ. Chúng hoàn toàn có thể được sửa chữa và tái sử dụng trên Gateway Earth cũng như các vệ tinh mới để tiếp tục tham gia vào những nhiệm vụ không gian mới phức tạp hơn. Bên cạnh đó, khi việc triển khai và sử dụng các vệ tinh được thiết lập để phát triển với tốc độ “phi thường”, việc sở hữu một “tiền đồn” ngay trong Quỹ đạo Trái đất để có thể quản lý tất cả các vệ tinh này sẽ trở nên vô cùng cấp thiết.

Các nhà nghiên cứu đứng sau dự án Gateway Earth còn có kế hoạch tạo thêm doanh thu trong tương lai bằng cách hoạt động như một khách sạn không gian, một cơ sở xây dựng vệ tinh/tàu vũ trụ, và một trung tâm cung cấp nhiên liệu cho các tàu vũ trụ đang làm nhiệm vụ cũng như trong khi di chuyển giữa các hành tinh. Tương tự như những tổ hợp tiện ích mà chúng ta thường thấy trên đường cao tốc hiện nay.

Các vật thể, vệ tinh hỏng hoàn toàn có thể được lai dắt đến Quỹ đạo nghĩa địa hoặc Gateway Earth để tái chế.
Các vật thể, vệ tinh hỏng hoàn toàn có thể được lai dắt đến Quỹ đạo nghĩa địa hoặc Gateway Earth để tái chế.

Suy cho cùng, nhân loại cần một kế hoạch làm sạch không gian hiệu quả và cấp thiết trước khi mọi chuyện vượt quá tầm kiểm soát. Không giống như rác thải nhựa đang tràn ngập Trái đất, trên vũ trụ, chúng ta vẫn còn thời gian. Thế nhưng như vậy không có nghĩa là được phép “bình chân như vại”, các kế hoạch làm sạch Quỹ đạo Trái đất cần phải được thực hiện ngay từ bây giờ, với sự chung tay và nỗ lực của toàn nhân loại.

Bạn có suy nghĩ gì về dự án làm sạch vũ trụ Gateway Earth? Hãy để lại ý kiến bình luận bên dưới nhé!

Cập nhật: 07/08/2019 Theo QTM
  • 784

Theo dõi cộng đồng KhoaHoc.tv trên facebook