Thời tiết vũ trụ khiến vệ tinh rơi nhanh xuống Trái đất

Các chuyên gia lo ngại chu kỳ Mặt trời mới sẽ khiến vệ tinh đang bay ở quỹ đạo thấp quanh Trái đất mau cạn nhiên liệu và rơi qua khí quyển nhanh hơn.

Vào cuối năm 2021, các nhà vận hành cụm vệ tinh Swarm của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) phát hiện một điều đáng lo ngại. Những vệ tinh chuyên đo từ trường quanh Trái đất bắt đầu rơi xuống khí quyển ở tốc độ nhanh khác thường, gấp 10 lần so với trước đây. Thay đổi này trùng hợp với thời gian bắt đầu chu kỳ Mặt trời mới. Các chuyên gia cho rằng đây có thể là khởi đầu thời kỳ khó khăn đối với tàu vũ trụ quay quanh Trái đất.

ESA phải nâng quỹ đạo của cụm vệ tinh Swarm để đối phó với thời tiết vũ trụ. (Ảnh: ESA)

"Trong 5 - 6 năm qua, vệ tinh hạ thấp khoảng 2,5km/năm", Anja Stromme, quản lý nhiệm vụ Swarm của ESA, cho biết. "Nhưng từ tháng 12 năm ngoái, chúng thực sự đang lao xuống rất nhanh. Tốc độ rơi từ tháng 12/2021 đến tháng 4/2022 là 20km/năm".

Vệ tinh quay quanh quỹ đạo gần Trái đất luôn phải đối mặt với lực cản của khí quyển, khiến tàu bay chậm dần và cuối cùng rơi trở lại Trái đất. Phần lớn tàu vũ trụ không thể sống sót sau quá trình hồi quyển và bốc cháy trong không khí. Chính lực cản này buộc các chuyên viên điều khiển Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) phải tiến hành thao tác nâng độ cao nhằm duy trì quỹ đạo của trạm ở cách mặt đất 400 km.

Lực cản khí quyển cũng giúp dọn rác vũ trụ trong môi trường gần Trái đất. Các nhà khoa học biết độ mạnh của lực cản phụ thuộc vào hoạt động của Mặt trời. Lượng gió Mặt trời phun ra từ ngôi sao thay đổi theo chu kỳ 11 năm. Chu kỳ gần nhất kết thúc vào tháng 12/2019 khá tĩnh lặng với số lượng vệt đen hàng tháng thấp hơn mức trung bình và khoảng thời gian gần như không có bất kỳ hoạt động nào kéo dài.

Nhưng từ mùa thu năm ngoái, Mặt trời bắt đầu thức tỉnh, phun ra ngày càng nhiều gió Mặt trời và hình thành vệt đen, vết lóa và cơn phun trào vành nhật hoa ở tốc độ ngày càng tăng. Tầng thượng quyển của Trái đất cũng bị ảnh hưởng.

"Có nhiều cơ chế vật lý phức tạp mà chúng tôi vẫn chưa thể hiểu đầy đủ đang diễn ra ở tầng thượng quyển tương tác với gió Mặt trời. Chúng tôi biết tương tác này khiến khí quyển "phồng" lên, có nghĩa không khí đặc dịch chuyển lên độ cao lớn hơn", Stromme nói.

Không khí đặc hơn kéo theo lực cản đối với vệ tinh tăng lên. Dù độ đặc vẫn cực thấp ở độ cao 400 km phía trên Trái đất, sự thay đổi của khí quyển đủ để kéo một số vệ tinh trên quỹ đạo thấp rơi xuống.

Cụm vệ tinh Swarm phóng vào năm 2013 bao gồm 3 vệ tinh, 2 trong số đó quay quanh Trái đất ở độ cao 430km, cao hơn 30km so với trạm ISS. Vệ tinh Swarm thứ ba hoạt động cách mặt đất 515km. Hai vệ tinh quay ở quỹ đạo thấp hơn chịu ảnh hưởng nhiều hơn từ Mặt trời, theo Stromme. Tình huống của bộ đôi vệ tinh này nguy hiểm đến mức hồi tháng 5/2022, chuyên viên vận hành phải nâng độ cao của chúng bằng hệ thống đẩy trên tàu.

Cụm vệ tinh Swarm của ESA không phải tàu vũ trụ duy nhất đang chật vật do thời tiết vũ trụ xấu đi. Trong tháng 2 năm nay, SpaceX mất 40 vệ tinh Starlink mới do gặp phải một cơn bão Mặt trời ngay sau khi phóng. Trong những con bão như vậy, vệ tinh thường đột ngột rơi xuống độ cao thấp hơn. Quỹ đạo của vệ tinh càng thấp, nguy cơ tàu không thể quay trở lại quỹ đạo, khiến chuyên viên vận hành phải bất lực nhìn chúng rơi qua khí quyển.

Vệ tinh Starlink có quỹ đạo hoạt động là 550 km, phía trên khu vực nhiều nguy cơ nhất. Tuy nhiên, sau khi phóng, tên lửa Falcon 9 triển khai vệ tinh rất thấp, chỉ cách mặt đất khoảng 350 km. SpaceX sau đó nâng quỹ đạo của vệ tinh bằng động cơ đẩy tích hợp. Công ty cho biết phương pháp này có nhiều lợi thế như vệ tinh bị trục trặc kỹ thuật sau khi phóng sẽ nhanh chóng rơi trở lại Trái đất và không biến thành rác vũ trụ. Tuy nhiên, hoạt động ngày càng tăng và khó dự đoán của Mặt trời khiến vệ tinh dễ gặp rủi ro.

Theo Stromme, tất cả tàu vũ trụ bay quanh độ cao 400km đều có vấn đề, bao gồm trạm ISS phải điều chỉnh độ cao ngày càng thường xuyên để duy trì quỹ đạo. Nhưng hàng trăm vệ tinh nhỏ ở quỹ đạo thấp với công nghệ rẻ và đơn giản đặc biệt dễ bị ảnh hưởng. Nhiều vệ tinh mới không có hệ thống đẩy, đồng nghĩa chúng sẽ có tuổi thọ hoạt động ngắn hơn và hồi quyển sớm hơn.

Hoạt động của Mặt trời trong năm vừa qua dữ dội hơn nhiều so với dự đoán của các chuyên gia, với nhiều vết đen, cơn phun trào vành nhật hoa và gió Mặt trời hướng về phía Trái đất hơn, theo Hugh Lewis, giáo sư kỹ thuật và khoa học vật lý ở Đại học Southampton, Anh, người chuyên nghiên cứu hành vi của vệ tinh trên quỹ đạo thấp quanh Trái đất, cho biết. Trên thực tế, hoạt động hiện nay gần với dự báo về mức đỉnh của chu kỳ Mặt trời này và chúng ta vẫn còn cách giai đoạn cực đại từ 2 đến 3 năm nữa.

Stromme và cộng sự đang nâng quỹ đạo của hai vệ tinh lên cao thêm 45 km. Cụm vệ tinh có thể cần nhiều điều chỉnh hơn vào cuối năm nay. Mục đích của họ là kéo dài nhiệm vụ qua chu kỳ Mặt trời.

Cập nhật: 25/06/2022 VnExpress