Nguy cơ từ việc gia tăng rác vũ trụ

Theo các ước tính được dẫn từ Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA), hiện có hàng chục nghìn vật thể đủ lớn để được theo dõi trên quỹ đạo, cùng hơn 100 triệu mảnh vỡ nhỏ khó phát hiện. Phần lớn số vật thể này là vệ tinh đã ngừng hoạt động, các tầng tên lửa bỏ lại và mảnh vỡ sinh ra từ va chạm hoặc phá hủy vệ tinh.

Mối lo ngại tập trung đặc biệt vào quỹ đạo Trái Đất tầm thấp, khu vực kéo dài từ khoảng 160 km đến gần 2.000 km phía trên bề mặt hành tinh. Đây là nơi tập trung phần lớn vệ tinh quan sát Trái Đất, viễn thông và các chùm vệ tinh Internet. Các vật thể tại đây di chuyển với tốc độ có thể lên tới khoảng 28.000 km/h, nên chỉ một va chạm nhỏ cũng có thể tạo ra lượng lớn mảnh vỡ với năng lượng rất cao.

Một số phân tích gần đây cho thấy hiện có hơn 30.000 vệ tinh và mảnh vỡ được theo dõi ở quỹ đạo thấp, trong đó hơn 10.000 vật thể liên quan tới hệ thống vệ tinh của SpaceX. Công ty này hiện vận hành chùm vệ tinh Starlink lớn nhất thế giới để cung cấp dịch vụ Internet từ không gian. Theo các công bố của SpaceX, các vệ tinh Starlink liên tục đánh giá quỹ đạo của mình và tự động thực hiện thao tác tránh va chạm khi xác suất rủi ro vượt một ngưỡng nhất định. Trong năm qua, các vệ tinh của hãng đã thực hiện hơn 355.000 lần điều chỉnh quỹ đạo để tránh nguy cơ va chạm.

Dù các vụ va chạm trực tiếp giữa vệ tinh vẫn còn hiếm, giới chuyên gia cảnh báo mức độ phức tạp của việc vận hành đang tăng lên nhanh chóng khi số lượng vệ tinh tiếp tục gia tăng. Giáo sư Hugh Lewis, chuyên gia về du hành vũ trụ tại Đại học Birmingham của Anh, nhận định nguy cơ xảy ra va chạm liên quan đến một vệ tinh đang hoạt động trong các chùm vệ tinh lớn ngày càng đáng lưu ý, kể cả khi các nhà khai thác chủ động tiến hành biện pháp phòng tránh.

Một trong những nguy cơ đáng lo ngại nhất là hiện tượng phản ứng dây chuyền va chạm. Khi hai vật thể đâm vào nhau, chúng có thể tạo ra hàng trăm hoặc hàng nghìn mảnh vỡ mới. Các mảnh này tiếp tục di chuyển với tốc độ cao và có thể va vào những vệ tinh khác, làm gia tăng số lượng mảnh vỡ theo cấp số nhân. Kịch bản này thường được gọi là "hiệu ứng Kessler", trong đó mật độ vật thể trên quỹ đạo vượt quá một ngưỡng khiến các vụ va chạm tự tạo thêm rác nhanh hơn tốc độ các mảnh vỡ tự rơi xuống khí quyển và bị đốt cháy. Nếu xảy ra trên diện rộng, một số vùng quỹ đạo có thể trở nên quá nguy hiểm để tiếp tục khai thác.

Ông Tim Flohrer, phụ trách lĩnh vực rác vũ trụ tại Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), cảnh báo lượng mảnh vỡ trên quỹ đạo có thể tiếp tục tăng ngay cả khi các vụ phóng mới được hạn chế. Nguyên nhân là số rác được tạo ra từ các vụ va chạm có thể cao hơn lượng vật thể tự nhiên rơi xuống khí quyển.

Lịch sử hoạt động không gian đã ghi nhận một số sự kiện tạo ra lượng lớn mảnh vỡ. Năm 2007, Trung Quốc phá hủy một vệ tinh thời tiết trong một cuộc thử nghiệm, tạo ra hàng nghìn mảnh vỡ trên quỹ đạo. Năm 2021, Nga sử dụng tên lửa phá hủy một vệ tinh của mình, tạo ra hơn 1.500 mảnh vỡ có thể theo dõi được.

Những sự kiện như vậy làm gia tăng tranh luận về giới hạn số lượng vệ tinh mà quỹ đạo Trái Đất có thể tiếp nhận an toàn. Một số chuyên gia cho rằng không gian vẫn còn khả năng chứa thêm nhiều vệ tinh nếu tất cả nhà khai thác tuân thủ nghiêm ngặt quy tắc điều phối, chia sẻ dữ liệu và xử lý vệ tinh khi kết thúc nhiệm vụ. Tuy nhiên, số khác cho rằng tốc độ gia tăng hiện nay đang làm thu hẹp đáng kể biên độ an toàn.

Một trong những thách thức lớn là xác định trách nhiệm thu gom. Theo luật quốc tế, vật thể được phóng lên không gian vẫn thuộc quyền tài phán của quốc gia đăng ký, ngay cả khi đã trở thành rác. Điều này khiến việc một quốc gia hoặc doanh nghiệp tự ý tiếp cận và loại bỏ vật thể của bên khác trở nên phức tạp về pháp lý. Trong khi đó, công nghệ thu gom rác không gian vẫn đang ở giai đoạn phát triển. Nhiều phương án được nghiên cứu gồm tàu vũ trụ bắt giữ vệ tinh hỏng bằng cánh tay robot, lưới, móc kéo hoặc đẩy chúng xuống quỹ đạo thấp hơn để tự cháy trong khí quyển. Tuy nhiên, chi phí cao, khó khăn kỹ thuật và vấn đề quyền sở hữu khiến việc triển khai trên quy mô lớn chưa dễ thực hiện.

Các chuyên gia cho rằng giải pháp trước mắt là giảm lượng rác mới phát sinh. Điều này bao gồm thiết kế vệ tinh có khả năng chủ động rời quỹ đạo sau khi hết nhiệm vụ, hạn chế để lại tầng tên lửa, tăng khả năng chia sẻ dữ liệu quỹ đạo và phối hợp tránh va chạm giữa các nhà khai thác. Sự phát triển nhanh chóng của các chùm vệ tinh Internet, cùng kế hoạch phóng thêm hàng chục nghìn vệ tinh trong những năm tới, đang khiến quản lý giao thông không gian trở thành vấn đề cấp thiết hơn bao giờ hết. Nếu không có cơ chế phối hợp quốc tế hiệu quả và các tiêu chuẩn bắt buộc rõ ràng, nguy cơ "tắc nghẽn" quỹ đạo có thể không chỉ đe dọa các vệ tinh thương mại mà còn ảnh hưởng đến những hạ tầng thiết yếu như định vị, thông tin liên lạc, dự báo thời tiết, quan sát khí hậu và các hoạt động khoa học.