Vấn Đề Rác Vũ Trụ Sắp Trở Nên Phức Tạp Hơn Nhiều

Trong vài tháng vào mùa thu năm 1957, cư dân trên Trái Đất có thể nhìn lên và thấy ngôi sao nhân tạo đầu tiên. Nó tỏa sáng như Spica, nhưng di chuyển qua bầu trời với tốc độ nhanh hơn nhiều. Nhiều người nghĩ họ đang thấy Sputnik—vệ tinh hình cầu của Nga, và là vật thể đầu tiên con người đưa vào quỹ đạo. Nhưng không phải vậy: Đó là cơ thể của tên lửa mang theo Sputnik vào không gian—và là mảnh rác đầu tiên của Trái Đất vào không gian.

Rác vũ trụ là cái tên phổ biến cho những mảnh trong quỹ đạo không làm gì hữu ích: tên lửa đã sử dụng, mảnh vỡ do va chạm và suy giảm, các vệ tinh cũ mà không còn ai quan tâm. Tổng cộng, chúng lên đến hàng triệu mảnh rác, nhiều trong số đó đủ lớn để gây hại nặng cho vệ tinh và Trạm Vũ Trụ Quốc tế. Và sau đó là Hội chứng Kessler: một căn bệnh không gian trong đó quỹ đạo Trái Đất thấp quá đông đúc, va chạm dẫn đến thêm va chạm, tạo thêm rác gây ra thêm va chạm, tạo thêm mảnh rác dẫn đến thêm va chạm. Điều này rất tồi tệ cho Sandra Bullock. Và nó sắp trở nên tồi tệ hơn: Hàng ngàn và hàng ngàn vệ tinh sắp được phóng vào quỹ đạo Trái Đất thấp trước năm 2025.

Đây không phải là một vấn đề mới: Kể từ Sputnik, người Nga và người không phải Nga đã phóng hàng nghìn vệ tinh: các vệ tinh gửi cho bạn Game of Thrones, theo dõi khí hậu toàn cầu và thậm chí là theo dõi bạn. Các quốc gia đã phát triển hệ thống để biết chúng ở đâu và chúng sẽ đi đâu, cùng với tất cả những vật dụng phóng đã sử dụng. Nhưng mọi thứ sẽ trở nên phức tạp hơn nhiều khi Cách Mạng Vệ Tinh Nhỏ đầy đủ xuất hiện.

Tại Hoa Kỳ, có hai cơ quan chính phủ chia sẻ nhiệm vụ khó khăn đó: một nhóm của NASA và cơ quan quân sự Strategic Command của Hoa Kỳ—USSTRATCOM, nếu bạn muốn hét một từ viết tắt mà tự động khiến bạn nghe như một trung sĩ—theo dõi 24,000 vật thể, xuống đến khoảng 10 centimet. Khoảng 18,700 trong số này được liệt kê công khai tại Space Track (phần còn lại là để Bộ Quốc phòng biết và bạn mãi mãi không biết). Stratcom nhận thông tin tình báo từ Mạng Giám sát Không gian của mình—một bộ dụng cụ quang và radar có khả năng cảm nhận các vật thể không gian. Tất cả dữ liệu đó đổ vào trong tòa nhà cổ vô địch Cheyenne Mountain, nơi xử lý các luồng dữ liệu của họ.

Những đội ngũ đó biết thêm nhiều dữ liệu sắp đến, khi số lượng vệ tinh hoạt động trong quỹ đạo tăng ít nhất gấp mười lần vào giữa thập kỷ 2020. Vì vậy, họ đang làm việc trên các cảm biến mới, theo lời Brian Maguire của chỉ huy. Một hệ thống radar mang tên "Space Fence S-Band," tọa lạc tại Quần đảo Kwajalein thuộc quần đảo Marshall, sẽ hoạt động ở tần số cao, sóng vi (phần S-band), cho phép nó phát hiện các vật thể nhỏ hơn. Vi sóng cho microsats (và rác siêu nhỏ), nói cách khác.

Hoa Kỳ và Australia cũng vừa triển khai một radar tần số C-band (tần số cao hơn) vào tháng 3 năm nay, nhìn thấy các vật thể không gian chi tiết hơn. Quân đội dự định sẽ thực hiện thêm điều đó: chia sẻ, hợp tác với các công ty và các quốc gia khác thực hiện hoạt động "nhận thức tình hình không gian" của họ. Và điều đó là một điều tốt: Năm ngoái, Đội Kiểm soát Không gian thứ 18 phải gửi 3,995,874 thông điệp tiềm ẩn rủi ro: “thông báo dữ liệu gặp gỡ” để chủ sở hữu vệ tinh biết vệ tinh khác hoặc mảnh rác lớn đang đe doạ tới của họ.

Một số nhà điều hành vệ tinh nhỏ đang lên kế hoạch trang bị hệ thống đẩy. Tuyệt vời! Nhưng điều đó đặt ra một vấn đề khác: vụ nổ. Nếu có nhiên liệu ép, luôn có khả năng xảy ra sự cố. Điều này có nghĩa là thêm rác. Và một vấn đề khác là, hầu hết các thành viên trong một bộ vệ tinh nhỏ có cùng cấu hình chính xác - và do đó, cùng những khuyết điểm giống nhau. Nếu hệ thống đẩy của một vệ tinh có nhược điểm tính cách quan trọng, thì những người anh em giống hệt của nó cũng vậy. Khi điều đó xảy ra với ô tô, nhà sản xuất ô tô sẽ triệu hồi chúng. Khi điều đó xảy ra trong không gian, một đám vệ tinh có thể phát nổ. Và điều đó không chỉ đúng với các bộ phận làm chuyển động của chúng: Điều này cũng đúng với pin của vệ tinh. Chỉ cần hỏi Samsung.

Lịch trình quốc tế để tự phá hủy, ban đầu được đặt ra bởi Văn phòng Vật liệu rác của NASA, là sau 25 năm kể từ khi tuổi thọ hoạt động của một vệ tinh kết thúc, nó sẽ cháy trong khí quyển. Đó là mục tiêu cho các tên lửa phóng mới, để giới hạn việc làm tăng cường đống rác không gian. NASA gọi đó là "giảm thiểu".

Nhưng bạn không thể khiển trách tất cả những viên bulông và lõi tên lửa và mảnh sơn và, bạn biết, rác đã có từ trước đó. Và bạn không thể làm cho những vệ tinh không hoạt động cảm thấy có lương tâm để xuống đất (bạn có thể đưa chúng xuống, nhưng sẽ nói về điều đó sau). Ý tưởng, ở thời điểm này, chỉ là làm cho những điều xấu chỉ là tệ hơn cần thiết.

Ngoài ra, các quốc gia không cần phải áp đặt nguyên tắc 25 năm. Năm 2015, 35% vệ tinh không tuân thủ. Trong số tất cả CubeSats, cụ thể là những chiếc được phóng từ năm 2003 đến 2014, có một năm trên năm không đạt tiêu chuẩn. Biết tại sao không? Đó là khó. Nó tốn tiền. Và, phần lớn, không ai buộc họ làm điều đó.

Tin tốt đó, tuy nhiên, ít nhất là đối với đàn vệ tinh nhỏ sẽ tới: "Cả SpaceX và OneWeb đã cho biết rằng ở cuối vận hành của tàu vũ trụ của họ, họ dự định giảm độ cao quỹ đạo để quỹ đạo tự nhiên suy giảm trong [ít hơn] năm thay vì 25 năm", J.C. Liou của chương trình nói. Nhưng vẫn còn những tên trộm không tuân thủ đó, vô tận quay quanh, chết và nguy hiểm.

Những vệ tinh lười biếng - những cái chưa chuẩn bị cho giảm thiểu - có một chút khoan dung, nhờ vào một số tính chất quỹ đạo kỳ cục. “Giống như một dòng sông, giống như bầu khí quyển, không gian có thể tự làm sạch,” Lisa Ruth Rand, một nhà sử học khoa học viết sách về rác không gian, nói. Trong đỉnh điểm mặt trời, diễn ra mỗi 11 năm, tầng nhiệt đới nóng lên và mở rộng, đẩy các hạt của nó vào các vật thể ở gần không gian, nơi nhiều vệ tinh nhỏ hoạt động. Điều này tạo ra sự ma sát bổ sung. “Nó kéo chúng trở lại khí quyển,” Rand nói.

Nhưng luôn phải có tin xấu tương phản, phải không?

Nghiên cứu gần đây cho thấy rằng CO₂ do con người thêm vào đang làm lạnh tầng nhiệt đới, và do đó, làm co lại nó. “Sự co lại này, lẻn điều, sẽ giảm lực cản khí quyển đối với vệ tinh và có thể gây hậu quả tiêu cực cho môi trường rác quỹ đạo đã không ổn định từ trước,” tác giả của bài báo Nature Geoscience năm 2012 viết.

Vì Trái đất đang gặp khó khăn khi hạ vệ tinh, chính phủ và các công ty có thể chọn sự "phục hồi" hơn: buộc vệ tinh phải rơi. Điều này là điều mà các chuyên gia từ các cơ quan vũ trụ trong Ủy ban Đ coordination theo không gian giữa các cơ quan đã nói rằng sẽ cần phải xảy ra bất kể cách làm của người làm tin mới.

NASA không muốn nói về lựa chọn này. Nhưng một nghiên cứu năm 2006 của chính Liou cho thấy nếu không ai phóng bất cứ thứ gì khác, điều mà Elon sẽ không bao giờ đồng ý, các va chạm sẽ tăng số lượng mảnh rác có kích thước 10 centimet và lớn hơn, ngay cả khi xem xét các đối tượng rơi xuống quỹ đạo, bắt đầu từ khoảng năm 2055. Và đó là sử dụng dân số vệ tinh 11 năm trước đó.

Nhưng sự "phục hồi" vẫn là một vấn đề chính trị, đó có lẽ là lý do tại sao NASA giữ im lặng. Ví dụ, vào năm 2007, Trung Quốc quyết định hạ vệ tinh thời tiết không hoạt động của mình ... bằng cách bắn một tên lửa vào nó. Điều đó chắc chắn đã đưa vệ tinh ra khỏi quỹ đạo - nhưng nó cũng tạo ra một dòng rác vụt về Phòng không vào năm 2011.

Vào tháng 2 năm 2008, Hải quân Hoa Kỳ phóng một dự án của riêng mình vào một vệ tinh gián điệp hướng về vệ tinh của mình. Chính phủ tuyên bố lo ngại rằng nếu để cho vệ tinh rơi trở lại một cách nguyên vẹn, nhiên liệu hydrazine của nó có thể phát ra hơi độc tố ở mức hô hấp. Nhưng một số người, vào thời điểm đó và hiện nay, hiểu hành động đó một cách quân sự. “Sự trao đổi ngay tại đây là một ‘Hãy nhìn vào chúng tôi,’” Rand nói. “Trung Quốc đang nói, ‘Chúng tôi có thể hạ vệ tinh,’ và Hoa Kỳ đang nói, ‘Chúng tôi cũng có thể làm được.’”

Điều đó, tất nhiên, là việc trưng bày vũ khí: Nó ngụ ý, “…và chúng tôi cũng có thể hạ vệ tinh của bạn.”

Không phải tất cả sự "phục hồi" đều phải bạo lực như vậy. Các nhà khoa học đã đề xuất tập trung tia phóng của mặt trời vào rác nhỏ và làm bay hơi nó, trong phiên bản người lớn của trò chơi kính lúp và kiến. Chương trình e.Deorbit của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu muốn nắm bắt rác - bằng một cái lưới hoặc cánh tay robot - và sau đó gửi nó đến cuối đời đốt cháy trong khí quyển. Người ta cũng có thể sử dụng một cái giáo không gian.

Tuy nhiên, những người thám hiểm không gian trên thế giới chọn cách hạ vệ tinh của họ - tự nhiên, hay bằng lực lượng chết người - một điều rõ ràng: Bạn nên để mắt đến những cơn mưa sao băng tổng hợp của tương lai, khi CubeSats và mảnh sơn từ không gian gần trở lại đất trong khí quyển.