Càng thải khí nhà kính, vệ tinh càng khó hoạt động vì chật chội

Không gian quanh Trái đất ngày càng chật chội

Nhưng không gian đang trở nên chật chội. Kể từ khi Kỷ nguyên Không gian bắt đầu vào cuối những năm 1950, con người đã lấp đầy bầu trời bằng rác thải. Sự tích tụ của các vệ tinh chết, các mảnh vỡ từ tên lửa cũ và các loại rác thải khác lên tới hàng chục triệu. Chúng di chuyển với tốc độ nhanh đến mức ngay cả những mảnh nhỏ cũng có thể gây ra thảm họa cho tàu vũ trụ. Việc né tránh ‘bãi mìn’ này vốn là cơn đau đầu đối với các nhà điều hành vệ tinh và tình hình sẽ trở nên tồi tệ hơn nhiều trong thời gian tới. Nguyên nhân không chỉ vì con người hiện đang phóng hàng nghìn tàu vũ trụ mới mỗi năm mà còn đến từ vấn đề khí thải.

Khí nhà kính khiến khí quyển bị loãng

Tất cả lượng khí carbon dioxide dư thừa do con người đốt nhiên liệu hóa thạch đang làm co lại tầng khí quyển phía trên, làm trầm trọng thêm vấn đề rác vũ trụ. Nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature Sustainability hôm 10.3 cho thấy nếu lượng khí thải không giảm, chỉ có 25 triệu vệ tinh - khoảng một nửa sức chứa hiện tại - có thể hoạt động an toàn trên quỹ đạo vào cuối thế kỷ. Nếu áp dụng cho phạm vi quỹ đạo mà hầu hết các vệ tinh sử dụng, chỉ còn chỗ cho 148.000 vệ tinh hoạt động vào cuối thế kỷ.

Một báo cáo từ Văn phòng Trách nhiệm Chính phủ Mỹ năm 2022 ước tính rằng có tới 60.000 vệ tinh mới sẽ xuất hiện trên bầu trời của chúng ta vào năm 2030.

Nghiên cứu sinh William Parker tại Khoa Hàng không và Du hành vũ trụ của Viện Công nghệ Massachusetts là tác giả chính của nghiên cứu. Parker cho biết: "Môi trường đã rất lộn xộn rồi. Các vệ tinh liên tục né tránh hết bên này lại bên kia". Trong khoảng thời gian sáu tháng gần đây, các vệ tinh Starlink của SpaceX đã phải 50.000 lần tránh chướng ngại vật. Parker cho biết: "Miễn là chúng ta còn thải ra khí nhà kính, chúng ta sẽ tăng khả năng xảy ra sự cố va chạm giữa các vật thể trong không gian hơn".

Cho đến gần đây, tác động của khí thải nhà kính lên tầng khí quyển trên vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ đến mức các nhà khoa học gọi nó là "ignorosphere". Nhưng nghiên cứu sử dụng dữ liệu vệ tinh hiện đại đã tiết lộ một nghịch lý là carbon dioxide trong khi làm ấm tầng khí quyển phía dưới lại làm lạnh đáng kể tầng khí quyển phía trên. Hiệu ứng đó khiến nó co lại như một quả bóng bay bị bỏ lại trong giá lạnh. Điều đó khiến không khí ở rìa không gian loãng hơn.

Cần nhớ, mật độ khí quyển là thứ duy nhất tự nhiên kéo rác vũ trụ ra khỏi quỹ đạo. Bầu khí quyển của Trái đất không đột nhiên nhường chỗ cho chân không của không gian, mà bị dàn mỏng hơn đáng kể tại một điểm được gọi là đường Kármán, cách đó khoảng 100 km. Các vật thể quay quanh hành tinh bị kéo xuống bởi mật độ không khí còn sót lại, bị siết lại gần hành tinh hơn cho đến khi cuối cùng xâm nhập trở lại bầu khí quyển, thường bị đốt cháy trong quá trình đó.

Theo Tập đoàn Hàng không Vũ trụ phi lợi nhuận, các mảnh vỡ quay quanh quỹ đạo thấp nhất chỉ mất vài tháng để bị kéo xuống. Nhưng hầu hết các vệ tinh hoạt động trong một vùng gọi là "quỹ đạo Trái đất thấp", nằm giữa 200 và 2.000 km và có thể mất hàng trăm đến hàng nghìn năm để rơi xuống. Những vùng ảnh hưởng xa nhất được gọi là quỹ đạo "nghĩa địa" có thể chứa các vật thể trong hàng triệu năm.

Parker phân tích: "Chúng ta dựa vào bầu khí quyển để làm sạch mọi thứ chúng ta có trong không gian và nó làm việc kém hiệu quả hơn khi bị co lại và nguội đi. Không có cách nào khác để rác vũ trụ rơi xuống. Nếu không có bầu khí quyển, chúng sẽ ở đó vô thời hạn".

Nghiên cứu của Parker phát hiện ra rằng trong tương lai, khi lượng khí thải vẫn ở mức cao, bầu khí quyển sẽ loãng đến mức một nửa số vệ tinh có thể lọt thỏm vào chỗ các mảnh vỡ mắc kẹt trong không gian. Hầu như tất cả chúng đều cần phải chui sâu vào đáy quỹ đạo Trái đất thấp, nơi chúng thường xuyên cần sử dụng động cơ đẩy để tránh bị hút xuống. Trong khoảng từ 400 đến 1.000 km, nơi phần lớn các vệ tinh hoạt động, chỉ có 148.000 vệ tinh an toàn. Hơn thế nữa, nguy cơ vệ tinh va chạm với các mảnh vỡ hoặc va chạm với nhau sẽ gây ra mối đe dọa cho ngành công nghiệp vũ trụ.

Nguy cơ vệ tinh hết chỗ hoạt động

Nhà thiên văn học Jonathan McDowell tại Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian ở Massachusetts, người không tham gia vào nghiên cứu của Nature, cho biết: "Các mảnh vỡ từ bất kỳ vụ va chạm nào cũng có thể phá hủy nhiều vệ tinh hơn. Và do đó, bạn có thể chứng kiến một phản ứng dây chuyền khiến tất cả các vệ tinh va vào nhau, vỡ ra và tạo ra ngày càng nhiều mảnh vỡ".

Hiệu ứng domino này, thường được gọi là hội chứng Kessler, có thể lấp đầy quỹ đạo quanh Trái đất bằng rất nhiều rác thải phá hoại khiến việc phóng hoặc vận hành vệ tinh trở nên bất khả thi. Nghiên cứu cảnh báo rằng khí thải nhà kính sẽ khiến viễn cảnh mất kiểm soát này có nhiều khả năng xảy ra hơn. McDowell cho biết: "Nhưng phản ứng dây chuyền không xảy ra trong một sớm một chiều. Chúng ta chỉ từ từ nghẹt thở vì chính sự bẩn thỉu của mình".

Theo Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, ít nhất 650 vụ vỡ tàu, nổ hoặc va chạm đã ném các mảnh vụn vào không gian kể từ khi hoạt động thám hiểm không gian bắt đầu. Các mạng lưới giám sát không gian, như Lực lượng Không gian Mỹ, hiện đang theo dõi gần 40.000 mảnh vỡ với một số mảnh vỡ có kích thước bằng cả chiếc ô tô. Người ta ước tính rằng có ít nhất 130 triệu vật thể nhỏ hơn 10 cm đang quay quanh Trái đất nhưng quá nhỏ để có thể theo dõi.

Gần đây, các nhà khoa học đã nghiên cứu các cách để loại bỏ những mảnh vỡ này. Chẳng hạn, như McDowell đã nói một cách ẩn dụ, "gửi xe gom rác vào không gian". Vào năm 2022, một vệ tinh của Trung Quốc đã thành công trong việc bắt giữ một vệ tinh đã hỏng bằng cách bắt kịp tốc độ của nó trước khi kéo nó vào quỹ đạo nghĩa địa. Vào năm 2024, một công ty Nhật Bản, Astroscale, đã xoay xở để điều khiển một thiết bị thu hồi trong phạm vi cách một tên lửa cũ khoảng 15 mét — đủ gần để bắt giữ nó bằng từ tính.

McDowell cho biết: "Nhìn chung, đây là một vấn đề về môi trường đang được để lại cho các thế hệ tương lai”. Chúng ta không thể giải quyết được vấn đề hiện tại nhưng cũng không nên tạo ra vấn đề phức tạp hơn cho tương lai.

Anh Tú